Машина на времето от филм обикновено изглежда просто: натискате бутон и сте в миналото. Но физиката в реалния свят е много по-странна. Статия в Daily Mail за това как може да работи пътуването във времето изследва идея, която отдавна е интригуваща за физиците: законите на Вселената може да не забраняват напълно пътуването във времето, но му налагат почти невероятни условия, от изкривяване на пространство-времето до решаване на парадоксите на причинно-следствената връзка.
Най-малко фантастичната форма на пътуване във времето вече съществува. Тя не изисква червееви дупки, портали или светкавици. Нарича се забавяне на времето.
Според специалната теория на относителността, времето тече по-бавно за обект, движещ се много бързо спрямо наблюдател, който остава почти неподвижен. Ето защо в известния парадокс на близнаците, астронавт, който лети с висока скорост и се връща на Земята, може да изглежда по-млад от своя брат или сестра.
Това не е фантазия, а измерим ефект. Сателитните навигационни системи трябва да отчитат релативистичните корекции на времето, в противен случай координатите им постепенно биха се измествали. А астронавтите, които прекарват месеци в орбита, наистина изпитват малко по-различен поток на времето, въпреки че разликата за хората е незначителна.
Така че пътуването в бъдещето е възможно още сега в този смисъл, че бихте могли да живеете остареете по-бавно от хората на Земята, ако се движите достатъчно бързо или сте в различно гравитационно поле. Проблемът е мащабът: за да „скочите“ векове напред, са ви необходими скорости, близки до скоростта на светлината или екстремната гравитация.
Защо миналото е много по-сложно от бъдещето
Пътуването в бъдещето не нарушава причинно-следствената връзка. Просто остарявате по-бавно от другите. Но пътуването в миналото веднага създава логично минно поле.
Класически пример е парадоксът на дядото. Ако човек се върне назад във времето и предотврати раждането на един от своите предци, самият той не се ражда. Но ако не се ражда, не може да се върне назад във времето и да промени събитията. По този начин историята става самопротиворечива.
Тук физиката става като детективска история. Въпросът вече не е само дали може да се построи машина на времето. Въпросът е дали Вселената допуска събития, които унищожават собствената си причина.
Един от отговорите е принципът на Новиков за самопоследователността. Той гласи, че ако пътуването в миналото е възможно, тогава събитията винаги ще се развиват по такъв начин, че да не възниква парадокс. Можете да се опитате да промените миналото, но вашите действия вече са част от това минало.
Това е като книга, която не може да бъде пренаписана отвътре навън. Героят може да прелиства страниците, да прави избори, да влияе на събитията, но крайният текст трябва да бъде логически последователен.
Затворени времеви криви: „примки“ в пространство-времето
Основният математически механизъм за пътуване във времето е затворената крива на времето, или ЗВК. Казано по-просто, това е траектория в пространство-времето, която връща обекта обратно в собственото му минало.
В обикновения живот нашата „световна линия“ се движи напред: детство, зряла възраст, старост. Но в някои решения на уравненията на Айнщайн, пространство-времето може да бъде изкривено, така че световната линия да се извива.
Идеята не е нова. През 1949 г. математикът Курт Гьодел намира решение на уравненията на общата теория на относителността за въртяща се вселена, където такива цикли са възможни. По-късно физиците изследват други екзотични сценарии: въртящи се черни дупки, космически струни, червееви дупки и други структури.
Но има едно голямо „но“. Само защото уравненията позволяват определена геометрия, не означава, че природата може да я създаде. В математиката може да се опише мост, направен от невероятни материали. В реалния свят той може да се срути, преди някой да стъпи върху него.
Къртичините: най-популярният кандидат за машина на времето
Най-известният сценарий е къртичината, представляваща хипотетичен тунел между две области на пространство-времето. В научната фантастика тя функционира като пряк път през пространството. Във физиката тя функционира като много нестабилен и проблематичен обект.
За да бъде проходима една червеева дупка, нейното „гърло“ не трябва да се срутва. Според много модели това изисква екзотична материя с отрицателна енергия или други необичайни свойства. Известни са ни някои квантови ефекти, които могат да създават локални отрицателни енергии, но не в мащаба, необходим за космическа червеева дупка.
Теоретично, единият край на червеевата дупка може да бъде ускорен до огромни скорости или поставен в по-силно гравитационно поле. Поради забавянето на времето, двата „входа“ биха започнали да стареят по различен начин. Ако след това преминете през тунела, бихте могли да излезете не само на различно място, но и в различно време.
Звучи като филмов сценарий, но за физиците това е по-скоро инструмент за тестване на границите на теорията: позволява ли природата такива тунели или квантовата нестабилност ги разрушава?
Парадоксите могат да се „самокоригират“
През 2020 г. Germain Tobar и Fabio Costa от University of Queensland публикуват статията Reversible dynamics with closed time-like curves and freedom of choice, където показват, че при определени математически условия пътуването във времето може да бъде съвместимо със свободния избор и да не създава парадокси.
Идеята звучи почти като научнофантастичен сюжет: ако се върнете назад във времето, за да предотвратите определено събитие, реалността може да бъде „пренастроена“, така че ключовият резултат все пак да се случи. Можете да промените детайлите, но не можете да прекъснете причинно-следствената верига, която ви е довела до това пътуване.
„Можете да пътувате през времето, но не можете да направите нищо, което би довело до парадокс“, обясни Tobar в репортаж по UQ News за математически модел на пътуване във времето.
Можете да си го представите като река. Хвърляте камък в нея, течението се променя около препятствието, но водата все пак си проправя път надолу. В модела на Tobar и Costa историята не е нужно да бъде твърдо фиксирана във всеки детайл, но големите причинно-следствени събития трябва да останат последователни.
„Независимо от действията ви, ключовите събития просто ще се пренаредят около вас“, каза Tobar, обяснявайки примера с пътуването назад във времето, за да се предотврати пандемия.
Това не е доказателство, че машина на времето е възможна. Това е доказателство, че парадоксът не е непременно окончателна математическа присъда.
Друг изход: паралелни времеви линии
Друг начин да се избегнат парадоксите е да се предположи, че промяната на миналото създава или отваря друга времева линия. В този сценарий вие не пренаписвате собствената си история, а по-скоро се движите в алтернативна.
Физикът Барак Шошани от Brock University обясни в статия в Brock News за паралелните времеви линии, че пътуването във времето би било възможно само теоретично, ако съществуват множество истории. В работата Time Travel Paradoxes and Entangled Timelines той и Zipora Stober предлагат модел, при който времевите линии възникват от квантово заплитане между машината на времето и околната среда.
Все едно правиш копие на документ. Ако редактираш копието, оригиналът не се променя. Ако се върнеш назад във времето, можеш да създадеш свят, в който нещата са се развивали по различен начин, но оригиналният ти свят би останал същият.
Проблемът е, че интерпретацията на квантовата механика за много светове сама по себе си е интерпретация, а не доказан „портален механизъм“. Тя може да ни помогне да мислим за парадоксите, но не предоставя план за машина на времето.
Защо Стивън Хокинг беше скептик
Стивън Хокинг е предложил идеята за защита на времевата линия: може би законите на физиката не позволяват създаването на условия, при които миналото може да бъде променено. Не защото уравненията го забраняват директно, а защото квантовите ефекти, нестабилностите или енергийните ограничения биха унищожили машината на времето, преди да може да бъде стартирана.
Хокинг дори организира забавен експеримент: парти за пътешественици във времето. Той го обяви след като е трябвало да се случи, така че само хора от бъдещето да видят поканата. Никой не се появи.
Разбира се, това не е строго научно доказателство, но жестът е много хокингиански: ако пътуването във времето някой ден стане нещо обичайно, защо не виждаме туристи от бъдещето?
Скептичният отговор е прост: може би пътуването във времето е невъзможно. Или е възможно само докато не бъде построена първата машина на времето. Или може би бъдещите пътешественици във времето имат правило да не се появяват на партита на физиците.
Ефектът на мащаба: какво всъщност би означавала машина на времето
Ако пътуването във времето стане реалност, това не би било просто технологичен пробив. То би променило разбирането ни за причинно-следствената връзка, свободната воля, информацията и самата структура на Вселената.
Днес физиката твърди, че причините предхождат следствията. Можем да имаме сложни системи, хаос, случайност и квантова неопределеност, но общата логика на времето остава стабилна. Машина на времето би направила тази логика много по-сложна.
Представете си, че информацията може да идва от бъдещето. Тогава възниква въпросът: кой я е създал? Ако инженер е получил чертежи за машина на времето от бъдещото си и след това ги е изпратил обратно, откъде е дошло знанието? Това се нарича информационен цикъл или събитието съществува, но произходът му е неясен.
Ето защо пътуването във времето не е просто фантастична мечта. То е проверка на фундаменталните закони на физиката.
Източник: CALDATA.COM