Начавшись как дерзкая выдумка британского писателя, концепция перемещения во времени постепенно перекочевала в научные лаборатории. Сегодня физики не шутят, когда рассуждают о попытках обмануть время и вернуться в прошлое. Рассказываем, что такое машина времени, которая прошла путь от литературного вымысла до уравнений общей теории относительности.
Коротко о главном
Идея временных путешествий родилась в 1895 году с выходом романа Герберта Уэллса «Машина времени». Научное обоснование возможности перемещения во времени появилось в 1949 году с открытием Куртом Гёделем замкнутых времениподобных кривых. В 1988 году Кип Торн предложил использовать кротовые норы для создания машины времени, а Рон Маллетт позже разработал альтернативную теорию путешествий в прошлое, основанную на вращающихся лазерных лучах.
Что такое машина времени
Машиной времени называют гипотетическое устройство или конфигурацию пространства-времени, которая позволяет возвращаться в прошлое.
Это не блестящий аппарат с рычагами, как описывал Уэллс, а скорее определённая геометрия пространства-времени, возникающая при особенных условиях. Такая геометрия не идёт вразрез с общей теорией относительности, хотя требует необычных форм материи. В физике под этим термином чаще понимают замкнутые времениподобные кривые — траектории в пространстве-времени, по которым теоретически можно вернуться в то же время, но в прошлом.
Кто придумал идею путешествий во времени
Идея путешествий во времени как научно-фантастического сюжета принадлежит Герберту Уэллсу. Легенды о заснувших на сотни лет героях или посещениях будущего в пророческих снах существовали всегда, но именно Уэллс рассказал про путешествие во времени на специальной машине. Позже идею подхватили десятки писателей, а затем и учёные, которые обнаружили, что теория относительности Эйнштейна не запрещает такие перемещения.
Герберт Уэллс и первая машина времени
Изобретение машины, на которой можно вернуться в прошлое, приписывают Герберту Уэллсу, который в одноимённом романе 1895 года интуитивно предвосхитил идею четырёхмерного пространства-времени.
Идея возникла у Уэллса ещё в 1887 году после доклада студента о неевклидовой геометрии по книге Чарльза Хинтона «Что такое четвёртое измерение». Писатель переработал свой ранний рассказ «Аргонавты времени» и написал роман, который стал бестселлером. Уэллс за 10 лет до специальной теории относительности Эйнштейна объявил, что реальность представляет собой четырёхмерное пространство-время. В романе его Путешественник во времени объяснял, что время — это четвёртое измерение, по которому можно перемещаться так же, как по трём пространственным (длине, ширине, глубине). Это прозрение легло в основу всей хронофантастики.
Как фантастика превратилась в научную теорию
В 1949 году Курт Гёдель математически просчитал вселенную, в которой можно путешествовать в прошлое.
Гёдель, один из величайших логиков 20 века и друг Эйнштейна, обнаружил, что во вращающейся вселенной время закручивается вместе с материей, из-за чего возникают замкнутые времениподобные кривые. Сам Эйнштейн отнёсся к этой теории настороженно, признав её математическую логику, но усомнившись, что физика допустит существование таких миров. Тем не менее работа Гёделя доказала, что общая теория относительности не запрещает путешествия во времени в принципе. Нужна лишь определённая конфигурация материи и пространства.
Как работает машина времени в физике
В современной науке машина для путешествий в прошлое работает через теоретическую идею искривления пространства-времени, создавая замкнутые петли, по которым можно вернуться в прошлое.
Современная физика рассматривает машину времени через геометрию пространства-времени, не считая её техническим устройством для перемещений в прошлое. Учёные убеждены, что, если научиться достаточно сильно искривлять пространство-время, теоретически можно «свернуть» время в петлю. На практике для этого нужны либо невероятные скорости, либо колоссальные гравитационные поля, либо экзотическая материя, существование которой пока не доказано.
Теория относительности
Теория относительности показала, что при движении с высокими скоростями и в сильных гравитационных полях время замедляется.
Теория Эйнштейна, опубликованная в 1905 году, утверждает, что время не абсолютно. В 1971 году физики Хафеле и Китинг провели знаменитый эксперимент: они отправили точнейшие атомные часы в полёт вокруг Земли. Часы, летевшие на восток по направлению вращения Земли, отстали, а летевшие на запад — ушли вперёд. Это подтвердило догадки Эйнштейна.
Искривление пространства-времени
Общая теория относительности описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Если искривление очень сильное, то могут возникать временные петли.
Чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее течёт время. Часы на вершине горы идут быстрее, чем у подножия, что подтвердил эксперимент 1978 года. Массивные объекты искривляют пространство-время, создавая «гравитационные ямы». Экстремальное искривление, например вокруг вращающейся чёрной дыры, может не просто замедлить время, а теоретически замкнуть его в петлю. Именно над такими теориями и работают физики, которые хотят создать машину времени.
Почему время может идти по-разному
Время идёт по-разному из-за относительности движения и гравитации, что подтверждают эксперименты с точнейшими атомными часами и работа системы GPS.
Система GPS, которой человек пользуется каждый день, должна учитывать эффекты теории относительности. Спутники движутся быстрее, и их время замедляется из-за скорости, но они находятся выше в гравитационном поле Земли, где время само по себе течёт быстрее. Софт GPS ежесекундно корректирует эти расхождения — иначе навигация ошибалась бы на километры. Таким образом, человечество уже создало технологию, работающую на основе разного течения времени.
Машина времени профессора Маллетта
Рон Маллетт предложил использовать вращающиеся лазерные лучи для создания гравитомагнитного поля, которое закрутит пространство-время и породит машину времени. К поискам его подтолкнули личные мотивы: он хотел вернуться в прошлое и спасти отца, умершего молодым.
Как выглядит устройство
Устройство Маллетта представляет собой систему из нескольких вращающихся лазерных лучей, образующих непрерывный циркулирующий световой пучок внутри кольцевого лазера.
Чем быстрее вращение и чем интенсивнее лазерное излучение, тем сильнее, по расчётам Маллетта, эффект увлечения пространства-времени. Внутри такой установки пространство начинает закручиваться. Теоретически при достижении критической скорости вращения возникают замкнутые времениподобные кривые, которые в теории позволяют вернуться в прошлое.
В чём суть его теории
Маллетт решил использовать гравитомагнитный эффект: вращающийся свет создаёт поле, аналогичное магнитному, которое и закручивает пространство-время.
Маллетт использовал предсказанный общей теорией относительности эффект увлечения инерциальных систем отсчёта. При достаточной интенсивности лазерного излучения пространство-время внутри кольца начинает закручиваться настолько сильно, что временные линии смыкаются в петлю.
Почему учёные критикуют проект
Критики теории Маллетта указывают, что требуемая интенсивность лазеров в современных условиях недостижима, а гравитомагнитный эффект вращающегося света вряд ли способен создать замкнутую времениподобную кривую.
Современные технологии не могут дать столь интенсивное лазерное излучение, которое необходимо для успешного перемещения во времени. Многие физики сомневаются, что гравитомагнитный эффект вращающегося света вообще способен создать замкнутую времениподобную кривую.
Можно ли создать машину времени в реальной жизни
На сегодняшний день создание машины времени остаётся теоретической возможностью, которую физика не отвергает. Однако для этого нужны такие условия, которые человек пока воссоздать не в силах.
Теоретическая физика не накладывает полного запрета на путешествия во времени. Кип Торн в 1988 году показал, что кротовые норы — возможный путь к созданию машины времени. Кротовые норы (или «червоточины») — это гипотетические «тоннели» в пространстве-времени, соединяющие две удалённые области вселенной (или даже разные вселенные). В отличие от чёрной дыры, у кротовой норы есть два входа и проходимый «коридор». Теоретически, если один конец кротовой норы разогнать до релятивистских скоростей, а потом вернуть обратно, времена на двух концах разойдутся. Однако проблема в том, что для удержания кротовой норы открытой нужна экзотическая материя с отрицательной плотностью энергии — существование такой материи под большим вопросом. Пока нет ни одного экспериментального подтверждения создания реальной машины, на которой можно отправиться в прошлое.
Что мешает создать прибор для перемещения во времени
Создать машину времени мешает отсутствие экзотической материи с отрицательной энергией, парадоксы причинности и гипотетический механизм хронологической защиты.
Стивен Хокинг предложил гипотезу хронологической защиты: законы физики должны предотвращать путешествия в прошлое, чтобы сохранить причинность. При попытке отправить фотон в прошлое вакуумные флуктуации создают неограниченно большую энергию, которая разрушает конструкцию. Кроме того, общая теория относительности, которая допускает замкнутые времениподобные кривые в принципе, требует для их существования отрицательной плотности энергии. Пока экспериментально подтверждено лишь существование слабых квантовых эффектов с отрицательной энергией — эффекта Казимира. Этого недостаточно для стабилизации даже микроскопической кротовой норы.
Где идея машины времени используется сегодня
Идеи о перемещении в пространстве широко используются в научной фантастике, в педагогике для объяснения теории относительности и, косвенно, в технологиях вроде GPS, учитывающих разное течение времени.
Несмотря на отсутствие реального устройства, идея временных перемещений живёт в литературе, кино и видеоиграх. Физики, исследующие замкнутые времениподобные кривые и кротовые норы, разрабатывают то, что пригождается в других областях — от квантовой гравитации до космологии. Через идею временных перемещений объясняют самые сложные концепции современной физики — от теории относительности до квантовой механики.
FAQ
Нет. Ни одного работающего устройства для путешествий в прошлое не создано. Все существующие проекты — теоретические, основанные на решениях уравнений общей теории относительности. Ни одно из этих решений не реализовано экспериментально.
Первую литературную машину времени создал Герберт Уэллс в 1895 году. Первую научную модель пространства-времени, допускающую путешествия в прошлое, предложил Курт Гёдель в 1949 году.
Теоретическая физика не исключает возможности оказаться в прошлом, но с большими оговорками. Необходимы экзотические формы материи или экстремальные гравитационные поля.
Классическая литературная машина времени — это устройство на треножнике с рычагами и циферблатами. Научные модели выглядят иначе: вращающаяся вселенная Гёделя, кротовая нора Торна, кольцевой лазер Маллетта.
Некоторые физики считают, что природа запрещает путешествия в прошлое именно для защиты причинности. Чтобы человек не мог изменить прошлое и повлиять на будущее.
Источники:
- Моррис, Майкл С.; Торн, Кип С.; Юрцевер, Ульви. Кротовые норы, машины времени и слабое энергетическое условие. — Physical Review Letters, 1988, том 61, № 13, с. 1446–1449. Перевод с англ. (Morris, Michael S.; Thorne, Kip S.; Yurtsever, Ulvi. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition. — Physical Review Letters, 1988, vol. 61, no. 13, pp. 1446–1449).
- Маллетт, Рон; Хендерсон, Брюс. Машина времени: как построить машину времени. — 2006. Перевод с англ. (Mallett, Ron; Henderson, Bruce. Time Machine: How to Build a Time Machine. — 2006).
- Готт, Дж. Ричард. Путешествие во времени в физике Эйнштейна. — Нью-Джерси: Princeton University Press, 2015. Перевод с англ. (Gott, J. Richard. Time Travel in Einstein’s Universe: The Physical Possibilities of Travel Through Time. — New Jersey: Princeton University Press, 2015).
Комментарии
ГостьВойти или Зарегистрироваться