Парадоксы времени и пространства: Парадоксы путешествия во времени // Джеймс Глейк ≪ ∀ x, y, z

Парадоксы времени. Гиперпространство

Парадоксы времени

Для того чтобы разобраться в проблемах путешествий во времени, сначала необходимо классифицировать парадоксы. Обычно большинство этих парадоксов можно отнести к одной из двух основных групп:

1. Встреча человека со своими родителями еще до его рождения.

2. Человек без прошлого.

Путешествия во времени, относящиеся к первому типу, наносят максимальный ущерб ткани пространства-времени, так как меняют уже свершившиеся и зафиксированные события. К примеру, вспомним, как в фильме «Назад в будущее» (Back to the Future) молодой герой отправляется в прошлое и встречает свою мать еще совсем молодой, до того, как она влюбилась в его отца. К своему ужасу и смятению, герой обнаруживает, что невольно помешал решающей встрече своих родителей. Хуже того, молоденькая мать героя увлеклась им самим! Если своим появлением герой не даст своим родителям полюбить друг друга, если неуместные чувства матери к нему не изменятся, герой исчезнет, ведь его появление на свет так и не произойдет.

Второй парадокс относится к событиям, не имеющим какого-либо начала. К примеру, предположим, что некий разорившийся, с трудом сводящий концы с концами изобретатель пытается сконструировать у себя в захламленном подвале первую в мире машину времени. Вдруг неизвестно откуда является богатый пожилой джентльмен и предлагает изобретателю внушительные средства, сложные формулы и схемы для создания машины времени. Изобретателю удается разбогатеть благодаря путешествиям во времени, ведь он узнает о подъемах и обвалах рынка акций заранее, еще до того, как они произойдут. Он сколачивает состояние, делая ставки на рынке ценных бумаг, на скачках и т. п. А через несколько десятилетий, став богатым пожилым джентльменом, отправляется в прошлое, чтобы осуществить свою судьбу. Он встречает самого себя — молодого, работающего в подвале, открывает самому себе тайну путешествий во времени и дает деньги для их реализации. Вопрос в следующем: откуда взялась идея путешествий во времени?

Возможно, самый невероятный из этих парадоксов, относящихся ко второму типу путешествий во времени, описан в классическом рассказе Роберта Хайнлайна «Все вы зомби».

В 1945 г. в кливлендском сиротском приюте загадочным образом появляется новорожденная девочка. «Джейн» растет одинокой и несчастной, пока однажды в 1963 г. у нее не возникает странное влечение к какому-то бродяге. Она влюбляется в него. Но после недолгого просвета в ее жизни начинается полоса невзгод. Во-первых, она беременеет от бродяги, который вскоре исчезает. Во-вторых, во время трудных родов врачи обнаруживают, что у Джейн два полных набора половых органов, и, чтобы спасти ей жизнь, хирургическим путем превращают «ее» в «его». И наконец, таинственный незнакомец похищает ее ребенка из родильного отделения.

После всех этих потрясений отвергнутый обществом и обиженный судьбой герой становится пьяницей и бродягой. Теперь у «него» нет не только родителей и любимого, но и единственного ребенка. Спустя много лет, в 1970 г., герой заваливается в пустой бар под названием «У Папаши» и выкладывает свою горестную историю пожилому бармену. Сочувственно настроенный бармен предлагает бродяге шанс отомстить незнакомцу, который оставил героиню беременной и испарился. Бармен ставит одно условие: бродяга должен вступить в «организацию путешественников во времени». Вдвоем они входят в машину времени, бармен высаживает бродягу в 1963 г. Бродягу непостижимым образом влечет к молодой сироте, которая вскоре беременеет от него.

Затем бармен перемещается вперед на девять месяцев, похищает из больничных яслей новорожденную девочку и подбрасывает ее в сиротский приют в 1945 г. После этого бармен переносит совершенно растерявшегося бродягу в 1985 г., чтобы тот записался в организацию путешественников во времени. Бродяга наконец ухитряется наладить свою жизнь, становится уважаемым сотрудником организации путешественников во времени, старится, а потом под видом бармена выполняет самое трудное задание: встречается со своей судьбой в лице некоего бродяги. Встреча происходит в 1970 г. в баре «У Папаши».

Вопрос: кто мать Джейн, кто ее отец, дед, бабушка, сын, дочь, внучка и внук? Девушка, бродяга и бармен — само собой один и тот же человек. От таких парадоксов голова идет кругом, особенно если пытаться разобраться в запутанной истории происхождения Джейн. Если нарисовать ее генеалогическое древо, то окажется, что все ветви соединены в кольца, замкнуты сами на себя. И мы приходим к ошеломляющему выводу, что Джейн — ее собственная мать и отец! Все генеалогическое древо воплощено в ней одной.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Ученые создали математическую модель, доказывающую возможность отправиться в прошлое. «Парадокса дедушки» при этом не возникнет

  • Карлос Серрано
  • BBC News Mundo

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

В какое прошлое вы бы отправились, если бы могли?

Представьте, что у вас имеется машина времени, при помощи которой можно отправиться в конец 2019 года и предотвратить пандемию Covid-19.

Ваша задача в том, чтобы встретить «нулевого пациента» перед тем, как он заразится и начнет распространять коронавирус.

Звучит заманчиво, не так ли? Проблема в маленькой детали, которая может помешать вам выполнить эту миссию.

Действительно, некоторые толкования теоретической физики говорят в пользу того, что путешествие в прошлое возможно.

Эйнштейн, к примеру, знал, что его уравнения в принципе допускают перемещение во времени.

Однако данная гипотетическая возможность наталкивается на так называемый временной парадокс: противоречие, которое делает возврат в прошлое логически невозможным.

Автор фото, Getty

Внук, убивающий деда

Если внук в прошлом убьет своего дедушку до того, как тот обзаведется семьей, то не родятся ни отец путешественника во времени, ни следовательно, он сам. Но тогда некому окажется отправиться в прошлое, и дедушка останется жив. Соответственно, через какое-то время появится на свет злонамеренный путешественник, который отправится в прошлое убивать деда — это и создает парадокс.

Вернемся к истории с пандемией.

Если вы не допустите заражения нулевого пациента, сразу возникнет парадокс: в настоящем пандемии не будет, следовательно, у вас не возникнет мотив путешествовать в прошлое и вы не предотвратите пандемию.

Подобные ситуации остаются излюбленной темой фантастов.

В знаменитом рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром» герой, отправившись в прошлое нечаянно наступает на бабочку, а в настоящем, куда он возвращается, это меняет результат президентских выборов.

Замкнутый цикл логических противоречий вроде бы делает возможность путешествия в прошлое иллюзорной.

Однако новое исследование доказывает, что парадокс можно обойти.

Автор фото, Getty

От судьбы не уйдешь?

Прежде этого пытались добиться путем логических построений. Парадокс разрешался, например, теорией о том, что каждый раз, меняя прошлое, путешественник создает альтернативную ветку истории, в которой он возвращается в измененный его действиями мир, а не в то настоящее, из которого он отбыл (как в трилогии «Назад в будущее», например, или в «Терминаторе»). Другая гипотеза говорит о том, что раз путешественник сумел отправиться на роковую встречу с родным дедом, значит убить его у него уже никак не получится, несмотря на все старания.

Теперь же два австралийских ученых предложили математическое решение проблемы.

Студент физического факультета университета Квинсленда Жермен Тобар и его научный руководитель профессор Фабио Коста теоретически рассчитали, как поведет себя тело, перемещающееся во времени и пространстве, при вхождении в кривую путешествия в прошлое.

Созданная ими математическая модель показывает, что объект, путешествующий в прошлое и обратно, может двигаться разными путями, но неизменно придет в определенную точку.

Таким образом, согласно математически выкладкам, действия, совершенные в прошлом, не влияют на настоящее.

«События постоянно приспосабливаются друг к другу таким образом, чтобы прийти к одному неизменному результату», — рассказал Би-би-си Жермен Тобар.

Это значит, что в случае с пандемией вы, обладая свободой воли, могли бы делать в прошлом что угодно, но никак не изменили бы конечный исход.

Если бы вам удалось уберечь от рокового шага «нулевого пациента», то заразился бы кто-то другой, или даже вы сами.

Согласно модели Тобара, события по отдельности могут варьироваться, но в совокупности будут совершаться так, чтобы избежать парадокса и привести к тому же результату, в данном случае, к пандемии.

Автор фото, Getty

Лучше понять Вселенную

Разумеется, работа Тобара — математическая абстракция, пока не имеющая практического применения.

«Это интересное исследование», — сказал Би-би-си Крис Февстер, профессор математики в Йоркском университете, также изучающий теоретические аспекты перемещения во времени.

Он, однако, замечает, что надо посмотреть, соответствуют ли абстрактные допущения, положенные авторами в основу их модели, известным на сегодня физическим теориям.

Автор фото, Getty

Тобар говорит, что занят сейчас именно этим — проверкой математической модели с точки зрения физики.

Он признает, что его работа далека от того, чтобы сделать путешествия в прошлое реальностью, но видит в ней шаг к лучшему пониманию законов, управляющих Вселенной.

Путешествия во времени и программирование 2: парадоксы / Хабр

Эпоха путешествий во времени еще не наступила, а человечество уже давно пытается разрешить сопутствующие им парадоксы. Мы поговорим о самом очевидном из них: что же все-таки произойдет при вмешательстве в ход истории? Существует несколько вариантов того, как поток времени реагирует на действия путешественника из будущего. Эти модели можно увидеть в фантастических фильмах, о них все больше начинают говорить ученые, но какая модель ближе к истине — единого мнения пока нет. Мы только начинаем проникать в тайны времени, и еще не обладаем возможностью экспериментировать с перемещениями в прошлое. Что же можно прояснить в данном вопросе уже сейчас? Под катом нас ждет экскурсия по основам механики времени, мы порассуждаем о парадоксах, и проведем небольшой эксперимент. Да, это будет испытание виртуальной машины времени, построенной на основе алгоритма «Жизнь»!

In memory of John Horton Conway

Предыдущая статья цикла.

Если вы вдруг ничего не слышали о парадоксе дедушки, суть его в следующем: счастливый обладатель МВ улетает в прошлое, и своими действиями мешает собственному появлению на свет. Например, мешает знакомству своих родителей. В новом варианте истории путешественник отсутствует, нет его полета в прошлое – значит, история не меняется. Но тогда путешественник все-таки появится на свет, и в итоге полетит в прошлое… — замкнутый круг взаимоисключающих условий, поэтому и называется это парадоксом.

Примечание

Думаю, все понимают, что возникновение парадокса не привязано ни к бедному дедушке, ни к стиранию себя самого из истории. Путешественник может просто попросить себя молодого не заниматься изобретением машины времени (ага, так он и послушал!). Или отправить на 5 минут в прошлое записку «не отправляй записку». Суть одна: результатом полета в прошлое является отмена этого полета в прошлое.

Парадокс существует лишь как наше недопонимание того, как устроено время. Наверняка природа не допускает возникновения парадоксов, но как именно? Рассмотрим основные модели времени, отмечая их плюсы и минусы.

Модели
Модель 1: невозможность путешествий во времени

Суть: законы природы запрещают перемещения в прошлое, полностью, либо с какими-либо серьезными ограничениями. Имеется несколько вариаций на данную тему:

  • Перемещения в прошлое принципиально не возможны.
  • Перемещение в прошлое, или как минимум его серьезное изменение, приводит к разрыву ткани пространства-времени, схлопыванию Вселенной и прочим тотальным катаклизмам
  • Перемещаясь, скажем, на 1 год в прошлое, путешественник окажется на расстоянии 1 светового года от Земли, и сможет достигнуть исходной точки только к моменту своего отлета назад – тем самым, не имея возможности повлиять на себя в прошлом (т.е. мировая линия не замыкается в кольцо).

Плюсы: тривиальность решения. Самый простой способ разрешения парадокса – исключить условия его возникновения из сферы возможного.
Минусы: а как же мечта о машине времени?) Если серьезно, то принципиальная возможность путешествий во времени – слишком обширная тема, чтобы сейчас об этом говорить, поэтому рассмотрим, что еще у нас есть в запасе, надеясь, что они все-таки возможны.

Модель 2: предопределенность истории

«В этот момент он понял, что он и есть тот самый Джо. Джо, с которым он уже встречался перед этим. Словно молнией вдруг озарило в голове Боба тот факт, что это была не просто такая же ситуация, через которую прошел он сам, а это была именно т_а _с_а_м_а_я_ ситуация. Только теперь он воспринимал ее с другой точки зрения.» Р. Хайнлайн «По пятам».

Суть: полеты в прошлое возможны, но изменить там ничего не получится, поскольку страницы истории зафиксированы. Если археологи нашли свидетельство того, что вы посещали Эхнатона в древнем Египте – этот полет обязательно состоится, причем пройдет именно так, как это было в прошлом. Совершить там другие действия, или просто отказаться от полета – в силу каких-то обстоятельств вы не сможете.
Отсюда вывод, что некоторые точки истории могут быть созданы путешественниками во времени. Например, вы решили предотвратить затопление «Титаника» — оказавшись на борту, либо вы столкнетесь с кучей трудностей и не сможете увести корабль от айсберга, либо с ужасом осознаете, что ваши действия – настоящая причина катастрофы.
Уместно выделить два варианта модели: сильная и слабая. Сильная предопределенность подразумевает, что невозможно изменить ни одной детали прошлого. Слабая допускает изменение мелких деталей, но ключевые точки истории, общая направленность событий сохраняются.

Очевидно, что предопределенность распространяется не только на прошлое, но и на будущее. Ведь если прошлое зафиксировано, и содержит события прилетов людей из будущего, будущее тоже в некоторой степени предопределено, ведь в нем обязательно должны сложиться обстоятельства для этих полетов. В рамках данной модели становится возможным получить своего рода «гарантии истории». Например, ученые находят доказательства посещения прошлого людьми из XXX-го века – это означает, что в течение ближайшей тысячи лет человечество не только будет существовать, но и активно развивать науку. Здесь важно не отступать от законов логики и понимать, что отсутствие доказательств подобных посещений ровным счетом ничего не доказывает. «Если путешествия во времени возможны, то где наши потомки из будущего» — это, согласитесь, не серьезно, объяснений тому можно выдвинуть множество.
Примеры: фильм «Охотники за реликвией», рассказ Р. Хайнлайна «По пятам».
Плюсы: есть в этой модели некая элегантность. Может потому, что она занимает золотую середину между полным отрицанием возможности путешествий (модель 1) и их описанием с привлечением не самых тривиальных понятий (модель 3). Кроме того, имеются косвенные экспериментальные подтверждения данной модели на уровне квантовой информатики.
Минусы: идея предопределенности прошлого и будущего кажется как минимум странной. Даже если это слабая предопределенность, не вполне понятно, как именно законы физики ограничивают свободу выбора человека совершить, и тем более не совершить те или иные поступки. Понятно, что это ограничение происходит посредством обстоятельств. Неужели у каждого путешественника в прошлое всегда возникают такие обстоятельства, которые не позволят ему отказаться от полета? Нечто подобное еще можно представить на уровне квантовых частиц, но работа данного механизма в макромире пока не достаточно описана.

Уходя от фатализма к слабой предопределенности, мы сталкиваемся с вопросом критерия. До какой степени история позволяет себя менять? Что считается ключевой точкой? К этому вопросу мы еще вернемся.

Модель 3: альтернативные реальности

«-По всей видимости временной континуум был нарушен, и возникла новая событийная последовательность, которая изменила действительность

-Док, попроще можно?

-Сейчас, позволь проиллюстрировать. Представим, что эта линия обозначает время, вот настоящее, 1985 год, будущее и прошлое. До этой точки во времени, где то в прошлом линия отклонилась под таким углом и возник другой 1985 год, другой для тебя, для меня и для Эйнштейна, но настоящий для всех остальных.», «Назад в будущее-2»

Суть: изменение истории порождает новый поток времени, где развивается альтернативный сценарий событий. Сам путешественник остается в созданной им реальности.

Рис.1 – классическое представление о ветвлении реальности
Обычно подразумевается, что реальность ответвляется только при серьезном (ага, вот оно опять – критерий?) влиянии на историю. Например, вы отправляетесь в прошлое, а в точке старта остается наблюдатель (Н). После вашей спокойной прогулки по прошлому в качестве туриста он увидит ваше возвращение.

Рис. 2 – петля времени замкнулась
Но если вы отправитесь совершить (или предотвратить) революцию, то для наблюдателя вы так и не вернетесь из прошлого, т.к. станете частью новой реальности.

Рис. 3 — петля времени разорвана

Для не-программистов: в статье часто используются термины «ветка» (она же «branch»), «trunk», «merge» — пусть они вас не пугают. Эти понятия используются в системе контроля версий SVN, знать которую не обязательно для понимания того, что:

trunk — первоначальный, «наш» поток времени, ход истории.

branch, ветка — альтернативный поток времени, образуемый при вмешательстве в историю.

merge — процесс вливания ветки в транк, т.е. последствия событий альтернативной истории становятся частью основного потока истории (понятие основного/дополнительного потока — условно, тут скорее речь об одном потоке как родительском, и втором, как ответвлении от него).

Таким образом, можно хоть переписать историю с нуля – только это будет ее новая ветка, а старая останется в сохранности. Этакий GitHub с форками от любой прошлой ревизии.


В данной модели время перестает быть одномерной линией, т.к. добавляется ось вариации событий. Полученный таким образом Мультиверсум (Вселенная со множеством альтернативных реальностей) наглядно изображается в виде дерева.

Дерево можно изобразить в развернутом виде, где узлы – это события, а исходящие ветки – это возможные исходы (рис. 4А). Когда речь идет об изменении истории, удобнее взять один из маршрутов дерева как эталон (нулевая реальность, trunk), изобразить ее в виде прямой, а альтернативный маршрут изобразить в виде ответвления (рис. 4Б).

Рис.4 — древо альтернативных реальностей в двух представлениях

Логично: после вмешательства в прошлое ход событий развивается по новому пути, прочерчивая тем самым другую траекторию в пространстве вариантов. Вопрос только в том, что представляет собой это пространство: теоретическая модель, или же реально существующие параллельные реальности. Дело в том, что с понятием альтернативного хода событий мы сталкиваемся не только при путешествиях в прошлое. Вспомните теорию «делящейся Вселенной» Эверетта. В ее популярном изложении говорится о том, что при каждом событии Вселенная расщепляется на несколько реальностей, где реализуются возможные исходы события. Грубо говоря, при броске монеты реальность клонируется на три копии: в одной выпадает орел, в другой решка, в третьей монета встает на ребро. Мы бросили монетку и выпал орел – чем фактически являются две остальные реальности? Потенциальными состояниями квантового мира, или физически существующими параллельными мирами? Это фундаментальный вопрос современной физики, ответа на который у нас пока нет.
Примеры: фильм «Назад в будущее»
Плюсы: эта теория действительно разрешает парадоксы. И делает она это без вызывающего много вопросов ограничения свободы действий в прошлом. Представление об альтернативных потоках времени перекликается с рядом теорий (делящаяся Вселенная Эвверета, многолистная Мега-Вселенная Сахарова, трехмерное время Бартини и др.), и в целом видится логичным расширением модели одномерного времени.
Минусы: блистательно разрешив одни вопросы, модель привнесла другие. Если ветка истории образуется только при серьезном вмешательстве в историю, то каков критерий этой «серьезности»? Если же ветка образуется всегда, то как именно она вливается обратно в основной поток, обеспечивая тем самым возвращение путешественника из прошлого? Гипотеза слияния реальностей не нова, но пока остается недостаточно раскрытой.

Резюме по моделям

Существует еще одна модель. Она редко встречается в литературе, она фундаментально отличается от остальных, и сейчас вы сами поймете почему. Итак, те же исходные данные: путешественник стирает себя из истории, т.е. в новом сценарии событий он не появляется на свет. В этой модели нет параллельных реальностей, изменился основной, он же единственный поток времени. Вернувшись в свое время, путешественник будет никем не узнаваемый. То, что теперь никто не летит в прошлое — не означает, что путешественник все-таки появится на свет, ведь изменение истории уже произошло, и оно просто сохраняется.
Представьте, что некий злодей отправился на машине времени в далекое прошлое, чтобы коренным образом изменить историю человечества. Мы просто исчезнем из реальности, слово нас никогда и не было. Логично, что уже свершившиеся события не могут быть «аннулированы» и просто вот так исчезнуть. Точнее говоря, это нам диктует интуиция, а о логическом обосновании нужно подумать. Предлагаю пока это просто считать аксиомой: историю невозможно переписать. Все предыдущие модели – это различные варианты реализации данной защиты:

  1. Не дает полететь в прошлое
  2. Не дает в прошлом что-то изменить
  3. Не дает изменить основной поток времени, уводя изменения в дополнительный

Сам поиск человечеством модели разрешения парадоксов подразумевает следование данной аксиоме. Поэтому, в нашем распоряжении 3 модели времени. Будем считать, что так мы обрисовали контуры первого вопроса: защита истории от изменений. Что теперь можно сделать с этими моделями? Предлагаю сразу исключить первую: если путешествия во времени невозможны, то все наши предыдущие и последующие рассуждения бессмысленны. Остается две модели – какая же верна? А может, верны обе, являясь частными случаями более общей модели? Прежде, чем мы поговорим об этом, нам необходимо взглянуть на вопрос изменения истории с другого ракурса.

Прав ли Рэй Брэдбери

Забудем на секунду о рассмотренных моделях, о предопределенности истории или параллельных реальностях. Перед нами поток истории, в него вносится изменение – нас интересует лишь одно: будут ли последствия от этого влияния затухать, или же степень отклонения от первичного сценария будет нарастать как снежный ком?
В рассказе Рэя Бредбери «И грянул гром» раздавленная в юрском периоде бабочка приводит к масштабным изменениям нашего времени. Автор развивает версию о высокой связности событий, что делает историю крайне не устойчивой: даже малейшее изменение в прошлом, особенно далеком, вызывает серьезное отклонение.
Фрагмент

Мы не хотим изменять Будущее. Здесь, в Прошлом, мы незваные гости. Правительство не одобряет наши экскурсии. Приходится платить немалые взятки, чтобы нас не лишили концессии Машина времени — дело щекотливое. Сами того не зная, мы можем убить какое-нибудь важное животное, пичугу, жука, раздавить цветок и уничтожить важное звено в развитии вида.

— Я что-то не понимаю, — сказал Экельс.

— Ну так слушайте, — продолжал Тревис. — Допустим, мы случайно убили здесь мышь. Это значит, что всех будущих потомков этой мыши уже не будет — верно?

— Да.

— Не будет потомков от потомков от всех ее потомков! Значит, неосторожно ступив ногой, вы уничтожаете не одну, и не десяток, и не тысячу, а миллион — миллиард мышей!

— Хорошо, они сдохли, — согласился Экельс. — Ну и что?

— Что? — Тревис презрительно фыркнул. — А как с лисами, для питания которых нужны были именно эти мыши? Не хватит десяти мышей — умрет одна лиса. Десятью лисами меньше — подохнет от голода лев. Одним львом меньше — погибнут всевозможные насекомые и стервятники, сгинет неисчислимое множество форм жизни. И вот итог: через пятьдесят девять миллионов лет пещерный человек, один из дюжины, населяющей весь мир, гонимый голодом, выходит на охоту за кабаном или саблезубым тигром. Но вы, друг мой, раздавив одну мышь, тем самым раздавили всех тигров в этих местах. И пещерный человек умирает от голода. А этот человек, заметьте себе, не просто один человек, нет! Это целый будущий народ. Из его чресел вышло бы десять сыновей. От них произошло бы сто — и так далее, и возникла бы целая цивилизация. Уничтожьте одного человека — и вы уничтожите целое племя, народ, историческую эпоху. Это все равно что убить одного из внуков Адама. Раздавите ногой мышь — это будет равносильно землетрясению, которое исказит облик всей земли, в корне изменит наши судьбы. Гибель одного пещерного человека — смерть миллиарда его потомков, задушенных во чреве. Может быть, Рим не появится на своих семи холмах. Европа навсегда останется глухим лесом, только в Азии расцветет пышная жизнь. Наступите на мышь — и вы сокрушите пирамиды. Наступите на мышь — и вы оставите на Вечности вмятину величиной с Великий Каньон. Не будет королевы Елизаветы, Вашингтон не перейдет Делавер. Соединенные Штаты вообще не появятся. Так что будьте осторожны. Держитесь тропы. Никогда не сходите с нее!

Теперь рассмотрим маленький пример. Вы собираетесь утром на работу, выходите из дома, и на метро доезжаете до нее. Каким-то образом в историю вносится коррекция: вы узнали, что метро сегодня не работает. Взяв велосипед, вы доезжаете на нем. Вносим еще одну коррекцию: прокалывается шина. Но вы дойдете пешком!

Рис. 5 — стремление реальностей к объединению

На хронокарте видно:

1. Вливание веток в транк происходит в разные моменты времени, т.к. достижение целевого состояния (попасть на работу) происходит разными путями.

2. Деформация полностью не затухает, т.е. несмотря на то, что во всех трех случаях вы на работе, есть некоторые незначительные вариации (припаркованный велосипед, грязная обувь и пр.).

Что происходит, если абстрагироваться от действующих лиц? Если у системы есть цель, она стремится к ней при любых сценариях, обладая, таким образом, определенным запасом устойчивости (к отклоняющим воздействиям). Сейчас мне бы не хотелось уходить в дебри философии и говорить на тему цели у материальных объектов, людей, общества и пр. То, что события в окружающем нас мире подчиняются законам физики и в некотором смысле упорядочены – думаю, очевидно. Историю нельзя считать набором совпадений, в ней есть своя обусловленность. После первобытно-общинного строя не смог бы наступить капитализм, минуя рабовладельческий и феодальный строй. Если предотвратить начало войны в 1939 году, наверняка она все равно началась позже, ведь в мире сохранились бы предпосылки для этого. Если некое научное открытие не сделал бы один ученый, его бы сделал позднее кто-то другой, и так далее. События истории обладают направленностью, тенденцией, а это значит, что любое отклонение хода истории имеет свойство затухать.

Данная гипотеза выводит нас на следующий уровень понимания механики времени, ведь она фактически объединяет две рассмотренные ранее модели. В одной мы говорили о сопротивлении истории изменениям, в другой – о параллельных потоках времени. Полагая, что параллельные потоки времени стремятся влиться обратно в основной поток, мы выделяем из этих двух моделей единую суть: упругость потока времени.

Как происходит слияние реальностей?

В прошлой статье это вызвало много вопросов. Вопрос крайне непростой, поэтому на правах предположения, уточняю: сливаются не объекты, а события. Рассмотрим всем известный световой конус, только вместо пространственной оси у нас будет ось вариантов.

Рис. 6 — настоящее, как проекция альтернатив прошлого и корень вариантов будущего
Верхний конус – будущее, это возможные исходы от текущего состояния, нижний конус – прошлое, это некоторый спектр возможных предшествующих состояний. Стенки конусов очерчивают границы достижимости, т.е. выйти за пределы конуса означает перейти в такое состояние (дельта по оси b), которое из текущего состояния за данный промежуток времени (дельта по оси t) достигнуть невозможно.
Слияния событий конуса прошлого в точке настоящего означает общий для них результат. Но как это происходит на уровне изменения структуры объектов, как они накладываются? Возможно, происходит нечто подобное тому, что показано в «Назад в будущее», где заголовок газеты плавно меняется прямо на глазах – это «бранч мержится в транк».

Квантовая монетка

В комнате сидят двое: Алиса и Боб. Пять минут назад Алиса бросила монету и выпала решка, они оба это видели. У нас есть машина времени, и мы проводим коррекцию истории: пять минут назад выпадает орел. В итоге у нас получается две реальности:

Рис. 7 — эксперимент с двумя наблюдателями
Алису и монету нельзя разъединить, поскольку результат броска монетки не существует в отрыве от его наблюдения. Но у нас еще есть Боб, который с некоторой задержкой тоже узнает итог броска монетки, и они с Алисой обмениваются парой реплик. Два исхода, и две реальности – мы это видим на схеме.
Изменим условия эксперимента: Боб не видит результата. С точки зрения Боба эти две реальности идентичны, в обоих из них он видит бросок монетки, но не знает исхода. Важная деталь (спасибо Agent_J за поправку): Алиса не говорит результат Бобу, тогда для него ход событий действительно одинаков в обоих случаях. Боб тоже может уйти в два бранча, как только Алиса скажет ему результат опыта. Попробуем это нарисовать в 5D:
Рис.8 — эксперимент с одним наблюдателем
Подумайте об этом, это действительно любопытно! Словно бы две Алисы общаются с одним Бобом, а просто произнесение одной фразы инициирует деление потока времени слушателя.

Здесь мы подходим к пониманию роли наблюдателя в модели параллельных реальностей. Линия на хронокарте – это не реальность, это состояние группы объектов, наблюдение любого из которых включает наблюдателя в эту линию. Природа не делает полной копии Вселенной, она просто хранит dif их отличий.

Так все-таки, как происходит слияние?

Первое: слияние не следует трактовать буквально, будто бы миры становятся идентичны. Два мира в чем-то различаются, в чем-то схожи — и вот эта схожесть представляет собой нечто вроде их стыка в пространстве вариантов. Как в том примере, где тремя путями человек все равно попал на работу — в этот момент у трех реальностей появился данный стык, произошло их частичное слияние. Разумеется, некорректно говорить о полном слиянии реальностей, потому как сама реальность, как уже было показано в парадоксе квантовой монетки, это всего лишь срез пространства состояний. Как разные объекты могут быть в разных стыках, карманах и потоках пространства вариантов — это хорошая тренировка для воображения!

Частый вопрос: а почему сливаются бранчи, откуда вообще идея упругости истории? Отвечу другими словами и коротко: устойчивость систем. Это универсальное свойство практически любой более-менее сложной системы, будь то человек, экономика страны, мировая политика и пр. У системы есть цель (в том, или ином виде), и работа системы подобна автоматическому регулятору, корректирующему движение к цели. Поэтому вносимые в прошлое возмущения будут встречать сопротивление устойчивости систем мира. Точки бифуркации — это совсем другое дело, воздействие на них может кардинально изменить ход событий. Но затухание dif’а все равно будет, просто на большем масштабе.

В ходе обсуждений MrSeventh предложил интересную гипотезу: а что если физическим носителем лога различий бранчей является темная материя и/или энергия?

Могу предположить следующее

Темная энергия отвечает за ускоренное расширение Вселенной. По ряду соображений мне близка теория пульсирующей Вселенной, т.е. после большого взрыва и расширения следует сжатие (циклическая пульсация, как биение сердца). Это означает, что параметры темной энергии должны будут измениться.

Как вариант, дело тут вот в чем: сейчас Вселенная молодая, и большинство бранчей идет на расхождение, им потребуются триллионы лет на то, чтобы начать сближаться (в соответствии с кривой затухания). Начнется синтез различных вариантов Вселенной в один, соединение различных бранчей, лог dif’а при этом будет сокращаться, параметры темной энергии (если это физический носитель этих логов) — меняться, Вселенная сжиматься до состояния сингулярности, где соединится не только вся материя, пространство, и время, но и все варианты (потоки времени).

Единая модель

А теперь соединим все ранее сказанное. Две модели времени (предопределенность истории и ветки) фактически соединились в одну: «ветки с merg’ом». Любые изменения истории (даже сам факт пребывания в прошлом) прочерчивают альтернативные маршруты в пространстве вариантов, но поток времени обладает свойством упругости, что проявляется как постепенное стремление альтернативных маршрутов влиться в основной. При этом наблюдаемый мир представляет собой срез сложного квантового переплетения потоков времени, когда находящиеся в одном пространстве объекты могут относиться к разным потокам времени (пока между ними нет факта наблюдения).

Математическая модель

Итак, нам необходимо смоделировать затухание отклонения истории, возникающее при вмешательстве в прошлое.

Первый вариант: самый тривиальный, мы считаем что затухание бранча происходит с неким постоянным ускорением. Описывается формулой равноускоренного движения.
Второй вариант: более правдоподобный, где поток времени сравнивается с пружиной, и тогда сила (а значит, и ускорение) пропорциональны текущему отклонению. То есть, чем дальше поток истории ушел в сторону, тем сильнее он стремится вернуться назад. Описывается формулой затухающей синусоиды.
Третий вариант: а здесь интересная история. Первая версия статьи содержала

вывод формулы по 2-му варианту
Благодаря Strepetarh, Sayonji, mayorovp была замечена ошибка: расчет основан на формуле равноускоренного движения, которая здесь не подходит. Но эта формула, как оказалось, хорошо подходит для описания наблюдаемой картины (см. далее).

  1. Равноускоренное затухание.
  2. Затухание по правильной формуле «пружины».
  3. Третья, старая формула.

А теперь пора перейти от теории к практике.

Эксперимент

А что если данные об истории можно смоделировать? Нужна некая упрощенная модель мира, состоящего из множества взаимодействующих элементов. Мы будем фиксировать ход событий, затем отматывать его назад, вносить изменения в «мир», запускать симуляцию, и наблюдать новый сценарий. Останется только количественно оценивать разницу между этими двумя реальностями, и выдавать ее в виде графика. Тогда мы получим экспериментальную, а не теоретическую кривую затухания отклонений истории.

Осталось придумать алгоритм, который сгодился бы на роль «модели мира». Перебрав несколько вариантов, я остановился на алгоритме Конвея «Жизнь». Ранее о нем я почти ничего не слышал, поэтому засел за поиск – и с удивлением обнаружил на Хабре множество статей на эту тему. Осталось понять, как оценивать разницу между мирами. Мне хотелось построить решение на неком эволюционном принципе, поскольку история реального мира – это все-таки прогресс и совершенствование, а не устоявшийся режим «кипения клеток». Может быть, нечто вроде механизма генетического отбора, или чего-то подобного, что вводило бы в мир какие-то измеримые характеристики, позволяющие сравнивать разные варианты истории (например, «количество клеток 42-го уровня»). Поверх алгоритма Конвея оказалось довольно сложно что-то прикрутить. Он выбрал оптимальные параметры «Жизни», и мои попытки добавить свои правила в алгоритм делали мир неустойчивым. Спустя некоторое время я выбрал самое простое решение: использовать классический вариант алгоритма без всяких наворотов, и просто вычитать попиксельно один мир из другого (расстояние по Хэммингу) – это и будет степень расхождения истории.

Сказанное я воплотил в проект: https://github.com/TimeCoder/LifeTime

Там же можно скачать сбору под Windows: https://github.com/TimeCoder/LifeTime/raw/master/bin/lifetime.1.0.0.12.bin.win32.zip

А также под Linux (спасибо vershov):
lifetime.1.0.0.12.bin.linux.x86.tar.gz
lifetime.1.0.0.12.bin.linux.x64.tar.gz

Видео:

Перед запуском нашей машины времени, познакомимся с UI и кодом программы.

Рис. 10 — элементы управления

Интерфейс программы состоит из 4-х областей:

  1. Мир – здесь отображается процесс развития жизни, после случайного заполнения клетки образуются и распадаются по алгоритму «Жизнь» Конвея. Края мира «сшиты» между собой.
  2. Хронокарта – фактически здесь мы видим хронодрево, Мультиверсум, пространство вариантов – называйте как хотите. Изначально перед нами одна прямая – первичный поток времени, нулевая реальность (зеленая). Когда мы совершим перемещение в прошлое, над основным потоком образуется тоннель (синий), а новый сценарий развития событий будет представлен кривой (желтая).
  3. Блок управления, где включается машина времени и запускается перемещение.
  4. Область вывода различных данных о мире, путешественнике и перемещении.

Теперь рассмотрим порядок работы с машиной времени:

  1. Сразу после запуска программы вы увидите кипящий океан жизни и бегущий счетчик времени. Подождите немного, и нажимайте кнопку «Begin».
  2. Машина времени активирована, мир замер в ожидании. Что по логике должно произойти далее? В машину времени должен сесть путешественник. Кликайте мышью в области мира по клеткам, выбирая тем самым объект для перемещения. Выбор можно менять, или отменять вовсе, кликая на пустую область.
  3. Когда объект выбран, автоматически разблокируется слайдер, находящийся над хронокартой. Тяните его влево, отматывая историю до нужного момента времени. Это еще не перемещение: мы только выбираем точку назначения.
  4. Нажимайте «Leap» — вперед, в прошлое! Объект перенесется в выбранный вами момент времени, станет частью мира, и симуляция продолжится с этой точки. По графику будет видно отклонение нового сценария истории, а в том месте, где был объект, будет легкая его подсветка. Когда время дойдет до вершины петли (точки, откуда был сделан переход в прошлое) – программа встанет на паузу, на монитор выведется ряд данных.

В данной версии есть некоторые особенности:

  • Только один полет в прошлое за один сеанс работы программы. Возможность множественных бранчей в программу заложена, но пока отключена, в том числе из-за нерешенной задачи «о трех ветках», см. ниже.
  • Путешествий в будущее нет (не увидел в них смысла).
  • Переключаться между потоками можно только после петли.
  • После того, как вы начали двигать слайдер времени, выбрать другой объект для перемещений нельзя (нужно немного дописать код).
  • На больших размерах мира программа тормозит (нужно оптимизировать).
  • Рендер происходит с помощью OpenGL (вроде как нормальное решение).

Существуют и другие кандидаты на роль базового алгоритма, взамен «Жизни», например Tierra или Avida. Разработка проекта продолжается.

Задача о трех ветках

Проблема в том, что мы количественно оцениваем качественные величины. Итак, представьте 3 мира: основной поток времени, и два альтернативных. Что брать за систему отсчета при изображении отклонения истории? В случае 2-х веток все просто: первую нарисовали как прямую линию, вторую изображаем в виде кривой, показывающей степень отклонения от базовой реальности. Но теперь нам нужно изобразить третью кривую. Допустим, эта реальность отпочковалась от транка, и отличается от него настолько же (количественно), как и вторая – получается, что траектории второго и третьего потока совпадут – но в них происходят качественно разные события! Другой вариант: третья реальность отпочковалась от второй, и в ней ход истории быстро приходит к варианту транка (например, сначала изменили прошлое, возникла реальность 2, потом полетели в прошлое чтобы все вернуть как было – образовалась реальность 3, почти идентичная 1-й). Отклонение третьей реальности от второй такое же, как второй от первой. Задача заключается в том, чтобы придумать оптимальный метод рисования хронокарт с учетом подобных нюансов.

Код

Коротко рассмотрим архитектуру проекта, и ключевые моменты отдельных фрагментов. Ниже диаграмма основных классов проекта:

Рис. 11 — упрощенная диаграмма классов
Все начинается с алгоритма расчета жизни, реализованного в LifeModel. Эта штука содержит в себе текущее состояние мира (для работы с которым есть класс World), умеет заполнять мир случайными клетками (это нужно для первого старта) или продолжать «покадровую» симуляцию с заданного мира (это нужно при внесении изменений в прошлое). Класс LifeView отвечает за визуальное отображение модели жизни, связываются они через сигналы/слоты.
Жизнь симулируется, но это лишь мимолетное «настоящее», нам потребуется знать все прошлые состояния мира, т.е. нам необходимо от трех измерений перейти к четырем: появляется класс TimeFlow (поток времени, ветка реальности). Он агрегирует LifeModel, содержит коллекцию World (история прошлого), а также точки для построения кривой отклонения истории. Также у него есть указатель на родительский поток, от которого он отпочковался.

Конечно же, потоков времени может быть много, и все они хранятся в TimeModel, фактически представляющий собой древо времени. Именно TimeModel предоставляет интерфейс для просмотра прошлого и перемещения в заданный момент. Он хранит не только коллекцию потоков и номер текущего из них, но путешественника во времени (коллекция клеток). В классе TimeView происходит рендер хронодрева с динамическим масштабированием.

На самом верхнем уровне у нас находится класс MainWindow. Он содержит все view и TimeModel, отвечает за логику работы UI и связывает модели с представлениями посредством сигналов\слотов. Рабочий цикл организован таймером, по тикам которого вызывается next у TimeModel, а он уже пробегается по всем потокам времени, требующим в настоящий момент вызова next (ведь мы можем быть в прошлом, и наш родной поток уже просчитан на какое-то количество шагов вперед).

Все остальные подробности проще посмотреть непосредственно по коду. Да, поскольку это мой первый опыт разработки на фреймворке Qt, конструктивные замечания по коду приветствуются)

Запуск!

Совершим пробный запуск, размер мира 300х300:

Рис. 12 — пример путешествия во времени
Истории перешла в интенсивное отклонение не сразу, достигнув максимума пошел некоторый спад. Отношение отклонения в точке начала путешествия («вершина петли») к максимальному отклонению можно увидеть на мониторе, параметр Dif coef. Здесь он равен 0.82, то есть деформация истории успела уменьшиться почти на 20%.

Dif и характер кривой бранча

Установив размер мира в 100х100, я совершил прыжок в прошлое, и получился такой график:

Рис. 13 — один из вариантов кривой потока времени
Желтая кривая – это вычисленный программой альтернативный поток истории, а поверх я наложил рассмотренные в разделе математической модели графики. Конечно, его пришлось масштабировать их по обеим осям, ведь в них не соблюдены реальные размерности. Они нам просто не известны: мы не знаем коэффициент упругости времени, и мы не знаем коэффициент масштабирования графика по оси времени.

На графике видно, что первый вариант (равноускоренное затухание) явно мимо, второй («пружинная» формула) больше похож на правду, но кривая слишком рано начинает затухать. Третий вариант (формула, полученная в результате ошибки) почему-то более других отражает характер реальной кривой.

На самом деле мне просто повезло с первой попытки получить такую кривую. Не всегда dif затухает, иногда отклонение непрестанно растет, в том числе после вершины петли. Для того, чтобы точно выявить от чего это зависит, нужны доработки программы и тщательные эксперименты. Пока что я не заметил, чтобы на характер кривой влиял размер мира, объекта, дальность переноса. Скорее всего, как и в реальном мире, все дело в конкретных обстоятельствах путешествия, т.е. тех «событиях», среди которых появляется пришелец из будущего.

В любом случае, полученные кривые ближе к правде, нежели обычно принятое условное изображение реальности в виде прямой линии. Во-первых, отклонение реальности вряд ли происходит линейно. Совершается одно событие, само по себе незначительное, которое через какое-то время вызывает (или не вызывает) другое, уже куда более мощное. Это как в I-й части «Назад в будущее»: сначала Марти оттолкнул своего отца от машины – кривая отклонения реальности незначительно ушла. И только потом события начинают развиваться стремительно. Во-вторых, постоянно происходят колебания, миры становятся то ближе, то дальше (в плане схожести).

Важен ли размер мира?

Все тесты я проводил на квадратных мирах размерностью 100-1000. Конечно же, чем больше мир, тем он более полноценно симулирует мир реальный, пока есть только одна проблема: программа тормозит на больших мирах. Нужна оптимизация. Но уже сейчас понятны некоторые вполне логичные закономерности. На маленьком мире пространственный очаг изменения истории распространяется быстрее. Возьмем мир 100х100:

Рис. 14 — сравнение trunk’а и branch’а
В прошлое был отправлен объект из 4-х клеток, и за каких-то 200 поколений мир изменился почти полностью (на рисунке показано две реальности).

Посмотрим мир 1000х1000:

Рис. 15 — распространение области изменений

Если наложить два варианта мира через 500 поколений, то можно увидеть вполне четкое пятно разницы (все остальное – идентично). Радиус пятна со временем растет, т.е. изменение истории охватывает все большее пространство. Но опять же, не всегда. Иногда происходит странная череда событий, и все изменения сглаживаются, порою даже до нуля, и миры становятся идентичными.

Кстати, после достижения вершины петли можно нажать «Play» и продолжить симуляцию, чтобы посмотреть дальнейшее поведение ветки. Как правило, если dif монотонно рос внутри петли, он продолжает свой рост после (возрастает радиус пятна). Впрочем, рост происходит довольно медленно, и при больших размерах мира относительный радиус пространственных изменений крайне мал.

Три типа Петля времени

По ходу статьи мы уже несколько раз сталкивались с вопросом: что считать «серьезным» вмешательством в историю, а что нет? Быть может, уже в обозримом будущем мы научимся просчитывать траектории реальности как Вычислители в «Конец Вечности» А. Азимова, а пока нужно начать хоть с чего-то.
Начнем с понятия системы отсчета. Их две, хотя они и неразрывно взаимосвязаны: мир и путешественник. Можно отправиться в прошлое, и внести колоссальные изменения в соседнюю галактику, но на прошлое путешественника здесь на Земле это никак не повлияет. Другой пример: путешественник может отправиться на день назад и внести в поток событий своего двойника некую мелочь, в результате которой через день он не полети
т в прошлое. Отклонение истории в первом примере огромно в системе отсчета мира, но незаметно с точки зрения путешественника. Во втором примере наоборот: для мира это исчезающе малая флуктуация, а с точки зрения путешественника запустился совершенно иной сценарий событий.

Измерение отклонений истории в системе отчета мира – крайне интересная и важная тема, только пока в ней больше вопросов. Потоки истории затрагивают слишком много людей, пока не разработаны необходимые модели, чтобы количественно оценивать значимость мировых событий. Скажем, какое изменение истории значительнее: спасение президента Кеннеди или предотвращение Чернобыльской аварии?

Самое простое, что мы сейчас можем сделать, это оценивать степень изменения истории по влиянию этих изменений на вершину петли времени. И тогда логично выделить 3 степени изменения истории:

Рис. 16 — три типа петли времени

  1. Изменение практически полностью затухает до вершины петли. Например, устроили пикник в Юрском периоде, до наших дней не сохранится даже пластик.
  2. К вершине петли изменение затухает, но не полностью, остается некоторый след. Например, слетали во вчерашний день и в своем блокноте нарисовали картинку. Вернувшись, откроем блокнот, и увидим ее (главное до начала эксперимента не смотреть в блокнот).
  3. Отклонение истории настолько мощное, что может отменить сам полет.

Здесь важно понимать относительность этих степеней, т.е. любое изменение истории затухает, вопрос лишь в том, насколько оно успеет затухнуть к моменту отлета в прошлое. Впрочем, затухание продолжается и после этого момента.

В программе у меня почему-то не получилось с ходу поймать петлю II-го типа:

Рис. 17 — примеры из программы

Тип петли на мониторе выводится в параметре Leap Type. Практически всегда там номер 3. Что происходит? Когда симуляция доходит до того момента, из которого совершался спуск в прошлое, происходит наложение объекта (который улетал) на текущий мир (бранч). Если расположение клеток совпадает, т.е. в новой версии истории в этой же точке пространства-времени есть этот объект – значит «коэффициент инвариантности» равен 1. Если же ни одна клетка не совпала – то он равен 0. Пока что в коде заданы условные пороги этого коэффициента, разграничивающие 3 типа петли (абсолютно «с потолка»).

Означает ли это, что любое перемещение в прошлое приводит к парадоксам? Думаю, что нет, просто алгоритм «Жизнь» крайне чувствителен к вносимым изменениям. Он дает модель мира в очень грубом приближении, без целеориентированности процессов, тогда как человеческая деятельность так или иначе имеет свой вектор. За счет этого, как я предполагаю, эффект затухания dif’а в симуляции меньше, чем в реальном мире.

У читателей возникло немало вопросов типа «так затухает ли история, разве моделирование в программе это не опровергло?». Думаю, что не опровергло, а частично подтвердило. Случаев, когда отклонение монотонно растет не больше, чем когда отклонение затухает, хотя бы на 5-10%. Даже сам факт того, что эти случаи зарегистрированы — говорит о том, что история способна «выправляться» в принципе, обладает упругими свойствами. Некоторые заметили специфические условия, при которых ветка особенно быстро вливается в транк — и эти условия можно трактовать двояко. Да, история мира в программе, как и у реального мира — неоднородная, состоит несколько «эпох»:

  • высокая плотность жизни и ее однородность
  • жизнь редеет и образуются более сложные структуры, обособленные группы клеток
  • эпоха равновесия

Но разве это не похоже на эволюцию нашего космоса и планеты? И да, перемещения внутри одной эпохи, перемещения между эпохами — дают разный результат. Это можно трактовать как особенность алгоритма, которая мешает нам ставить корректные эксперименты. А можно считать отражением реальных процессов Вселенной.

Заключение

Можно ли сказать, что в целом история чаще всего стремится вернуться в свое русло? Как минимум, такой эффект зарегистрирован, а чтобы говорить о его частоте, нужно больше экспериментов. Конечно, опыты необходимо проводить в автоматизированном режиме, т.е. вместо UI реализовать API программы + скрипты, где задавать различные сценарии испытаний со множеством повторов. Что это даст?

Как минимум, мы сможем оценить динамические характеристики потока времени. Как кривая затухания деформации истории зависит от размера объекта, размера мира, каков наиболее общий вид этой кривой?

Сделав машину времени «многоразовой», мы сможем смоделировать сложные парадоксы, и посмотреть, что действительно происходит. Отмена отмены изменения истории? День Сурка? Парадокс статуи? Все это можно будет увидеть «вживую», в виде реальных (точнее, виртуальных) 5D-треков.

Может быть, у вас есть идеи и предложения, в каком еще направлении можно развить проект?

Кроме концептуальных задач, есть ряд чисто технических доработок, в частности:

  • Остро нужна оптимизация, необходимо допиливать алгоритм (например, реализовать HashLife) – надеюсь, дойдут когда-нибудь до этого руки.
  • Может кто-нибудь собрать бинари под Linux?
  • Система автоматизированных экспериментов.
  • Переход на Qt5, С++11
  • И множество мелких улучшений по интерфейсу, возможность сохранять мир, выбирать объект из прошлого, телепортировать его при полете в прошлое и пр.

Главное – это понимание первооснов вопроса! Сейчас есть немало «мифов», увы, формирующих представления о времени у многих людей. Через раз я читаю про «если переместиться на секунду назад, то очутишься в космосе, ведь Земля движется». Или состояние «хроностазиса», когда мир вокруг «замирает», называют «замедлением времени», тогда как это наоборот, ускорение времени наблюдателя. А ведь подобные вопросы легко разрешимы даже без каких-либо экспериментов, на уровне элементарной логики! Я это к тому, что огромный пласт работы по исследованию времени можно (и нужно) проводить даже не имея работающих хронотехнологий, вооружившись здравым смыслом. Плюс, уже не первый раз на помощь приходит программирование.

Сегодня мы коснулись вершины айсберга, кратко рассмотрев один из парадоксов времени. Тема времени беспредельна, в многообразии вопросов и своей увлекательности. Если кому-то интересно участвовать в этой работе – пожалуйста, открыто несколько проектов. Без капли иронии скажу, что в вопросе изучения времени не последняя надежда человечества на хабралюдей, чье умение логически мыслить и творчески гореть поможет сделать новые открытия!

Да, в статье не раскрыта тема событийных законов (эвентология), не перечислены различные способы наблюдения прошлого (т.к. статья о путешествиях), ну и конечно у многих возникли вопросы: а возможны ли путешествия в прошлое вообще, существует ли время? Чтобы не уйти в одну лишь философию (и как следствие — холивар), приходится делать допущения. В первую очередь, мы допускаем возможность полетов в прошлое. Дальше у нас открывается возможность не только обсуждать эту тему и высказывать самые «сумасшедшие» идеи, но и приводить поток мыслей в систему, и даже пробовать подтвердить свои теории экспериментально. Так, шаг за шагом, мы приближаемся к разгадке величайшей тайны — времени!

Как путешествовать во времени: все способы и парадоксы | Миры

Идея, что можно попасть в прошлое или будущее, породила целый жанр хронофантастики, — и кажется, что все возможные парадоксы и подводные камни нам давно известны. Теперь мы читаем и смотрим такие произведения не ради того, чтобы взглянуть на другие эпохи, а ради путаницы, которая неизбежно возникает при попытках нарушить ход времени. Какие же фокусы со временем лежат в основе всех хроноопер и какие сюжеты можно собрать из этих кирпичиков? Давайте разбираться.

Самая простая задача для путешественника во времени — попасть в будущее. В таких историях можно даже не продумывать, как именно устроен временной поток: поскольку будущее на наше время не влияет, сюжет почти не будет отличаться от полёта на другую планету или в сказочный мир. В каком-то смысле все мы и так путешествуем во времени — со скоростью одна секунда в секунду. Вопрос только в том, как увеличить скорость.

В XVIII-XIX веках одним из фантастических явлений считались сновидения. Летаргический сон приспособили для путешествий в будущее: Рип ван Винкль (герой одноимённого рассказа Вашингтона Ирвинга) проспал двадцать лет и очутился в мире, где все его близкие уже умерли, а его самого успели забыть. Такой сюжет сродни ирландским мифам о народе холмов, который тоже умел манипулировать временем: тот, кто провёл под холмом одну ночь, возвращался через сотню лет.

Этот метод «попадания» не устаревает

С помощью снов писатели того времени объясняли любые фантастические допущения. Если рассказчик сам допускает, что диковинные миры ему привиделись, какой с него спрос? К такой хитрости прибегнул Луи-Себастьен де Мерсье, описывая «сон» об утопическом обществе («Год 2440»), — а это уже полноценное путешествие во времени!

Впрочем, если путешествие в будущее нужно правдоподобно обосновать, сделать это без противоречий с наукой тоже несложно. Прославленный «Футурамой» метод криогенной заморозки в теории может сработать — поэтому сейчас многие трансгуманисты стараются сохранить свои тела после смерти в надежде, что медицинские технологии будущего позволят их оживить. Правда, по сути это просто адаптированный под современность сон ван Винкля, поэтому сложно сказать, считать ли это «настоящим» путешествием.

Для тех, кто хочет всерьёз поиграть со временем и углубиться в дебри физики, лучше подойдёт путешествие со скоростью света.

Теория относительности Эйнштейна позволяет на околосветовых скоростях сжимать и растягивать время, чем в фантастике с удовольствием пользуются. Знаменитый «парадокс близнецов» гласит, что если долго носиться по космосу на околосветовой скорости, за год-другой таких полётов на Земле пройдёт пара веков.

Более того: математик Гёдель предложил для уравнений Эйнштейна такое решение, при котором во вселенной могут возникать временные петли — нечто вроде порталов между разными временами. Именно этой моделью воспользовались в фильме «Интерстеллар», сперва показав разницу в течении времени возле горизонта чёрной дыры, а потом и прокинув с помощью «кротовой норы» мостик в прошлое.

Все сюжетные повороты, которые сейчас придумывают авторы хроноопер, уже были у Эйнштейна и Гёделя (снято на iPhone 5)

Можно ли таким образом попасть в прошлое? Учёные в этом сильно сомневаются, но фантастам их сомнения не мешают. Достаточно заявить, что превышать скорость света запрещено только простым смертным. А Супермен может сделать вокруг Земли пару оборотов и вернуться в прошлое, чтобы предотвратить гибель Лоис Лейн. Да что там скорость света — даже сон может работать в обратном направлении! А у Марка Твена янки получил ломом по голове и стал «попаданцем» при дворе короля Артура.

Конечно, в прошлое летать интереснее — как раз потому, что оно неразрывно связано с настоящим. Если автор вводит в историю машину времени, он обычно хочет как минимум запутать читателя временными парадоксами. Но чаще всего главная тема в таких историях — борьба с предопределением. Можно ли изменить собственную судьбу, если она уже известна?

Ответ на вопрос о предопределении — как и сама концепция путешествия во времени — зависит от того, по какому принципу устроено время в конкретном фантастическом мире.

Терминаторам законы физики не указ

В реальности главная проблема с путешествием в прошлое не скорость света. Если отправить назад во времени что угодно, хотя бы сообщение, это нарушит фундаментальный закон природы: принцип причинности. Даже самое захудалое пророчество — уже в каком-то смысле путешествие во времени! Все известные нам научные принципы строятся на том, что сперва происходит событие, а потом у него возникают последствия. Если следствие опережает причину, это ломает законы физики.

Чтобы «починить» законы, надо придумать, как мир реагирует на такую аномалию. Тут-то фантасты и дают волю воображению.

Если жанр фильма — комедия, то риска «сломать» время обычно нет: все поступки героев слишком малозначительны, чтобы повлиять на будущее, и главная задача — выпутаться из собственных проблем

Можно заявить, что время — единый и неделимый поток: между прошлым и будущим как бы натянута нить, по которой можно перемещаться.

Именно в такой картине мира возникают самые известные петли и парадоксы: например, если в прошлом убить своего дедушку, можно исчезнуть из вселенной. Появляются парадоксы из-за того, что эта концепция (философы называют её «Б-теорией») утверждает: прошлое, настоящее и будущее столь же реальны и неизменны, как и привычные нам три измерения. Будущее пока что неизвестно — но рано или поздно мы увидим тот единственный вариант событий, который должен произойти.

Такой фатализм порождает самые ироничные истории о путешественниках во времени. Когда пришелец из будущего пытается исправить события прошлого, он внезапно обнаруживает, что сам стал их причиной, — более того, так было всегда. Время в таких мирах не переписывается — в нём просто возникает причинно-следственная петля, и любые попытки что-то изменить лишь закрепляют изначальный вариант. Этот парадокс одним из первых подробно описал Роберт Хайнлайн в новелле «По собственным следам» (1941), где оказывается, что герой выполнял задание, полученное от самого себя.

Герои мрачного сериала «Тьма» от Netflix отправляются в прошлое, чтобы расследовать преступление, но поневоле вынуждены сами совершать поступки, которые к этому преступлению ведут

О сериале

 Павел Ильин |  30.12.2017

Первый немецкий сериал от Netflix часто сравнивают с «Очень странными делами». На самом деле это совершенно разные истории…

Бывает и хуже: в более «гибких» мирах неосторожный поступок путешественника может привести к «эффекту бабочки». Вмешательство в прошлое переписывает разом весь временной поток — и мир не просто меняется, а напрочь забывает, что изменился. Обычно только сам путешественник помнит, что раньше всё было иначе. В трилогии «Назад в будущее» за прыжками Марти не мог уследить даже док Браун — но он хотя бы полагался на слова товарища, когда тот описывал изменения, а обычно таким историям просто никто не верит.

В общем, однопоточное время — штука запутанная и безысходная. Многие авторы решают себя не ограничивать и прибегают к помощи параллельных миров.

Сюжет, в котором герой оказывается в мире, где его рождение кто-то отменил, пошёл от рождественского фильма «Эта прекрасная жизнь» (1946)

Эта концепция не только позволяет избавиться от противоречий, но ещё и захватывает воображение. В таком мире возможно всё: каждую секунду он делится на бесконечное множество похожих друг на друга отражений, отличающихся парой мелочей. Путешественник во времени на самом деле ничего не меняет, а лишь скачет между разными гранями мультиверсума. Такой сюжет очень любят в сериалах: почти в любом шоу найдётся серия, где герои оказываются в альтернативном будущем и пытаются вернуть всё на круги своя. На бесконечном поле и резвиться можно бесконечно — и никаких парадоксов!

Сейчас в хронофантастике чаще всего используют модель с параллельными мирами (кадр из «Звёздного пути»)

Смотрите также

 Антон Первушин |  13.11.2016

Идея, что наша Вселенная не одна, может показаться фантастикой, но сегодня она принимается как научный факт.

Но самое интересное начинается, когда авторы отказываются от «Б-теории» и решают, что фиксированного будущего не бывает. Может, неизвестность и неопределённость и есть нормальное состояние времени? В такой картине мира конкретные события происходят только на тех отрезках, на которых есть наблюдатели, а остальные моменты — всего лишь вероятность.

Прекрасный пример такого «квантового времени» показал Стивен Кинг в «Тёмной башне». Когда Стрелок невольно создал временной парадокс, он едва не сошёл с ума, потому что помнил одновременно две линии событий: в одной он путешествовал в одиночку, в другой со спутником. Если герою попадались на глаза свидетельства, напоминавшие о прошлых событиях, воспоминания об этих точках складывались в одну непротиворечивую версию, но промежутки были словно в тумане.

Квантовый подход в последнее время популярен — отчасти благодаря развитию квантовой физики, а отчасти потому, что он позволяет показывать ещё более запутанные и драматичные парадоксы.

Марти Макфлай едва не стёр себя из реальности, помешав своим родителям познакомиться. Пришлось срочно всё исправлять!

Взять, например, фильм «Петля времени» (2012): как только молодое воплощение героя совершало какие-то действия, пришелец из будущего тут же их вспоминал — а до того в его памяти царил туман. Поэтому он старался не вмешиваться лишний раз в своё прошлое — например, не показывал молодому себе фотографию будущей жены, чтобы не сорвать их первую неожиданную встречу.

«Квантовый» подход виден и в «Докторе Кто»: раз Доктор предупреждает спутников о специальных «фиксированных точках» — событиях, которые нельзя изменить или обойти, — значит, вся остальная ткань времени подвижна и пластична.

Впрочем, даже вероятностное будущее блекнет по сравнению с мирами, где Время обладает собственной волей — или на его страже стоят существа, подстерегающие путешественников. В такой вселенной законы могут работать как угодно — и хорошо ещё, если со стражами можно договориться! Самый яркий пример — лангольеры Стивена Кинга, которые после каждой полуночи съедают вчерашний день вместе со всеми, кому не повезло там оказаться.

На фоне такого разнообразия вселенных сама техника путешествий во времени — вопрос второстепенный. Со времён Герберта Уэллса машины времени не изменились: можно придумать новый принцип действия, но вряд ли это повлияет на сюжет, и со стороны путешествие будет выглядеть примерно одинаково.

Машина времени Уэллса в экранизации 1960 года. Вот где стимпанк!

Чаще всего принцип работы вообще не объясняют: человек залезает в кабинку, любуется гудением и спецэффектами, а потом выбирается уже в другом времени. Этот способ можно назвать мгновенным скачком: ткань времени словно прокалывается в одной точке. Нередко для такого прыжка сперва надо разогнаться — набрать скорость в обычном пространстве, а техника уже переведёт этот импульс в скачок во времени. Так поступали и героиня аниме «Девочка, покорившая время», и док Браун на знаменитом DeLorean из трилогии «Назад в будущее». Видимо, ткань времени — из тех препятствий, которые штурмуют с разбега!

DeLorean DMC-12 — редкая машина времени, которая вправе называться машиной (JMortonPhoto.com & OtoGodfrey.com [CC BY-SA 4.0] )

Но иногда бывает наоборот: если считать время четвёртым измерением, в трёх обычных измерениях путешественник должен оставаться на месте. Машина времени помчит его по временной оси, и в прошлом или будущем он появится ровно в той же точке. Главное, чтобы там не успели ничего построить, — последствия могут быть очень неприятными! Правда, в такой модели не учитывают вращение Земли — на самом-то деле неподвижных точек не бывает, — но в крайнем случае всё можно списать на магию. Именно так работал хроноворот в «Гарри Поттере»: каждый оборот волшебных часов соответствовал одному часу, но с места путешественники не двигались.

Суровее всего с такими «статичными» путешествиями обошлись в фильме «Детонатор» (2004): там машина времени проматывала ровно минуту за минуту. Чтобы попасть во вчерашний день, надо было просидеть в железной коробке целых 24 часа!

Иногда модель, в которой больше трёх измерений, трактуют ещё хитрее. Вспомним теорию Гёделя, согласно которой между разными временами можно прокладывать петли и тоннели. Если она верна, через дополнительные измерения можно попробовать пробраться в другое время — чем и воспользовался герой «Интерстеллара».

В более ранней фантастике по схожему принципу работала «воронка времени»: некое подпространство, куда можно попасть специально (на TARDIS Доктора Кто) или случайно, как произошло с экипажем эсминца в фильме «Филадельфийский эксперимент» (1984). Полёт по воронке обычно сопровождается головокружительными спецэффектами, а выходить из корабля не рекомендуется, чтобы не потеряться во времени навсегда. Но по сути это всё та же обычная машина времени, доставляющая пассажиров из одного года в другой.

Внутри временных воронок почему-то всегда бьют молнии и иногда летают титры

Если же авторы не хотят углубляться в дебри теорий, аномалия времени может существовать сама по себе, без всяких приспособлений. Достаточно войти не в ту дверь, и вот герой уже в далёком прошлом. Тоннель это, точечный прокол или магия — кто его разберёт? Главный вопрос — как выбраться обратно!

Впрочем, обычно фантастика всё-таки работает по правилам, пусть и вымышленным, — поэтому для путешествий во времени часто придумывают ограничения. Например, можно вслед за современными физиками заявить, что перемещать тела быстрее скорости света (то есть в прошлое) всё-таки нельзя. Но в некоторых теориях есть частица под названием «тахион», на которую это ограничение не действует, потому что у неё нет массы… Может, сознание или информацию всё-таки можно отправить в прошлое?

Когда за путешествия во времени берётся Макото Синкай, у него всё равно получается трогательная история о дружбе и любви («Твоё имя»)

О фильме

 Николай Караев |  13.01.2017

Ещё одна волшебная притча — возможно, лучшая в карьере режиссёра. И самое кассовое аниме в Японии.

В реальности, скорее всего, так смухлевать не получится — всё из-за того же принципа причинности, которому до типа частиц нет дела. Но в фантастике «информационный» подход кажется более правдоподобным — да ещё и оригинальным. Он позволяет герою, например, оказаться в собственном молодом теле или отправиться в путешествие по чужим сознаниям, как происходило с героем сериала «Квантовый скачок». А в аниме Steins;Gate поначалу умели отправлять в прошлое только SMS — попробуй измени ход истории с такими ограничениями! Но от ограничений сюжеты только выигрывают: чем сложнее задача, тем интереснее смотреть, как её решают.

Гибрид телефона с микроволновкой для связи с прошлым (Steins;Gate)

Иногда дополнительные условия накладывают и на обычные, физические путешествия во времени. Например, зачастую машина времени не может отправить никого в прошлое раньше того момента, когда она была изобретена. А в аниме «Меланхолия Харухи Судзумии» путешественники во времени разучились отправляться в прошлое дальше определённой даты, потому что в этот день произошла катастрофа, повредившая ткань времени.

И тут начинается самое интересное. Незамысловатые скачки в прошлое и даже временные парадоксы — это лишь вершина айсберга хронофантастики. Если время можно изменить или даже повредить, что ещё с ним можно сделать?

Путешествия во времени мы любим за путаницу. Даже простой скачок в прошлое порождает такие завихрения, как «эффект бабочки» и «парадокс дедушки», — в зависимости от того, как устроено время. Но на этом приёме можно строить куда более сложные комбинации: например, прыгнуть в прошлое не единожды, а несколько раз подряд. Так создаётся стабильная временная петля, или «день сурка».

— У вас бывает дежа-вю?
— А разве ты меня об этом уже не спрашивала?

Смотрите также

 Светлана Евсюкова |  02.02.2016

Обзор фильмов о «петле времени» — многократном повторении одних и тех же событий. Обзор фильмов о «петле времени» — многократном повторении одних и тех же событий. Обзор фильмов о…

Зациклить можно один день или несколько — главное, чтобы всё заканчивалось «сбросом» всех изменений и путешествием обратно в прошлое. Если мы имеем дело с линейным и неизменным временем, такие петли сами возникают из причинно-следственных парадоксов: герой получает записку, отправляется в прошлое, пишет эту записку, отправляет самому себе… Если же время каждый раз переписывается или порождает параллельные миры, получается идеальная ловушка: человек раз за разом переживает одни и те же события, но любые изменения всё равно заканчиваются сбросом на исходную позицию.

Чаще всего такие сюжеты посвящены попыткам разгадать причину временной петли и вырваться из неё. Иногда петли завязаны на эмоции или трагические судьбы персонажей — особенно этот элемент любят в аниме («Девочка-волшебница Мадока», «Меланхолия Харухи Судзумии», «Когда плачут цикады»).

Но у «дней сурка» есть несомненный плюс: они позволяют за счёт бесконечных попыток рано или поздно добиться успеха в любом начинании. Недаром Доктор Кто, попав в такую ловушку, вспоминал легенду о птичке, которая за многие тысячи лет по крошке сточила каменную скалу, а его коллега Стивен Стрэндж ухитрился своими «переговорами» довести до белого каления внеземного демона! В таком случае разрушить петлю можно не геройским поступком или прозрением, а обычным упорством, — и по пути научиться паре-тройке полезных навыков, как случилось с героем «Дня сурка».

В «Грани будущего» инопланетяне используют временные петли в качестве оружия — чтобы просчитать идеальную тактику боя

О фильме

 Александр Гагинский |  17.07.2014

Умный и ироничный боевик с претензией на оригинальность — нечасто такие встретишь в наше время.

Ещё один способ построить из обычных прыжков более сложную конструкцию — синхронизировать два отрезка времени. В фильме «Люди Икс: Дни минувшего будущего» и в «Разведчике времени» Роберта Асприна временной портал умели открывать только на фиксированное расстояние. Грубо говоря, в полдень воскресенья можно переместиться в полдень субботы, а час спустя — уже только в час дня. При таком ограничении в истории о путешествии в прошлое появляется элемент, которого там, казалось бы, не может быть — цейтнот! Да, можно отправиться назад и попытаться что-то исправить, но в будущем время идёт своим чередом — и герой, например, может опоздать вернуться.

Чтобы усложнить путешественнику жизнь, можно сделать прыжки во времени случайными — отобрать у него контроль над происходящим. В сериале «Остаться в живых» такая беда случилась с Десмондом, который слишком плотно взаимодействовал с временной аномалией. Но ещё в 1980-х на той же идее построили сериал «Квантовый скачок». Герой постоянно оказывался в разных телах и эпохах, но не знал, сколько продержится в этом времени, — и уж тем более не мог вернуться «домой».

Героиня игры Life is Strange встаёт перед трудным выбором: отменить все правки, которые она вносила в ткань времени ради спасения подруги, или погубить целый город

Второй приём, с помощью которого разнообразят путешествия во времени, — изменение скорости. Если можно промотать пару лет, чтобы оказаться в прошлом или будущем, почему бы, например, не поставить время «на паузу»?

Как показал ещё Уэллс в рассказе «Новейший ускоритель», даже замедление времени для всех, кроме себя — очень мощный инструмент, а уж если его совсем остановить, можно куда-нибудь тайно проникнуть или выиграть дуэль — причём совершенно незаметно для противника. А в веб-сериале «Червь» один супергерой умел «замораживать» предметы во времени. С помощью этого нехитрого приёма можно было, например, пустить под откос поезд, поставив у него на пути обычный лист бумаги, — ведь застывший во времени объект не может измениться или сдвинуться!

Застывшие во времени враги — это очень удобно. В шутере Quantum Break в этом можно убедиться лично

Скорость можно изменить и на отрицательную, и тогда получатся знакомые читателям Стругацких контрамоты — люди, живущие «в обратную сторону». Такое возможно только в мирах, где работает «Б-теория»: вся временная ось уже предопределена, вопрос только в том, в каком порядке мы её воспринимаем. Чтобы ещё сильнее запутать сюжет, можно запустить в разных направлениях двух путешественников во времени. Так случилось с Доктором и Ривер Сонг в сериале «Доктор Кто»: они скакали по эпохам туда-сюда, но первая (для Доктора) их встреча для Ривер была последней, вторая — предпоследней, и так далее. Чтобы избежать парадоксов, героине приходилось следить, чтобы случайно не проспойлерить Доктору его будущее. Потом, правда, порядок их встреч превратился в полную чехарду, но героям «Доктора Кто» к такому не привыкать!

Миры со «статичным» временем порождают не только контрамотов: нередко в фантастике появляются существа, которые одновременно видят все точки своего жизненного пути. Трафальмадорцы из «Бойни номер пять» Курта Воннегута благодаря этому относятся к любым злоключениям с философским смирением: для них даже смерть — всего лишь одна из многочисленных деталей общей картины. Доктор Манхэттен из «Хранителей» из-за такого нечеловеческого восприятия времени отдалился от людей и ударился в фатализм. Абраксас из «Бесконечного путешествия» регулярно путался в грамматике, силясь понять, какое событие уже произошло, а какое будет завтра. А у инопланетян из рассказа Теда Чана «История твоей жизни» возник особенный язык: все, кто его выучил, тоже начинали одновременно видеть прошлое, настоящее и будущее.

Фильм «Прибытие», снятый по мотивам «Истории твоей жизни», начинается с флешбэков… Или нет?

О фильме

 Александр Гагинский |  10.11.2016

Кажется, наш автор сошёл с ума, потому что он написал этот обзор… для себя из прошлого.

 Александр Гагинский |  22.11.2016

Стивен Вольфрам рассказывает, как летают корабли пришельцев и как общаться с внеземным разумом.

Впрочем, если контрамоты или трафальмадорцы действительно путешествуют во времени, то со способностями Ртути или Флэша всё не так очевидно. Ведь на самом деле это они ускоряются относительно всех остальных — разве можно считать, что на самом деле замедляется весь мир вокруг?

Физики заметят, что теория относительности недаром называется именно так. Можно и мир ускорить, и наблюдателя замедлить — это одно и то же, вопрос только в том, что взять за точку отсчёта. А биологи скажут, что никакой фантастики здесь нет, ведь время — понятие субъективное. Обычная муха тоже видит мир «в слоу-мо» — так быстро её мозг обрабатывает сигналы. Но можно не ограничиваться мухой или Флэшем, ведь в некоторых хронооперах существуют параллельные миры. Кто мешает пустить в них время с разной скоростью — или даже в разные стороны?

Известный пример такого приёма — «Хроники Нарнии», где формально путешествий во времени нет. Но время в Нарнии течёт куда быстрее, чем на Земле, поэтому одни и те же герои попадают в разные эпохи — и наблюдают историю сказочной страны от её создания до падения. А вот в комиксе Homestuck, который, пожалуй, можно назвать самой запутанной историей о путешествиях во времени и параллельных мирах, два мира запустили в разных направлениях — и при контактах между этими вселенными возникала та же неразбериха, что у Доктора с Ривер Сонг.

Если циферблаты ещё не изобрели, песочные часы тоже сойдут («Принц Персии»)

На основе любого из этих приёмов можно написать рассказ, от которого даже у Уэллса затрещала бы голова. Но современные авторы с удовольствием пользуются всей палитрой сразу, завязывая в клубок временные петли и параллельные миры. Парадоксы при таком подходе накапливаются пачками. Даже при одном прыжке в прошлое путешественник может ненароком убить своего дедушку и исчезнуть из реальности — а то и стать собственным отцом. Пожалуй, лучше всех над «парадоксом причинности» поиздевался Роберт Хайнлайн в рассказе «Все вы, зомби», где герой оказывается сам себе и папой, и мамой.

По рассказу «Все вы, зомби» снят фильм «Патруль времени» (2014). Практически все его персонажи — это один и тот же человек

Само собой, парадоксы надо как-то разрешать, — поэтому в мирах с линейным временем оно часто восстанавливается само, по воле судьбы. Например, почти все начинающие путешественники первым делом решают убить Гитлера. В мирах, где время можно переписывать, он погибнет (но по закону подлости получившийся мир будет ещё хуже). У Асприна в «Разведчиках времени» покушение провалится: либо пистолет заклинит, либо ещё что-нибудь произойдёт.

А в мирах, где фатализм не в почёте, приходится следить за сохранностью прошлого самостоятельно: для таких случаев создают специальную «полицию времени», которая отлавливает путешественников, пока они не натворили бед. В фильме «Петля времени» роль такой полиции взяла на себя мафия: прошлое для них — слишком ценный ресурс, чтобы позволять кому-то его портить.

Если нет ни судьбы, ни хронополицейских, путешественники рискуют попросту сломать время. В лучшем случае получится как в цикле Джаспера Ффорде «Четверг Нонетот», где полиция времени доигралась до того, что случайно отменила само изобретение путешествий во времени. В худшем — разрушится ткань реальности.

Как не раз показывали в «Докторе Кто», время — вещь хрупкая: от одного взрыва могут пойти трещины в мироздании по всем эпохам, а из-за попытки переписать «фиксированную точку» может схлопнуться и прошлое, и будущее. В Homestuck после подобного инцидента мир пришлось пересоздавать заново, а в Плоском мире Пратчетта все эпохи смешались воедино, из-за чего события книг теперь невозможно соединить в непротиворечивую хронологию… Ну а в манге Tsubasa: Reservoir Chronicle стёртому из реальности сыну собственного клона пришлось заменить себя новым человеком, чтобы в уже случившихся событиях было хоть какое-то действующее лицо.

Некоторые герои мультиверсума Tsubasa существуют минимум в трёх воплощениях и происходят из других произведений той же студии

Любимое развлечение фанатов — рисовать для самых запутанных произведений хронологии

Звучит безумно? Но за такое безумие мы и любим путешествия во времени — они раздвигают границы логики. Когда-то, должно быть, и обычный скачок в прошлое мог свести непривычного читателя с ума. Сейчас же хронофантастика по-настоящему сияет на длинных дистанциях, когда авторам есть где развернуться, а временные петли и парадоксы наслаиваются друг на друга, порождая самые невообразимые комбинации.

Увы, часто бывает, что конструкция складывается под собственным весом: либо скачков во времени становится слишком много, чтобы был смысл за ними следить, либо авторы на ходу меняют правила вселенной. Сколько раз уже Скайнет переписывал прошлое? И кто сейчас сможет сказать, по каким правилам работает время в «Докторе Кто»?

Зато, если хронофантастика при всех своих парадоксах получается стройной и внутренне непротиворечивой, она запоминается надолго. Именно этим подкупают BioShock Infinite, Tsubasa: Reservoir Chronicle или Homestuck. Чем сложнее и запутаннее сюжет, тем более сильное впечатление остаётся у тех, кто добрался до конца и сумел окинуть взглядом сразу всё полотно.

* * *

Путешествия во времени, параллельные миры и переписывание реальности неразрывно связаны, поэтому сейчас без них не обходится почти ни одно фантастическое произведение — будь то фэнтези наподобие «Игры престолов» или научно-фантастическое исследование новейших теорий физики, как в «Интерстелларе». Мало какой сюжет даёт такой же простор для воображения — ведь в истории, где любое событие можно отменить или повторить несколько раз, возможно всё. При этом элементы, из которых складываются все эти истории, довольно просты.

Похоже, за последние сто лет авторы сделали со временем всё, что только возможно: пускали вперёд, назад, по кругу, в один поток и в несколько… Поэтому лучшие из таких историй, как и во всех жанрах, держатся на персонажах: на пришедшей ещё из древнегреческих трагедий теме борьбы с судьбой, на попытках исправить собственные ошибки и на тяжёлом выборе между разными ветками событий. Но как бы ни скакала хронология, история всё равно будет развиваться только в одном направлении — в том, которое интереснее всего зрителям и читателям.

О принципиальной возможности путешествий во времени Текст научной статьи по специальности «Математика»

НАУКА В СОВРЕМЕННОЙ КУЛЬТУРЕ

DOI: 10.17212/2075-0862-2018-2.1-182-200 УДК 524.8

О ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ВОЗМОЖНОСТИ ПУТЕШЕСТВИЙ ВО ВРЕМЕНИ

Дубнищева Татьяна Яковлевна,

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры информационных технологий Новосибирского государственного университета экономики и управления — «НИНХ» Россия, 630099, Новосибирск,ул. Каменская, 56 ORCID: 0000-0002-8173-5313 [email protected]

Аннотация

Обсуждаются проблемы возможности путешествия во времени в историческом контексте и на концептуальном уровне. Хотя все живущие в некотором смысле путешествуют во времени, здесь речь идет о возможности свободного перемещения во времени в любом направлении. Отмечено, что во Вселенной Ньютона время текло равномерно и прямолинейно в одну сторону, что исключало возможности путешествия во времени. Специальная теория относительности указала на возможность замедления времени при скоростях, приближающихся к скорости света. Но при этом вес тела растет до бесконечности, а скорость света недостижима. Фантасты изыскивали некие возможности преодоления этого светового барьера, считая, что в этом случае можно попасть в прошлое, и рассматривали возникающие различные парадоксы.

В ряде решений уравнений общей теории относительности для различных моделей среды были найдены некие времениподобные петли. Двигаясь по такой замкнутой кривой, можно вернуться из путешествия раньше, чем отправиться в него. Коридор во времени образуют черные дыры, космические струны и туннели-червоточины, в которых можно «разогнаться» до околосветовой скорости. Эти возможности путешествий во времени разделены на четыре группы: перемещение с помощью скоростей, близких к скорости света; использование замкнутых траекторий искривленного пространства-времени вблизи массивных вращающихся тел или вращающейся Вселенной; «прокалывание» черной дыры по «туннелю времени»; параллельные квантовые вселенные. Рассмотрена и обсуждена каждая из этих математических возможностей. Путешественник во времени оказывается на горизонте событий, где уравнения теории Эйнштейна должны работать вместе с законами квантовой механики. Но теория Всего еще не создана, и потому в «машинах времени» действует что-то не позволяющее путешествовать в прошлое. Модели и допу-

|щения теории связываются с проблемой совместимости свободы воли со строгостью физических законов.

Ключевые слова: гравитация, пространство-время, черные дыры, кротовые норы, червоточина, петли времени, принцип причинности.

Библиографическое описание для цитирования:

Дубнищева ТЯ. О принципиальной возможности путешествий во времени // Идеи и идеалы. — 2018. — № 2, т. 1. — С. — 182-200. — doi: 10.17212/2075-0862-2018-2.1-182-200.

Умение человека мыслить об окружающем мире в непрерывности его развития (в отличие от наборов картинок с перемещенными объектами) определено тем, что мы рассматриваем Вселенную не только в пространственных, но и во временных координатах. Вселенная понимается как множество событий: каждая точка пространства в каждый момент времени. Время отмечает и упорядочивает различные моменты. Но время определяет и длительность интервалов между разными событиями. В свободной энциклопедии Wikipedia статья о времени начинается так: «Время — форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения» [1]. Время — одно из самых распространенных и самых таинственных понятий. Почему почти все самопроизвольные процессы в природе необратимы? Почему при этом практически все физические законы инвариантны относительно смены направления времени? Почему мы способны влиять на будущее, а прошлое изменить не можем? Почему наша свободная воля не распространяется на будущее, почему оно зафиксировано? Почему у нас в памяти только прошлое, но не будущее? Почему мы можем перемещаться в пространстве во всех направлениях, а время всегда «течет» только в одном направлении?

Тема путешествий во времени — одна из наиболее популярных в фантастических произведениях — рассказах, книгах, фильмах, телесериалах… Впервые (в западной литературе) эта тема появилась у издателя газеты New York Sun Эдварда Митчелла в 1881 г. в рассказе «Часы, которые шли назад». Повесть «Машина времени» британского фантаста Герберта Уэллса, появившаяся в 1895 г., своим названием определила целое направление многих разнообразных сочинений на эту тему. Машина Уэллса двигалась вдоль оси времени, аналогичной трем пространственным осям. По этой оси могло свободно перемещаться сознание и часть пространства вблизи самой машины. В фантастической повести братьев Стругацких «Понедельник начинается в субботу» машина времени была похожа на велосипед, у Айзека Азимова в повести «Конец вечности» выведена в образе капсул, похожих на кабины лифта. В фильме «Иван Васильевич меняет профессию» машина времени занимает почти целую

комнату, а в рассказе Станислава Лема «Пропавшая машина времени» она весьма компактна. Технический прогресс делал такие машины более функциональными. У Кира Булычева в повести «Алиса и крестоносцы» машина времени самонастраивалась — компьютер предварительно проверял туннель времени, выбирая нужную точку выхода. Многие идеи фантастов оказались пророческими: подводные лодки, путешествия на Луну, разнообразные роботы и пр.

Поскольку реальной машины времени за все эти годы не появилось, рассуждения на тему путешествий во времени часто относят к квазинауке. Однако, в отличие от разработок в области торсионных полей или теле-портации, до сих пор не только нет очевидцев перемещения во времени, но и универсального определения времени. Несмотря на отсутствие каких-либо практических достижений в направлении путешествий во времени, ученые не отрицают такой возможности, и теоретические исследования продолжаются.

В начале ХХ века наука опиралась на механику Ньютона и теорию света Максвелла. По Ньютону, время однородно, а часы синхронизированы во всей Вселенной. В его Вселенной вопрос о возможности путешествий во времени вообще не ставился. Уравнения Максвелла показывали, что свет распространяется с постоянной скоростью, одинаковой во всех инерциальных системах отсчета вне зависимости от движения наблюдателя. Этот факт, зафиксированный опытами Майкельсона и Морли, обсуждался многими физиками. Альберт Эйнштейн связал этот результат с относительностью времени — возможностью движения времени с различной скоростью, определяемой скоростью движения тела. Вместе со временем, вероятно, должны изменяться и другие величины (масса, энергия, длина) в соответствии с преобразованиями Лоренца. В специальной теории относительности (СТО), появившейся в 1905 г., Эйнштейн постулировал, что скорость света — максимально возможная скорость перемещения физических объектов и информации в нашей Вселенной.

В СТО чем быстрее вы двигаетесь, тем становитесь тяжелее и сильнее сокращаетесь в направлении движения. При этом с ростом скорости тела его энергия движения может трансформироваться в материю. Время не абсолютно (как у Ньютона), и различные часы идут с разными скоростями. При значении скорости тела, приближающейся к скорости света, время должно замедляться, а при достижении ее — остановиться, а вес тела — стать бесконечным. Потребовались годы, чтобы представления Эйнштейна были приняты. Замедление времени зафиксировано во многих экспериментах. Поскольку достичь скорости света невозможно, феномен путешествия во времени стал объясняться с точки зрения действия пространственно-временного континуума. Изучались возможности экзотических

объектов и особой среды, в которой возможно перемещение тел со скоростями, превышающими скорость света.

Польский математик Герман Минковский в 1908 г. пришел к выводу о том, что взаимосвязь координат пространства и времени означает, что мы живем в четырехмерном мире особого типа: «Отныне пространство само по себе и время само по себе должны обратиться в фикции, и лишь некоторый вид соединения обоих должен еще сохранить самостоятельность» [10, с. 148]. Вскоре известный физик Артур Зоммерфельд предположил, что в природе могут существовать частицы, движущиеся со сверхсветовыми скоростями («тахионы.»). Свойства этих гипотетических частиц, как показали теоретические исследования, противоположны свойствам обычных частиц (<тардионов»). Эти два типа частиц разделены непроницаемым световым барьером, запрещающим переход в прошлое [2, с. 82]. Физики считают, что тахионы либо не существуют, либо не взаимодействуют с обычной материей. Но стало модно размышлять о возможности перемещений во времени. Если тахионы существуют, специальная теория относительности допускает возможность использовать их для путешествий во времени в прошлое [13].

Выдающийся математик Уильям Клиффорд, называвший Николая Лобачевского Коперником геометрии и переводивший работы Георга Рима-на на английский, был очарован идеями о связи геометрии с физическими явлениями и развивал их. Клиффорд умер в 1879 г. (год рождения Эйнштейна), но его идеи о порождении тяготения искривлением пространства опередили почти на 40 лет ОТО — общую теорию относительности [3, с. 223]. Эйнштейн проанализировал результаты многих мысленных экспериментов и пришел к выводу, что тяготение не является силой. Он записал десять уравнений, в которых левая часть характеризует кривизну пространства-времени, а правая — величины, вызывающие это искривление (энергию, импульс, давление и пр.). Гравитация выступает уже не как невидимая сила, действующая мгновенно во всей Вселенной, а как видимый эффект искривления пространства-времени. Геометрическая теория тяготения, завершенная Эйнштейном в 1915 г., отразила неразрывную связь материи, движения, пространства и времени. Если у Ньютона источник гравитации — масса, то в ОТО — энергия вместе с величинами, характеризующими натяжение пространства. Наличие материи-энергии искривляет пространство-время, без них не существует пространства-времени. Так, движение планет осуществляется потому, что Солнце вокруг себя так искривляет пространство. В искривленном пространстве Римана, принятом в ОТО, тела выбирают кратчайшую траекторию. Но прямая линия в четырехмерном пространстве при проецировании на трехмерное обращается в кривую.

Обращаясь к масштабам всей Вселенной, которую в то время считали однородной и статичной, Эйнштейн в 1917 г. ввел в уравнения новое слагаемое — «космологическую константу». Она соответствовала мифической силе антигравитации, которая не позволила бы «слиться» всем звездам под действием только притяжения. Нидерландский физик Виллем де Ситтер нашел решение уравнений ОТО для бесконечной Вселенной, полностью свободной от материи. Его Вселенная стремительно расширялась под действием только этой силы антигравитации (называемой ныне энергией вакуума или темной энергией). Несмотря на обнаружение в 1919 г. искривления света звезд вблизи Солнца и небольшого смещения орбиты Меркурия, предсказанных ОТО, теория Эйнштейна описывала очень странную Вселенную. Положение исправил ленинградский ученый Александр Фридман. В 1922 г. он показал, что уравнения Эйнштейна для изотропной и однородной Вселенной допускают нестационарные решения. Фридман нашел самые общие решения, его Вселенная динамична, ее будущее зависит от средней плотности материи во Вселенной и темпа расширения (значения постоянной Хаббла, названной в честь астронома, измерившего расширение Вселенной в 1928 г.). Эйнштейн признал эти результаты и назвал результаты Фридмана «проливающими новый свет» [10, с. 279]. Через год он написал Герману Вейлю: «Если нет квазистатического мира, то долой космологический член» [Там же], подчеркивая, что теория Фридмана получена «независимо от наблюдаемых фактов», а экспериментальные данные Хаббла согласуются с результатами ОТО и без космологического члена, введенного им произвольно. В 1932 г. Эйнштейн и де Ситтер совместно высказались об отказе от космологической постоянной и более к ней не обращались. Так описание законов механики превратилось в описание геометрии пространства, не связанного по своим свойствам ни с какой системой координат.

Первым исследовал уравнения ОТО Карл Шварцшильд, ведущий астроном Германии начала XX века. В 1916 г., находясь в госпитале на Русском фронте, Шварцшильд открыл важное точное решение уравнений Эйнштейна для сферической симметрии тел, предсказывающее существование черных дыр (ЧД). — радиус Шварц-шильда). Условия внутри ЧД экзотические. В пространстве можно передвигаться только в одном направлении — к центру ЧД, а время может течь как вперед, так и назад. Можно сказать, что время и пространство «обменялись» своими возможностями, реализовав идею машины времени. ЧД искривляет пространство так сильно, что пространство-время замыкается вокруг нее. Лучи света могут сильно изгибаться. Позже нидерландский физик Иоганнес Дросте показал, что уже с расстояния в 1,5 йщ лучи

начинают вращаться вокруг ЧД [2, с. 146]. Время вблизи черной дыры замедляется вплоть до полной остановки на расстоянии йщ Внутри такой ЧД космонавт столкнется с физической реальностью, не существующей с точки зрения земного наблюдателя.

Уравнениям ОТО удовлетворяют несколько математических моделей Вселенной. Они различаются, к примеру, начальными или граничными условиями, решения уравнений зависят от выбора системы координат. Естественно использовать сферические координаты, тогда решения отвечают шаровой симметрии, что соответствует форме объектов Вселенной. Теория Эйнштейна объединила время и пространство в единое целое. Но при соединении двух точек пространства могут соединиться и две точки времени, т. е. ОТО не исключает возможности путешествий во времени. В 1937 г. Виллем ван Стокум нашел такое решение для длинного вращающегося цилиндра. При вращении цилиндра со скоростью, близкой к скорости света, происходило бы увлечение материи пространства-времени и тело было бы «затянуто» вглубь этого цилиндра. Стороннему наблюдателю это казалась бы движением с превышением скорости света, и при каждом обороте происходило бы возвращение во времени в прошлое. Это решение было отброшено как лишенное физического смысла.

Прославившийся в молодости своей теоремой о неполноте Курт Гё-дель получил в 1949 г. новое решение уравнений ОТО для Вселенной — вращающейся как целое (и также в цилиндрических координатах). Так как вращаться можно вокруг чего-то, Гёдель допустил, что удаленная материя вращается относительно направлений, на которые указывают оси волчков или гироскопов. Но из-за вращения должны возникать силы инерции (центробежная и сила Кориолиса), как на Земле. Существует ли подобная сила при существенно меньшей скорости вращения Вселенной (если она вообще существует) в огромных пространствах космоса? Чтобы Вселенная не стянулась из-за коллапса, она должна быстро вращаться. Исходя из известных тогда размеров Вселенной Гёдель сделал оценки скорости ее вращения. Один оборот он оценил в 70 млн лет, необходимое для «перехода в прошлое» расстояние — в 100 млрд световых лет, а скорость путешественника должна быть не менее 70 % скорости света [4, с. 171].

Как математик, Гёдель считал, что его теорема ограничивает наши способности познавать и предсказывать Вселенную. Он (как и Эйнштейн) добавил в уравнения ОТО космологическую постоянную, но не положительную, а отрицательную. Это означает, что он ввел еще один источник тяготения, противодействующий центробежным силам. Если у Эйнштейна поведение тел описывается четырехмерными линиями, то у Гёделя мировые линии образуют петли из-за вращения. Совершая путешествия по петле, можно попасть в свое прошлое. И это уже не просто фантастика, а

точный математический расчет. Мир Гёделя — это бесконечный цилиндр, заполненный пылевидной гравитирующей материей, которая вращается вокруг центральной оси с постоянной угловой скоростью. Но Вселенная Гёделя статична, она не расширяется и не сжимается, как наша [18]. Свое решение Гёдель оценил как лежащее «за пределами любых практических возможностей».

Эту работу Гёдель решил подарить Эйнштейну на его семидесятилетие. Они подружились, когда уже на склоне лет работали в Принстонском институте перспективных исследований. Но познакомившись с решением Гёделя, Эйнштейн лишь получил повод «поразмышлять, нельзя ли по физическим соображениям исключить саму возможность путешествий во времени» [10, с. 10]. Вслед за Эйнштейном космологи эту работу Гё-деля тоже проигнорировали. Но Гёдель пытался как-то обосновать свою модель. Так, он вычислил, что для путешествия в собственное прошлое (парадокс встречи со своим дедушкой) необходимо затратить неправдоподобно большое количество энергии. Кроме того, он допускал, что существует какой-то еще неизвестный науке принцип запрета, аналогичный квантово-механическому соотношению неопределенностей, который исключает такие путешествия.

Индийский физик-теоретик С. Чандрасекар, исследовав модель Гё-деля, заключил, что она не противоречит ОТО, но возникающие в ней «петли времени» лишены физического смысла. Из-за отсутствия у Гёделя расширения Вселенной, подтвержденного измерениями Э. Хаббла, его модель не считается реалистичной для нашей Вселенной, но может иллюстрировать какую-либо иную вселенную. Появление в наступившем столетии новых высокотехнологичных приборов изучения космического пространства привело к настоящей революции в космологии: открыто ускоренное расширение Вселенной; установлено, что 96 % всей энергии Вселенной составляют темная энергия и темная материя; открыта анизотропия реликтового излучения; открыты гравитационные волны… Эти открытия выявили некоторую ограниченность моделей Фридмана. Например, его модель должна учесть обнаруженную анизотропию поляризации радиоизлучения внегалактических источников [14]. Согласно публикации Берча, объяснить крупномасштабную анизотропию Вселенной можно ее вращением со скоростью около 13 рад/год. Последовала целая серия работ по развитию модели Вселенной со слабой анизотропией [5—7]. Исследование вращения Вселенной может установить возможную связь космологического вращения с вращением галактик, что способствует развитию космологии ранней Вселенной. Фантасты со всех сторон «раскрутили» различные вариации «временных петель» и их логически невозможных решений.

Ученые нашли, анализируя уравнения ОТО, и другие структуры пространства-времени, принципиально допускающие путешествия во времени. Наблюдения микроволнового фона и данные о распространенности легких элементов свидетельствуют, что ранняя Вселенная не была искривлена так, как предусматривают эти модели и как требуется, чтобы стали возможны путешествия во времени. Тот же самый вывод следует и из теоретических выкладок при условии справедливости предположения об отсутствии границ. Но если Вселенная изначально не искривлена так, как требуется для путешествий во времени, удастся ли впоследствии деформировать ограниченные области пространства-времени настолько, чтобы это стало возможным? Наука выделила ряд теоретических допущений, при которых путешествия во времени принципиально возможны. Их можно разделить на группы.

1. Перемещение с помощью скоростей, близких к скорости света.

2. Использование замкнутых траекторий искривленного пространства-времени вблизи массивных вращающихся тел.

3. «Прокалывание» черной дыры по «туннелю времени».

4. Параллельные квантовые вселенные.

1. Время путешествия, измеренное по часам того, кто двигался с такой скоростью, всегда меньше измеренного по часам того, кто оставался неподвижен («парадокс близнецов»). В 1911 г. Поль Ланжевен объяснил это явление тем, что один из близнецов удалялся с ускорением, т. е. требуемая СТО инерциальность системы нарушалась. Эйнштейн в 1916 г. объяснил парадокс влиянием гравитационного поля. Поскольку интервал между событиями различен в разных системах, время в движущейся системе относительно наблюдателя течет медленнее, чем в системе, где он покоится. Например, некоторые частицы космических лучей прилетают из космоса с околосветовыми скоростями, но имеют малое собственное время жизни. Однако они пролетают огромные расстояния, что для земного наблюдателя означает сильное замедление времени. Продолжаются попытки достичь превышения скорости света.

2. Массивные и плотные объекты, «скорость убегания» с которых может превышать скорость света, возможны и в теории гравитации Ньютона. Такие «черные» тела рассматривали в конце XVIII в. Джон Митчелл и Пьер-Симон Лаплас, но никто и не предполагал их существования. Согласно ОТО, такой объект сильно искривляет пространство-время вокруг себя. В каждой точке такого пространства-времени присутствуют световые конусы, которые разграничивают пространство на зоны прошлого, будущего и недоступные. В отличие от СТО, эти конусы могут растягиваться и наклоняться, а пространство искривляться под действием массы и энергии. В ЧД эти световые конусы наклоняются в сторону тяжелого тела столь

сильно, что покинуть эту область возможно лишь при скоростях, превы

шающих скорость света. Поэтому попавший в эту область объект будет погружаться, а границу определяет горизонт событий йщ — радиус Шварц-шильда [8; 17, р. 89]. Стандартным механизмом образования черных дыр в настоящее время считается коллапс массивной звезды.

В конце 60-х на основе ОТО Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг доказали, что в сильном гравитационном поле обязательно возникнет сингулярность [11, с. 67]. К ней внутри ЧД и наклонены световые конусы. И космонавт, оказавшись за горизонтом событий, «вырваться» от попадания в сингулярность уже не сможет. Новозеландский математик Рой Керр в 1963 г. рассчитал искривление пространства вокруг вращающейся ЧД. Физика пространства-времени внутри этих ЧД очень сложна. Вращающаяся ЧД затягивает пространство в некий водоворот, причем в плоскости его вращения скорость может достигать скорости света на радиусе Шварцшильда. Но в отличие от невращающейся дыры сингулярность в ее центре имеет вид не точки, а кольца, окружающего ось вращения. Это создает принципиальную возможность достигнуть центра кер-ровской дыры каким-нибудь космическим кораблем без того, чтобы быть раздавленным бесконечной кривизной (и приливными воздействиями) пространства-времени.

Плотность вещества в сингулярности формально бесконечно велика. Там действуют законы квантовой гравитации, которая пока не создана. Расчеты показывают, что «по ту сторону» дыры — «отрицательное» пространство-время, в котором либо расстояния и время, либо гравитация становятся негативными., где время и пространство как бы меняются местами. Но из-за вращения их оказывается два. При пересечении первого космонавт оказывается в области, похожей на внутренность статической ЧД. При дальнейшем спуске он достигнет второго горизонта, названного именем Коши. Считается, что вблизи горизонта Коши скапливаются все мировые линии. Пересекая его, космонавт увидит всё будущее наружной Вселенной (как наше Солнце станет красным гигантом, как будет погибать Солнечная система, и т. п.). Многие физики считают, что это

вызовет растущую неустойчивость. Структура и свойства пространства-времени внутри вращающейся ЧД зависят от ее судьбы в будущем: возможны столкновения с другими объектами, квантовое испарение и даже будущее всей Вселенной. При очень быстром вращении дыры путешественник во времени может спуститься к ее центру, пройти под ее центральное кольцо, совершить желаемое число оборотов и вернуться не только выше кольца, но и вообще на Землю — «горизонт» не будет ему в этом препятствовать.

В такой Вселенной движущийся во времени космонавт будет периодически возвращаться к одному и тому же моменту в истории. Так, в фильме «День сурка» герой просыпается каждое утро и проводит целый день в той же самой обстановке, что и в предыдущий день. Вселенная с циклическим временем используется в ряде игровых фильмов. Но тут начинают действовать парадоксы путешествий во времени. Эти возможности вдохновили и некоторых выдающихся физиков [11, с. 130]. Роджер Пенроуз предположил некую «космическую цензуру», запрещающую существование «обнаженных» сингулярностей, а Стивен Хокинг высказал гипотезу о «сохранности хронологии», согласно которой «природа сама заботится, чтобы историки не сталкивались с нарушениями причинности». Как доказали Яаков Бекенштейн и Стивен Хокинг, ЧД не полностью черная, часть излучения прорывается в силу принципа неопределенности через ее горизонт событий, сужая его. Так рядом появляется облако отрицательной энергии.

Все подобные модельные расчеты, приведшие к возможности путешествий во времени, сделаны при существенных упрощениях; учет более реальных деталей приводит к неустойчивости решений и невозможности таких состояний, как вращающаяся вселенная Гёделя или сверхбыстрая дыра Керра. В последнее десятилетие произошла новая революция в космологии: открыто ускоренное расширение Вселенной и установлено, что 96 % всей энергии Вселенной составляют темная энергия и темная материя, природу которых еще предстоит выяснить. Вместе с тем в настоящее время не отвергнуты возможное малое вращение Вселенной и ее слабая глобальная анизотропия. Эти вопросы стали интенсивно изучаться.

3. Наиболее популярным в настоящее время считается возможный путь путешествий во времени — прохождения насквозь, «прокалывания» статичной ЧД вдоль так называемого пространственно-временного туннеля. Считая, что ЧД не могут существовать в природе, а сингулярности в теории должны быть устранены, Эйнштейн вместе с Натаном Розеном в 1935 г. объяснил возможность появления в недрах ЧД неких туннелей. Они хотели использовать модель ЧД для построения модели электрона. В настоящее время эта их идея отброшена. Считается, что туннели Эйн-

штейна—Розена заметно сокращают расстояние между отдаленными частями космоса [21]. Наглядно представляют такой туннель, как прокол сложенного листа бумаги, через который можно перейти кратчайшим путем из одной части Вселенной в другую. С этими «червоточинами», или «кротовыми норами», связаны путешествия во времени. Пример тому — «Алиса в Зазеркалье» Льюиса Кэрролла. Научно-фантастические романы и сериалы приучили нас к мысли, что пространство можно «проколоть» и попасть в нужную точку. Известный астрофизик Поль Дэвис полагает, что современное понимание законов физики «кишит машинами времени, то есть многочисленными решениями геометрии пространства-времени, которые позволяют путешествовать во времени или обладают свойствами машины времени» [2, с. 234].

К возможностям путешествий во времени обратились в конце ХХ столетия известные ученые — американский физик Кип Торн и российский астрофизик, чл.-корр. РАН Игорь Новиков. Поток времени Новиков сравнивает с течением воды. Вдали от сильных полей гравитации время течет одинаково направленно во всём пространстве от прошлого к будущему. В сильном поле пространство-время сильно искривлено, возникает «кротовая нора». Часть «потока времени» (как и вода) отделяется, входит в «туннель», течет в противоположную сторону и выходит из «туннеля» в прошлом. Так рождается «петля хода времени». Если космонавт отправляется в прошлое, это означает, что он делает «петлю хода времени», в которой события уже не разделяются на прошлое и будущее, а воздействуют друг на друга. В такой «машине времени» сегодняшние события определяются не только прошлым, но и будущим. Отсюда следует общепризнанный сформулированный впервые Новиковым [9, с. 312; 17] принцип самосогласованности для машины времени: при наличии машины времени сегодняшние события должны быть согласованы не только с прошлым, но и с будущим.

Теория не запрещает существование «кротовой норы», но для стабилизации «двери» эту горловину и ее окружение необходимо заполнить экзотической материей, которая испытывает гравитационное отталкивание и обладает отрицательной энергией. Причем в одних «норах» справедливы законы квантового мира, а в других — частично работают и законы классической механики. Первые стабильны, но перебрасывают путешественников в произвольную точку пространства и времени, что бессмысленно. Вторые (полуклассические) — позволяют выбрать определенную точку пространства-времени, но не стабильны. Расчеты показали необходимость ряда дополнительных условий. Но как получить экзотическую материю?

Отрицательное вещество, которого никто не видел, обладает антигравитацией и поэтому отталкивается от обычного вещества. Если оно и было

в доисторические времена, то давно «улетело» на край Вселенной. Недавно берлинские физики на опыте показали, что электроны в определенных условиях начинают вести себя так, словно у них отрицательная инертная масса [19]. Отрицательная энергия в ничтожном количестве была обнаружена в 1948 г. как слабая сила притяжения между двумя незаряженными параллельными металлическими пластинами (эффект Казимира). Дело в том, что вакуум заполнен виртуальными частицами, и в силу принципа неопределенности существует некоторая вероятность того, что электрон и позитрон могут возникать из ничего, а потом аннигилировать. С внешних сторон на эти пластины будет давление больше, так как частиц больше, чем в пространстве между ними. Поэтому чем меньше расстояние между пластинами, тем больше сила их притяжения. В научной фантастике этот эффект был использован Артуром Кварком для создания двух парных червоточин, между которыми устанавливается информационный канал связи. Более точно эффект Казимира был измерен в 1996 г. в Лос-Аламосе Стивеном Ламоро. Согласно идее Торна, если эти две близкие параллельные пластины преобразовать в сферу и сделать две такие сферы, то между ними можно проложить червоточину — пространственный туннель. Если затем одну из сфер поместить в ракету и сообщить ей близкую к световой скорость, то время в этой сфере будет идти медленнее, чем во второй, которая осталась на Земле. Тогда переход по туннелю из неподвижной сферы в летящую и будет переходом в прошлое [20].

Если в обычном пространстве-времени сверхсветовые переходы невозможны, то в искривленном пространстве-времени вблизи ЧД они допустимы. Расчеты доказали, что такой туннель может возникнуть в ЧД спонтанно, если его будет распирать некая «экзотическая энергия» (та же «отрицательная гравитация») или «пена» пространства-времени. Две ЧД, соединенные таким туннелем, могут стать способом «сверхсветового» перемещения в пространстве. Если они движутся друг относительно друга, то для предмета, проходящего сквозь такой туннель, время входа в одну ЧД и выхода из второй практически одинаково (из-за крайне малой длины туннеля). Для внешнего наблюдателя эти моменты различаются, и в ряде случаев направления движения могут даже поменяться местами, т. е. путешественник как бы прибудет к этому наблюдателю из будущего, и такой туннель станет, по существу, «машиной времени». Торн считает, что эти туннели можно извлечь из «пены», затем расширить и стабилизировать с помощью отрицательной энергии, что допускается законами физики. Такая экзотическая материя может быть использована для стабилизации «кротовой норы».

При путешествии в будущее принципиальных проблем не возникает, они появляются при путешествии в прошлое. Прибывший в прошлое кос-

монавт не станет моложе в силу закона неубывания энтропии. Накоплен

ная за время жизни энтропия не может быть уменьшена только изменением направления течения времени. Оказавшись в прошлом, он может встретить своих предков, может попасть в век, когда он еще не родился. Это так называемый парадокс дедушки: уничтожив дедушку, причину своего рождения, казалось бы, он нарушает принцип причинности. И.Д. Новиков приводит слова Кипа Торна: «Что-то должно остановить вашу руку, если вы попытаетесь убить своего деда… Совместимость свободы воли и строго физического закона ужасно смутная проблема даже в отсутствие машины времени» [16]. Сами законы физики как-то ограничат свободу воли этого путешественника.

Еще одно решение уравнений ОТО, допускающее возможность путешествий во времени, нашел Джон Ричард Готт в 1991 г. Он первым обнаружил решение уравнений ОТО, допускающее существование космических струн [4, с. 178]. Готт отбросил вращающуюся материю, отрицательную энергию и туннели-червоточины, описав пригодность космических струн для путешествий во времени. Диаметр струны меньше, чем у атомного ядра, а масса порядка звездной. Они заполнены «ложным вакуумом», оставшимся со времен Большого Взрыва, а отрезок нити в 1 м весит 1017 тонн. Когда две бесконечно длинные струны проносятся почти со скоростью света рядом, они так искажают пространство-время вокруг себя, что образуют «машину времени». Но для переноса огибающего их космического корабля всего на год назад масса этой «петли», уводящей в прошлое, должна составлять не менее половины массы всего Млечного Пути. Возможно, подобные «машины времени» существуют вблизи черных дыр, вокруг которых с бешеной скоростью вращаются гигантские массы материи. Космические струны используют фантасты, тем более что физики обосновали, что такие кротовые норы, возникнув в ранней Вселенной, могли быть стабилизированы петлями отрицательной массы космических струн [15].

4. Идея параллельных вселенных за последние 20—30 лет переместилась из научной фантастики в теорию Мультивселенной. Вселенные, входящие в нее, называют альтернативными вселенными (реальностями), параллельными вселенными или мирами, хотя доказать существование таких вселенных невозможно. Эта идея родилась в 1957 г. у американского физика Хью Эверетта из аналогии с квантовой механикой: элементарная частица или их ансамбль могут существовать как суперпозиция нескольких возможных состояний. Так, электрон будет характеризоваться суперпозицией различных положений в пространстве, скоростей и ориентаций спина. Но при измерении какой-либо из этих характеристик получают результат, соответствующий одному элементу суперпо-

зиции, а не сочетанию их. То есть как только предстоит сделать выбор между несколькими возможными состояниями, наша Вселенная расщепляется на несколько параллельных Вселенных, очень похожих друг на друга [12]. Эта идея позволяет разрешить неизбежные парадоксы, возникающие с «машиной времени». Большинство физиков согласны с подобной аналогией, считая квантовую теорию универсальной, тогда как другие — уже используют представление о мироздании, заполненном множеством Вселенных.

Если буквально следовать квантово-механической аналогии, то вместе с нашим телом сосуществуют волновые функции и динозавров, и того мира, который ушел в прошлое, не будучи осуществленным. Кроме того, какие-то наши клоны где-то живут своей параллельной жизнью в другой вселенной, но мы с ними не встретимся, так как наши волновые функции находятся не в фазе. Исходя из этой аналогии и допуская существование множества Вселенных, являющихся двойниками нашей, Стивен Хо-кинг ввел волновую функцию Вселенной. Волновая функция в квантовой механике существует в каждой точке пространства-времени и подчиняется уравнению Шредингера. Волновая функция Хокинга представляет все состояния Вселенной, подчиняясь уравнению Уилера. «Если вся Вселенная — часть волновой функции, то отпадает необходимость в существовании наблюдателя (который должен находиться за пределами Вселенной)» [4, с. 232]. Рассматривая сумму вселенных вместе с туннелями-червоточинами, Хокинг получил равенство нулю гравитационной константы для наиболее вероятной из них. Но многие физики не посчитали это решением проблемы, пока не создана теория квантовой гравитации и «теория всего». Истинность той или иной теории — с кротовыми норами, суперструнами или новыми измерениями — лежит пока за пределами возможностей эксперимента. Но вся мощь спутников, космических телескопов, детекторов гравитационных волн и лазеров может принести новые открытия, которые позволят оценить истинность теорий.

За пять веков, прошедших после революции Коперника, свое место в центре мира постепенно уступали и сам человек, и наша Земля, и наша галактика, а с утверждением идеи «множественности вселенных» — и наша Вселенная. Возможно, пора и в научной фантастике переходить от «машины времени» к «машине пространства», чтобы пролететь сквозь наши звездные миры в неведомые дали запредельной геометрии. «Что касается практической реализации новых идей, мы хотели бы заключить обзор напоминанием о том, что в середине XIX века даже такая практическая (теперь) вещь, как электричество, казалась научной абстракцией. Когда британский премьер-министр спросил Фарадея о практической ценности электричества, Фарадей ответил: «Когда-ни-

будь ваше правительство введет на него налог»./-шк:1/Время (дата обращения: 17.02.2018).

2. Девис П. Пространство и время в современной картине Вселенной / пер. с англ. Н.В. Мицкевича. — М.: Мир, 1979. — 288 с.

3. Дубнищева ТЯ. Ретрофизика в зеркале философской рефлексии: учебное пособие. — М.: ИНФРА-М, 1997. — 334 с.

4. Каку Митио. Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса: пер. с англ. — 2-е изд. — М.: Альпина нон-фикшн, 2018. — 565 с.

5. Короткий В А., Кречет В.Г. Самосогласованные решения в космологических моделях с вращением // Известия высших учебных заведений. Физика. — 1988. -№ (6). — С. 5-10.

6. Кречет В.Г., Панов В.Ф. Нестационарные космологические модели с вращением // Астрофизика. — 1988. — Т. 28, вып. 3. — С. 670-678.

7. Кувшинова Е.В., Панов В.Ф. Космологические модели с вращением // Известия высших учебных заведений. Физика. — 2004. — Т. 47, № 2. — С. 19-21.

8. Новиков И Д., Фролов В.П. Физика черных дыр. — М.: Наука, 1986. — 328 с.

9. Новиков И Д., Фролов В.П. Черные дыры во Вселенной // Успехи физических наук. — 2001. — Т. 171, № 3. — С. 307-324.

10. Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна: пер. с англ. / под ред. А.А. Ляпунова. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989. — 568 с.

11. Хокинг С, Пенроуз Р. Природа пространства и времени / пер. с англ. А. Беркова, В. Лебедева. — СПб.: Амфора, 2014. — 171 с.

12. ЛИ A.F., Das Л». Cosmology from quantum potential // Physics Letters B. -2015. — Vol. 741. — P. 276-279.

13. Benford GA, Book D.L., Newcomb WA. The Tachyonic antitelephone // Physical Review D. — 1970. — Vol. 2, iss. 2. — P. 263-265. — doi: 10.1103/PhysRevD.2.263.

14. Birch P. Is the universe rotating? // Nature. — 1982. — Vol. 298, N 5873. -P. 451-454.

15. Natural wormholes as gravitational lenses / J.G. Cramer, R.L. Forward, M.S. Morris, M. Visser, G. Benford, G.A. Landis // Physical Review D. — 1995. -Vol. 51, iss. 6. — P. 3117-3120.

16. Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves / J. Friedman, M. Morris, I. Novikov, F. Echeverria, G. Klinkhammer, K. Thorne, U. Yurtsever // Physical Review D. — 1990. — Vol. 42, iss. 6. — P. 1915-1930. — doi: 10.1103/PhysRevD.42.1915.

17. Frohv V., NovikovI. Black Hole physics: basic concepts and new developments. — Dordrecht: Kluver Academic Publishers, 1998. — xxi, 770 p.

18. Godel K. An example of a new type of cosmological solution of Einstein field equations of gravitation // Reviews of Modern Physics. — 1949. — Vol. 21, iss 3. — P. 447-450.

19. Coherent ballistic motion of electrons in a periodic potential / W Kuehn, P. Gaal, K. Reimann, M. Woerner, T. Elsaesser, R. Hey // Physical Review Letters. — 2010. — Vol. 104, iss. 14. —P. 146602-1—146602-4. — doi: 10.1103/PhysRevLett.104.146602.

20. Morris M.S., Thorne K.S., Yurtsever U. Wormholes, time machines, and the weak energy condition // Physical Review Letters. — 1988. — Vol. 61, iss. 13. — P. 1446—1449. — doi: 10.1103/PhysRevLett.61.1446.

21. Poplawski N.ME

Dubnishcheva Tatyana,

Dr. of Sc. (Physics and mathematics), Professor,

Professor of the Information technologies Department,

Novosibirsk State University

of Economics and management — «NINH»,

56, Kamenskaya st., 630099, Novosibirsk, Russian Federation

ORCID: 0000-0002-8173-5313

[email protected]

Abstract

The author considers the problems of the opportunity to travel in time in the historical context and at the conceptual level. Though all living beings travel in time in a certain sense, this paper discusses the possibility of free movement in time in any direction. It is noted that in the Universe of Newton the time flowed uniformly and rectilinearly in one direction, which precluded the possibility of traveling through time. A special theory of relativity indicated the possibility of slowing down the time at speeds approaching the speed of light. At the same time, the body weight grows to infinity, the speed of light is unattainable. The fantasy sought some opportunities to overcome this light barrier, believing that in this case it is possible to get into the past, and considered emerging paradoxes. In a number of solutions of the equations of the general theory of relativity, certain time-like loops have been found for various models of the medium. Moving along such a closed curve, you can return from the trip earlier than go to it. Corridor in time form black holes, space strings, wormhole tunnels, etc., in which you can «accelerate» to near-light velocity on at speeds approaching the speed of light. These possibilities of time travel are divided into four groups: displacement by means of velocities close to the speed of light; the use of closed trajectories of curved space-time near massive rotating bodies or a rotating universe; «piercing» a black hole through the «tunnel of time»; parallel quantum universes. The author considers each of these mathematical possibilities. A time traveler is on the horizon of events, where the equations of the Einstein theory must work together with the laws of quantum mechanics. But still there isn’t a universal theory and therefore in the «time machine» something prevents from travelling into the past. The models and assumptions of the theory are associated with the problem of matching free will with the rigor of physical laws.

Keywords: gravity, space-time, black holes, wormholes, moles’ burrows, time loops, causality principle.

Bibliographic description for citation:

Dubnishcheva T. On the grounded opportunity to travel in Time. Idei i idealy — Ideas and Ideals, 2018, no. 2, vol. 1, pp. 182-200. doi: 10.17212/2075-0862-2018-2.1-182-200.

References

1. Vremya [The Time]. Vikipediya. Svobodnaya entsiklopediya [Wikipedia. The free encyclopedia]. Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki/BpeMH (accessed 17.02.2018).

2. Davies P.C.W Space and time in the modern universe (Russ. ed.: Devis P. Prostranstvo i vremya v sovremennoi kartine Vselennoi. Translated from English by N.V Mitskevich. Moscow, Mir Publ., 1979. 288 p.).

3. Dubnishcheva T.Ya. Retrofizika v %erkale filosofskoi refleksii [Retrophysics in the mirror of philosophical reflection]. Moscow, INFRA-M Publ., 1997. 334 p.

4. Kaku Michio. Parallel worlds: a journey through creation, higher dimensions, and the future of the Cosmos (Russ. ed.: Kaku Mitio. Parallel’nye miry: ob ustroistve miro%daniya, vysshikh i%-mereniyakh i budushchem kosmosa. Translated from English. 2nd ed. Moscow, Alpina Non-Fiction Publ., 2018. 566 p.).

5. Korotkii VA., Krechet VG. Samosoglasovannye resheniya v kosmologicheskikh modelyakh s vrashcheniem [Self-consistent solutions for cosmological models with rotation]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Fi%ika — Soviet Physics Journal, 1988, no. 6, p. 5—10. (In Russian).

6. Krechet VG., Panov VF. Nestatsionarnye kosmologicheskie modeli s vrashcheniem [Nonstationary cosmological models with rotation]. Astrofizika — Astrophysics, 1988, vol. 28, iss. 3, pp. 670-678. (In Russian).

7. Kuvshinova E.V., Panov VF. Kosmologicheskie modeli s vrashcheniem [Cosmological models with rotation]. Izvestiya vuzov. Fizika — Russian Physics Journal, 2004, vol. 47, no. 2, pp. 19-21. (In Russian).

8. Novikov I.D., Frolov VP. Fizika chernykh dyr [Black hole physics]. Moscow, Nauka Publ., 1986. 328 p.

9. Novikov I.D., Frolov VP. Chernye dyry vo Vselennoi [Black holes in the Universe]. Uspekhifizjcheskikh nauk — Physics-Uspekhi, 2001, vol. 171, no. 3, pp. 307-324. (In Russian).

10. Pais A. Subtle is the Lord: the science and the life of Albert Einstein. Oxford, Oxford University Press, 1982 (Russ. ed.: Pais A. Nauchnaya deyatel’nost’i zhizn’ Alberta Einshteina. Translated from English, Moscow, Nauka Publ., the Main Editorial Board of Physical and Mathematical Literature, 1989. 568 p.).

11. Hawking S., Penrose R. The Nature of space and time (Russ. ed.: Khoking S., Penrouz R. Prirodaprostranstva i vremeni. Translated from English A. Berkov, V Lebedev. St. Petersburg, Amfora Publ., 2014. 171 p.).

12. Ali A.F., Das S. Cosmology from quantum potential. Physics Letters B, 2015, vol. 741, pp. 276-279.

13. Benford G.A., Book D.L., Newcomb WA. The Tachyonic antitelephone. Physical Review D, 1970, vol. 2, iss. 2, pp. 263-265. doi: 10.1103/PhysRevD.2.263.

14. Birch P. Is the universe rotating? Nature, 1982, vol. 298, no. 5873, pp. 451-454.

15. Cramer J.G., Forward R.L., Morris M.S., Visser M., Benford G., Landis G.A. Natural wormholes as gravitational lenses. Physical Review D, 1995, vol. 51, iss. 6, pp. 3117-3120.

SCIENTIFIC SCIENCE IN MODERN CULTURE JOURNAL………………………………………………………………………………………………………………………………

16. Friedman J., Morris M.l, Novikov I., Echeverria F., Klinkhammer G., Thorne K., Yurtsever U. Cauchy problem in spacetimes with closed timelike curves. Physical Review D, 1990, vol. 42, iss. 6, pp. 1915-1930. doi: 10.1103/PhysRevD.42.1915.

17. Frolov V., Novikov I. Black Hole physics: basic concepts and new developments. Dordrecht, Kluver Academic Publishers, 1998. xxi, 770 p.

18. Gödel K. An example of a new type of cosmological solution of Einstein field equations of gravitation. Reviews of Modern Physics, 1949, vol. 21, iss 3, pp. 447-450.

19. Kuehn W, Gaal P., Reimann K., Woerner M., Elsaesser T., Hey R. Coherent ballistic motion of electrons in a periodic potential. Physical Review Letters, 104, iss. 14, pp. 146602-1-146602-4. doi: 10.1103/PhysRevLett.104.146602.

20. Morris M., Thorne K., Yurtsever U. Wormholes, time machines, and the weak energy condition. Physical Review Letters, 1988, vol. 61, iss. 13, pp. 1446-1449. doi: 10.1103/ PhysRevLett.61.1446.

21. Poplawski N.J. Radial motion into an Einstein-Rosen bridge. Physics Letters B, 2010, vol. 687, iss. 2-3, pp. 110-113.

The article was received on 22.02.2018. The article was reviewed on 22.03.2018.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

21 октября 2015 года Марти Макфлай и Док Браун, согласно сюжету кинотрилогии «Назад в будущее», прибудут к нам в гости — прямиком из 1985-го. Возможны ли путешествия во времени и изменение прошлого а-ля Макфлай с точки зрения современной физики? Как следует вести себя хронопутешественникам и в какие миры они попадают?

Когда во II веке нашей эры основатель жанра научной фантастики Лукиан Самосатский описал путешествие на Луну, Венеру и межпланетные войны, он и сам вряд ли верил в то, что ближайшие небесные тела столь густо населены разумными существами. Однако самолеты, вертолеты, полеты в космос, телевидение и даже видеочат были предсказаны в XIX веке именно фантастами, а Игорь Сикорский называл свой вертолет попыткой перенести в реальную жизнь вымысел Жюля Верна.

Те же фантасты XIX века описали и машину времени, однако она до сих пор не только не создана, но и сама ее принципиальная возможность по-прежнему вызывает горячие споры. Почему же бурный прогресс науки не прояснил этот вопрос?

В 1881 году Эдвард Митчелл опубликовал рассказ «Часы, которые шли назад». Описанная там машина времени и вызванные ею парадоксы были абсолютно невозможны с научной точки зрения той эпохи. Считалось, что «течение абсолютного времени изменяться не может», и никакие путешествия в прошлое или будущее (кроме будничного старения) в принципе исключены.

Теория относительности Эйнштейна и соответствующая ей картина Вселенной все резко изменили. Выяснилось, что неизвестно, существовало ли время вообще до планковской эпохи, близкой в Большому взрыву. Зато обнаружилось, что в будущее можно путешествовать существенно быстрее, чем со скоростью одного часа в час. В 1905 году Эйнштейн сформулировал это так: «Если в точке А находится пара синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в А (на что потребуется, скажем, t секунд), то эти часы по прибытии в А будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными».

«Парадокс близнецов». Изображение: physicsforme.com

В дело вступает релятивистское замедление времени — эффект теории относительности, из-за которого в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее, чем в неподвижном. Этот эффект обычно иллюстрируют «парадоксом близнецов». Отправив одного близнеца в космос на близкой к световой скорости на 20 лет по земному времени, мы обнаружим, что он почти не постарел, в отличие от его брата-близнеца, оставшегося на Земле. Поскольку лазерный и солнечный парус теоретически могут разогнать человека до таких скоростей, обе эти конструкции фактически — машины времени для перемещения в будущее. Отличие от описаний Уэллса только в том, что путешественнику придется перемещаться не только во времени, но и в пространстве.

Сложнее с путешествием в прошлое. Перемещение быстрее света должно вести именно к нему — и именно это называют главной причиной его неосуществимости. Чисто гипотетически построить машину времени можно с помощью отрицательной энергии. Само существование квантовых флуктуаций означает, что даже во вроде бы пустом пространстве на деле присутствует множество пар виртуальных частиц, которые появляются и исчезают, аннигилируя друг с другом. Один из элементов каждой такой виртуальной пары имеет положительную энергию, а другой — отрицательную. В ряде случаев аннигиляция может не случиться — и возникнет материя с экзотическими свойствами, пригодная для создания машины времени.

Космический корабль, проходящий сквозь кротовую дыру. Изображение: Mopic / Alamy / Diomedia

Другое гипотетическое средство хронопутешествий — кротовые норы, «туннели» в пространстве, соединяющие две сколь угодно удаленные друг от друга точки (как в фильме «Интерстеллар»). Кротовые норы предсказаны теорией относительности, и единственное, что требуется, чтобы они не схлопывались, — это вышеописанная материя с отрицательной энергией.

Сходные возможности дает и пузырь Алькуберре, предложенный физиками-теоретиками более 20 лет назад. Такой объект может перемещаться быстрее света, сжимая пространство прямо перед собой и расширяя его позади себя. Хотя самого сверхсветового движения при этом не происходит (перемещение идет за счет искривления пространства), отправившись к далекой звезде, а затем вернувшись к Земле, экипаж пузыря должен попасть в прошлое. Как и в случае с эйнштейновским путешествием в будущее на субсветовых скоростях, теоретически в пузыре нет никаких противоречий известным законам физики, нужно лишь решить практические сложности по его созданию.

Одно из ключевых возражений против путешествий в прошлое сформулировал четверть века назад физик Стивен Хокинг: «Если путешествия во времени возможны, то где в таком случае путешественники?» Оппоненты быстро указали на концептуальное сходство этого возражения с известной поговоркой насчет ума и денег: множество гениев умерло в бедности, но это вовсе не означает, что создатель геометрии Лобачевского был неумен.

Конечно, Хокинг включил в свою гипотезу о защите хронологии не только этот тезис. По его мнению, путешествия в прошлое для макроскопических объектов (например, человека) невозможны, поскольку этому препятствуют физические законы. Он предложил рассматривать путешествие во времени как замкнутую времениподобную кривую (прошлое — будущее — прошлое —…). Та область в пространстве, где она работает, ограничена, а на ее границе должен возникать горизонт событий, чем-то сходный с горизонтом событий черной дыры. Одна беда: по такой замкнутой времениподобной кривой должны перемещаться замкнутые лучи света, бесконечно наворачивающие круги по этой кривой. Бесконечно вращающиеся виртуальные частицы в такой ситуации не исчезают со временем, накапливаясь и доводя плотность энергии на горизонте событий машины времени до бесконечности. «Выходит, что человек или космический зонд, который попробует пересечь горизонт и попасть в машину времени, будет полностью уничтожен завесой излучения», — резюмирует Хокинг.

Стивен Хокинг читает лекцию. Фото: Valentin Flauraud / Reuters

Но главная проблема гипотезы Хокинга в том, что полноценной теории, учитывающей и гравитацию, и квантовые эффекты (которые, по Хокингу, уничтожат путешественника во времени), пока нет. Теория квантовой гравитации еще не построена — прежде всего потому, что две физические теории, которые она пытается связать воедино (квантовая механика и общая теория относительности) опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временнУю эволюцию физических систем на фоне внешнего пространства-времени, которого в ОТО нет вовсе (точнее, оно является динамической переменной теории). Иными словами, хотя большинству физиков импонирует идея о невозможности безопасного движения назад во времени, на данный момент никаких твердых данных, противоречащих такой возможности, нет.

Хуже того: в ряде случаев попытки применить варианты хокинговской гипотезы ведут к ужасающим заключениям. Например, пузырь Алькуберре, в силу сверхсветового перемещения действующий как машина времени, может накапливать колоссальную энергию и, прибывая в ту или иную область пространства-времени, эту энергию высвобождать. Такая машина времени, даже без путешественника на борту, при торможении уничтожит всю ту область, куда она отправилась. Если бы нечто подобное было возможно, мы все могли бы моментально исчезнуть в ослепительной вспышке сразу после первого же эксперимента по путешествию во времени.

Есть и другие основания, по которым физики настороженно относятся к идее хроноскачков — и это прежде всего причинность.

Представим себе ситуацию: совестливый изобретатель машины времени делает первой своей миссией убийство фюрера. Если он выполнит поставленную задачу, цель его путешествия моментально исчезнет: Вторая мировая будет принципиально иной, фамилия Гитлер ничего никому не будет говорить уже ко времени рождения изобретателя. Причина убьет следствие, а это должно убить причину — и что же произойдет в такой ситуации на практике, не очень понятно.

Что хуже всего, влияние Гитлера на историю планеты слишком велико, и любой мыслимый изобретатель, убивший его, с высокой вероятностью просто не родится. Если Вторая мировая и случится, то в другое время и вызовет другие демографические последствия: мать и отец гитлероубийцы, скорее всего, никогда не встретятся, что делает парадокс Гитлера еще и разновидностью парадокса убийства дедушки.

Даже если предположить, что хронопутешествия будут сразу монополизированы государством или организацией с идеальными возможностями контроля, получается, что придется постоянно вмешиваться в ход развития человечества, либо защищая его от путешественников-одиночек, намеревающийся «убить Гитлера», либо меняя время в «нужном» направлении самостоятельно. И тот и другой вариант превращают историю в древнегреческий театр, где логика и причинность заменены спонтанным вмешательством deus ex machina, причем таким, которое мы не можем ни контролировать, ни предсказать.

И все же часть физиков в условиях отсутствия твердых доказательств гипотезы о защите времени попробовали доказать, что и без нее такие путешествия не ведут к вышеописанным сокрушительным последствиям. В 1991 году Дэвид Дойч (David Deutsch) предложил такое решение: в момент начала путешествия любая система распадается на две подсистемы. Одна из них — замкнутая времениподобная кривая B, а вторая — внешняя по отношению к ней подсистема А (например, путешественник). По расчетам Дойча, если мы сможем описать все отличия системы А от В одной унитарной матрицей, мы автоматически переводим происходящее в представление Шредингера. Возникнет сразу множество возможных решений, у одного из которых будет наибольшая энтропия. В нем изменение произойдет (мир изменится), но во всех остальных локально ничего не поменяется.

Параллельные Вселенные. Изображение: space.mit.edu

То есть убьет кто-либо Гитлера или нет, для сохранения принципа причинности не так важно. Даже если у убийцы все получится, мир, в котором фюрер не пришел к власти, станет не нашим, а частью параллельной Вселенной (многомировая интерпретация). Как видим, этот вариант куда оптимистичнее уничтожения человечества при попытке первого запуска машины времени. Правда, если он верен, то никаких последствий деятельности хронопутешественников мы никогда не заметим. Все их титанические усилия просто приведут к образованию еще одной параллельной Вселенной, не связанной с нашей.

В 1970-х не менее оригинальное объяснение парадоксов времени предложил известный астрофизик Игорь Новиков. Принцип Новикова прост: в нашей Вселенной локально могут происходить только такие хронопутешествия, которые глобально самосогласованы, то есть не являются взаимоисключающими. Любая попытка радикально переделать прошлое в нашем мире (а не в одной из параллельных Вселенных) может закончиться лишь провалом. Например, отправившись в прошлое и убив своего деда, вы, вернувшись, обнаружите, скажем, что вы, как и несколько процентов всех детей на Земле, —плод внебрачной связи, из-за чего убийство предположительного дедушки вообще ни на что не повлияло.

Фактически Новиков предполагает, что свобода воли всех путешественников во времени жестко ограничена предложенным им физическим принципом. То есть условный аналог закона сохранения энергии — своего рода закон сохранения причинности — не позволяет изменить то, что так или иначе повлияло на возникновение субъекта. Также как сила тяготения не дает взлететь без самолета, принцип самосогласованности не даст убить Гитлера.

Если же кажется, что путешественник вопреки всему все же изменил прошлое, то, скорее всего, перед нами просто видимость. В известной сцене из первой части фильма «Назад в будущее» Марти Макфлай в 1955 году исполняет хит Чака Берри Johnny B. Goode. Присутствующий при этом чернокожий гитарист немедленно звонит своему кузену (Чаку Берри) и предлагает ему ознакомиться с «новым саундом» по телефону. На первый взгляд, это довольно грубое вмешательство в историю: Чак Берри — один из самых влиятельных музыкантов раннего рок-н-ролла, а Johnny B. Goode сочинен им лишь в 1958 году. Изменение прошлого? Пересмотрите эту сцену еще раз: Марвин дает своему кузену послушать Марти, лишь когда тот закончил петь и перешел к жесткому гитарному соло, достаточно свежему даже для 1980-х, и абсолютно нетипичному для рок-н-ролла. Ничего из того, что мог заимствовать Берри, он так и не услышал.

Но некоторые моменты действия принципа Новикова неясны. Представим, что, изобретя машину времени, мы отправились в прошлое и решили поведать жителям XIX века о существовании такого устройства. Очевидно, что это будет колоссальным вмешательством в историю, после которой жизнь земных государств может существенно измениться. Уведомить любого жителя прошлого о существовании такой машины (до того, как ее изобретение будет освещено в прессе) для хрононавта физически невозможно. Все, что вы можете сделать, прилетев в XIX век, — купить документы на имя Герберта Уэллса и выпустить какой-нибудь роман на эту тему.

На первый взгляд кажется, что принцип Новикова даже без непроверяемой многомировой интерпретации снимает все темпоральные парадоксы. Увы, все не так просто. Вспомните анекдотический сюжет цикла «Терминаторов»: пытаясь бороться с Коннором, Скайнет невольно ознакомил юношу с самой возможностью путешествия во времени. В итоге тот, повзрослев, отправил в прошлое своего отца, родившегося позже самого Коннора. Итак, самосогласованность по Новикову налицо, однако налицо и парадокс: сын Сары Коннор становится продуктом существования замкнутой времениподобной кривой, вне которой его возникновение с данным набором генов невозможно.

Кадр: Warner Bros / Courtesy Everett Collection

На деле вся научная фантастика насыщена такими примерами, и иногда («Стальная крыса» Гаррисона) возникают даже существа, которых вообще никто не зачинал и не рождал, попадающие из собственного будущего в собственное прошлое по кругу. Они переживают свой жизненный цикл бесконечное количество раз, как персонаж «Дня сурка». Вот только, в отличие от последнего, у них нет ни малейших шансов что-либо изменить в своей жизни.

Во время съемок «Назад в будущее» еще не было многомировой интерпретации Дойча. Тем не менее кинотрилогия демонстрирует множество альтернативных реальностей (чуть не десяток). Правда, в отличие от концепции Дойча, Марти Макфлай может перемещаться между альтернативными историями своей семьи и всего городка. Еще интереснее то, что он пытается следовать принципу самосогласованности (хотя выводы Новикова не были широко известны на Западе): юноша всячески способствует браку своих родителей.

Разумеется, несмотря на элементы самосогласованности, полностью избежать парадоксов и странностей франшизе не удалось. Например, в 1885 году Док и Марти не могут разогнать «Делореан» и улететь в будущее, потому что у них нет бензина. Меж тем в их реальности в этот момент находится два «Делореана», в одном из которых вполне может быть бензин — но никто из них об этом даже не вспоминает. В других эпизодах количество копий машины времени может достигать четырех, причем получается, что основная их часть существует только в рамках замкнутых времениподобных кривых, они «размножены» с помощью путешествий во времени, а не заводского конвейера.

Формально все мелкие противоречия трилогии «Назад в будущее» вполне могут укладываться в рамки многообразия различных гипотез, предполагающих возможность путешествий в времени. А могут и не укладываться — уж слишком мало мы пока знаем о подробностях таких процессов. Впрочем, как уже отмечалось выше, если бы нечто подобное когда-либо и случилось, путешественники во времени сделали бы все от них зависящее, чтобы мы об этом никогда не узнали.

Австралийский физик доказал, что путешествия во времени без парадоксов возможны

Физик создал расчеты, которые делают «свободное от парадоксов» путешествие во времени правдоподобным. Об этом пишет Science Alert со ссылкой на Classical and Quantum Gravity.

Снимок носит иллюстративный характер. Фото: NeONBRAND / Unsplash

Еще никому не удавалось путешествовать во времени — по крайней мере, насколько нам известно, — но вопрос о том, возможно ли это сделать хотя бы в теории, продолжает увлекать ученых.

Например, как показывают в фильмах «Терминатор» или «Назад в будущее», перемещения во времени создают множество проблем для фундаментальных правил Вселенной.

Тут можно вспомнить так называемый «парадокс убитого дедушки» — это временной парадокс, получивший свое немного пугающее название в честь книги 1943 года «Неосторожный путешественник», где описывалось, как человек с помощью машины времени отправился назад в прошлое и убил своего биологического деда до того, как последний встретил бабушку путешественника. Результат предполагает, что один из родителей путешественника, а, как следствие, и сам путешественник, никогда бы не были рождены. То есть в конечном итоге он не мог бы путешествовать во времени, что, в свою очередь, означает, его дед остался бы жив и путешественник был бы рожден, а это позволило бы ему путешествовать во времени и убить своего дедушку.

При этом «парадокс убитого дедушки» рассматривает не только невозможность собственного рождения. В первую очередь он касается любых действий, которые делают невозможным возможность путешествия во времени. Это утверждение часто используется как аргумент, что путешествие во времени в прошлое невозможно. Но, например, квантовое решение парадокса подразумевает, что все события в прошлом пребывают в состоянии суперпозиции, поэтому какие-либо действия путешественника не сказываются на настоящем.

И вот сейчас студент-физик Жермен Тобар (Germain Tobar) из Квинслендского университета в Австралии говорит, что он придумал, как сделать так, чтобы путешествия во времени стали возможными без парадоксов.

«Классическая динамика утверждает, что если вы знаете состояние системы в определенное время, это может рассказать нам всю историю системы, — говорит Тобар. — Однако общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование временных петель или путешествий во времени — где событие может быть как в прошлом, так и в будущем самого себя, — теоретически перевернув изучение динамики с ног на голову».

Расчеты показывают, что пространство-время потенциально может адаптироваться, чтобы избежать парадоксов. Например, если кто-то отправится в прошлое, чтобы предотвратить распространение коронавируса, то болезнь все равно найдет способ возникнуть, устранив парадокс. Что бы ни делал путешественник во времени, болезнь не остановить.

Не математикам нелегко вникнуть в работу Тобара, но она рассматривает влияние детерминированных процессов (без какой-либо случайности) на произвольное количество регионов в пространственно-временном континууме и демонстрирует, как обе замкнутые времениподобные кривые (как предсказывал Эйнштейн) могут соответствовать правилам свободной воли и классической физики.

То есть в этой модели путешественники во времени могут делать все что хотят, но парадоксы невозможны.

Однако на деле искривление пространства и времени, чтобы попасть в прошлое, все еще остается невозможным событием.

Путешествие во времени: теории, парадоксы и возможности

Путешествие во времени теоретически возможно, но это выходит за рамки наших нынешних технологических возможностей. (Изображение предоставлено: argus Shutterstock)

Путешествие во времени — перемещение между разными точками времени — десятилетиями было популярной темой в научной фантастике. Во франшизах от «Доктора Кто» до «Звездного пути» и «Назад в будущее» люди садились в какой-то автомобиль и прибывали в прошлое или будущее, готовые к новым приключениям.У каждого из них есть свои теории путешествий во времени.

Реальность, однако, более запутана. Не все ученые считают, что путешествия во времени возможны. Некоторые даже говорят, что попытка будет фатальной для любого человека, который решит ее предпринять.

Понимание времени

Что такое время? Хотя большинство людей считают время постоянной величиной, физик Альберт Эйнштейн показал, что время — это иллюзия; она относительна — она ​​может различаться для разных наблюдателей в зависимости от вашей скорости в пространстве. Для Эйнштейна время — это «четвертое измерение».«Пространство описывается как трехмерная арена, которая предоставляет путешественнику координаты — такие как длина, ширина и высота — с указанием местоположения. Время обеспечивает другую координату — направление — хотя обычно оно движется только вперед (напротив, новая теория утверждает, что время «реально».)

Большинство физиков думают, что время — это субъективная иллюзия, но что, если время реально? (Изображение предоставлено Shutterstock / Ким Д. Френч)

Специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что время замедляется или ускоряется в зависимости от того, насколько быстро вы двигаетесь относительно чего-то другого.Приближаясь к скорости света, человек внутри космического корабля будет стареть намного медленнее, чем его близнец дома. Кроме того, согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация может изменять время.

Представьте себе четырехмерную ткань, называемую пространством-временем. Когда что-либо, имеющее массу, садится на этот кусок ткани, это вызывает ямочку или искривление пространства-времени. Искривление пространства-времени заставляет объекты двигаться по изогнутой траектории, и это искривление пространства — это то, что мы называем гравитацией.

Как общая, так и специальная теории относительности были подтверждены с помощью спутниковой технологии GPS, которая позволяет использовать очень точные часы.Влияние силы тяжести, а также увеличение скорости спутников над Землей относительно наблюдателей на земле, заставляют неотрегулированные часы набирать 38 микросекунд в день. (Инженеры проводят калибровку, чтобы учесть разницу.)

В некотором смысле этот эффект, называемый замедлением времени, означает, что астронавты — путешественники во времени, поскольку они возвращаются на Землю очень, очень немного моложе своих однояйцевых близнецов, оставшихся на планете.

Через червоточину

Общая теория относительности также предоставляет сценарии, которые могут позволить путешественникам вернуться в прошлое, согласно НАСА.Уравнения, однако, может быть трудно достичь физически.

Одна из возможностей — двигаться быстрее света, который движется в вакууме со скоростью 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду). Уравнения Эйнштейна, однако, показывают, что объект, движущийся со скоростью света, будет иметь как бесконечную массу, так и длину 0. Это кажется физически невозможным, хотя некоторые ученые расширили его уравнения и заявили, что это возможно.

Связанная возможность, как заявило НАСА, заключается в создании «червоточин» между точками пространства-времени.Хотя уравнения Эйнштейна предусматривают их, они схлопываются очень быстро и подходят только для очень маленьких частиц. Кроме того, ученые еще не наблюдали эти червоточины. Кроме того, технологии, необходимые для создания червоточин, намного превосходят все, что мы имеем сегодня.

Альтернативные теории путешествий во времени

Хотя теории Эйнштейна, кажется, затрудняют путешествия во времени, некоторые группы предложили альтернативные решения для прыжков вперед и назад во времени.

Бесконечный цилиндр

Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм (иногда известный как цилиндр Типлера), в котором нужно взять материю, которая в 10 раз больше массы Солнца, а затем свернуть ее в очень длинный, но очень плотный цилиндр.

После вращения на несколько миллиардов оборотов в минуту, космический корабль поблизости — следуя очень точной спирали вокруг этого цилиндра — может попасть на «замкнутую временную кривую», согласно Институту Андерсона. Однако у этого метода есть ограничения, в том числе тот факт, что цилиндр должен быть бесконечно длинным, чтобы это работало.

Художник представил черную дыру, подобную той, что изображена на этой работе, находящуюся в ядре дисковой галактики. Черная дыра в NGC4526 весит в 450 000 000 раз больше, чем наше собственное Солнце.(Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Черные дыры

Другой возможностью было бы быстро переместить корабль вокруг черной дыры или искусственно создать это состояние с помощью огромной вращающейся структуры.

«Они будут ходить вокруг и вокруг, испытывая лишь половину времени, чем все, кто находится далеко от черной дыры. Корабль и его команда будут путешествовать во времени», — написал физик Стивен Хокинг в Daily Mail в 2010 году.

«Представьте, что они пять лет кружили над черной дырой.Прошло бы десять лет в другом месте. Когда они вернутся домой, все на Земле будут старше на пять лет ».

Однако, добавил он, экипажу нужно будет двигаться со скоростью света, чтобы это сработало. Физик Амос Айрон из Техниона в Израиле Технологический институт в Хайфе, Израиль, указал на еще одно ограничение, если использовать машину: она может развалиться, прежде чем сможет так быстро вращаться.

Космические струны

Другая теория для потенциальных путешественников во времени включает нечто, называемое космическими струнами — узкие трубки из энергия растянулась по всей длине постоянно расширяющейся Вселенной.Предполагается, что эти тонкие области, оставшиеся от раннего космоса, содержат огромное количество массы и, следовательно, могут деформировать пространство-время вокруг них.

Космические струны либо бесконечны, либо образуют петли без концов, говорят ученые. Приближение двух таких струн, параллельных друг другу, могло бы исказить пространство-время настолько сильно и в такой конкретной конфигурации, что теоретически могло бы сделать путешествие во времени возможным.

Машины времени

Обычно считается, что путешествие вперед или назад во времени потребует устройства — машины времени — чтобы доставить вас туда.Исследования машины времени часто включают в себя искривление пространства-времени настолько, что линии времени поворачиваются сами по себе, образуя петлю, технически известную как «замкнутая временноподобная кривая».

Машина времени Доктора — ТАРДИС, что означает время и относительные измерения в пространстве. (Изображение предоставлено BBCAmerica)

Часто считается, что для этого машинам времени нужна экзотическая форма материи с так называемой «отрицательной плотностью энергии». Такая экзотическая материя обладает причудливыми свойствами, в том числе движется в направлении, противоположном нормальному, когда ее толкают.Такая материя теоретически могла существовать, но если бы она существовала, она могла бы присутствовать только в количествах, слишком малых для создания машины времени.

Однако исследования путешествий во времени показывают, что машины времени возможны и без экзотики. Работа начинается с дырки в форме пончика, окутанной сферой из обычной материи. Внутри этого вакуума в форме пончика пространство-время могло согнуться само по себе, используя сфокусированные гравитационные поля, чтобы сформировать замкнутую временную кривую. Чтобы вернуться в прошлое, путешественник будет мчаться внутри пончика, с каждым кругом возвращаясь в прошлое.Однако эта теория имеет ряд препятствий. Гравитационные поля, необходимые для создания такой замкнутой временной кривой, должны быть очень сильными, и манипулирование ими должно быть очень точным. [Связано: Скорость деформации, Скотти? Сверхсветовой привод из «Звездного пути» может действительно сработать]

Парадокс дедушки

Помимо физических проблем, путешествия во времени могут также сопровождаться некоторыми уникальными ситуациями. Классическим примером является парадокс дедушки, в котором путешественник во времени возвращается и убивает своих родителей или дедушку — основная сюжетная линия в фильмах «Терминатор» — или иным образом вмешивается в их отношения — подумайте «Назад в будущее» — так что что он никогда не родился или его жизнь навсегда изменилась.

Если бы это произошло, говорят некоторые физики, вы бы не родились в одной параллельной вселенной, но все же родились бы в другой. Другие говорят, что фотоны, из которых состоит свет, предпочитают постоянство во времени, что может помешать вашему злому, суицидальному плану.

Некоторые ученые не согласны с упомянутыми выше вариантами и говорят, что путешествие во времени невозможно, независимо от вашего метода. Астрофизик из Американского музея естествознания Чарльз Лу, в частности, высмеял сверхсветовой.

Это «просто математически не работает», — сказал он в прошлом интервью сайту-партнеру LiveScience.

Кроме того, люди могут вообще не выдержать путешествий во времени. Чтобы путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, понадобится только центрифуга, но это было бы смертельным исходом, сказал Джефф Толлаксен, профессор физики в Университете Чепмена, в 2012 году.

Использование гравитации также было бы смертельным. Чтобы испытать замедление времени, можно встать на нейтронную звезду, но силы, которые испытает человек, сначала разорвут вас на части.

Путешествие во времени в художественной литературе

В двух статьях 2015 года на Space.com описаны различные способы, которыми путешествия во времени работают в художественной литературе, а также лучшие машины для путешествий во времени. В художественной литературе используются следующие методы:

Путешествие в один конец в будущее: путешественник уходит из дома, но люди, которых он или она оставил, могут состариться или умереть к тому времени, когда путешественник вернется. Примеры: «Interstellar» (2014 г.), «Ikarie XB-1» (1963 г.)

Путешествие во времени путем перемещения через более высокие измерения: в «Interstellar» (2014 г.) доступны «тессеракты», в которых астронавты могут путешествовать, поскольку корабль представляет время как измерение пространства.Похожая концепция выражена в книге Мадлен Л’Энгл «Морщинка во времени» (2018, основанная на серии книг, начатой ​​в 1963 году), где время сворачивается с помощью тессеракта. В книге, однако, используются сверхъестественные существа, чтобы сделать путешествие возможным.

Путешествие по пространственно-временному вихрю: знаменитый «Доктор Кто» (с 1963 г. по настоящее время) ТАРДИС («Время и относительное измерение в космосе») использует сверхмерный вихрь для перемещения во времени, в то время как путешественники внутри чувствуют, что время течет нормально .

Мгновенный прыжок во времени: примеры включают «Девушка, которая прыгнула во времени» (2006), ДеЛориан из «Назад в будущее» (1985) и Mr.Машина Пибоди WABAC из «Шоу Рокки и Буллвинкла» (1959-64).

Путешествие во времени стоя на месте: и «Машина времени» (книга 1895 г.), и Маховик времени Гермионы Грейнджер из «Гарри Поттера» удерживают путешественника в неподвижности, пока он движется во времени.

Медленное путешествие во времени: В «Букваре» (2004) путешественник остается в коробке, путешествуя во времени. Каждую минуту, когда они хотят вернуться в прошлое, им нужно оставаться в коробке на минуту. Если они хотят вернуться на день назад, они должны оставаться там 24 часа.

Путешествие быстрее света: В «Супермене: Фильм» (1979) Супермен летит быстрее света, чтобы вернуться во времени и спасти Лоис Лейн, прежде чем ее убьют. Эта концепция также использовалась в романе 1980 года Грегори Бенфорда «Временной пейзаж», в котором главный герой отправляет (гипотетические) тахионные частицы быстрее света обратно на Землю в 1962 году, чтобы предупредить о катастрофе. В нескольких эпизодах и фильмах «Звездного пути» «Энтерпрайз» путешествует во времени, двигаясь быстрее света. В комиксе и сериале «Вспышка» суперспидстер использует космическую беговую дорожку, чтобы путешествовать во времени.

Сложные методы классификации: в «Timecop» (1994) есть ракетные сани, которые появляются и исчезают из поля зрения, когда их используют, что привело к множеству спекуляций о том, что происходит. В серии фильмов «Терминатор» также есть смещение во времени, демонстрирующее, как вести войну в четырех измерениях (включая время).

Так возможно ли путешествие во времени?

Хотя путешествия во времени кажутся невозможными — по крайней мере, возможными в том смысле, что люди выжили бы в них — с физикой, которую мы используем сегодня, поле постоянно меняется.Достижения квантовых теорий, возможно, могут дать некоторое понимание того, как преодолеть парадоксы путешествий во времени.

Одна из возможностей, хотя она не обязательно приведет к путешествию во времени, — это решение загадки того, как определенные частицы могут мгновенно общаться друг с другом со скоростью, превышающей скорость света.

Тем временем, однако, заинтересованные путешественники во времени могут, по крайней мере, косвенно испытать это через фильмы, телевидение и книги.

Парадоксы путешествий во времени | Институт естественных наук Дэвидсона

Что произойдет, если путешественник во времени убьет своего деда? Что такое временная петля? Как остановить появление машины времени где-нибудь в космосе, за миллионы километров от дома? А существует ли такая вещь, как свобода воли?

Поздравляем! У вас есть машина времени! Вы можете заглянуть, чтобы увидеть динозавров, побывать в Лондоне на концерте «Битлз» на крыше, послушать, как Иисус произносит свою Нагорную проповедь, спасти книги Александрийской библиотеки или убить Гитлера.Прошлое и будущее в ваших руках. Все, что вам нужно сделать, это войти внутрь и нажать красную кнопку.

Подождите! Не делай этого!

Серьезно, если вы цените свою жизнь, если хотите защитить ткань реальности — бегите в горы! Физические и логические парадоксы погубят вас. От парадокса дедушки до законов классической механики мы подготовили исчерпывающее руководство по опасностям путешествий во времени. Остерегайтесь опасностей, которые ждут впереди.

Подробное руководство по опасностям, связанным с путешествиями во времени.Машина из «Машины времени» Г. Уэллса. Предоставлено: Shutterstock.

Парадокс дедушки

Хотите изменить реальность? Сначала хорошенько подумайте о вкладе ваших бабушек и дедушек в вашу жизнь.

Парадокс дедушки в основном описывает следующую ситуацию: по той или иной причине вы решили вернуться в прошлое и убить своего дедушку в молодости. Да, конечно, ты его любишь, но это научный эксперимент; у тебя нет выбора.Итак, ваша бабушка никогда не родит вашего родителя — и, следовательно, вы никогда не родитесь, а это означает, что вы не можете убить своего дедушку. О, парень! Полное противоречие!

Расширенная версия парадокса затрагивает практически все изменения, которые наш гипотетический путешественник во времени произведет в прошлом. В хаотической реальности невозможно предсказать, какими будут последствия каждого шага для реальности, из которой вы пришли. Подобно тому, как бабочка, хлопающая крыльями в Амазонке, может вызвать торнадо в Техасе, невозможно предсказать, что одно неверное движение с вашей стороны может повлиять на всю историю, не говоря уже о таком решительном шаге, как убийство кого-то.

Есть возможное решение этого парадокса, но оно отменяет свободу воли: наш путешественник во времени может делать только то, что уже было сделано. Так что не волнуйтесь — все, что вы делали в прошлом, уже произошло, поэтому вы не можете убить дедушку или создать какое-либо противоречие каким-либо другим способом. Другое решение состоит в том, что действия путешественника во времени привели к разделению вселенной на две вселенные: в одной родился путешественник во времени, а в другой он убил своего деда, но не родился.

Переход информации из будущего в прошлое вызывает аналогичный парадокс. Допустим, кто-то из будущего, заботящийся о моих интересах, пытается предупредить меня, что рояль вот-вот упадет мне на голову на улице или что у меня рак, который излечим, если его обнаружат достаточно рано. Из-за этого предупреждения я мог бы предпринять шаги, чтобы предотвратить событие, но тогда нет причин отправлять обратно информацию из будущего, которая спасет мне жизнь. Еще одно противоречие!

Марти попадает в горячку с парадоксом дедушки из «Назад в будущее» 1985

Давайте предположим, что информация отличается: для более богатого будущего я строю машину времени, чтобы в конце 90-х я знал, что мне следует купить акции небольшой компании под названием «Google», чтобы заработать состояние.Если у меня есть свобода воли, значит, я могу отказаться. Но будущее меня знает, что я уже сделал это. Есть ли у меня выбор, кроме как делать то, что я прошу от себя?

Петля времени

В книге «Все вы, зомби» писателя-фантаста Роберта А. Хайнлайна Герой отправляется в прошлое, чтобы оплодотворить молодую женщину, которая позже выясняется, что он он, после операции по смене пола. Потомком этой пары является сам молодой человек, который встретит себя в более молодом возрасте и вернет его в прошлое, чтобы зачать, вы знаете от кого.

Запутались? Это всего лишь один крайний пример временного цикла — ситуация, когда прошлое событие является причиной события в другое время, а также его результатом. Более простым примером может быть путешественник во времени, дающий молодому Уильяму Шекспиру копию полного собрания сочинений Шекспира, чтобы он мог их скопировать. Если это произойдет, то кто гениальный автор «Макбета»?

Это явление также известно как парадокс бутстрапа, основанное на другой истории Хайнлайна, который сравнил его с человеком, пытающимся подтянуться за шнурки (фраза, которая, в свою очередь, взята из классической книги «Удивительные приключения барона»). Мюнхаузен).Слово «парадокс» здесь немного вводит в заблуждение, поскольку в цикле нет противоречия — он существует в последовательности событий и питает себя. Единственное противоречие заключается в порядке вещей, с которым мы знакомы, где причина ведет к следствию и ничего более, и есть смысл в вопросе «как все это началось?»

Терминатор 2 (1991). Андроид, изменяющий форму (Арнольд Шварценеггер), разрушает себя, чтобы разорвать временную петлю, в которой его простое присутствие в настоящем сделало возможным его производство в будущем

Путешественники во времени — куда они все пропали?

В 1950 году, за обедом, физик Энрико Ферми спросил: «Если во Вселенной есть разумные внеземные жизни, то где они?» это указывает на то, что мы никогда не встречали инопланетян и не сталкивались с доказательствами их существования, такими как радиосигналы, которые были бы доказательством технологического общества.Мы могли бы задать тот же вопрос о путешественниках во времени: «Если путешествие во времени возможно, где все путешественники во времени?»

Вопрос, известный как парадокс Ферми, очень важен. В конце концов, если бы можно было путешествовать во времени, не наткнулись бы мы на группу наблюдателей из будущего в критические моменты истории? Вряд ли можно предположить, что всем им удалось идеально замаскироваться, не допустив ошибок в дизайне одежды, акцентах, словарном запасе и т. Д.Другой вариант — путешествия во времени возможны, но они используются с особой осторожностью и строгим контролем из-за всех опасностей, которые мы здесь обсуждаем.

Но где все? Картина итальянского физика Энрико Ферми — Эмилио Сегре Visual Archives SPL

28 июня 2009 года физик Стивен Хокинг провел научный эксперимент, который должен был ответить на этот вопрос раз и навсегда. Он принес закуски, воздушные шары и шампанское и устроил секретную вечеринку только для путешественников во времени, но разослал приглашения только на следующий день.Он утверждал, что если бы никто не появился, это было бы доказательством того, что путешествие во времени в прошлое невозможно. Приглашенные не приехали. «Я сидел и ждал некоторое время, но никто не пришел», — сообщил он на Фестивале науки в Сиэтле в 2012 году.

Множественные путешественники во времени также подрывают возможность фиксированной и последовательной временной шкалы, предполагая, что прошлое действительно может быть изменено. Представьте, например, острое дерби между ведущими клубами «Хапоэль Иерихон» и «Маккаби Иерихон». Изначально «Маккаби» выигрывал, поэтому фанат «Хапоэля» отправился в прошлое и сумел привести к победе своей команды.Поклонники «Маккаби» не сдавались и поступали так же. Вскоре весь стадион заполнен путешественниками во времени и парадоксами.

В одну сторону или туда и обратно?

Если рассматривать путешествие, оно всегда непрерывно — от точки A до точки B, через все точки между ними. Предполагается, что путешествия во времени должны быть такими же: путешественники садятся в свою машину, нажимают кнопку и переходят из времени А в время Б, через все промежутки времени. Но есть загвоздка: если мы путешествуем только во времени, то для случайного наблюдателя машина времени постоянно существует в одном и том же пространстве между точками времени.В результате наше путешествие будет односторонним, и путешественники во времени останутся застрявшими в будущем или прошлом, потому что сама машина заблокирует обратный путь во времени. И это еще до того, как мы начнем задумываться, как вообще построить эту вещь, если она уже существует в том месте, где мы хотим ее построить.

Если это так, тогда нет другого выбора, кроме как предположить, что есть какой-то способ перескакивать время от времени или из одного места в другое и материализоваться в месте назначения. Как наша машина «узнает», что нужно прыгать в пустую область и не материализоваться в стену или в живое существо, которому не повезло занять это же место? Пассажирам, несомненно, понадобится эффективное оборудование для навигации и наблюдения, чтобы предотвратить несчастные случаи на входе.

Проходя из одного момента времени в другой, проходят ли пассажиры все промежуточные моменты? Хороший вопрос! Фотография: Shutterstock

Продвинутое путешествие во времени

Помимо проблем, которые путешествие во времени ставит перед каждым, кто пытается упорядочить понятие причины и следствия, путешественники во времени могут также столкнуться — или уже столкнулись — с другими проблемами физики, даже классической физикой.

Одна проблема, которую вы должны учитывать во время путешествия во времени, и которую писатели-фантасты обычно предпочитают игнорировать для удобства, — это вопрос о прибытии в указанное время и о том, что с нами там произойдет.

Обычно без уважительной причины предполагается, что если кто-то путешествует во времени, он или она приземлится в том же месте, но в другое время — в прошлом или будущем. Но здесь мы наткнулись на загвоздку: Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 110 000 км / ч, а сама Солнечная система движется по своей траектории вокруг галактики со скоростью 750 000 км / ч. Если мы путешествуем во времени хотя бы на несколько секунд и остаемся в тех же координатах пространства, мы, вероятно, обнаружим, что плывем в космическом пространстве и, возможно, даже успеем быстро осмотреться, прежде чем умрем.Наша машина времени должна будет учесть это движение небесных тел и поместить нас в нужное место в пространстве.

Только это можно решить, поскольку путешествие во времени в любом случае происходит между двумя точками в четырехмерном пространственно-временном континууме. Согласно общей теории относительности, теоретическая основа путешествий во времени, пространство и время представляют собой единое физическое тело, известное как пространство-время. Эта сущность может искривляться и искажаться — на самом деле гравитация сама по себе является внешним проявлением искажения пространства-времени.

Повелитель времени, Доктор Кто объясняет, что такое «время» (Доктор Кто, Сезон 3, Глава 10: Мигание).

Путешествие во времени было бы возможным, если бы мы могли создать замкнутую пространственно-временную петлю или если бы мы могли переходить из одной точки в другую с помощью ярлыка, называемого «червоточина». В любом случае это будет не просто перемещение из одного момента времени в другой, но также будет включать перемещение в пространстве. Таким образом, с самого начала путешествие идет не только во времени, но обязательно включает в себя точку назначения в пространстве, которую нам, конечно же, нужно будет предварительно запрограммировать на нашей машине.

На практике ситуация более сложная — особенно если мы хотим отправиться в далекое прошлое или далекое будущее. Скорость небесных тел и даже форма Земли и структура континентов, морей и гор на поверхности Земли меняются с годами. А поскольку даже крошечное отклонение в наших знаниях о прошлом может привести нас в ядро ​​Земли, в космическое пространство или где-то еще, что сразу же сокращает продолжительность жизни до нуля, путешествия во времени превращаются в русскую рулетку.

Как путешествовать во времени и остаться в живых

Предположим, мы справились с этой проблемой и смогли добраться до той точки в пространстве-времени, которая может поддерживать жизнь. Осторожно — мы еще не достигли цели; нам все еще нужно иметь дело с импульсом.

Импульс — это сохраняющаяся величина, которая в основном представляет собой потенциал тела продолжать движение с той скоростью и направлением, в которых оно уже движется. Если бы мы выпрыгнули из движущейся машины (не дай бог!), Сохранение импульса заставило бы нас катиться по земле и, возможно, получить травму (в лучшем случае).Итак, если мы совершим прыжок во времени — скажем, на месяц назад — и приземлимся в одной и той же точке на Земле — мы, к нашему большому разочарованию, обнаружим, что даже если бы мы начали неподвижно по отношению к земле, теперь земля под ней мы быстро движемся к нам под тем или иным углом. Таким образом, даже если нам посчастливилось не разбиться сразу при ударе, мы, скорее всего, столкнемся с каким-нибудь препятствием. И если бы каким-то чудом нам удалось выжить, мы бы быстро сгорели в атмосфере или хватали ртом воздух в космосе — потому что мы намного превысили скорость убегания с Земли.

Нам все еще предстоит иметь дело с проблемой импульса в наших путешествиях во времени / Иллюстративная фотография, Shutterstock

Возможное решение этой проблемы — спланировать нашу точку приземления заранее, чтобы путевая скорость была равна по размеру и направлению нашей скорости выхода, но это накладывает много ограничений на наше путешествие. Мы всегда могли прыгнуть в космос, где почти нет движущихся объектов, с которыми можно было бы столкнуться, и только затем снова приземлиться в нашей точке назначения на Земле.

Сказав все это, эта проблема возникает главным образом, когда мы предполагаем, что скачки во времени происходят мгновенно — что мы исчезаем из одного момента времени и немедленно появляемся в другом, без потери массы, энергии или импульса. Но поскольку «реалистичное» путешествие во времени не является мгновенным, скорее оно включает в себя путешествие в пространстве-времени, оно ничем не отличается от других типов путешествий. В этом случае мы можем надеяться, что сможем отрегулировать нашу скорость до желаемого значения и направления до приземления, точно так же, как космический корабль замедляется перед посадкой на планету.

Мы также должны помнить, что, к счастью, у нас будет доступ к мощной технологии, которая позволит нам справиться с такими проблемами: самой технологии путешествий во времени. Например, мы могли бы решить послать вперед тысячи крошечных зондов, каждый в немного отличающуюся точку пространства-времени. Некоторые из них, а может быть, и большинство, будут уничтожены по одной из уже упомянутых причин. Остальные будут терпеливо ждать настоящего момента, а затем ввести свои запрограммированные координаты в машину времени.Таким образом, по определению, введенный пункт назначения будет безопасным для нас, за исключением, возможно, раздражающего зондового дождя, обрушивающегося на путешественников. Для самих путешественников весь процесс будет незамедлительным.

Грамматика путешествий во времени

Наконец, мы подходим к вопросу: как вы на самом деле говорите о путешествиях во времени? Трех времен — прошедшего, настоящего и будущего — недостаточно для обсуждения будущего события, которое произошло когда-то в прошлом, с кем-то, кто находится в настоящем, которое является прошлым другого и будущим другого.И какое грамматическое время следует использовать, когда мы говорим об альтернативном будущем, которое было бы создано после того, как мы убили нашего деда? Или как мы выражаем будущее-прошедшее время (или прошлое-будущее или прошлое-будущее-прошлое?), Когда мы застреваем во временной петле, где то, что произойдет, ведет к тому, что уже произошло, и так далее? И, конечно же, самый большой вопрос, с которым редакторы и переводчики на иврите сталкивались на протяжении многих лет — действительно ли существует такая вещь, как непрерывное настоящее?

Это сложно.

Споры о временах и машине времени, Теория большого взрыва, 8-й сезон, 5-я серия, 2014

В своей книге «Ресторан на краю Вселенной» писатель-фантаст Дуглас Адамс предлагает своим читателям обратиться за помощью к (написанному доктором Дэном Стритментионеру) «Справочнику путешественника во времени 1001 напряженных формаций» (написанному доктором Дэном Стритментионером) на эти вопросы. Это все очень хорошо, но, как говорит нам Адамс, «большинство читателей доходит до будущего полу-условно модифицированного субинвертированного чумного сослагательного наклонения прошлого, прежде чем сдаться; Фактически, в более поздних изданиях книги все страницы после этого оставались пустыми, чтобы сэкономить на затратах на печать.”

Если, несмотря на все вышеперечисленное, вы все еще собираетесь отправиться обратно на гору Синай или на посадку на Луну Аполлона-11 — позвольте нам пожелать вам удачного путешествия и, пожалуйста, передайте наш привет Нилу Армстронгу!

Путешествие во времени теоретически возможно без парадоксов, говорят исследователи: NPR

Собака в костюме Марти МакФлая из фильма «Назад в будущее» на параде собак на Хэллоуин на Томпкинс-сквер в 2015 году.Новое исследование показывает, что путешествия во времени были бы возможны без проблем, с которыми столкнулся МакФлай.

Тимоти А. Клэри / AFP через Getty Images


скрыть подпись

переключить подпись

Тимоти А. Клэри / AFP через Getty Images

Собака в костюме Марти МакФлая из фильма «Назад в будущее» на параде собак на Хэллоуин на Томпкинс-сквер в 2015 году.Новое исследование показывает, что путешествия во времени были бы возможны без проблем, с которыми столкнулся МакФлай.

Тимоти А. Клэри / AFP через Getty Images

«Прошлое упорно», — написал Стивен Кинг в своей книге о человеке, который возвращается в прошлое, чтобы предотвратить убийство Кеннеди. «Он не хочет, чтобы его меняли».

Оказывается, Кинг мог что-то знать.

Бесчисленные научно-фантастические сказки раскрывают парадокс того, что произойдет, если вы вернетесь в прошлое и сделаете что-то в прошлом, угрожающее будущему.Возможно, один из самых известных примеров поп-культуры — это фильм «Назад в будущее», когда Марти Макфлай возвращается в прошлое и случайно останавливает своих родителей от встречи, подвергая опасности свое собственное существование.

Но, может быть, Макфлая в конце концов не грозила особая опасность. Согласно новой статье исследователей из Университета Квинсленда, даже если бы путешествия во времени были возможны, парадокса не могло бы существовать.

Исследователи провели подсчеты и определили, что даже если вы сделаете изменение в прошлом, временная шкала по существу будет самокорректироваться, гарантируя, что все, что случилось бы, отправило вас назад во времени, все равно произойдет.

«Допустим, вы путешествовали во времени, пытаясь предотвратить заражение нулевого пациента COVID-19 от вируса», — сообщил службе новостей университета ученый из Университета Квинсленда Фабио Коста.

«Однако, если вы предотвратите заражение этого человека, это, в первую очередь, устранит мотивацию для вас вернуться и остановить пандемию», — сказал Коста, соавтор статьи с отличником, студентом бакалавриата Жерменом Тобаром.

«Это парадокс — несоответствие, которое часто заставляет людей думать, что путешествия во времени не могут происходить в нашей Вселенной.»

Вариант, известный как» парадокс дедушки «, в котором путешественник во времени убивает своего дедушку, предотвращая его рождение.

Логический парадокс вызвал у исследователей головную боль, отчасти потому, что, согласно теории Эйнштейна, Согласно общей теории относительности, возможны «замкнутые времениподобные кривые», теоретически позволяющие наблюдателю путешествовать во времени и взаимодействовать со своим прошлым «я», потенциально подвергая опасности собственное существование.

Но эти исследователи говорят, что такой парадокс не обязательно должен существовать , потому что события сами по себе.

Возьмем для примера нулевого пациента с коронавирусом. «Вы можете попытаться предотвратить заражение нулевого пациента, но при этом вы заразитесь вирусом и станете нулевым пациентом, или кто-то другой», — сказал Тобар службе новостей университета.

Другими словами, путешественник во времени может вносить изменения, но исходный результат все равно найдет способ произойти — возможно, не так, как это произошло в первой временной шкале, но достаточно близко, чтобы путешественник во времени все еще существовал и все еще иметь мотивацию вернуться в прошлое.

«Что бы вы ни делали, важные события вокруг вас просто изменятся», — сказал Тобар.

Статья «Обратимая динамика с замкнутыми временными кривыми и свободой выбора» была опубликована на прошлой неделе в рецензируемом журнале Classical and Quantum Gravity. Результаты кажутся согласующимися с другим исследованием путешествий во времени, опубликованным этим летом в рецензируемом журнале Physical Review Letters. Это исследование показало, что изменения, сделанные в прошлом, кардинально не изменят будущее.

Автор бестселлеров-фантастов Блейк Крауч, который много писал о путешествиях во времени, сказал, что новое исследование, похоже, подтверждает то, что все время постулировали определенные тропы путешествий во времени.

«Вселенная детерминирована, и попыткам изменить Прошлое Событие X суждено стать силами, которые приводят в действие Прошлое Событие X», — сказал Крауч NPR по электронной почте. «Так что будущее может повлиять на прошлое. Или, может быть, время — это просто иллюзия. Но я думаю, это круто, что математика проверяет».

Моделирование путешествий во времени решает «парадокс дедушки»

28 июня 2009 года всемирно известный физик Стивен Хокинг устроил в Кембриджском университете вечеринку с воздушными шарами, закусками и шампанским со льдом.Все были приглашены, но никто не пришел. Хокинг ожидал этого, потому что он разослал приглашения только после того, как его вечеринка закончилась. По его словам, это был «долгожданный прием для будущих путешественников во времени», шутливый эксперимент, подтверждающий его предположение 1992 года о том, что путешествие в прошлое фактически невозможно.

Но Хокинг может оказаться на неправильной стороне истории. Недавние эксперименты предлагают предварительное подтверждение возможности путешествий во времени — по крайней мере, с математической точки зрения.Исследование затрагивает суть нашего понимания Вселенной, и разрешение возможности путешествий во времени — далеко не тема, достойная только научной фантастики, — будет иметь серьезные последствия для фундаментальной физики, а также для практических приложений, таких как квантовая физика. криптография и вычисления.

Замкнутые времяподобные кривые
Источником предположений о путешествиях во времени является тот факт, что наши лучшие физические теории, похоже, не содержат запретов на путешествие во времени назад.Подвиг должен быть возможен на основе общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию как искривление пространства-времени энергией и материей. Чрезвычайно мощное гравитационное поле, такое как поле вращающейся черной дыры, могло бы в принципе глубоко исказить ткань существования, так что пространство-время искривлялось само по себе. Это создало бы «замкнутую временноподобную кривую» или СТС, петлю, которую можно было бы пройти, чтобы вернуться во времени.

Хокинг и многие другие физики считают CTC отвратительными, потому что любой макроскопический объект, проходящий через него, неизбежно создает парадоксы, в которых причина и следствие разрушаются.Однако в модели, предложенной теоретиком Дэвидом Дойчем в 1991 году, парадоксов, создаваемых СТС, можно было избежать на квантовом уровне из-за поведения фундаментальных частиц, которые следуют только нечетким правилам вероятности, а не строгому детерминизму. «Интересно, что у вас есть общая теория относительности, предсказывающая эти парадоксы, но затем вы рассматриваете их с точки зрения квантовой механики, и парадоксы исчезают», — говорит физик из Университета Квинсленда Тим Ральф. «Это заставляет задуматься, важно ли это с точки зрения формулировки теории, объединяющей общую теорию относительности с квантовой механикой.«

Эксперименты с кривой
Недавно Ральф и его аспирант Мартин Рингбауэр возглавили команду, которая впервые экспериментально смоделировала модель ЦОК Дойча, протестировав и подтвердив многие аспекты теории двадцатилетней давности. Их результаты опубликованы в Nature Communications. Большая часть их моделирования вращалась вокруг исследования того, как модель Дойча справляется с «парадоксом дедушки», гипотетическим сценарием, в котором кто-то использует СТС, чтобы путешествовать во времени, чтобы убить своего собственного деда, тем самым предотвращая ее собственное более позднее рождение.(Scientific American входит в состав издательства Nature Publishing Group.)

Квантовое решение Дойча парадокса дедушки работает примерно так:

Вместо человека, пересекающего ЦОК, чтобы убить своего предка, представьте, что элементарная частица возвращается во времени, чтобы щелкнуть выключателем на машине, генерирующей частицы, которая ее создала. Если частица щелкает переключателем, машина испускает частицу — частицу — обратно в CTC; если переключатель не включен, машина ничего не излучает.В этом сценарии нет никакой априорной детерминированной уверенности в испускании частицы, только распределение вероятностей. Понимание Дойча заключалось в том, чтобы постулировать самосогласованность в квантовой сфере, настаивая на том, что любая частица, входящая в один конец СТС, должна появляться на другом конце с идентичными свойствами. Следовательно, частица, испускаемая машиной с вероятностью в половину, войдет в CTC и выйдет другим концом, чтобы щелкнуть выключатель с вероятностью половину, и при рождении с вероятностью половины вернется, чтобы щелкнуть. выключатель.Если бы частица была человеком, она родилась бы с половинной вероятностью убийства своего деда, что дает ее деду половинную вероятность избежать смерти от ее рук — достаточно хорошо с вероятностной точки зрения, чтобы замкнуть причинную петлю и избежать парадокс. Как ни странно, это решение согласуется с известными законами квантовой механики.

В своем новом моделировании Ральф, Рингбауэр и их коллеги изучили модель Дойча, используя взаимодействия между парами поляризованных фотонов в квантовой системе, которая, по их мнению, математически эквивалентна прохождению одиночного фотона через СТС.«Мы кодируем их поляризацию так, чтобы вторая действовала как своего рода прошлое воплощение первой», — говорит Рингбауэр. Поэтому вместо того, чтобы отправлять человека через временную петлю, они создали дублера этого человека и прогнали его через временную петлю. — симулятор петли, чтобы увидеть, действительно ли двойник, выходящий из СТС, был похож на оригинального человека, каким он был в тот момент в прошлом.

Измеряя состояния поляризации второго фотона после его взаимодействия с первым, в ходе нескольких испытаний команда успешно продемонстрировала самосогласованность Дойча в действии.«Состояние, которое мы получили на нашем выходе, второй фотон на смоделированном выходе CTC, было таким же, как и состояние нашего входа, первого закодированного фотона на входе CTC», — говорит Ральф. «Конечно, на самом деле мы ничего не отправляем назад во времени, но [моделирование] позволяет нам изучать странные эволюции, которые обычно не допускаются в квантовой механике».

Эти «странные эволюции», обеспечиваемые СТС, отмечает Рингбауэр, могут иметь замечательные практические применения, такие как взлом квантовой криптографии посредством клонирования квантовых состояний фундаментальных частиц.«Если вы можете клонировать квантовые состояния, — говорит он, — вы можете нарушить принцип неопределенности Гейзенберга», который пригодится в квантовой криптографии, потому что этот принцип запрещает одновременно точные измерения определенных видов парных переменных, таких как положение и импульс ». Но если вы клонируете эту систему, вы можете измерить одно количество в первом, а другое — во втором, что позволит вам расшифровать закодированное сообщение ».

«В присутствии CTC квантовая механика позволяет выполнять очень мощные задачи обработки информации, намного больше, чем мы думаем, что классические или даже обычные квантовые компьютеры могут сделать», — говорит Тодд Брун, физик из Университета Южной Калифорнии, который был не участвовал в эксперименте команды.«Если модель Дойча верна, то этот эксперимент точно имитирует то, что можно было бы сделать с реальным СТС. Но этот эксперимент не может проверить саму модель Дойча; это можно было бы сделать только с доступом к настоящему СТС».

Альтернативное мышление
Однако модель Дойча не единственная. В 2009 году Сет Ллойд, теоретик из Массачусетского технологического института, предложил альтернативную, менее радикальную модель СТС, которая разрешает дедовский парадокс, используя квантовую телепортацию и технику, называемую пост-отбором, а не квантовую самосогласованность Дойча.Вместе с канадскими сотрудниками Ллойд успешно провел лабораторное моделирование своей модели в 2011 году. «Теория Дойча имеет странный эффект разрушения корреляций», — говорит Ллойд. «То есть путешественник во времени, который выходит из немецкого ЦКО, входит во вселенную, которая не имеет ничего общего с той, из которой она вышла в будущем. Напротив, пост-выбранные ЦКО сохраняют корреляции, так что путешественник во времени возвращается в ту же вселенную. что она помнит в прошлом «.

Это свойство модели Ллойда сделало бы СТС гораздо менее мощными для обработки информации, хотя по-прежнему намного превосходящими возможности компьютеров в типичных областях пространства-времени.«Классы проблем, которые могут помочь решить наши CTC, примерно эквивалентны поиску иголок в стогах сена», — говорит Ллойд. «Но компьютер в Deutschian CTC может решить, почему вообще существуют стога сена».

Ллойд, однако, с готовностью признает спекулятивную природу СТС. «Я понятия не имею, какая модель действительно правильная. Возможно, они оба ошибаются », — говорит он. Конечно, добавляет он, другая возможность состоит в том, что Хокинг прав, «что CTC просто не существует и не может существовать». Планировщики вечеринок во времени должны сохранить шампанское для себя — их ожидаемые будущие гости вряд ли приедут.

Больше:

Квантовая физика путешествий во времени (только для подписчиков с полным доступом)
Дэвид Дойч и Майкл Локвуд

Может ли квантовый байесианство исправить парадоксы квантовой механики?

Астрофизик Дж. Ричард Готт о путешествии во времени

Физик придумал математику, которая делает «свободное от парадоксов» путешествие во времени правдоподобным

Еще никому не удавалось путешествовать во времени — по крайней мере, насколько нам известно, — но вопрос о том, возможен ли такой подвиг теоретически, продолжает интересовать ученых.

Как показывают такие фильмы, как Терминатор, Донни Дарко, Назад в будущее и многие другие, перемещение во времени создает множество проблем для фундаментальных правил Вселенной: если вы вернетесь в прошлое и остановите своих родителей от встреча, например, как вы вообще можете существовать, чтобы вернуться в прошлое?

Это монументальная головоломка, известная как «парадокс дедушки», но теперь студент-физик Жермен Тобар из Университета Квинсленда в Австралии говорит, что он придумал, как «возвести числа в квадрат», чтобы сделать путешествия во времени жизнеспособными без парадоксы.

«Классическая динамика говорит, что если вы знаете состояние системы в конкретное время, это может рассказать нам всю историю системы», — говорит Тобар.

«Однако общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование временных петель или путешествий во времени — где событие может быть как в прошлом, так и в будущем самого себя — теоретически перевернув изучение динамики с ног на голову».

Расчеты показывают, что пространство-время потенциально может адаптироваться, чтобы избежать парадоксов.

Чтобы использовать актуальный пример, представьте путешественника во времени, путешествующего в прошлое, чтобы остановить распространение болезни — если бы миссия была успешной, у путешественника во времени не было бы болезни, чтобы вернуться в прошлое и победить.

Работа Тобара предполагает, что болезнь все же может вырваться другим путем, другим путем или другим методом, устраняя парадокс. Что бы ни делал путешественник во времени, болезнь не остановить.

Работа Тобара непросто для нематематиков, но она рассматривает влияние детерминированных процессов (без какой-либо случайности) на произвольное количество регионов в пространственно-временном континууме и демонстрирует, как обе замкнутые времяподобные кривые (как предсказал Эйнштейн) может соответствовать правилам свободной воли и классической физики.

«Математика проверяет — а результаты — это научная фантастика», — говорит физик Фабио Коста из Университета Квинсленда, который руководил исследованием.

Фабио Коста (слева) и Жермен Тобар (справа). (Ho Vu)

Новое исследование сглаживает проблему с помощью другой гипотезы, что путешествия во времени возможны, но путешественники во времени будут ограничены в том, что они делают, чтобы они не создавали парадокса. В этой модели путешественники во времени могут делать все, что хотят, но парадоксы невозможны.

Хотя числа могут работать, на самом деле искривление пространства и времени, чтобы попасть в прошлое, остается неуловимым — машины времени, изобретенные учеными до сих пор, настолько концептуальны, что в настоящее время существуют только в виде вычислений на странице.

Мы могли бы прийти к этому однажды — Стивен Хокинг определенно думал, что это возможно — и если мы это сделаем, то новое исследование предполагает, что мы были бы свободны делать с миром все, что мы хотели в прошлом: он соответствующим образом изменится.

«Как бы вы ни пытались создать парадокс, события всегда будут подстраиваться под себя, чтобы избежать каких-либо противоречий», — говорит Коста.«Ряд математических процессов, которые мы обнаружили, показывают, что путешествия во времени со свободной волей логически возможны в нашей Вселенной без каких-либо парадоксов».

Исследование опубликовано в журналах Classical and Quantum Gravity.

Философско-научные приключения | Брайан В. Робертс

Мы сказали, что будем изучать метафизику, изучение природы реальности. А поскольку многое из того, что мы можем рассматривать, установлено во времени и пространстве, мы могли бы также начать с изучения времени, а затем обратиться к пространству.Наше философское приключение в этом термине начнется с вопроса о путешествиях во времени.

Под «путешествием во времени» можно понимать множество вещей. Некоторые из них банальны. Например, кто-то может сказать: «Смотри! Я путешествовал во времени на несколько секунд после того, как пришел к этому тексту! Прекрасно, это, конечно, так, но это неинтересно. Мы хотим получить интересное ощущение путешествия во времени, которое привлекает наше внимание «Доктор» и другие звезды научной фантастики. Вид, в котором вы путешествуете в Древний Египет, или даете совет своему прошлому, или посещаете развитую цивилизацию будущего.Возможны ли такие путешествия во времени?

Дэвид Льюис начинает с вопроса, как мы можем визуализировать путешествие во времени. Он предлагает следующую картину, которая действительно очень полезна. Начнем с визуализации движения обычного путешественника. Начните с представления «пространственного» измерения. Это может быть человек и дерево, разделенные некоторым расстоянием, как показано ниже.

Как выглядят эти предметы по прошествии времени? Назовем вертикальную ось осью «времени» и перерисуем эти объекты в каждый последующий момент времени, как показано слева внизу.

Столько рисования может быть утомительным, поэтому давайте воспользуемся сокращением, просто обозначив их пути как линии. Получающиеся в результате «полосы» (как их называет Льюис) описывают, как вещи проходят во времени. Они иллюстрируют объекты, которые вообще не движутся в пространстве. Язык «полосок», который использует Льюис, идиосинкразический; в физике и философии физики их более типично называть мировыми линиями.

Мировые линии могут описывать множество интересных движений и очень часто используются в физическом теоретизировании.Например, вот мировые линии, когда человек подходит к дереву, а затем возвращается обратно.

С мировыми линиями стоит поиграться, пока вы не научитесь рисовать движущиеся объекты. Но давайте сразу к делу. Какой сценарий описывают следующие мировые линии? Все они так или иначе являются мировыми линиями путешествий во времени.

Каждая представляет собой интересное чувство путешествия во времени. Продумайте сценарий, который описывает каждый из них.Пунктирные линии нарисованы на второй и третьей диаграммах, чтобы представить то, что Льюис называет «непрерывностью» личности путешественника во времени. То есть должен быть какой-то смысл, в котором это один и тот же человек во все моменты путешествия во времени.

Это тот вид путешествий во времени, который интересует Льюиса.

Обратите внимание, что путешествие во времени допускает очень странные сценарии. Например, человек может использовать машину времени, чтобы вернуться в прошлое и рассказать себе, как построить машину времени.Только со знанием дела позднее «я» человека сможет построить машину времени и вернуться назад. Откуда взялась информация о машине времени? Льюис говорит, что «[t] здесь просто нет ответа». Это странная история, но возможная, больше просто нечего сказать. В этом суть тезиса Льюиса.

Что делает эти мировые линии мировыми линиями путешествий во времени? Согласно Льюису, это связано с двумя различными понятиями времени: внешним временем и личным временем.

Для Льюиса ось времени — это «единственная истинная» концепция времени, характеризующая наш мир. Это внешнее время. По словам Льюиса, все согласны с тем, сколько внешнего времени проходит между любыми двумя событиями.

С другой стороны, личное время — это мера времени, которая отслеживает индивидуальную мировую линию. Например, наблюдатель может носить часы, которые обычно тикают на протяжении всего эпизода путешествия во времени. Или можно было бы подсчитать удары пульса наблюдателя, или измерить длину ее волос, или любое другое количество вещей, чтобы охарактеризовать, сколько времени, по ощущениям наблюдателя, прошло.

Определение путешествия во времени, согласно Льюису, заключается в том, что личное время наблюдателя не согласуется с внешним временем. Например, исходя из личного времени путешественника, она может изобрести машину времени, а затем отправиться в Древний Египет. Но по внешнему времени она находилась в Древнем Египте и позже изобрела машину времени.

Какими бы забавными ни казались путешествия во времени, существует по крайней мере одна серьезная потенциальная проблема, известная как парадокс дедушки. Это принимает форму следующего аргумента.

Сначала предположим, что если вы можете путешествовать во времени, то утверждение «вы существуете» верно. Достаточно правдоподобно. Теперь предположим, что путешествие во времени подразумевает, что вы можете делать все, что захотите, путешествуя во времени. В частности, вы можете отправиться в прошлое и убить своего дедушку до того, как он встретил вашу бабушку. Тогда он не мог родить вашего родителя, который тогда не мог родить вас. Таким образом, утверждение «вы существуете» было бы ложным. Это противоречие: утверждение «вы существуете» не может быть одновременно истинным и ложным — таким образом, мы получаем парадокс.

Что мы должны сделать из парадокса дедушки? Мы не можем жить с противоречием. Итак, мы должны отвергнуть одну из предпосылок аргументации. Кто-то может сказать, что наиболее правдоподобно отвергнуть предпосылку о том, что «путешествия во времени возможны».

Льюис совершенно правильно указывает, что есть еще одна посылка, которую можно отвергнуть. А именно, можно отрицать, что в путешествии во времени можно делать все, что угодно. Вы можете отправиться в путешествие во времени и попытаться убить своего дедушку.Но на самом деле, учитывая то, как началась эта история, у вас ничего не получится. Ваш пистолет заклинит, или вы споткнетесь и промахнетесь в последний момент, или вы передумаете. Но вы не убьете своего дедушку.

Льюис сравнивает это со смыслом, в котором он может и не может говорить по-фински. (Дэвид Льюис был носителем английского языка и никогда в жизни не изучал финский.) Он может говорить по-фински, учитывая определенные факты о его биологии и когнитивных способностях. Но он не может говорить по-фински, учитывая еще один факт, на изучение которого он никогда не тратил время.

Точно так же, по идее, вы можете убить своего юного дедушку, учитывая тот факт, что вы нацелили на него заряженное ружье. Но вы не можете учесть тот факт, что он ваш дедушка.

Преодоление парадокса дедушки не означает, что путешествие во времени в стиле Льюиса прибывает в ближайший к вам магазин Apple. Есть по крайней мере три проблемы, с которыми сталкиваются предложения Льюиса о путешествиях во времени. Вспомните еще раз три диаграммы путешествий во времени, приведенные выше.

Начните с левой диаграммы.Помните, что вертикальная линия представляет наблюдателя, который стоит неподвижно, не движется в пространстве. По мере того как линия наклоняется вправо, скорость наблюдателя увеличивается. Итак, что происходит, когда линия наклоняется полностью горизонтально? Скорость бесконечна. Но горизонтально наклоненные линии необходимы в диаграммах путешествий во времени, подобных этой, в которых мировая линия «вращается» во времени. Итак, первый пример путешествия во времени Льюиса требует бесконечной скорости. Но это физически невозможно.

Во-вторых, на остальных диаграммах понятие непрерывности в лучшем случае расплывчато, а в худшем — неправдоподобно.Необходима некоторая преемственность между мировыми линиями, чтобы мы могли сказать, что есть путешественник (путешественник во времени или нет). Итак, что здесь за понятие непрерывности? Льюис предполагает, что это может быть непрерывность памяти. Но, учитывая научно-фантастический характер нашей машины времени, этого может быть недостаточно, чтобы убедить нас в том, что на самом деле существует один непрерывный путешественник.

В-третьих, это мнение несовместимо с теорией относительности Эйнштейна. Вам не нужно беспокоиться о деталях этой теории; это другой курс.Но вам достаточно знать, что одна из важных вещей, которым нас научила теория относительности в отношении мира, заключается в том, что «внешнее время» — это фикция. Обычно у нас нет ничего похожего на «одно истинное время», с которым можно было бы сравнивать все личные времена, и поэтому само определение путешествия во времени по Льюису может быть сомнительным.

Есть ли способ избавить путешествие во времени от силы этих забот? Возможно; это будет нашей темой в следующий раз.

Физик «квадратирует числа» в путешествии во времени

Физики

UQ пытались понять основные законы путешествий во времени.Предоставлено: JMortonPhoto.com и OtoGodfrey.com

.

Путешествие во времени без парадоксов теоретически возможно, согласно математическому моделированию выдающегося студента Университета Квинсленда.

Студент четвертого курса бакалавриата (с отличием) Жермен Тобар исследовал возможность путешествий во времени под руководством доктора Фабио Коста из Калифорнийского университета.

«Классическая динамика говорит, что если вы знаете состояние системы в конкретное время, это может рассказать нам всю историю системы», — сказал г-н.- сказал Тобар. «У этого есть широкий спектр применений, от возможности отправлять ракеты на другие планеты и моделирования потоков жидкостей.

«Например, если я знаю текущее положение и скорость объекта, падающего под действием силы тяжести, я могу вычислить, где он будет в любое время.

«Однако общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование временных петель или путешествий во времени — где событие может быть как в прошлом, так и в будущем самого себя, — теоретически перевернув изучение динамики с ног на голову.”

Г-н Тобар сказал, что объединенная теория, которая могла бы согласовать как традиционную динамику, так и теорию относительности Эйнштейна, была святым Граалем физики.

«Но современная наука утверждает, что обе теории не могут быть одновременно верными», — сказал он. «Как физики, мы хотим понять самые основные, лежащие в основе законы Вселенной, и в течение многих лет я ломал голову над тем, как наука о динамике согласуется с предсказаниями Эйнштейна.

«Я подумал:« Возможно ли путешествие во времени математически? »

г.Тобар и д-р Коста говорят, что они нашли способ «возвести числа в квадрат», а д-р Коста сказал, что расчеты могут иметь увлекательные последствия для науки.

Доктор Фабио Коста (слева) со студентом-бакалавром (с отличием) Жерменом Тобаром. Кредит: Ho Vu

.

«Математика подтверждается, а результаты — это научная фантастика», — сказал д-р Коста.

«Допустим, вы путешествовали во времени, пытаясь предотвратить заражение нулевого пациента COVID-19 вирусом. Однако, если вы предотвратите заражение этого человека, это избавит вас от мотивации вернуться и в первую очередь остановить пандемию.

«Это парадокс — несоответствие, которое часто заставляет людей думать, что путешествия во времени не могут происходить в нашей Вселенной.

«Некоторые физики говорят, что это возможно, но логически с этим трудно согласиться, потому что это повлияет на нашу свободу совершать любые произвольные действия. Это означало бы, что вы можете путешествовать во времени, но вы не можете сделать ничего, что могло бы вызвать парадокс ».

Однако исследователи говорят, что их работа показывает, что ни одно из этих условий не должно выполняться, и события могут приспосабливаться к логическому согласованию с любым действием, совершаемым путешественником во времени.

«В примере с нулевым пациентом с коронавирусом вы можете попытаться предотвратить заражение нулевого пациента, но при этом вы заразитесь вирусом и станете нулевым пациентом, или кто-то другой», — сказал г-н Тобар.

«Что бы вы ни делали, важные события вокруг вас просто перенастраиваются. Это будет означать, что — независимо от ваших действий — пандемия произойдет, что даст вашему более молодому «я» мотивацию вернуться и остановить ее.

«Как бы вы ни пытались создать парадокс, события всегда будут подстраиваться под себя, чтобы избежать противоречий.

«Ряд обнаруженных нами математических процессов показывает, что путешествия во времени со свободной волей логически возможны в нашей Вселенной без каких-либо парадоксов».

Ссылка: «Обратимая динамика с замкнутыми временными кривыми и свобода выбора» Жермен Тобар и Фабио Коста, 21 сентября 2020 г., Классическая и квантовая гравитация.
DOI: 10.1088 / 1361-6382 / aba4bc

.