Наверное, нет другой такой захватывающей темы в мире, как путешествие во времени. На протяжении веков человечество не только интересовалось его значением и т.п., но и мечтало о машине времени. В результате многие известные писатели-фантасты создали невероятно интересные романы и рассказы о путешествиях во времени, которые стали настоящими бестселлерами.
Но сможем ли мы когда-нибудь создать машину времени и отправиться в будущее или в прошлое? Возможно ли это в принципе, или все это плод нашего с вами воображения и мечты ученых и фантастов? Вы не поверите, но уже сегодня мы знаем, как построить машину времени. Так что теперь это вопрос времени - когда мы все-таки создадим реальную машину времени и отправимся в далекое будущее.
В сентябре 2015 года космонавт Геннадий Падалка вернулся на Землю из своего последнего, шестого полета в космос. В этот день он побил мировой рекорд времени, проведенного человеком за пределами земной атмосферы. Этот космонавт находился в космосе в общей сложности 879 дней. Это 2,5 года на орбите! За это время, проведенное на орбите Земли на огромной скорости, космонавт Геннадий Падалка стал настоящим путешественником во времени, в очередной раз испытав теорию общей относительности Эйнштейна в действии.
Когда Падалка в последний раз вернулся на Землю, он, по сути, оказался в будущем. Правда, он оказался в будущем всего на 1/44 секунды. Именно настолько быстрее шло для него время за все 879 дней, проведенных на орбите Земли, по сравнению со временем для всех нас, находящихся все это время на Земле. То есть в буквальном смысле космонавт Геннадий Падалка во время всех своих полетов путешествовал во времени... в будущее.
В результате наш российский космонавт оказался на долю секунды моложе всех тех, кто оставался все это время на Земле. Как видите, подобное путешествие во времени оказалось очень простым и не было связано с использованием заряженного плутония на автомобиле DeLorean, который стал знаменитым после выхода трилогии фильма "Назад в будущее".
Секрет путешествия Геннадия во времени - большая скорость на орбите Земли, где время течет быстрее. По сути, если бы у нашего космонавта была возможность двигаться в космосе все 879 дней со скоростью света, он, приземлившись на Землю, оказался бы в будущем в буквальном смысле, поскольку за этот период на Земле прошли бы многие годы.
То есть согласно теории относительности Эйнштейна, чем выше ваша скорость движения, тем медленней течет для вас время. Соответственно, если вы будете двигаться на околосветной скорости, для вас замедлится не только время, но и все физические процессы в организме. И вернувшись на Землю, вы обнаружите, что в ваше отсутствие время на Земле намного ушло вперед, а ваши ровесники заметно постарели.
В результате еще со времен открытия Эйнштейна, который определил, что время в нашей Вселенной относительно (то есть для каждого из нас время течет по-разному), человечество, по сути, узнало главный «ингредиент» путешествия в будущее. Речь идет о скорости. Так что если вы хотите в буквальном смысле отправиться в будущее прямо сегодня, осталось решить, как разогнаться до околосветной скорости.
Как можно путешествовать во времени с научной точки зрения?
До 20-го века считалось, что время неизменно и что для каждого из нас оно течет одинаково, то есть что оно абсолютно во всей Вселенной. Соответственно, было принято считать, что путешествовать во времени невозможно. В 1680-е годы Исаак Ньютон начал задумываться о природе времени, установив, что время течет независимо от внешних сил и вашего местоположения. В результате на долгие годы научное сообщество взяло за основу все учения Ньютона о движении тел и течении времени.
Но спустя два столетия научный мир ожидал переворот в знаниях.
В 1905-м году молодой ученый Альберт Эйнштейн разработал специальную теорию относительности, используя в качестве основы свою теорию общей относительности. Эйнштейн определил многие новые понятия, связанные со временем.
Он установил, что время во Вселенной эластично и зависит от скорости, замедления или ускорения в зависимости от того, насколько быстро перемещается объект или человек.
В 1971 году был проведен эксперимент, который подтвердил, что время для нас на Земле течет медленнее, чем для тех, кто движется над ней с большей скоростью. Причем чем выше над Землей мы движемся с большей скоростью, тем быстрее для нас течет время.
Во время этого эксперимента ученые отправили в полет четыре прибора с атомными часами (цезиевые атомные часы). Эти часы облетели вокруг Земли. Далее показания часов были сравнены с такими же часами, которые в этот момент находились на Земле. В результате эксперимента была подтверждена теория Эйнштейна о том, что время для объектов или людей, летящих на скорости над Землей, течет быстрее. Так, в результате сравнения показаний часов выяснилось, что часы, облетевшие вокруг Земли, ушли на наносекунды вперед по сравнению с часами, находящимися на Земле во время эксперимента.
Кстати, в ваших смартфонах есть одна интересная технология, которая также подтверждает теорию Эйнштейна.
«БЕЗ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА
НАША СИСТЕМА GPS/ГЛОНАСС НЕ БУДЕТ РАБОТАТЬ» .
Речь идет о встроенном в наши телефоны спутниковом навигаторе (GPS, или ГЛОНАСС-системе), который с помощью спутников, находящихся на орбите Земли, получает сигнал о местонахождении на местности нашего смартфона.
Ведь из-за того, что спутники на орбите движутся на большой скорости и далеко находятся от Земли, получается, что для них время движется быстрее, чем для нашего смартфона, находящегося на Земле. В результате периодически необходимо синхронизировать время навигационного оборудования на Земле и в электронике, используемой на спутниках. Иначе спутники бы неправильно определяли наше местоположение.
Кстати, помимо того, что время для каждого из нас относительно, Эйнштейн вычислил точную скорость света, которая составляет 300 000 000 метров в секунду. Также Эйнштейн установил, что это предел скорости во Вселенной. То есть согласно теории Эйнштейна ничто в мире не может двигаться быстрее скорости света.
Последней идеей великого ученого-мыслителя было то, что гравитация также замедляет время. Эйнштейн установил, что время бежит быстрее там, где слабее сила тяжести. Например, на Земле, на Солнце и Юпитере время течет медленнее, чем в открытом космосе, поскольку эти планеты имеют большую силу тяжести (гравитацию), которая влияет на ход времени. Соответственно, на ход времени, как видите, влияет не только скорость движения объекта в пространстве, но и сила гравитации.
Например, время на вершине Эвереста течет быстрее, чем время у его подножья. Если вы возьмете атомные часы, одни из которых разместите наверху горы, а другие оставите лежать у подножья, то ровно через сутки часы, находящиеся на вершине, уйдут на наносекунды вперед. То есть, по сути, часы на горе Эверест совершат путешествие в будущее. Правда, на ничтожно малое время. Это возможно за счет того, что сила гравитации наверху горы будет слабее, чем у подножья.
Машина времени субатомного мира - Уже реальность
Но почему российский космонавт оказался в будущем всего на 1/44 секунды? Все дело в том, что он двигался на орбите Земли 879 дней на скорости 27 000 км/час. Как видите, по сравнению со скоростью света, на которой время останавливается, скорость на околоземной орбите ничтожно мала, чтобы в буквальном смысле отправить космонавта на сотни лет в будущее. Фактически космонавт совершил прыжок в будущее на ничтожно малое время.
Теперь давайте посмотрим, что же произойдет, если мы создадим космический корабль, который сможет лететь быстрее, чем геостационарные объекты, которые сегодня двигаются по орбите Земли. Нет, как видите, мы не имеем в виду коммерческий авиалайнер, способный лететь на скорости 1000 км/час, или ракету, летящую к МКС на скорости 40 000 км/час. Давайте подумаем об объекте, который бы смог разогнаться почти до скорости света, составляющей почти 300 000 км в секунду.
Думаете, такое невозможно в нашей природе? Оказывается, нет. Конечно, говорить о каком-то большом объекте, который можно разогнать до околосветной скорости, еще очень и очень рано. Но мы научились разгонять до скорости света субатомные частицы, в буквальном смысле отправляя их в далекое будущее. Речь идет о самом высокотехнологичном проекте ученых из многих стран мира за всю историю человечества - большом адронном коллайдере, который умеет разгонять субатомные частицы почти до скорости света.
Вы не поверите, но этот ускоритель частиц способен разгонять протоны до 99,999999% скорости света. На этой скорости относительное время движется примерно в 6 900 раз медленнее по сравнению с их стационарными наблюдателями.
«БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР... РЕГУЛЯРНО ОТПРАВЛЯЕТ
СУБАТОМНЫЕ ЧАСТИЦЫ В БУДУЩЕЕ».
Итак, да, мы научились отправлять атомы в будущее. Причем ученые делают это уже в течение последнего десятилетия вполне успешно. Но отправить человека в будущее - это другое дело.
Но самое интересное, что с учетом того, что ученые научились регулярно перемещать частицы со скоростью света, концептуально отправить человека путешествовать в будущее возможно. Дело в том, что путешествие человека в будущее реально возможно и не запрещено ни одним законом физики.
По сути, для того чтобы, например, отправить человека в 3018 год, сегодня достаточно посадить его в космический корабль и разогнать челнок до 99,995 процентов скорости света.
Предположим, что такой корабль создан. Итак, представьте, что вы садитесь в подобный суперкорабль, который отправляется на планету, находящуюся на расстоянии 500 световых лет от нас (например, на недавно обнаруженную планету, похожую на Землю, Kepler 186f , которая находится от нас на расстоянии 500 световых лет). Для тех, кто не знает или не помнит, напомним, что 500 световых лет - это расстояние, которое преодолеет свет за 500 лет своего путешествия. Зная скорость света, можете посчитать, какое это невероятное расстояние, на котором космическому телескопу Kepler удалось обнаружить планету, по характеристикам напоминающую Землю.
Итак, теперь давайте представим, что вы сели в космический корабль, который летит на планету Kepler 186f . Далее ваш корабль разгоняется до скорости света и летит в течение 500 лет, двигаясь почти со скоростью света. Подлетев к планете, ваш корабль разворачивается и летит обратно к Земле в течение еще 500 лет на той же околосветной скорости.
В итоге на все путешествие у вас уйдет 1000 лет. Когда корабль вернется на Землю, будет уже 3018 год.
Но постойте, как же вы сможете выжить в этом космическом корабле в течение 1000 лет? Ведь люди не могут жить так долго?
Вот тут на помощь и приходит теория относительности Эйнштейна. Все дело в том, что, когда вы будете двигаться 500 лет (по земным меркам) в сторону дальней родственницы Земли со скоростью света, время для вас будет течь медленнее, чем для всех жителей планеты.
Так, при движении на околосветной скорости ваши часы на корабле и все ваши процессы в организме замедлятся. Например, ваши часы на космическом корабле будут тикать на 1/100 от скорости хода часов на Земле. То есть, преодолев расстояние 500 световых лет и столько же обратно, вы состаритесь только на 10 лет, тогда как на Земле за время вашего путешествия пройдет 1000 лет.
Но это лишь теория и наши с вами фантазии. Да, как видите, теоретически путешествие во времени возможно. Оно реально. К сожалению, между теорией и реальностью всегда существует огромная пропасть. Ведь построить сегодня космический корабль, который смог бы разгоняться почти до скорости света, мы не можем. Так как же мы преодолеем проблемы по созданию машины времени?
Скоро ли человечество сможет построить корабль, способный двигаться со скоростью света?
Как видите, для того чтобы отравиться в будущее, нам нужен космический корабль, который может разгоняться до околосветной скорости. Правда, осуществить это очень тяжело. Ведь существуют огромные инженерные препятствия. Во-первых, сегодня человечество еще далеко от того, чтобы построить подобный космический корабль, способный перемещаться со скоростью света.
Дело в том, что сегодня самым быстрым космическим кораблем, когда-либо созданным человечеством, является солнечный зонд "Parker", который в скором времени будет запущен в космос . Этот космический зонд сможет разгоняться максимально до скорости 450 000 миль в час (724204,8 км/час). Да, это будет самый быстрый объект, созданный человеком за всю свою историю. Но по сравнению со скоростью света эта скорость ничтожно мала. Например, с такой скоростью вы смогли бы из Филадельфии попасть в Вашингтон всего за 1 секунду. Но за это время свет преодолеет это же расстояние 8 раз.
А теперь представьте, сколько нужно энергии, чтобы ускорить космический корабль до скорости света. Какое же тогда топливо лучше всего использовать для получения невероятной энергии, которая бы смогла разогнать корабль до околосветной скорости?
Некоторые ученые и астрофизики предлагают использовать для такого космического корабля высокоэффективное антиматериальное топливо (топливо на основе антиматерии). Кстати, многие ученые мира считают, что такое топливо действительно может быть потенциально неоценимым в межзвездных путешествиях.
Но помимо топлива существует еще большая проблема для межзвездных путешествий. Речь идет о безопасности людей, которые отправятся в путешествие на скорости света. Ведь такой космический корабль должен будет нести достаточное количество предметов снабжения для членов экипажа, отправившегося в межзвездное путешествие (еда, вода, медикаменты и т.д.). Но чтобы обеспечить длительное путешествие в космосе, корабль должен быть достаточно большим. В результате чем больше будет корабль, тем больше ему будет необходимо энергии для разгона до скорости света.
В том числе при разгоне до скорости света нужно учитывать, что ускорение должно быть плавным, поскольку иначе люди, находящиеся на космическом корабле, получат при разгоне слишком большую перегрузку, что опасно для жизни.
Но тогда, чтобы разогнать корабль до околосветной скорости, понадобится слишком много времени. Ведь, по сути, корабль можно будет медленно ускорять, прибавляя немного скорость так, чтобы перегрузка, длительно испытываемая экипажем корабля, не превышала 1g (обычно, находясь на Земле, мы и испытываем эту перегрузку).
Таким образом, для того чтобы разогнаться до скорости света, может понадобиться слишком длительный период, что значительно увеличит время путешествия. А это в итоге минимизирует возможное время путешествия в будущее.
Например, используя наш пример в путешествии на расстояние 500 световых лет при плавном ускорении, в результате которого перегрузка не будет превышать 1g, наш полет займет по часам на космическом корабле не 10 лет, а уже 24 года. Но тем не менее при движении на околосветной скорости на расстояние 500 световых лет и обратно вы все равно сможете попасть в 3018 год.
К сожалению, для создания такого невероятного транспортного космического средства с подобными спецификациями человечеству понадобится еще много времени, ресурсов и, конечно, очень и очень много денег. Но то же самое можно сказать и о других масштабных амбициозных проектах, которые еще несколько десятилетий назад казались невозможными. Мы имеем в виду проект по обнаружению гравитационных волн и большой коллайдер Хадера. Сегодня эти проекты уже реальность и никого не удивляют.
Так что кто его знает, что нас ждет в ближайшие десятилетия. Ведь вполне возможно, следующим научным мегапроектом как раз и станет создание машины времени (космического корабля, способного разогнаться до скорости света).
Возможно ли путешествовать назад в прошлое?
Но в описанной нами машине времени, которая может когда-нибудь стать реальностью, путешествие в будущее идет в реальном времени. То есть если вы сядете в космический корабль сегодня и разгонитесь до скорости света, время ваших часов и часов людей на Земле будет идти в реальности. Единственным различием будет то, что ваши часы во время путешествия замедлятся.
В результате космический корабль, представляющий машину времени, по сути, перебрасывает вас в будущее в реальном времени, но никак не в обратном. То есть на таком космическом корабле вы не сможете отправиться в прошлое. Но возможно ли хотя бы теоретически путешествовать во времени в прошлое?
Некоторые ученые считают (не все, например, Хокинг доказывал, что путешествовать в прошлое невозможно), что путешествие в прошлое также возможно. Но для этого нужно найти место, где можно обойти законы физики.
Самое интересное, что такие места во Вселенной могут быть.
Например, чисто теоретически путешествие в прошлое возможно через червоточину (кротовая норма в пространстве-времени), через которую можно попасть в прошлое.
Проблема в другом - найти в космосе подобное место, где существует кротовая нора, соединяющая разлом в пространстве-времени. К сожалению, в большинстве случае такие норы исчезают через наносекунды после своего появления.
Между тем согласно теории относительности Эйнштейна подобные кротовые норы реальны. Дело в том, что такие червоточины могут образовываться в качестве туннелей, пересекающих через изогнутое пространство-время. Теоретические через такие норы можно послать луч света в определенную точку пространства. Соответственно, теоретически луч света можно отправить в прошлое.
Фантастика? Нисколько. Посмотрите на небо в ночное время и вы увидите свет тысяч звезд, который дошел до ваших глаз только сегодня, несмотря на то что многие звезды перестали существовать еще миллиарды лет назад. Все дело в том, что эти звезды находятся на огромном от нас расстоянии, а также, учитывая, что наша Вселенная постоянно расширяется, получается, что свет многих звезд пришел к нам из прошлого.
Таким образом, как видите, теоретически отправить в будущее кого-то намного реальней, чем в прошлое. Поэтому в будущем, скорее всего, ученые в первую очередь будут готовы отправить кого-либо в будущее, а не в прошлое. К сожалению, в ближайшей перспективе это не произойдет. Ведь человечеству для этого будет необходимо еще придумать супертопливо, способное разогнать корабль до околосветной скорости.
Тем не менее, как видите, путешествие в будущее реально и возможно. Но для этого нужно огромное финансирование. По мнению многих ученых, если бы сегодня многие государства объединились и профинансировали проект по созданию космического корабля, способного двигаться со скоростью света, то уже через 20 лет подобный корабль стал бы реальностью.
Ну, а пока, чтобы насладиться эффектом машины времени, нам остается только пересматривать известные киноленты о путешествиях во времени, а также перечитывать различные популярные фантастические книги.
Причем многие фильмы реально показывают, как может выглядеть космическое путешествие во времени. Например, посмотрите старый оригинальный фильм "Планета обезьян", где космонавты думали, что попали на другую планету, похожую на Землю, которой вместо людей управляют обезьяны.
Но на самом деле космонавты прибыли на ту же планету Земля в будущем, где по каким-то причинам власть на планете захватили обезьяны. По сути, в этом фильме космонавты прибыли в будущее планеты Земля, поскольку их путешествие в космосе осуществлялось на скорости света. Этот фильм точно отображает специальную теорию относительности Эйнштейна и показывает, как человек может отправиться в будущее.
«Машина времени есть у каждого из нас: то, что переносит в прошлое - воспоминания; то, что уносит в будущее - мечты »
Герберт Уэллс. «Машина времени»
О чем мечтает человек, если его голова не занята войной и меркантильными амбициями? Он мечтает о своем будущем, о звездах, о благополучии для окружающих. Наиболее красочно в наших краях этот факт отражался во времена существования Советского Союза, когда госпропаганда в рамках холодной войны и космической гонки убедила людей, что наука – двигатель прогресса. И в этом не было ничего плохого.
Увидев успехи человечества в освоении космического пространства, а также достижения в других областях науки, люди начали мечтать о том, что раньше казалось только фантастикой. Например, о вечной жизни и молодости, вечном двигателе, путешествии к звездам и другим галактикам, пониманию языка зверей, левитации и даже о машине времени. Впрочем, в дело опять вмешалась наука, которая раз за разом подрезает крылья мечтателям своими формулами, которые доказывают, что некоторые мечты несбыточны:
Создание вечного двигателя первого рода невозможно в рамках закона сохранения энергии. Первое начало термодинамики запрещает нам это делать, поэтому нам лишь остается ждать очередной прорывной теории в области физики и математики.
Понимание языка птиц и зверей по вполне понятным причинам до сих пор является фантастикой. Ученые находятся лишь на ранней стадии расшифровки звуков, издаваемых животными. Наибольших успехов удалось добиться в расшифровке языка дельфинов , но и это пока что больше похоже на призрачное будущее.
Жить вечно у нас пока не получится, ведь наши клетки запрограммированы умереть. Адекватных теорий о перепрограммировании пока нет и не предвидится, поэтому жизнь человека можно лишь .
Разбивать мечты человечества о скалы науки можно бесконечно, однако есть вещи, которые наукой не запрещены. Например, путешествие во времени. Одна из самых безумных, на первый взгляд, идей, оказывается реальной, потому что не идет вразрез с современными законами физики.
Первые мысли человечества о путешествии во времени
Установить, когда же человек впервые подумал о том, чтобы вернуться в прошлое или отправиться в будущее – невозможно. Скорее всего, эта мысль посещала многих на протяжении всего времени существования нашего рода. Другое дело отказ от обычных мечтаний и попытка описать идею путешествий во времени в рамках относительности временных отрезков. И первыми на это обратили внимание не ученые, а писатели-фантасты. Творческие люди не скованы научными рамками, поэтому могут дать волю своей фантазии. К тому же оказалось, что большинство пророчеств писателей относительно нашего будущего сбылись.
В литературе путешествия во времени описывались в зависимости от эпохи, в которую жили их творцы. Например, в романах 18 века, когда религия еще сохраняла свой вес в обществе и превалировала над остальными фактами, все необычное писатели связывали с божественным вмешательством.
Первой фантастической книгой о перемещении во времени принято считать роман Сэмюэля Мэддена «Воспоминания о ХХ веке. Письма о государстве, управляемом Георгом VI… Получены в виде откровения в 1728 г. В шести томах». В книге, которая была написана в 1733 году, главный герой получал письма с описанием событий из конца 20 века, которые ему приносил настоящий ангел.
Появление «Машины времени»
Первое упоминание некого рукотворного механизма, который позволял перемещаться во времени, появилось лишь в конце 19 века. В 1881 году в одном из научных журналов Нью-Йорка появился рассказ американского журналиста Эдварда Митчелла «Часы, которые шли назад». В нем говорится о молодом человеке, который смог отправиться в прошлое с помощью обычных комнатных часов.
Эдвард Митчелл считается одним из родоначальников современной научной фантастики. Он описал в своих книгах множество изобретений и идей задолго до того, как они появились на страницах других фантастов. Он рассказал о путешествиях со сверхсветовой скоростью, человеке-невидимке и многом другом раньше других.
В 1895 году произошло событие, которое перевернуло мир фантастической прозы. В английском журнале «The New Review» редактор решает опубликовать рассказ «История Путешественника во Времени» — первое крупное фантастическое произведение Герберта Уэллса. Название «Машина времени» появилось не сразу, и было принято лишь через год. Писатель развил идею рассказа «Аргонавты времени», написанного в 1888 году.
«Идея возможности путешествия во времени возникла у него в 1887 году после того, как некий студент по фамилии Хэмилтон-Гордон в подвальном помещении Горной школы в Южном Кенсингтоне, где проходили заседания «Дискуссионного общества», сделал доклад о возможностях неэвклидовой геометрии по мотивам книги Ч. Хинтона «Что такое четвёртое измерение»
Отличительной особенностью романа является то, что некоторые моменты путешествия главного героя во времени были описаны с помощью предположений, которые впоследствии появились в общей теории относительности Альберта Эйнштейна. На момент написания рассказа ее даже не существовало.
Феномен Эйнштейна
С древних времен человек воспринимал окружающее его пространство, как значение трех измерений: длину, ширину и высоту. Разговоры о времени были уделом философов, лишь в 17 веке ввели понятие времени в науку, как физической величины, однако ученые, в том числе и Ньютон, воспринимали время как нечто неизменяемое, прямолинейное.
Ньютоновская физика предполагала, что часы, которые будут расположены в любой части Вселенной, всегда покажут одинаковое время. Ученых устраивало текущее положение дел, ведь проводить расчеты по таким данным гораздо проще.
Все изменилось в 1915 году, когда за трибуну встал Альберт Эйнштейн. Доклад о Специальной теории относительности (СТО) и Общей теории относительности (ОТО) поставил ньютоновское восприятие времени на колени. В его научных работах время существовало неразрывно с материей и пространством и не было прямолинейным. Оно могло менять свой ход, ускоряться или замедляться, в зависимости от условий.
У сторонников ньютоновской вселенной опустились руки. Теория Эйнштейна была крайне логичной, все основные законы физики продолжали работать в ней безупречно, поэтому научному сообществу осталось принять ее, как данное.
«Воображение важнее, чем знания. Знания ограничены, тогда как воображение охватывает целый мир, стимулируя прогресс, порождая эволюцию ».
Альберт Эйнштейн
В своих уравнениях ученый представил искривления пространства-времени, вызванные гравитационной составляющей материи. В них учитывались не только геометрические особенности объектов, но также плотность, давление и другие факторы, которыми они обладают. Особенность уравнений Эйнштейна в том, что их можно читать как справа-налево, так и слева-направо. В зависимости от этого будет изменяться восприятие окружающего нас мира и взаимодействие пространства-времени.
Первые представления путешествия во времени
После того, как научное сообщество отошло от шока, оно начало активно использовать наработки Эйнштейна в своих исследованиях. Первыми заинтересовались астрономы и астрофизики, ведь теория относительности работала для окружающей нас Вселенной, что несомненно поможет ответить на ряд вопросов, которые ранее считались риторическими. В то же время выяснилось, что научные труды немецкого физика допускают возможность существования машины времени, даже нескольких ее видов.
Уже в 1916 году появились первые научные труды о путешествиях во времени с теоретическим обоснованием. Первым об этом заявил ученый-физик из Австрии, которого звали Людвиг Фламм, которому на тот момент было всего 30 лет. Он вдохновился идеями Эйнштейна и пытался решить его уравнения. Внезапно Фламма осенило, что при искривлении пространства и материи в окружающей нас Вселенной могут возникать своеобразные тоннели, сквозь которые можно проходить не только в рамках пространства, но также и времени.
Эйнштейн тепло принял теорию молодого ученого, и согласился, что она отвечает всем условиям теории относительности. Спустя почти 15 лет ему удалось развить рассуждения Фламма, и он вместе со своим коллегой Натаном Розеном смогли соединить между собой две черных дыры Шварцшильда с помощью пространственно-временного тоннеля, который расширялся на входе, постепенно сужаясь к своей середине. В теории, сквозь такой тоннель можно путешествовать в пространственно-временном континууме. Физики назвали такой тоннель мостом Эйнштейна-Розена.
Людям не из научного мира мосты Эйнштейна-Розена известны под более простым названием «червоточины», которое придумал в середине 20 века ученый из Принстона Джон Уилер. Также распространено название «кротовые норы». Такое выражение быстро распространилось среди сторонников современной теоретической физики и очень точно отражало дыры в пространстве. Проход сквозь «червоточину» позволил бы человеку покрывать огромные расстояния за гораздо более короткие промежутки времени, нежели путешествие по прямой. С их помощью можно было бы даже отправиться на край Вселенной.
Идея «кротовых нор» настолько вдохновила писателей-фантастов, что большинство научной фантастики начиная с середины 20 века рассказывает нам о далеком будущем человечества, где люди освоили весь космос и с легкостью путешествуют от звезды к звезде, встречая новые инопланетные расы и вступая с некоторыми из них в кровопролитные войны.
Впрочем, физики не разделяют оптимизма писателей. По их заявлению, путешествие сквозь червоточину может стать последним, что увидит человек. Как только он попадет за горизонт событий, его жизнь остановится навсегда.
В своей книге «Физика невозможного» знаменитый ученый и популяризатор науки Митио Каку цитирует своего коллегу Ричарда Готта:
«Не думаю, что вопрос в том, может ли человек, находясь в черной дыре, попасть в прошлое, вопрос в том, сможет ли он выбраться оттуда, чтобы похвастаться ».
Но не стоит отчаиваться. На самом деле физики все же оставили лазейку для романтиков, мечтающих путешествовать сквозь пространство и время. Чтобы выжить в червоточине, нужно лишь лететь быстрее скорости света. Дело в том, что по законам современной физики это просто невозможно. Таким образом, мост Эйнштейна-Розена в рамках сегодняшней науки является непроходимым.
Развитие теории путешествий во времени
Если путешествие сквозь «кротовую нору» позволит в теории попасть в будущее, то с нашим прошлым в этом плане все намного сложнее. В середине 20 века австрийский математик Курт Гёдель в очередной раз пытался решить уравнения, созданные Эйнштейном. В результате его вычислений на бумаге вырисовалась вращающаяся вселенная, которая представляла собой цилиндр, время в котором бежало по его краям и было закольцовано. Столь сложную модель неподготовленному человеку трудно даже вообразить, тем не менее в рамках этой теории можно было попасть в прошлое, если обогнуть вселенную по внешнему контуру со скоростью света и выше. По расчетам Гёделя, в таком случае вы прибудете в точку старта задолго до самого старта.
К сожалению, модель Курта Гёделя также не вписывается в рамки современной физики из-за невозможности путешествия быстрее скорости света.
Обратимая червоточина Кипа Торна
Научное сообщество не прекращало попыток решить уравнения теории относительности, и в 1988 году произошел скандал, который поставил весь мир на уши. В одном из научных американских журналов вышла статья от знаменитого физика и эксперта в области теории гравитации Кипа Торна. В своей статье ученый заявил, что он вместе со своими коллегами сумел рассчитать так называемую «обратимую червоточину», которая не схлопнется за космическим кораблем, как только тот войдет в нее. Для сравнения ученый привел пример, что такая червоточина позволит гулять по ней в любом направлении.
Заявление Кипа Торна было очень достоверно и подкреплялось математическими расчетами. Проблема была лишь в том, что она шла вразрез с аксиомой, которая лежит в фундаменте современной физики – события прошлого нельзя изменять.
Так называемый временной парадокс физики в шутку назвали «убийством дедушки». Такое кровожадное название довольно точно описывает схему: вы отправляетесь в прошлое, нечаянно убиваете маленького мальчика (потому что он вас бесит). Мальчик оказывается вашим дедушкой. Соответственно, на свет не появляется ваш отец и вы, значит вы не пройдете сквозь червоточину и не убьете своего дедушку. Круг замкнулся.
Также этот парадокс носит название «Эффект Бабочки», который появился в книге Рэя Брэдбери «И грянул гром» задолго до разработки теории учеными, в 1952 году. В сюжете описывалась история героя, который отправился в путешествие в прошлое, в доисторический период, когда на земле царили гигантские ящеры. Одним из условий путешествия было то, что герои не имеют права сходить со специальной тропы, чтобы не вызвать временной парадокс. Тем не мене, главный герой нарушает это условие, и сходит с тропы, где наступает на бабочку. Когда же он возвращается в свое время, то его глазам предстает ужасающая картина, где мир, который он знал до этого, уже не существует.
Развитие теории Торна
Из-за временных парадоксов отказываться от идеи Кипа Торна и его коллег было бы глупо, проще решить проблему с самими парадоксами. Поэтому поддержку американский ученый получил оттуда, откуда ее меньше всего ожидал: от российского ученого-астрофизика Игоря Новикова, который придумал, как обойти проблему с «дедушкой».
По его теории, которую назвали «принципом самосогласованности», если человек попадает в прошлое, то его возможность влиять на уже произошедшие с ним события стремится к нулю. Т.е. сама физика времени и пространства не даст вам убить дедушку или вызвать «эффект бабочки».
На данный момент, мировое научное сообщество разделилось на два лагеря. Один из них поддерживает мнение Кипа Торна и Игоря Новикова относительно путешествий сквозь кротовые норы и их безопасности, другие упорно отрицают. К сожалению, современная наука не позволяет ни доказать, ни опровергнуть эти заявления. Обнаружить червоточины в космосе мы также пока не в силах из-за примитивности наших приборов и механизмов.
Кип Торн стал главным научным консультантом при создании знаменитого научно-фантастического фильма «Интерстеллар», в котором рассказывается о путешествии человека сквозь «кротовую нору .
Создание собственного пространственно-временного тоннеля
Чем шире фантазия современного ученого, тем больших высот он может достичь в своей работе. Пока скептики отрицают любую возможность существование моста Эйнштейна-Розена, сторонники этой теории предлагают выход из ситуации. Если мы не способны обнаружить червоточину в непосредственной близости от нас, значит ее можно создать самим! Тем более, что наработки для этого уже есть. Пока эта теория находится в области фантастики, однако, как мы уже успели убедиться, большинство предсказаний фантастов сбылись.
Кип Торн вместе со своими сторонниками продолжает работать над теорией кротовых нор. Ученый смог рассчитать, что спровоцировать рождение червоточины можно с помощью так называемой «темной материи» — таинственного строительного материала во Вселенной, который не удается обнаружить напрямую, но по предположениям физиков, из нее состоит 27% нашей вселенной . К слову, на долю барионной материи (той, из который мы с вами состоим и можем увидеть) приходится всего 4,9% от общей массы вселенной. Темная материя обладает удивительными свойствами. Она не испускает электромагнитного излучения, не взаимодействует с другими формами материи кроме как на гравитационном уровне, но ее потенциал поистине огромен.
По словам Торна, с помощью темной материи можно создать обратимую кротовую нору достаточных размеров, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Проблема лишь в том, что для этого нужно накопить столько темной материи, что ее масса будет соразмерна с массой Юпитера. Человечество же пока не в состоянии заполучить даже грамм этого вещества, если к нему вообще применимо понятие «грамма». К тому же, необходимость путешествия со скоростью света никто не отменял, а это значит, что несмотря на все достижения человечества в области науки, мы до сих пор находимся на пещерном уровне развития, и до настоящих прорывных открытий нам очень далеко.
Послесловие
Идеи по изобретению настоящей машины времени, которая позволила бы нам открыть загадки прошлого и увидеть свое будущее, пока несбыточны. Впрочем, это не отменяет факта, что теория относительности, разработанная Эйнштейном, продолжает работать относительно каждого из нас. Например, найти настоящего путешественника во времени не составит труда даже сейчас. Чем быстрее движется человек, тем медленнее для него идет время, а это значит, что он медленно, но верно перемещается в будущее. Пилоты авиалайнеров, истребителей и в особенности космонавты, работающие на орбите – настоящие путешественники во времени. Пусть и на сотые доли секунды, но они опередили нас, людей, живущих на Земле.
Запустил проект «Вопрос учёному», в рамках которого специалисты будут отвечать на интересные, наивные или практичные вопросы. В новом выпуске доктор физико-математических наук Алексей Рубцов рассказывает, можем ли мы построить машину времени.
Возможно ли создать
машину времени?
Алексей Рубцов
Физик, доктор физико-математических наук, профессор кафедры квантовой электроники Физического факультета МГУ, внешний исследователь РКЦ
Вопрос о возможности создания машины времени - это вопрос об универсальной применимости принципа причинности и близко с ним связанного второго закона термодинамики. Выражаясь простым языком, принцип причинности говорит нам, что всегда и везде, в любых системах отсчёта и для всех явлений следствие не может предшествовать причине. Сначала гремит гром, а затем крестится мужик. Второй закон термодинамики, опять же намеренно упрощая, утверждает, что замкнутые системы всегда меняются в сторону возрастания беспорядка (энтропии) . Например, сахар со временем растворяется в воде, потому что сироп обладает большей энтропией, нежели составляющие его сахар и вода по отдельности. Для того чтобы вновь разделить сахар и воду, нужно затратить энергию (например, нагреть раствор).
Ясно, что возможность путешествия во времени нарушила бы оба этих закона: прыгнувший на несколько секунд в прошлое мужик мог бы перекреститься перед вспышкой молнии, а отправив в прошлое сахарный сироп, мы бы увидели, как из него сами по себе возникают не смешанные вода и сахар.
Интересно, что никакие другие физические законы не устанавливают разницы между прошлым и будущим. Большая часть уравнений вообще не меняет своего вида при изменении направления течения времени, остальные остаются неизменными при одновременной смене направления временнОй оси и знаков ещё нескольких физических величин (простейший пример такого рода - системы с магнетизмом, в которых надо одновременно менять знак оси времён и направление магнитного поля).
Вполне может оказаться, что в будущем мы услышим о какой-нибудь «квантовой машине времени». Но путешествия во времени от этого возможными, к сожалению, не станут.
Таким образом, принцип причинности и второе начало термодинамики в современной картине знаний представляют собой изолированные утверждения - если вдруг окажется, что они не выполняются, остальная часть научного знания останется неизменной. Можно провести аналогию с пятой аксиомой Евклида: опирающаяся на постулат о непересечении параллельных прямых теория правильно описывает геометрию на плоскости, но отмена этой аксиомы не приводит к катастрофе - получается неевклидова геометрия, описывающая, например, свойства фигур на поверхности сферы.
Разница межу физикой и математикой, однако, состоит в том, что математике интересны любые теории, а физике - только описывающие наш реальный мир, существующий в единственном экземпляре. И в этом реальном мире принцип причинности, судя по всему, не нарушается. Конечно, всегда можно думать, что мы этих нарушений не замечаем, но вероятность такого положения дел крайне мала - как и все фундаментальные законы, принцип причинности проявляет себя в самых разных аспектах наблюдаемой действительности, и пройти мимо его нарушения было бы сложно.
Нужно сказать ещё вот о чём. Учёные не меньше газетчиков любят броские названия, и последнее время стало модным заимствовать для новых открытий термины из научной фантастики, чтобы привлечь к ним внимание сообщества. Один из ярких примеров - термин «квантовая телепортация», соответствующий абсолютно реальной и очень красивой квантово-информационной технологии, не имеющей, впрочем, ничего общего с телепортами из книжек и компьютерных игр. Вполне может оказаться, что в будущем мы услышим о какой-нибудь «квантовой машине времени». Но путешествия во времени от этого возможными, к сожалению, не станут.
Кратко о статье: Путешествия во времени - одна из самых распространенных тем научной фантастики. Александр Стоянов в статье «Сквозь время» суммирует все, что мы знаем о машине времени - примеры из литературы и кино, парадоксы путешествий в прошлое, теории Эйнштейна, эксперименты физиков, предсказания ясновидящих, летающие тарелки, реальная возможность попасть в будущее, заморозив свое тело... Впервые о машине времени - в разделе, который назван в честь этого фантастического устройства!
Время - парадоксов друг
Машина времени: проблемы создания и эксплуатации
Время - это иллюзия, хотя и весьма навязчивая.
Альберт Эйнштейн
Можно ли путешествовать во времени? По своему желанию переноситься в отдаленное будущее, в далекое прошлое и обратно? Вершить историю и потом наблюдать за плодами своей работы? До сих пор подобные вопросы относились к числу “ненаучных”, и их обсуждение было уделом писателей-фантастов. Но с недавних пор подобные заявления можно услышать даже из уст ученых!
Каков принцип действия машины времени? Что нужно для того, чтобы попасть в 23 век? Поговорить с древними мудрецами? Поохотиться на динозавров или взглянуть на нашу планету, когда на ней вообще еще не было жизни? Не нарушат ли такие посещения всю последующую историю человечества?
Началом литературных путешествий во времени считается роман Герберта Уэллса “Машина времени” (1894). Но, строго говоря, пионером в этом деле был редактор нью-йоркского журнала “Sun” Эдвард Митчелл с его новеллой “Часы, которые шли назад” (1881), написанной за семь лет до знаменитого романа Уэллса. Однако это произведение было весьма посредственным и не запомнилось читателям, поэтому пальму первенства в деле литературного покорения времени мы обычно отдаем Уэллсу.
На эту тему писали А. Азимов, Р. Брэдбери, Р. Сильверберг, П. Андерсон, М. Твен и многие другие авторы мировой фантастики.
Чем так привлекательна идея путешествия во времени? Дело в том, что она предлагает нам полную свободу от пространства, времени и даже смерти. Разве можно отказаться хотя бы даже от мысли об этом?
Четвертое измерение?
Герберт Уэллс в “Машине времени” утверждал, что время - это четвертое измерение .
Впрочем, сам факт путешествия во времени мало интересовал Уэллса. Автору нужен был лишь более-менее правдоподобный повод, чтобы герой смог оказаться в далеком будущем. Но со временем физики стали брать его теорию на вооружение.
Естественно, что факт присутствия человека не в своем времени должен повлиять на мировую историю. Но, прежде чем рассматривать парадоксы времени, следует упомянуть, что бывают случаи, когда путешествия во времени не создают противоречий. Например, парадокс не может возникнуть, если кто-нибудь просто наблюдает прошлое, не вмешиваясь в его течение, или если кто-то отправляется в будущее/прошлое во сне.
Но когда кто-то "реально" путешествует в прошлое или в будущее, взаимодействует с ним и возвращается назад, возникают весьма серьезные трудности.
А я дедушку не бил, а я дедушку любил
Самой известной проблемой считается парадокс замкнутости временных процессов. Это означает, что если вам удастся переместиться в прошлое, то может представиться возможность убить, допустим, своего прапрадеда. Но если он умрет, вы никогда не родитесь, а потому не сможете путешествовать во времени, чтобы совершить убийство.
Это хорошо показано в рассказе Сэма Майнза "Найди скульптора ". Ученый строит машину времени и отправляется в будущее, где обнаруживает памятник себе за первое путешествие во времени. Он забирает с собой статую, возвращается в свое время и сооружает памятник самому себе. Вся хитрость состоит в том, что ученый должен установить памятник в своем времени, чтобы потом, когда он отправится в будущее, памятник уже стоял на своем месте и ждал его. И вот здесь не хватает одной части цикла - когда и кем был изготовлен памятник?
Гринвичская обсерватория - место, где начинается время. |
Но фантасты нашли выход из этого положения. Первым это сделал Дэвид Даньелз в рассказе "Ветви времени " (1934). Его идея его столь же проста, сколь и необычна: люди могут совершать путешествия во времени самостоятельно и совершенно свободно. Однако в тот момент, когда они попадают в прошлое, реальность расщепляется на два параллельных мира. В одном происходит развитие новой вселенной с существенно другой историей. Она и становится новым домом для путешественника. В другом все остается без изменений.
Медленно минуты уплывают вдаль...
Традиционно мы представляем время равномерно текущим из прошлого в будущее. Однако представления о времени неоднократно менялось за историю человечества. Например, в Древней Греции можно выделить три основных взгляда на этот счет. Аристотель настаивал на цикличности времени, то есть вся наша жизнь будет повторяться бесконечное число раз. Гераклит, напротив, считал, что время необратимо, и сравнивал его с рекой. Сократ, а затем и Платон вообще старались не думать о времени - зачем ломать голову над тем, чего ты не знаешь?
Существует множество свидетельств случайного перемещения во времени. Так, в начале 1995 года в одном китайском городе появился странно одетый мальчик. Он говорил на непонятном диалекте, а в полиции сказал, что он живет в 1695 году. Естественно, его сразу же отправили в сумасшедший дом. Лечащий врач с коллегами в течение года проверяли его психику и выяснили, что мальчик совершенно здоров. В начале следующего года мальчик неожиданно исчез. Когда разыскали монастырь, в котором этот мальчик якобы жил в 17 веке, то выяснилось, что согласно старым записям, один прислужник неожиданно пропал в начале 1695 года. А через год вернулся, "одержимый бесами". Он рассказывал всем, как люди живут в XX веке. Тот факт, что он вернулся назад, вполне может означать, что прошлое и будущее существуют одновременно. А значит, время можно укротить. |
Виднейший христианский теолог Августин Аврелий (345-430) впервые разделил время на прошлое, будущее и настоящее, а течение самого времени представил летящей стрелой. И хотя с момента жизни Августина прошло более полутора тысяч лет, религия все же пытается заставить нас верить в то, что мы плывем в будущее, и все объекты, которые попадают в прошлое, теряются навеки.
Но, как ни печальна утрата прошлого, линейное время имеет свои плюсы. Оно предусматривает прогресс, свободу мысли, способность забыть и простить. Именно оно позволило Дарвину создать теорию эволюции, которая теряет смысл при условии движения времени по кругу.
Ньютон считал, что время течет равномерно и ни от чего не зависит. Но если рассмотреть второй закон механики, то мы обнаружим, что время в нем взято в квадрате, а значит, и использование отрицательного значения времени (время, бегущее назад) не окажет никакого влияния на результат. Во всяком случае, математики настаивают, что это чистая правда. Таким образом, сама идея путешествия во времени даже не противоречит законам ньютоновской физики.
Угадай мои мысли!
Однако в реальности обратное течение времени кажется маловероятным: попробуйте собрать тарелку, разбитую на полу; пройдет вечность , пока разлетевшиеся осколки соберутся вновь. И поэтому физики выдвинули несколько объяснений этого феномена. Одно из них - самособирающаяся тарелка в принципе возможна, но вероятность этого бесконечно мала (так в нашем мире можно объяснить что угодно - от появления НЛО на небе до зеленых чертиков за столом).
Долгое время существовало еще одно интригующее объяснение: время - функция человеческого разума . Восприятие времени - не более чем система, в которую наш мозг помещает события для того, чтобы осмыслить наш опыт. Но практически невозможно доказать, что эмоциональное состояние человека или, например, наркотики влияют на течение времени. Можно лишь говорить о субъективном ощущении времени.
В 1935 году психолог Джозеф Райн пытался доказать гипотезу восприятия времени, используя статистический анализ. Для исследования использовалась колода с пятью символами - крест, волна, круг, квадрат и звезда. Некоторые из испытуемых угадывали от 6 до 10 карт. Так как вероятность этого чрезвычайно мала, Рейн с коллегами заключили, что эксперимент демонстрирует существование паранормального восприятия. С течением времени число желающих повторить этот эксперимент увеличилось. При этом было замечено, что некоторые испытуемые угадывали не “посланную” карту, а следующую за ней. Другими словами, предсказывали будущее. Для этого требуется одна-две секунды, но, может быть, можно увидеть больше?
Писатель Джон Данн в 1925 году выразил мысль, что провидение приходит во сне. Он отмечает, что у большинства людей сны забываются, и знакомое чувство (deja vu ) уже виденного может быть вызвано вещим сном. По его мнению, все сны состоят из беспорядочно смешанных образов прошлого и будущего. Вселенная как бы вытянута во времени, но в состоянии бодрствования “будущая” половина отрезана от “прошлой” скользящим “настоящим моментом”. Многие психоаналитики вполне серьезно относятся к вещим снам.
| Назад в будущее |
Самым известным фильмом про путешествия во времени можно с полным правом назвать трилогию Роберта Земекиса “Назад в будущее” (1985, 1989, 1990). Эта научно-фантастическая комедия рассказывает о невероятных приключениях юного Марти МакФлая и сумасшедшего доктора Эммета Брауна, создавшего машину времени из автомобиля "ДеЛореан" (оборудованного плутониевым реактором). Друзья путешествуют в прошлое, будущее, испытывают все мыслимые и немыслимые парадоксы времени - и неизменно выходят сухими из любых неприятностей. Эта искрометная, яркая, добрая и необычная картина - бессмертная классика кинематографа, интересная для зрителей даже спустя десятилетия после ее выхода на экраны. |
И даже если ходишь, ты все равно сидишь...
Когда-то считали, что ньютоновская физика способна объяснить любые причинно-следственные связи. Если вам известны законы движения (а Ньютон был убежден, что вывел их все), вы можете предсказать будущее движущегося объекта, зная при этом начальные условия. Но такое положение создает опасную логическую цепочку. Если законы природы определяют будущие события, то, имея достаточно информации к моменту сотворения Вселенной, можно предсказать любое событие в ее будущей истории. Другими словами, вся жизнь подлежит абсолютному предопределению .
К счастью, теперь мы знаем, что это не так. В конце концов, человечество перешагнуло законы ньютоновской физики: они хорошо работают в “нашем мире” - машин и велосипедов, но дают сбой при больших массах и скоростях, близких к скорости света. Человеком, перевернувшим всю ньютоновскую физику, был Альберт Эйнштейн .
Он начал с того факта, что скорость света постоянна, нисколько не беспокоясь о том, как свет мог прийти к вам за одно и то же время, независимо от направления движения. Вслед за этим была сформулирована СТО (специальная теория относительности). В самом общем виде ее смысл сводится к тому, что скорость света всегда постоянна и ничто не может ее превысить. Понятие времени и пространства были объединены и названы континуумом. По теории Альберта выходило, что если какой-нибудь объект достигнет скорости света, то для него время практически остановится.
Этим постулатом СТО теоретически позволяет переместиться во времени. Впервые это было высказано самим Эйнштейном и развито в его парадоксе близнецов. В этом сценарии один из двух близнецов становится астронавтом и отправляется в космос на корабле, который движется со скоростью, близкой к скорости света. Второй брат остается на Земле. Когда астронавт вернется на Землю, то найдет брата изрядно постаревшим (если землянин вообще доживет до встречи с братом).
Долгое время бытовала гипотеза, что существуют некие частицы (тахионы ), которые уже превысили скорость света и она является нижним пределом их скорости. Согласно СТО, такие частицы всегда путешествуют в прошлое. Их открытие означало бы почти готовую машину времени. Однако после бесплодных поисков было решено, что, даже если эти частицы и существуют, обнаружить их невозможно.
Стоит отметить, что СТО подразумевает лишь путешествие в будущее. Прошлое для нее закрыто.
Самый известный кинопутешественник во времени. |
|
| А вы знаете, что |
|
* * *
Время от времени в журналах и СМИ появляются сообщения, что, мол, мы знаем, как построить машину времени, только дайте пару миллионов на проект. Новоявленные изобретатели утверждают, что используют работы Эйнштейна, современную квантовую механику и другие передовые достижения науки.
Впрочем, саму идею путешествий во времени нельзя отрицать только потому, что это нереализуемо в наше время. Попробовали бы вы сказать жителю 19 века, что люди смогут спокойно перемещаться по воздуху и летать в космос...
Если что-то в принципе возможно, то рано или поздно это будет изобретено. Но с машиной времени связан один очень важный вопрос - любое гениальное изобретение может быть превращено в оружие. Достаточно вспомнить атомную бомбу: одно-единственное открытие поставило весь мир на грань последней войны. С машиной времени (если она будет построена) может произойти так же. Может, лучше будет, если перемещение во времени навсегда останется темой для фантастов?
Я загорелся идеей об экспериментальных исследованиях, которые позволили бы получить практические ответы на вопросы о перемещении во времени. Но прежде чем переходить к экспериментам, требуется разработать теоретическое обоснование о возможности преодоления времени между прошлым и будущим. Чем собственно я занимался в течении последних дней. Исследование основано на теории относительности Эйнштейна и релятивистских эффектах, попутно затрагивая также квантовую механику и теорию суперструн. Думаю мне удалось получить положительные ответы на поставленные вопросы, подробно рассмотреть скрытые измерения и попутно получить объяснение некоторых явлений, например, природу корпускулярно-волнового дуализма. А также рассмотреть практические способы передачи информации между настоящим и будущем. Если вас тоже волнуют эти вопросы то добро пожаловать под кат.
Обычно я не занимаюсь теоретической физикой, и в реальности веду довольно однообразную жизнь занимаясь софтом, железом, и отвечая на однотипные вопросы пользователей. Поэтому если найдутся неточности и ошибки надеюсь на конструктивное обсуждение в комментариях. Но мимо данной темы я не смог пройти. В голове то и дело появлялись новые идеи, которые со временем образовались в единую теорию. Я как то не рвусь самому отправляться в прошлое или будущее в котором меня никто не ожидает. Но предполагаю, что в будущем это станет возможно. Меня больше интересуют решение прикладных задач связанных с созданием информационных каналов для передачи информации между прошлым и будущем. А также волнуют вопросы о возможности изменения прошлого и будущего.
Путешествие в прошлое связано с большим количеством трудностей, которые сильно ограничивают возможность такого путешествия. На данном этапе развития науки и техники, думаю преждевременно браться за реализацию таких идей. Но прежде чем понять, можем ли мы изменить прошлое, необходимо определиться с тем, можем ли изменить настоящее и будущее. Ведь суть любых изменений прошлого сводится к изменению последующих событий относительно заданной точки времени, к которому мы хотим вернуться. Если в качестве заданной точки взять текущий момент времени, то необходимость перемещения в прошлое отпадает, также как отпадает большое количество трудностей связанных с таким перемещением. Остается только узнать цепь событий, которые должны произойти в будущем, и попытаться разорвать эту цепь, чтобы получить альтернативное развитие будущего. На самом деле, нам даже не нужно знать полную цепочку событий. Необходимо достоверно узнать сбудется или нет одно конкретное событие в будущем (которое будет объектом исследования). Если сбудется, то значит, цепь событий привело к тому, чтобы это событие сбылось. Тогда у нас появляется возможность повлиять на ход эксперимента и сделать так, чтобы это событие не сбылось. Получится ли нам это сделать вопрос пока не ясный. И дело не в том, сможем ли мы это сделать (экспериментальная установка должна позволить это сделать), а в том, возможно ли альтернативное развитие реальности.
В первую очередь возникает вопрос - как можно достоверно узнать то, что еще не случилось? Ведь все наши знания о будущем всегда сводятся только к прогнозам, а для подобных экспериментов прогнозы не годятся. Полученные в ходе эксперимента данные должны неопровержимо доказывать то, что должно произойти в будущем, как о уже произошедшем событии. Но на самом деле есть способ получения таких достоверных данных. Если как следует рассмотреть теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику, то можно найти такую частицу, которая сможет связать прошлое и будущее в одну линию времени и передать нам необходимую информацию. В качестве такой частицы выступает фотон.
Суть эксперимента сводится к знаменитому опыту с двумя щелями с отложенным выбором, который был предложен в 1980 г. физиком Джоном Уилером. Есть много вариантов реализации такого эксперимента, одно из которых приводилось . В качестве примера рассмотрим эксперимент с отложенным выбором, который был предложен Скалли и Дрюлем:
На пути источника фотонов - лазера - ставят светоделитель, в качестве которого выступает полупрозрачное зеркало. Обычно такое зеркало отражает половину падающего на него света, а другая половина проходит насквозь. Но фотоны, будучи в состоянии квантовой неопределенности, попадая на светоделитель будут выбирать оба направления одновременно.
После прохождения светоделителя фотоны попадают в даун-конверторы. Даун-конвертор - это прибор, который получает один фотон на входе и производит два фотона на выходе, каждый с половиной энергии («даун-преобразование») от исходного. Один из двух фотонов (так называемый сигнальный фотон) направляется вдоль исходного пути. Другой фотон, произведённый даун-конвертором (именуемый холостым фотоном), посылается в совершенно другом направлении.
Используя полностью отражающие зеркала, расположенные по бокам, два луча снова собираются вместе и направляются к детекторному экрану. Рассматривая свет в виде волны, как в описании Максвелла, на экране можно видеть интерференционную картину.
В эксперименте можно определить какой путь к экрану выбрал сигнальный фотон, путём наблюдения, который из даун-конверторов испустил холостой фотон-партнёр. Так как есть возможность получить информацию о выборе пути сигнального фотона (даже хотя она является полностью косвенной, поскольку не взаимодействуем ни с одним сигнальным фотоном) - наблюдение за холостым фотоном вызывает предотвращение возникновения интерференционной картины.
Итак. Причем тут опыты с двумя щелями
Дело в том, что холостые фотоны, испускаемые даун-конверторами, могут проходить гораздо большее расстояние, чем их сигнальные фотоны-партнёры. Но какое бы расстояние не прошли холостые фотоны, картина на экране всегда будет совпадать с тем, будут ли холостые фотоны зафиксированы или нет.Допустим, что расстояние холостого фотона до наблюдателя во много раз превышает, чем расстояние сигнального фотона до экрана. Получается, что картина на экране будет заранее отображать тот факт, будут ли наблюдать за холостым фотоном-партнёром или нет. Если даже решение о наблюдение за холостым фотоном принимает генератор случайных событий.
Расстояние, которое может пройти холостой фотон, никак не влияет на результат, который отображается на экране. Если загнать такой фотон в ловушку и, например, заставить многократно крутиться по кольцу, то можно растянуть данный эксперимент на произвольно долгое время. Не зависимо от продолжительности эксперимента мы будем иметь достоверно установленный факт того, что должно случиться в будущем. Например, если решение о том, будем ли мы «ловить» холостой фотон зависит от подбрасывания монеты, то уже в начале эксперимента мы будем знать, «каким образом упадет монетка». Когда на экране появиться картинка, это будет уже свершившийся факт еще до подбрасывания монеты.
Возникает интересная особенность, которая кажется меняет причинно-следственную связь. Мы можем спросить – каким образом следствие (которое произошло в прошлом) может формировать причину (которое должно произойти в будущем)? А если причина еще не наступала, то каким образом мы можем наблюдать следствие? Чтобы это понять попробуем углубиться в специальную теорию относительности Эйнштейна и разобраться с тем, что происходит на самом деле. Но в этом случае нам придется рассматривать фотон как частицу, чтобы не смешивать квантовую неопределенность с теорией относительности.
Почему именно фотон
Это именно та частица, которая идеально подходит для данного эксперимента. Конечно, квантовой неопределенностью обладают и другие частицы, такие как электроны и даже атомы. Но именно фотон имеет предельную скорость движения в пространстве и для него не существует само понятие времени, поэтому оно может беспрепятственно пересекать временное измерение, связывая прошлое с будущем.Картина времени
Чтобы представить время, необходимо рассмотреть пространство-время в виде непрерывного блока растянутого во времени. Срезы, формирующие блок, являются моментами настоящего времени для наблюдателя. Каждый срез представляет пространство в один момент времени с его точки зрения. Этот момент включает в себя все точки пространства и все события во вселенной, которые представляются для наблюдателя как происходящее одновременно. Объединяя эти срезы настоящего, расположив одну за другим в том порядке, в котором наблюдатель переживает эти временные слои, мы получим область пространства-времени.
Но в зависимости от скорости движения, срезы настоящего будут делить пространство-время под разными углами. Чем больше скорость движения относительно других объектов, тем больше получается угол среза. Это означает, настоящее время движущегося объекта не совпадает с настоящим временем других объектов, относительно которых оно движется.
По направлению движению, срез настоящего времени объекта смещается в будущее относительно неподвижных объектов. В обратном направлении движения, срез настоящего времени объекта смещается в прошлое относительно неподвижных объектов. Это происходит потому, как свет, летящий на встречу движущегося объекта достигает его раньше, чем свет, догоняющей движущийся объект с противоположный стороны. Максимальная скорость движения в пространстве обеспечивает максимальный угол смещения текущего момента времени. Для скорости света этот угол составляет 45°.
Замедление времени
Как я уже писал, для частицы света (фотона) не существует понятие времени. Попробуем рассмотреть причину этого явления. Согласно специальной теории относительности Эйнштейна по мере увеличения скорости объекта происходит замедление времени. Это связано с тем, что по мере увеличения скорости движущегося объекта для света требуется преодолевать все большее расстояние за единицу времени. Например, при движении автомобиля, свету его фар необходимо преодолевать большее расстояние за единицу времени, чем если бы автомобиль стоял на парковке. Но скорость света является предельной величиной и не может увеличиваться. Поэтому складывание скорости света со скоростью движения автомобиля не приводит к увеличению скорости света, а приводит к замедлению времени, согласно формуле:
где r – длительность времени, v – относительная скорость движения объекта.
Для наглядности рассмотрим еще один пример. Возьмем два зеркала и расположим их противоположно одну над другой. Допустим, что луч света будет многократно отражаться между этими двумя зеркалами. Движение луча света будет происходить по вертикальной оси, при каждом отражении отмеряя время как метроном. Теперь начнем двигать наши зеркала по горизонтальной оси. С увеличением скорости движения, траектория движения света будет наклоняться по диагонали, описывая зигзагообразное движение.
Чем больше скорость движения по горизонтали, тем сильнее будет наклонена траектория движения луча. При достижении скорости света рассматриваемая траектория движения будет выпрямлена в одну линию, как если бы мы растянули пружину. То есть свет уже перестанет отражаться между двумя зеркалами и будет двигаться параллельно горизонтальной оси. А значит наш «метроном» перестанет отмерять ход времени.
Поэтому для света не существует измерения времени. Фотон не имеет ни прошлого, ни будущего. Для него есть только текущий момент, в котором оно существует.
Сжатие пространства
Теперь попробуем разобраться с тем, что происходит с пространством на скорости света, в котором пребывают фотоны.Для примера возьмем некий объект длиной в 1 метр и будем ускорять его до около световой скорости. По мере увеличения скорости объекта мы будем наблюдать релятивистское сокращение длины движущегося объекта, согласно формуле:
где l – это длина, а v – относительная скорость движения объекта.
Под словом «мы будем наблюдать» я имею ввиду неподвижного наблюдателя со стороны. Хотя с точки зрения движущегося объекта, неподвижные наблюдатели так же будут сокращаться в длине, ибо наблюдатели будут с той же скоростью двигаться в противоположном направлении относительно самого объекта. Отметим, что длина объекта является измеряемой величиной, а пространство является точкой отсчета для измерения этой величины. Мы также знаем, что длина объекта имеет фиксированную величину в 1 метр и не может меняться относительно пространства, в котором оно измерено. Значит, наблюдаемое релятивистское сокращение длины говорит о том, что сокращается пространство.
Что произойдет, если объект постепенно ускориться до скорости света? На самом деле ни одна материя не может ускоряться до скорости света. Можно максимально приближаться к этой скорости, но достичь скорости света не возможно. Поэтому с точки зрения наблюдателя, длина движущегося объект будет бесконечно сокращаться, пока не достигнет минимально возможной длины. А с точки зрения движущегося объекта, все относительно неподвижные объекты в пространстве будут бесконечно сжиматься, пока не сократятся до минимально возможной длины. Согласно специальной теории относительности Эйнштейна мы также знаем одну интересную особенность - не зависимо от скорости движения самого объекта, скорость света всегда остается неизменной предельной величиной. Значит, для частицы света всё наше пространство сжато до размеров самого фотона. Причем сжаты все объекты, не зависимо от того двигаются они в пространстве или остаются неподвижными.
Тут можно заметить, что формула релятивистского сокращения длины недвусмысленно дает нам понять, что при скорости света всё пространство будет сжато до нулевого размера. Я же писал о том, что пространство будет сжато размеров самого фотона. Полагаю, оба вывода являются правильными. С точки зрения Стандартной модели фотон является калибровочным бозоном, выполняющую роль переносчика фундаментальных взаимодействий природы, для описания которого требуется калибровочная инвариантность. С точки зрения М-теории, которая на сегодняшний день претендует на звание Единой теории всего, считается, что фотон представляет из себя колебание одномерной струны со свободными концами, которая не имеет размерности в пространстве и может содержать в себе свернутые измерения. Я честно не знаю по каким расчетам сторонники теории суперструн пришли к подобным выводам. Но то, что наши расчеты ведут нас к тем же результатам думаю говорит о том, что мы смотрим в правильном направлении. Расчеты теории суперструн перепроверялись десятилетиями.
Итак. К чему же мы пришли:
- С точки зрения наблюдателя, всё пространство фотона свернуто до размеров самого фотона в каждой точке траектории движения.
- С точки зрения фотона, траектория движения в пространстве свернуто до размеров самого фотона в каждой точке пространства фотона.
Рассмотрим какие выводы следуют из всего что мы узнали:
- Линия текущего времени фотона пересекает линию нашего времени под углом 45°, в следствии которого наше измерение времени для фотона является нелокальным пространственным измерением. Это значит, что если бы мы могли перемещаться в пространстве фотона, то мы бы перемещались от прошлого к будущему или от будущего к прошлому, но эта история была бы составлена из разных точек нашего пространства.
- Пространство наблюдателя и пространство фотона непосредственно не взаимодействуют, их связывает движение фотона. При отсутствии движения отсутствуют угловые расхождения в линии текущего времени, и оба пространства сливаются в одну.
- Фотон существует в одномерном пространственном измерении, в следствии которого движение фотона наблюдается только в пространственно-временном измерении наблюдателя.
- В одномерном пространстве фотона не существует движения, в следствии чего фотон заполняет свое пространство от начальной до конечной точки, в пересечении с нашим простраством дающее начальные и конечные координаты фотона. Данное определение говорит, что в своём пространстве фотон выглядит как вытянутая струна.
- Каждая точка пространства фотона содержит проекцию самого фотона во времени и в пространстве. Имеется ввиду, что фотон существует в каждой точке этой струны, представляя разные проекции фотона во времени и в пространстве.
- В каждой точке пространства фотона сжата полная траектория его движения в нашем пространстве.
- В каждой точке пространства наблюдателя (где может пребывать фотон) сжата полная история и траектория самого фотона. Данный вывод следует из первого и пятого пункта.
Пространство фотона
Давайте попробуем разобраться что из себя представляет пространство фотона. Признаюсь, трудно представить что такое пространство фотона. Разум сцепляется за привычное и пытается провести аналогию с нашим миром. А это приводит к ошибочным выводам. Чтобы представить другое измерение нужно отбросить привычные представления и начать думать по другому.Итак. Представьте себе лупу, собирающее в фокусе всю картину нашего пространства. Допустим, что мы взяли длинную ленту и расположили фокус лупы на этой ленте. Это есть одна точка в пространстве фотона. Теперь немного передвинем лупу параллельно нашей ленте. Точка фокуса также передвинется по ленте. Это уже другая точка в пространстве фотона. Но чем отличаются эти две точки? В каждой точке есть панорама всего пространства, но проекция выполнена из другой точки нашего пространства. К тому же, пока мы передвигали лупу успело пройти какое то время. Получается, что пространство фотона в чем то похоже на кинопленку, снятую с движущегося автомобиля. Но есть некоторые отличия. Пространство фотона имеет только длину и не имеет ширину, поэтому там фиксируется только одно измерение нашего пространства - от начальной до конечной траектории фотона. Так как в каждой точке записана проекция нашего пространства, то в каждой из них имеется наблюдатель! Да да, ведь в каждой точке фиксируются одновременные события с точки зрения самого фотона. И раз уж начальные и конечные траектории фотона расположены в одной линии времени - это одновременные события для фотона, которые затрагивают его в разных точках своего пространства. В этом основное отличие от аналогии с кинопленкой. В каждой точке пространства фотона получается одинаковая картина из разных точек обзора, и отражающая разные моменты времени.
Что происходит, когда фотон движется? Пробегает волна по всей цепочки пространства фотона, когда пересекается с нашим пространством. Волна затухает когда сталкивается с препятствием и передает ему свою энергию. Возможно пересечение пространства фотона с нашим пространством создает момент импульса элементарной частицы, называемое также спином частицы.
А теперь посмотрим как выглядит фотон в нашем мире. С точки зрения наблюдателя пространство фотона свернуто в размеры самого фотона. По сути это самое свернутое пространство и является самим фотоном, отдаленно напоминающую струну. Струна построенная из симметричных проекций самого себя из разных точек пространства и времени. Соответственно фотон содержит в себе всю информацию о самом себе. В любой точке нашего пространства он “знает” весь путь, и все события прошлого и будущего, касающегося самого фотона. Я считаю, что фотон безусловно может предсказывать свое будущее, нужно только поставить правильный эксперимент.
Выводы
1. Остается масса вопросов, ответы на которых трудно получить без проведения экспериментов. Не смотря на то, что подобные эксперименты с двумя щелями проводились много раз, и с различными модификациями, в интернете очень трудно найти об этом информацию. Даже если удается что-то найти, нигде не приводятся вразумительных объяснений сути происходящего и анализа результатов эксперимента. Большинство описаний не содержит никаких выводов и сводится к тому что, «есть такой парадокс и никто не может его объяснить» или «если вам кажется что вы что то поняли, значит вы ничего не поняли» и т. д. А между тем я считаю, что это перспективное направление исследования.2. Какую информацию можно передавать из будущего в настоящее? Очевидно, что мы можем передать два возможных значения, когда мы будем или не будем наблюдать за холостыми фотонами. Соответственно, в текущем времени мы будем наблюдать волновую интерференцию или скопление частиц из двух полос. Имея два возможных значение можно использовать бинарное кодирование информации и передавать любую информацию из будущего. Для этого потребуется должным образом автоматизировать этот процесс, с использованием большого количества квантовых ячеек памяти. В этом случае мы сможем получать тексты, фотографии, аудио и видео всего, что нас ожидает в будущем. Также можно будет получать передовые разработки в области программных продуктов и возможно даже телепортировать человека, если заранее отправят инструкцию, как построить телепорт.
3.
Можно заметить, что достоверность получаемой информации относиться только к самим фотонам. Из будущего может быть отправлена заведомо ложная информация, ведущая нас в заблуждение. Например, если подбросили монетку, и упала решка, но мы отправили информацию, что упал орел, то мы сами вводим себя в заблуждение. Достоверно можно утверждать только то, что отправленная и полученная информация не противоречат друг другу. Но если мы решим ввести себя в заблуждение, то думаю, со временем сможем узнать, почему мы решили так поступить.
Кроме этого, мы не можем точно определить из какого времени получена информация. Например, если мы хотим узнать что произойдет через 10 лет, то нет гарантии того, что мы отправили ответ гораздо раньше. Т.е. можно сфальсифицировать время отправки данных. Думаю для решения этой проблемы может помощь криптографию с открытыми и закрытыми ключами. Для этого потребуется независимый сервер, занимающийся шифрованием и расшифрованием данных, и хранящий в себе пары открытых-закрытых ключей, сформированных на каждый день. Сервер может по запросу шифровать и расшифровать наши данные. Но пока у нас не будет доступа к ключам, мы не сможем сфальсифицировать время отправки и получения данных.
4. Рассматривать результаты экспериментов только с точки зрения теории относительно было бы не совсем правильным. Хотя бы в силу того, что СТО имеет сильную предопределенность будущего. Не приятно думать, что всё предопределено судьбой, хочется верить, что у каждого из нас есть выбор. А если есть выбор, значит должны быть альтернативные ветки реальности. Но что будет, если мы решим действовать по другому, вопреки тому, что отображается на экране? Возникнет новая петля, где мы тоже решим действовать по другому, и это приведет к возникновению бесконечного количества новых петель с противоположными решениям? Но если есть бесконечное количество петель, то мы изначально должны были видеть на экране смесь интерференций и двух полос. А значит, мы изначально не могли бы определиться с противоположным выбором, что снова приводит нас к парадоксу… Я склоняюсь к мысли, что если существуют альтернативные реальности, то на экране будет отображаться только один вариант из двух возможных, не зависимо от того, сделаем мы такой выбор или нет. Если мы сделаем другой выбор, мы создадим новую ветку, где изначально на экране будет показан уже другой вариант из двух возможных. Возможность сделать другой выбор будет означать о существовании альтернативной реальности.
5. Существует вероятность того, что как только экспериментальная установка будет включена, будущее окажется предопределенным. Возникает такой парадокс, что установка сама предопределяет будущее. Сможем ли мы разорвать это кольцо предопределенность, ведь у каждого есть свобода выбора? Или же наша «свобода выбора» будет подчинена хитрым алгоритмам предопределенности, и все наши попытки что то изменить, в конце концов сложатся в цепь событий, которые приведут нас к данной предопределенности? Например, если мы знаем номер выигрышной лотереи, то у нас есть шанс найти этот билет и получить выигрыш. Но если мы также знаем имя победителя, то мы уже не сможем ничего изменить. Может даже кто то другой должен был выиграть лотерею, но мы определили имя победителя и создали цепь событий, которая привела к тому, что предсказанный человек выиграет эту лотерею. Трудно ответить на эти вопросы без проведения экспериментальных опытов. Но если такое имеет место, то единственная возможность избежать предопределенности видеться в том, чтобы не пользоваться этой установкой и не заглядывать в будущее.
Записывая эти выводы, мне вспоминаются события фильма «Час расплаты». Поражает то, насколько точно совпадают детали фильма с нашими расчетами и выводами. Ведь мы не стремились получит именно такие результаты, а просто хотели разобраться с происходящим и следовали формулам теории относительности Эйнштейна. И всё же, если есть такой уровень совпадения, то видимо, мы не одиноки в своих расчетах. Возможно, подобные выводы уже были сделаны десятки лет назад…