Принципы путешествий во времени

Шесть теорий путешествий во времени, которые могут сработать

Концепция машины времени вызывает в воображении образы неправдоподобного устройства, которое слишком часто используется в сюжетах научно-фантастических. Однако согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая объясняет работу гравитации во Вселенной, путешествия во времени — это не только плод воображения. И если в фильмах путешествие во времени — это сюжетный поворот, то как насчет реальности?

Путешествие вперед во времени, согласно теории Эйнштейна, абсолютно возможно. По сути, физикам удалось отправить крошечные частицы под названием мюоны, очень похожие на электроны, вперед во времени, манипулируя гравитацией вокруг них. Это не означает, что технология для отправки людей вперед в будущее станет возможной в ближайшие 100 лет, но все же.

1. Червоточины

Астрофизик Эрик Дэвис из Международного института перспективных исследований EarthTech в Остине считает, что это возможно. Все, что вам нужно — это кротовая нора или червоточина, теоретический проход сквозь ткань пространства-времени, предсказанный в рамках теории относительности.

Червоточины пока не были доказаны, и если их когда-нибудь и найдут, они будут настолько малы, что в них не поместится даже человек, не говоря о космическом корабле. При всем этом Дэвис полагает, что червоточины вполне можно использовать для перемещения обратно в прошлое.

Как общая теория относительности, так и квантовая теория предлагают несколько возможностей для путешествия — например, «закрытую времяподобную кривую» или путь, который сокращает пространство-время, то есть машину времени.

Дэвис утверждает, что современное научное понимание законов физики «кишит машинами времени, то есть многочисленными решениями геометрии пространства-времени, которые позволяют путешествовать во времени или обладают свойствами машины времени».

Как вы понимаете, червоточина позволила бы судну, например, пройти из одной точки в другую быстрее скорости света — почти как в варп-пузыре. Все потому, что корабль прибудет в пункт назначения раньше, чем луч света, пройдя по короткому пути сквозь пространство-время. Транспорт, таким образом, не нарушит правило универсального ограничения скорости, которое накладывает свет, поскольку сам корабль не путешествует с такой скоростью.

Такая червоточина может теоретически вести не сквозь пространство, но и сквозь время.

«Машины времени неизбежны в нашем физическом пространстве-времени», — пишет Дэвис в работе. — «Проходные червоточины включают машины времени».

Тем не менее, добавляет Дэвис, превратить червоточину в машину времени будет нелегко. Понадобятся титанические усилия. Все потому, что как только червоточина будет создана, один или оба ее конца нужно будет ускорить во времени к пункту назначения, что следует из общей теории относительности.

2. Машина времени: цилиндр Типлера

Чтобы использовать машину времени на основе цилиндра Типлера, вам нужно покинуть Землю на космическом корабле и отправиться в космос к цилиндру, который там вращается. Когда вы достаточно приблизитесь к поверхности цилиндра (пространство вокруг него будет по большей части «варпнуто», деформировано), вам нужно будет несколько раз обогнуть его и вернуться на Землю. Вы прибудете в прошлое.

Насколько далеко в прошлое — зависит от того, сколько раз вы обогнете цилиндр по орбите. Даже если вам покажется, что ваше собственное время движется вперед как обычно, пока вы огибаете цилиндр, за пределами искаженного пространства вы неизбежно будете двигаться в прошлое. Это все равно, что вы поднимаетесь по винтовой лестнице и обнаруживаете, что с каждым полным кругом находитесь на одну ступеньку ниже.

3. Пончиковый вакуум

По мнению Амоса Ори из Израильского технологического института в Хайфе, пространство может быть достаточно скручено для создания локального гравитационного поля, которое напоминает пончик определенных размеров. Гравитационное поле образует круги вокруг этого пончика, поэтому пространство и время крепко закручены.

Важно отметить, что такое положение дел сводит на нет необходимость какой-либо гипотетической экзотической материи. Хотя как это будет выглядеть в реальном мире описать довольно трудно. Ори говорит, что математика показала, что через равные промежутки времени внутри пончика в вакууме будет образовываться машина времени.

Все, что вам нужно — это попасть туда. В теории можно будет отправиться в любой момент времени с тех пор, как была построена машина времени.

4. Экзотическая материя

В физике экзотическая материя — это материя, которая так или иначе отличается от нормальной и обладает некоторыми «экзотическими» свойствами. Поскольку путешествие во времени считается нефизическим, физики полагают, что так называемые тахионы (гипотетические частицы, для которых скорость света — это состояние покоя) либо не существуют, либо неспособны взаимодействовать с нормальной материей.

Но когда отрицательная энергия или масса — та самая экзотическая материя, или вещество — скручивает пространство-время, становятся возможными все невероятные явления: червоточины, которые могут выступать туннелями, соединяющими удаленные участки вселенной; варп-двигатель, который позволит путешествия быстрее скорости света; машины времени, которые позволят отправиться в прошлое.

5. Космические струны

Космические струны — это гипотетические 1-мерные (пространственно) топологические дефекты в ткани пространства-времени, оставшиеся еще со времен образования вселенной. С их помощью в теории могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать в прошлое. Некоторые ученые предлагают использовать «космические струны» для построения машины времени.

Если подвести две космические струны достаточно близко одна к другой или одну струну к черной дыре, в теории это может создать целый массив «замкнутых времениподобных кривых». Если делать тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

6. Сквозь черную дыру

Черная дыра оказывает невероятное влияние на время, замедляя его так, как ничто другое в галактике. По сути, это природная машина времени. Если бы миссией облета вокруг черной дыры управляло наземное агентство, для них облет орбиты занял бы 16 минут. Но для смелых людей на борту корабля, который находится близко к массивному объекту, время шло бы очень медленно. Куда медленнее, чем на Земле. Время для команды замедлилось бы вдвое. За каждые 16 минут они переживали бы только 8.

Мнение автора статьи может не совпадать с мнением администрации сайта.

✦ Если вы видели что-то странное, пришлите историю нам и мы ее опубликуем ✦

Источник

Путешествия во времени — что это и как работает

Мы перемещаемся во времени на постоянную величину в шестьдесят секунд каждую минуту. Но можно ли устремиться в далёкое будущее или повернуть время вспять и отправиться в прошлое? Реально ли перемещаться во времени?

Существующие законы физики не препятствуют этим перемещениям, однако, как путешествовать во времени, неизвестно до сих пор. Ученые предложили множество теоретических схем, чтобы осуществить перемещение из настоящего в прошлое или будущее и, возможно, когда-нибудь эти наработки воплотятся в жизнь.

Как замедлить время? Путешествие в будущее

Специальная Теория Относительности Альберта Эйнштейна отвечает на вопрос

Замедление времени — одно из главных следствий Специальной Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Это не просто теория, а явление, которое подтверждено экспериментально.

Были взяты атомные часы. Одни поместили на самолёт, а другие остались на Земле. По предсказаниям СТО, путешествующие на самолёте часы должны были отстать от находившихся на Земле, что подтвердилось. То есть движущиеся часы идут медленнее, чем находящиеся в состоянии покоя.

При приближении к скорости света время практически останавливается. Например, если космонавт окажется на борту космического корабля и разгонится до скорости, близкой к световой, то он состарится всего на секунду за год, который пройдёт на Земле, так как его биологические часы замедлятся.

Цезиевые часы HP 5061A Cesium Beam Frequency Standard, использованные в эксперименте, который подтвердил парадокс близнецов (эксперимент Хафеле — Китинга)

За год, проведённый космонавтом по его времени, на Земле пройдёт около 30 миллионов лет — это будет своеобразная «машина времени». Однако на данный момент у этого способа перемещения во времени есть проблемы:

• Пока что рекорд скорости аппарата, когда-либо созданного руками человека, принадлежит зонду NASA «Паркер» — 70000 м/с, однако сообщается, что его пиковая скорость — 190000 м/с.
• Никто не знает, как вернуться в своё время.

С СТО связан известный парадокс перемещения во времени — парадокс близнецов.

Один брат-близнец остаётся на Земле, а другой отправляется в космическое путешествие со скоростью, близкой к световой. С точки зрения брата, оставшегося дома, путешественник имеет замедленный ход времени, поэтому при возвращении он должен оказаться моложе. Но с точки зрения путешественника двигалась Земля, поэтому при возвращении моложе окажется брат, оставшийся дома.

Общая Теория Относительности Альберта Эйнштейна. Черные дыры

Теоретическое перемещение во времени возможно благодаря гравитационному замедлению времени — явлению Общей Теории Относительности.

Время замедляется при помещении тела в гравитационное поле.

Объекты с самым сильным гравитационным полем, известные на данный момент, — черные дыры.

Чёрная дыра — объект с сильным гравитационным полем, пределы которого не может покинуть даже свет.

Она состоит из двух компонентов:

• Горизонт событий — внешняя поверхность; если пересечь горизонт событий, то вернуться обратно будет невозможно.
• Сингулярность — центр, который невидим для стороннего наблюдателя.

С помощью мысленного эксперимента с чёрной дырой можно проследить относительность времени. Есть астронавт, пересекающий горизонт событий; пилот космического корабля, который повис вблизи горизонта, но не пересекает его; удалённый наблюдатель, смотрящий на это в телескоп.

Удалённому наблюдателю будет казаться, что астронавт будет падать на горизонт событий бесконечно долго. С точки зрения астронавта он быстро пересечёт горизонт и достигнет сингулярности в центре чёрной дыры. Его время замедляется только для удалённого наблюдателя. Аналогичное произойдёт со временем пилота.

Однако наибольший интерес вызывает сингулярность, находящаяся в центре чёрной дыры.

Сингулярность — точка с бесконечной плотностью, где нарушаются существующие законы физики, так что предсказать будущее становится невозможно.

По этой причине сингулярностью может оказаться что угодно. Например, есть версии, что сингулярность — это и есть портал в прошлое или червоточина.

Путешествие в прошлое. Кротовые норы

Червоточины (кротовые норы) — особые туннели в пространственно-временной структуре вселенной, позволяющие переместиться из одной точки пространства в другую, находящуюся на значительном расстоянии от первой.

Термин «червоточина» появился благодаря сравнению туннелей с ходами, которые проделывают черви, прогрызая яблоко. Дело в том, что расстояние от одного конца поверхности яблока до другого короче через червоточину, чем при передвижении по поверхности.

Идея путешествия во времени с помощью червоточин состоит в том, что один её конец располагается на Земле, а второй помещается на космический корабль, который на год отправляется в полёт на скорости, близкой к световой. Второй конец перемещается во времени на 30 миллионов лет, но благодаря замедлению стареет только на год, как и конец, оставшийся на Земле.

Простая кротовая нора в 2D

Самое главное, что оба этих конца сохраняют связь друг с другом. Получается, что человек, живущий 30 миллионов лет спустя, сможет отправиться в прошлое, то есть в наше настоящее, через червоточину.

Главная проблема кротовой норы. Гипотетическое устройство для перемещения — экзотическая материя

Сложность использования данного метода заключается в том, что уравнения Общей Теории Относительности указывают на существование неизвестного вида материи, с помощью которого можно создать и поддерживать открытой червоточину размером с человека.

Статья дает научный ответ на вопрос, безгранична ли Вселенная и как это доказать.

Этот вид материи назван экзотической материей. Давление такого вещества отрицательно, и энергия, связанная с этим видом давления, создаёт отрицательную или отталкивающую гравитацию, которая может поддерживать в открытом состоянии пространственно-временной туннель. Однако экзотическая материя добывается с большим трудом и в очень малых количествах, так что на данный момент этот способ путешествия во времени остаётся невозможным для реализации.

Состав Вселенной (данные аппарата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)

Есть ещё один недостаток этого способа — невозможно переместиться во время, предшествующее созданию машины времени. Например:

Если вы вчера открыли червоточину, то не сможете понаблюдать сражения Отечественной войны 1812 года, убить Гитлера и даже отправиться в позавчерашний день.

По этой причине этот способ кажется не слишком привлекательным. С помощью него переместиться в прошлое сможет только человек, живущий спустя 30 миллионов лет. Однако, если найти червоточину, созданную миллионы лет назад естественным путём, то мечта увидеть динозавров окажется не такой невыполнимой. Зато этот путь откроет ещё большую проблему — временной парадокс.

Парадоксы путешествия во времени

Временной парадокс — мысленный эксперимент с путешествием во времени, при котором путешественник, посещая прошлое, совершает что-то, вызывающее причинно-следственные противоречия.

Самый известный временной парадокс — парадокс убитого дедушки. Если переместиться в прошлое и убить дедушку до того, как он встретит бабушку, не родится один из родителей, следовательно, и сам путешественник. А если он не родится, то не сможет отправиться в прошлое и убить дедушку, следовательно, он будет жив. Этот подход порождает две гипотезы:

• Гипотеза о защите линии времени: если подсыпать в блюдо яд, дедушка никогда его не съест. Если поднести к голове пистолет, при нажатии на спусковой крючок ничего не произойдёт.
• Множественная гипотеза вселенных: в результате убийства дедушки в прошлом, в настоящем создаётся временная шкала, в которой путешественник никогда не существовал. Таким образом возникает параллельная вселенная.

Наглядная иллюстрация парадокса убитого дедушки

Сейчас учёные продолжают исследовать вопрос путешествий во времени, чтобы дать на него ответ. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

• Джеймс Глик — «Путешествия во времени. История»
• Гарднер Мартин — «Путешествие во времени»
• Митио Каку — «Физика невозможного»
• Красников С. В. — «Некоторые вопросы причинности в ОТО: «машины времени» и «сверхсветовые перемещения»
• Стивен Хокинг — «Мир в ореховой скорлупке»
• Нил Деграсс Тайсон — «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности»
• Баландин Р. — «Эйнштейн убивает время. Абсолютна ли теория относительности?»
• Альберт Эйнштейн — «Бог не играет в кости. Моя теория относительности»

Что посмотреть?

• «Путешествие во времени и теория относительности. Новые Тайны Вселенной» — Discovery
• «Машина времени» — BBC
• «Настоящий гений со Стивеном Хокингом: Возможно ли путешествие во времени?» — National Geographic
• «Космос: пространство и время» — National Geographic
• «Космос: персональное путешествие» — National Geographic
• «Интерстеллар» — режиссёр Кристофер Нолан

Путешествия во времени — FAQ

Это была информация о путешествиях во времени, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Чёрная дыра может возникнуть из любого объекта, если его достаточно сильно сжать. Радиус, до которого нужно сжать физическое тело, чтобы оно превратилось в сингулярность, называется радиусом Шварцшильда. Для Солнца радиус сферы Шварцшильда составляет примерно три километра, а для Земли — девять миллиметров. Физическое тело, радиус которого меньше его радиуса Шварцшильда, превращается в чёрную дыру.

Очень малое количество экзотической материи возникает при эффекте Казимира. Между двумя металлическими пластинами, помещёнными в миллиардных метра друг от друга, возникает сила притяжения, вызванная отрицательным давлением экзотической материи. Между пластинами возникает меньше волн, чем снаружи, что вызывает отрицательное давление. Количество появляющейся экзотической материи равняется 10-30 граммам. Чтобы поддерживать червоточину размером с человека, необходимо количество вещества, практически равное массе Юпитера.

Роджер Пенроуз назвал это явление гипотезой космической цензуры. Сингулярности, образующиеся вследствие гравитационного коллапса, появляются в таких местах, как чёрные дыры, где они надёжно скрыты от постороннего наблюдателя.

Квантовая механика, как и другие разделы теоретической физики, не отрицает перемещение во времени. Однако здесь всё зависит от интерпретации. Есть две наиболее известные интерпретации квантовой механики:

Копенгагенская (квантовые сущности описываются волновой функцией, но при их взаимодействии с окружением волновая функция коллапсирует к конкретным значениям величин). Если рассматривать путешествия во времени с точки зрения копенгагенской интерпретации, то придётся столкнуться с множеством парадоксов.

Многомировая (каждая квантовая вероятность влечёт за собой возникновение отдельной вселенной, где происходит тот или иной исход). Если рассматривать с точки зрения многомировой интерпретации — то парадоксы будут устранены, так как, путешествуя назад во времени, вы попадаете в прошлое другой вселенной, а не той, из которой пришли.

Квантовая телепортация — копирование состояния частиц без передачи энергии и вещества. Если одновременно образовать две частицы, то они окажутся связаны друг с другом. Если запустить их в разные концы вселенной и через некоторое время изменить состояние одной частицы, то изменится и другая. Это явление будет полезно при путешествии во времени.

Точного ответа нет. Однако Стивен Хокинг выдвинул гипотезу защиты хронологии — механизм, который препятствует перемещениям во времени. Машина времени либо разрушается в процессе создания, либо погибают все те, кто пытается ею воспользоваться.

Напоследок рекомендуем посмотреть научно-популярный фильм «Время с Алексеем Семихатовым», повествующий о природе времени и его противоречивости.

Источник