Подорож у часі чи світ знань
Щоб подорожувати в часі, багато розуму не треба. Будь-який з нас щодоби здійснює переміщення приблизно на 24 години вперед. Інша справа, що рух це залишається таким же ненавмисним, як і неминучим. На відміну від простору, ми не можемо за власним бажанням встати і переміститися на стільки-то «кроків» в минуле або майбутнє ... або можемо?
Подання про потоці часу, як про щось незмінне, постійне, вічне і рівномірному, сидить десь дуже глибоко в нашій психіці. Ми вимірюємо його секундами, годинами, роками, але тривалість цих проміжків може змінюватися. Як річковий потік, який справді часто порівнюють з потоком часу, може то прискорюватися на різких перепадах, то сповільнюватися, розливаючись широко, час саме схильна до змін. Це відкриття стало, можливо, ключовим в тій науковій революції, яку в 1905-1915 рр. здійснили роботи Альберта Ейнштейна.
Мінливість часу бере початок в його складних відносинах з простором. Три просторових виміри і одне временно'й утворюють єдиний, нероздільний континуум - ту сцену, на якій розгортається все, що відбувається в нашому світі. Складні переплетення і взаємодії цих чотирьох вимірювань один з одним дають нам надію на те, що подорожі в минуле і майбутнє все-таки можливі. Щоб отримати владу над часом, треба всього лише приручити простір. Як це можливо?
Для простоти давайте уявимо, що континуум нашого Всесвіту включає не чотири, а тільки два виміри: одне просторове і одне временно'й. Кожен об'єкт, від фотона до Дональда Трампа, рухається цим континууму з постійною швидкістю. Що б він не робив, перетинає чи Галактику або відповідає на питання журналістів, сидячи на стільці, загальна швидкість його руху залишається незмінною - спрощуючи, можна сказати, що сума швидкостей, з якої переміщується об'єкт, завжди дорівнює швидкості світла. Якщо президент по простору не рухається, то вся енергія його руху йде в переміщення по осі часу. Якщо фотон рухається по простору зі світловою швидкістю, то на час у нього енергії не залишається, і для цих часток часом не рухається зовсім.
Можна сказати, що переміщення в просторі «краде» переміщення у часі. Якщо Дональд Трамп прискориться - сяде в літак і на швидкості близько 900 км / ч перетне Атлантику, - він сповільнить свій рух в часі і виявиться десь на 10 наносекунд в «майбутньому», в той час, який для його «внутрішнього годинника» ще не настав. Поточний рекордсмен перебування в космосі Геннадій Падалка за 820 днів на МКС, протягом яких він рухався на швидкості близько 27,6 тис. Км / год, перемістився в майбутнє на кілька десятків мілісекунд. При досягненні швидкості в 99,999% світловий за рік можна переміститися в майбутнє на 223 «звичайних» земних року.
Це перетікання руху з простору під час і назад коштує розширити і на гравітацію. В описі Загальної теорії відносності гравітація - це деформація просторово-часового континууму, і в околицях чорної діри (та й будь-якого іншого гравитирующего об'єкта) «викривляються» всі чотири виміри, причому тим сильніше, чим сильніше тяжіння. Час у поверхні Землі тече повільніше, ніж на орбіті, і надточний годинник супутників тікають приблизно на 1/3 мільярдної частки секунди в добу. Куди помітніше це переміщення в майбутнє для тіл, що знаходяться поблизу більш масивних об'єктів.
Надмасивна чорна діра в центрі нашої Галактики важить близько 4 млн Сонць, і якщо ми почнемо нарізати кола поблизу від неї, то через деякий час - коли на нашому космічному кораблі пройде всього кілька днів - можемо опинитися у Всесвіті на кілька років старший за нас. Знову ж таки, в майбутньому. Як ми зрозуміли, з формули Ейнштейна з легкістю допускають такі переміщення, хоча на практиці вони складні настільки, наскільки складно набрати швидкість, близьку до світлової, або вижити в околицях надмасивної чорної діри. Але як бути з минулим?
За великим рахунком, подорож у часі назад влаштувати ще простіше, ніж вперед: досить поглянути на зоряне небо. Діаметр Чумацького Шляху становить близько 100 тис. Світлових років, а світло більш далеких зірок і галактик може йти до нас і мільйони, і мільярди років. Оглядаючи нічний небосхил, ми бачимо спалахи минулого. Місяць, який вона була близько секунди тому, Марс - приблизно 20 хвилин назад, Альфу Центавра майже чотирирічної давності, сусідню галактику Туманність Андромеди - 2,5 млн років тому.
Найдальший межа, доступний такого роду «переміщенню» в часі, становить понад 10 млрд років: картину тієї неймовірно далекої епохи можна побачити в мікрохвильовому діапазоні, як сліди реліктового випромінювання Всесвіту. Але, звичайно, нас такими подорожами не задовольнив; в них відчувається щось «несправжнє» в порівнянні з тим, як такі переміщення виглядають в фантастиці. Вибираєш потрібну епоху на екрані, натискаєш кнопку - і ...
Цікаво, що рівняння Ейнштейна не накладаються обмежень і на такі цілеспрямовані подорожі в минуле. Тому деякі теоретики, розмірковуючи про це, припускають, що при русі на швидкості більшій швидкості світла час в цій системі відліку буде текти в зворотному щодо решти Всесвіту напрямку. З іншого боку, такий рух ейнштейнівські теорії все ж забороняють: маса при досягненні швидкості світла стане нескінченною, а щоб розігнати нескінченну масу хоча б ще трішки швидше, знадобиться нескінченна енергія. Але, головне, введення таких машин часу здатне порушити не менше фундаментальний причинно-наслідковий принцип.
Уявіть, що ви - ярий прихильник Хілларі Клінтон і вирішили повернутися в минуле, щоб побити дрібного Дональда Трампа і назавжди відвадити його від політики. Якщо це спрацювало, і Дональд після такого «повчання» ще в 1950-х вирішив повністю зосередитися на бізнесі або на грі в шахи, то яким чином ви б взагалі дізналися про його існування, не кажучи про те, щоб запалився ненавистю до цього політика. Ці парадокси добре розкриває культова серія фільмів «Назад в майбутнє», а багато вчених вважають, що вони роблять подорожі в минуле принципово неможливими. З іншого боку, міркувати і фантазувати ми можемо завжди. Давайте спробуєм?
Наближення до якої-небудь досить великої чорної діри призводить до уповільнення часу. Падіння всередину - навряд чи можливий варіант: це заняття надто небезпечно і не дозволить зберегти в цілості і вас, і вашу машину для переміщень у часі. Однак існує варіант, при якому чорна діра може виявитися цілком відповідним «порталом» в минуле. На нього вказали розрахунки, проведені ще в 1960-х відомим (а тоді ще дуже молодим) новозеландським фізиком Роєм Керром, який вивчав гравітаційне поле обертових чорних дір.
Справді, якщо звичайне сферичне тіло стискається до критичного радіуса і утворює сингулярність чорної діри, то маса тіла, що обертається зазнає впливу відцентрових сил. Цей момент імпульсу не дозволяє утворитися звичайної «точкової» сингулярності, і замість неї з'являється сингулярність дуже незвичайна - у вигляді кільця нульової товщини, але ненульового діаметра. І якщо сингулярності звичайної чорної діри не уникне будь-якої, хто наважиться наблизитися до неї надто близько, то спостерігач, зближуються з кільцеподібної сингулярностью, цілком може «проскочити» її - і опинитися по той бік.
Деякі вчені припускають, що ці властивості можуть робити «керровской» чорні діри свого роду антиподами звичайних - десь, в іншому просторі-часі вони не поглинають, а навпаки, викидають з себе все, що потрапило в них в нашому. Щасливчик, ізбегнувшій повної дезінтеграції в кільцеподібної сингулярності, виявиться десь зовсім в іншому місці і часу. Де? На жаль, і тут ніякого управління поки не передбачається: як пощастить. Поки що ми не впевнені навіть в існуванні сингулярності такої потрібної форми, не кажучи вже про те, щоб контролювати їх виникнення і те, які саме ділянки просторово-часового континууму вони з'єднують. Вам це щось нагадує?
Якщо ми згадаємо про наш спрощеному двовимірному континуумі, який містить всього одне временно'й вимір і одне просторове, то нам буде легко уявити, як його тканина не тільки деформується і згинається, але і рветься - як в околицях масивних тіл і в сингулярності чорної діри . Але куди приводять такі розриви? Мабуть, знову ж таки, - у іншу частину континууму, - як якщо б ми взяли плоску двовимірну простирадло і склали навпіл, пробивши «дірки» з однієї поверхні на іншу. Жодна теорія не забороняє існування і в нашому чотиривимірному просторі-часі таких дірок - об'єктів, широко відомих як кротові нори.
Щоб використовувати такі нори хоч для будь-якої користі, їх доведеться навчитися стабілізувати і збільшувати в розмірах. На жаль, розрахунки показують, що для цього знадобляться колосальні кількості енергії, непредставімие ні для американського президента, ні для всього людства в будь-який більш-менш осяжній перспективі. Тому трохи більшу надію на вільні переміщення в часі дає інша напівфантастична концепція, розвинена в другій половині XX ст. Томасом Киббла, Яковом Зельдовичем і Річардом Готтом - йдеться про космічних струнах.
Не варто плутати їх з суперструн з іншої відомої теорії: космічні струни в поданні Готта - це дуже щільні одномірні складки простору-часу, що виникли ще на зорі існування Всесвіту. Спрощено кажучи, «тканину» простору-часу в ту епоху ще не «розгладилася», і деякі з тодішніх складок збереглися до цих пір. Вони розтяглися до десятків парсек, але як і раніше надзвичайно тонкі (близько 10-∧31 м) і несуть величезну енергію (щільність порядку 10∧22 г на см довжини).
Тонше атома, космічні струни пронизують просторово-часової континуум, проявляючи потужну, хоча і локально обмежену, гравітацію. Зате якщо ми навчимося ними маніпулювати, зближувати, скручувати і сплітати, ми можемо як завгодно «налаштовувати» і простір-час навколо. Такі надздібності обіцяють вже цілком повноцінні переміщення в минуле і майбутнє за бажанням, по потребі або настрою. Якщо тільки на це не існує фундаментальних заборон. Пам'ятайте про «Назад в майбутнє»?
Порушення причинно-наслідкових зв'язків при подорожі в минуле здатне поставити в безвихідь не тільки філософів, але і будь-які розумні фізичні і математичні викладки. Найвідоміший приклад цього - «парадокс убитого дідуся», вперше описаний в науковій фантастиці ще в 1940-х. У книзі французького письменника Рене Баржавеля розповідається, як необережний мандрівник у часі вбив свого власного діда, так що згодом він не зміг з'явитися на світло, зробити переліт в минуле і вбити дідуся ... Тут починає давати збої будь-яка логіка: виникає розірваний ланцюг причин і наслідків, яку не сприймає ні наука, ні наш повсякденний досвід.
Одним з рішень цього парадоксу може бути «постселекція» подій самого Всесвіту. Інакше кажучи, опинившись в минулому, мандрівник не зможе зробити нічого, що порушило б правильний хід причин і наслідків. Пістолет не спрацює, або він не знайде свого дідуся, або трапиться тисяча інших випадковостей, дивацтв, конфузів, але протягом речей не дозволить збити Всесвіт з її розміреного ходу. Але взагалі важко уявити собі хоч яку-небудь дію в минулому, яке не мало б далекосяжних наслідків. Згадаймо ще один прийшов з фантастики термін - «ефект метелика», який вказує на властивість деяких систем посилювати незначний вплив до великих і непередбачуваних наслідків. Можливо, постселектівное рішення парадоксів часу все одно не дозволить нам подорожувати по ньому.
Втім, існує й інший підхід, куди більш багатообіцяючий. Згідно з популярною сьогодні гіпотезі мультивселенной, в світобудові може реалізовуватися будь-який можливий (і неможливий) варіант, просто всі вони «розходяться» з різних паралельних всесвітах. Ви можете переміститися в минуле і застрелити дідуся, і він дійсно не родить вашого батька, а той - вас, але в іншому, паралельному світі. Так само, як десь там Дональд Трамп може програти вибори, або зовсім не з'явитися на світло, або опинитися знаменитим велогонщиком. Так само, як десь існують світи, населені зеленими мислячими медузами або взагалі підкоряються іншим законам фізики.
Так, подорож у часі парадоксальним чином призводить нас до проблем фундаментального пристрою просторово-часового континууму. Проблемам, остаточно вирішити які допоможе хіба що перший досвід справжнього переміщення в минуле - шкода, що в нашому світі цього неймовірного події доведеться почекати ще невизначений час.