Путівник для "чайників". З чого почати майбутнім мандрівникам у часі

Кожна людина, так чи інакше, є мандрівником у часі, з постійною швидкістю одна секунда на секунду. Багато хто подумає, що у такій подорожі немає нічого спільного з пересуванням в одному з трьох просторових вимірів зі швидкістю, скажімо, один метр на секунду. Але відповідно до теорії відносності Альберта Ейнштейна, ми живемо в чотиривимірному континуумі — просторі-часі, в якому простір і час взаємопов'язані, пише Live Science.

Ейнштейн виявив, що чим швидше людина рухається у просторі, тим повільніше вона рухається у часі. Іншими словами, людина повільніше старіє. Одна з ключових ідей теорії відносності полягає у тому, що ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла — близько 300 тис. км на секунду або один світловий рік.

Але можна підійти досить близько до цієї позначки. Якби космічний корабель летів зі швидкістю 99% швидкості світла, то для спостерігачів на Землі він би подолав відстань світлового року за один рік.

Водночас, космонавти на борту вищезгаданого корабля проведуть всього 7 тижнів у подорожі. Це наслідок теорії відносності, званий уповільненням часу, яке по суті, можна порівняти із стрибком в часі на 10 місяців у майбутнє.

Подорожі на високій швидкості — не єдиний спосіб уповільнити час. Ейнштейн показав, що гравітаційні поля мають аналогічний ефект, навіть щодо слабкого поля на поверхні Землі.

Люди не помічають різниці, тому що проводять все життя на поверхні планети, але за 20 тис. км над нею гравітація набагато слабша, і час там тече швидше. Приблизно на 45 мікросекунд на добу швидше. Навіть така незначна різниця важлива, оскільки на цій висоті працює більшість супутників GPS, їх час повинен бути точно синхронізованим з часом наземного базування для правильної роботи всієї системи.

Таким чином, щоразу, коли люди використовують функцію GPS на смартфонах або автомобілях, виникає невеликий елемент подорожі у часі. Користувачі та їх навігатори подорожують в майбутнє з трохи різною швидкістю.

Але для більш вражаючого ефекту варто поглянути на набагато сильніші гравітаційні поля, такі як у чорних дір. Вони спотворюють простір-час настільки, що він закільцьовується.

В результаті виходить так звана кротовина — концепція, відома з науково-фантастичних фільмів, але насправді бере свій початок у теорії відносності Ейнштейна.

По суті, кротовина — це найкоротший шлях з однієї точки простору-часу в іншу. Мандрівник входить в одну чорну діру і виходить із зовсім іншої. На жаль, це не дуже практичний засіб пересування, як показує Голлівуд.

По-перше, гравітація чорної діри розірве будь-якого мандрівника на частини, коли він підійде досить близько. По-друге, оскільки йдеться про простір-час, а не тільки про простір, вихід з кротовини може статися раніше, ніж вхід: це означає, що людина опиниться у минулому, а не в майбутньому.

Траєкторії в просторі-часі, які повертають в минуле, отримали технічну назва "замкнуті часоподібні криві". У різних академічних журналах знайдеться безліч посилань на цей ефект, набагато більше, ніж на "подорожі у часі". Але, по суті, "замкнуті часоподібні криві" — це і є подорожі в часі.

Є ще один спосіб створити замкнуту криву, схожу на час, але без чогось екзотичного, як чорна діра або кротовина. Винахідникам машини часу знадобиться простий циліндр, що обертається з надщільного матеріалу. Це так званий циліндр Тіплера — гіпотетичний об'єкт найбільш наближений до машини часу. Але він, швидше академічна головоломка, ніж життєздатний інженерний проект.

Проте, навіть у відсутності подібних розробок, немає фундаментальної наукової причини, яка говорила б, що подорожі в часі неможливі. Саме цей факт не дає спокою вченим. Як любить говорити фізик Мітіо Каку: "Все, що не заборонене, обов'язкове".

Він не має на увазі, що подорожі в часі повинні відбуватися всюди і постійно, але Каку передбачає, що Всесвіт настільки великий, що десь це все ж відбувається. Можливо, надпросунута цивілізація в сусідній галактиці знає, як побудувати машину часу, або ж замкнуті часоподібні криві можуть виникати природними шляхом за певних умов.

Зі свого боку, це піднімає проблеми іншого роду, пов'язані з базовою логікою. Якщо подорожі в часі дозволені законами фізики, з'являється ціла низка парадоксальних сценаріїв. Деякі з них здаються настільки нелогічними, що важко повірити в їх реальність.

Подібні думки відвідали Стівена Хокінга, який завжди скептично ставився до ідеї подорожі під час в минуле. Він вивів "гіпотезу про захищеність хронології", згідно з якою закони фізики запобігають подорожі в часі на всіх масштабах, крім субмікроскопічних. Іншими словами, гіпотеза виключає існування замкнутих тимчасових кривих.

Але це тільки гіпотеза, і поки вона не буде підтверджена доказами, залишається лише один висновок: подорожі в часі можливі.

Вечірка для мандрівників у часі

У подорожі в часі Хокінга турбували логічні парадокси. У своїй гіпотезі він припустив, що фізики з часом виявлять ваду в теорії замкнутих часоподібних кривих, яка зробить їх неможливими.

У 2009 році Хокінг провів потішний експеримент. Він влаштував вечірку, яку рекламували на Discovery Channel лише після того, як вона пройшла. Ідея Хокінга полягала у тому, що якщо машини часу у підсумку стануть можливими, хтось в майбутньому може дізнатися про вечірку і повернутися в минуле, щоб її відвідати.

Але ніхто так і не прийшов — Хокінг провів весь вечір на самоті. Його експеримент не доводить, що подорожі в часі неможливі, але припускає, що вони ніколи не стануть звичайним явищем на Землі.

Стріла часу

Одна з відмінних рис часу полягає у тому, що у нього є напрям — від минулого до майбутнього. Наприклад, чашка гарячої кави кімнатної температури завжди остигає, але ніколи не нагрівається. Заряд на мобільному телефоні завжди знижується, але ніколи не росте сам по собі.

Це приклади ентропії — міри незворотного розсіювання енергії або марності енергії. Ентропія замкнутої системи завжди збільшується, і це ключовий фактор, що визначає стрілу часу. Виявляється, ентропія — єдине, що вносить відмінність між минулим і майбутнім.

В інших розділах фізики, таких як теорія відносності або квантова теорія, час не має пріоритетних напрямків. Можливо, стріла часу може бути застосована тільки до великих складних систем, але не у випадку субатомних частинок.

Парадокси подорожей у часі

Навіть теоретичні подорожі в минуле призводять до низки парадоксів, які можуть остаточно заплутати. Вчені і філософи довгий час шукають відповіді на ці питання.

Вбивство Гітлера

Мандрівник у часі може повернутися в минуле, щоб убити Адольфа Гітлера в дитинстві. Якби місія була успішною, то Гітлер зник би з усіх історичних документів. Звідси народжується питання: як би в такому випадку мандрівник з майбутнього дізнався про існування Гітлера в минулому?

Вбити свого дідуся

Замість того, щоб вбити юного Гітлера, мандрівник міг би випадково вбити одного зі своїх предків. Але тоді б мандрівник не народився, а отже не зміг би відправитися минуле, щоб убити родича.

Замкнений цикл

Припустимо, що креслення машини часу з'явилися на столі вченого з нізвідки. Він витратив деякий час на створення пристрою, а потім з його допомогою відправив креслення самому собі. Але звідки взялися ці креслення? Нізвідки — вони просто йдуть по колу в часі.