Когда изобретут машину времени: факты, теории, разработки

Что такое машина времени

Машина времени — это устройство, с помощью которого, в теории, можно было бы путешествовать во времени.

Однако ученые понимают под ней не физическую машину или механизм, как в кино, а искривленное пространство-время [1]: например, в виде «червоточины» или «пончика». Внутри нее можно перемещаться из одной точки пространства-времени в другую, за счет сфокусированных гравитационных полей. Но такие поля должны быть супермощными, а управлять ими нужно с максимальной точностью.

Есть также версии, что машина времени — это экзотическая материя с отрицательной плотностью. Если ее толкнуть, она будет двигаться в направлении, обратном нормальному. Однако ничего похожего пока открыть не удалось.

Можно ли путешествовать во времени?

В фантастических фильмах вроде «Звездного пути» или «Назад в будущее» герои просто садятся в машину или другой транспорт и оказываются в прошлом или будущем. На деле все гораздо сложнее, и единого мнения на этот счет пока нет.

Альберт Эйнштейн первым описал время как «четвертое измерение» [2]. Он считал, что оно движется только вперед, но, при этом, относительно: то есть может течь с разной скоростью в разных условиях. Если вы будете двигаться со скоростью света (то есть 299 792 км/сек), то для вас оно замедлится — в сравнении с теми, кто стоит на месте. Но, согласно расчетам физика, ваша масса при этом должна быть бесконечной, а длина — нулевой.

Эйнштейн также утверждал, что гравитация может менять время: сверхмассивные объекты, вроде черных дыр, как бы искривляют время вокруг себя. Это тоже удалось доказать — с помощью GPS-спутников и сверхточных часов. Путешествия через черные дыры — пожалуй, самый популярный способ, описанный в фильме «Интерстеллар». Вблизи дыры или ее модели, за горизонтом событий, время движется в два раза медленнее, а то и вовсе останавливается.

Стивен Хокинг, написавший книгу «Краткая история времени», поддерживал теории Эйнштейна относительно черных дыр, а также — «червоточин» или «кротовых нор», которыми пронизана вся Вселенная. Однако он не верил, что можно путешествовать в прошлое.

В доказательство он провел эксперимент: организовал в 2009 году вечеринку и разослал приглашения уже после того, как она закончилась. Но никто из приглашенных в будущем так и не пришел на нее. Однако Хокинг не исключал, что машину времени построят уже после его смерти [3].

Основываясь на теориях Эйнштейна, NASA предположило, что можно путешествовать через «червоточины» или «кротовые норы» пространства-времени [5]. Это что-то вроде туннелей, пройдя через которые, мы окажемся в другом измерении. Но такие «червоточины» почти моментально схлопываются, и пройти через них смогут только сверхмалые частицы.

Еще одна гипотеза — «бесконечный цилиндр Типлера». Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм, внутри которого вещество величиной в десять масс Солнца, свернутое в бесконечно длинный и очень плотный цилиндр. Если он будет вращаться со скоростью миллиарда оборотов в минут, космический корабль, пройдя по спирали, попадет внутрь цилиндра и окажется в «замкнутой времениподобной кривой» — мировой линии, где все возвращается в исходную пространственно-временную точку.

Теория струн в рамках квантовой механики предполагает наличие 11 измерений [6]. В одном из них как раз и может существовать портал для путешествий во времени.

Космические струны — тончайшие сгустки энергии, проходящие через всю длину Вселенной и обладающие огромной массой. Их диаметр тоньше атомного ядра, при этом они очень плотные: 1 тыс. км такой струны весят как Земля. Следовательно, они, как и черные дыры, тоже могут искривлять пространство и время вокруг себя. Есть теория, что такие струны бесконечны и образуют замкнутые петли — «складки» пространства-времени. Внутри них также можно путешествовать во времени.

В чем главные проблемы создания машины времени?

• В обозримом будущем ни один из объектов, созданных человеком, не может приблизиться к скорости света.
• Человек не сможет находиться вблизи объектов с гигантской гравитацией, как у черных дыр: он сразу погибнет.
• Гипотетические условия для путешествий во времени — такие, как бесконечная или сверхмалая масса, нулевая длина и другие — тоже недостижимы.
• Деформация пространства-времени может вызвать мощный поток радиации, который уничтожит все живое.

Есть отдельные теории — например, у физика Ричарда Мюллера [7] — о том, что вернуться назад невозможно, так как Вселенная постоянно расширяется, как в пространстве, так и во времени. Другими словами, в прошлом времени было как бы меньше, а в будущем его, наоборот, больше. И мы не можем, в нашем нынешнем состоянии, оказаться в нужной точке прошлого или будущего — в обеих случаях это будут совсем другие миры, с которыми у нас нет никакой связи. Чтобы такое путешествие стало возможным, нам сначала нужно уменьшить или увеличить объем пространства-времени.

И тем не менее люди веками пытаются создать машины времени или хотя бы воссоздать условия, при которых такие путешествия возможны.

Что будет, если изменить прошлое?

Этот вопрос чаще всего возникает в книгах и фильмах — вроде «Терминатора», «Эффекта бабочки» или «Назад в будущее». Ученые называют его «парадоксом убитого дедушки» [8]: когда путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался.

Противники теории утверждают, что это невозможно: отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом. В качестве наглядного подтверждения приводят бильярдный шар, который движется через червоточину по заданной траектории и никак не может помешать сам себе.

Британский математик и философ Джеральд Джеймс Уитроу считал, что, если бы путешествия в прошлое были возможны, мы бы помнили о них еще до отправления.

Кто уже пытался изобрести машину времени

Еще в конце XIX века писатели-фантасты — среди них Энрике Гаспар и Римбау, а также Герберт Уэллс — описывали первые прототипы машин времени. Однако научные обоснования появились в начале XX-го, с появлением теорий Эйнштейна.

В 1948-м австрийский математик и философ Курт Гедель нашел решение для уравнений Эйнштейна, касающихся гравитации и вращающейся Вселенной. В ней свет тоже вращается вместе с другими объектами, из-за чего последние движутся по замкнутым траекториям и в пространстве, и во времени.

Гедель также писал, что в каждой точке пространства есть световой конус прошлого и конус будущего. Внутри каждого из них находится мировая линия — непрерывная кривая в пространстве-времени, которая состоит из событий. На каждой мировой линии время течет по-своему.

Если наклонить конусы под определенным углом, внутри получится окружность — это и есть машина времени. Нужно только создать такое гравитационное поле, или искривление, при котором конусы наклонятся под нужным углом. Гедель предполагал, что такая Вселенная уже где-то существует, но пока мы ничего о ней не знаем.

В 1943-м был проведен эксперимент на базе ВМС США в Филадельфии. В рамках него вокруг эсминца «Элдридж» создали специальный электромагнитный экран, который отражал сигналы радаров. Некоторые свидетели утверждали, что после этого корабль якобы исчез, а потом появился на расстоянии в сотни километров в штате Виргиния. Но спустя годы моряки, участвовавшие в эксперименте, опровергли это.

В 1988-м американский физик и астроном Кип Торн рассчитал, при каких условиях машина времени Геделя будет работать и насколько это возможно. Для этого нужно запустить машину времени, разогнать один конец «кротовой норы» до околосветовой скорости, притормозить, потом разогнать в обратном направлении, снова притормозить, нырнуть в нору, выскочить на другом конце и уже снаружи, как можно быстрее, домчаться до обратного конца. Так появится временная петля между прошлым и будущим.

Впоследствии модель усложнили, рассматривая ее в четырех и пяти измерениях, где добавляются новые слои и условия. В итоге окончательной «рабочей» версии пока что не существует, но многие в своих расчетах по-прежнему опираются на гипотезу Геделя.

В 2017-м ученые из США и Канады создали свою математическую модель машины времени — TARDIS (англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime). Она выглядит как «пузырь» или «ящик», который движется по кругу, проходя насквозь через пространство-время вдоль «кротовых нор».

Чтобы они возникли, необходимо искривление пространства-времени определенным образом. При этом появление черных дыр, о которых говорил Хокинг, необязательно. TARDIS будет перемещаться по замкнутой кривой, чтобы люди внутри испытывали постоянное ускорение. Те, кто будет наблюдать за этим снаружи, увидит две версии события: в одной время движется нормально, а в другой — в обратном направлении.

В начале этого года астрофизик Рон Маллет рассказал, что можно повернуть время вспять. Он также опирался на теории и уравнения Эйнштейна и предложил использовать кольцевой лазер с беспрерывно циркулирующими лучами, который сможет набрать нужную скорость и создать портал в прошлое. Это те самые «червоточины», о которой мы писали выше. Профессор уже разработал прототип такого устройства и проводит испытания. Однако у его будущей машины времени есть серьезное ограничение: с ее помощью можно вернуться не дальше, чем в тот момент, когда она была включена.

Выводы о машинах времени

Мнения и эксперименты в современной науке можно свести к трем направлениям:

1. Путешествия во времени невозможны, так как порождают непреодолимые парадоксы или просто технически.
2. Путешествия возможны, но не так, как мы их себе представляем: нельзя отправиться в определенную точку в прошлом или в будущем.
3. Путешествия возможны, надо только найти подходящую Вселенную и искривленное пространство-время в ней.

Почему машина времени до сих пор не изобретена?

Существует масса книг и фильмов, рассказывающих о путешествиях во времени. Однако до сих пор никто из людей не смог увидеть воочию динозавров или пожать руку своим потомкам в далёком будущем. Почему машина времени до сих пор не изобретена и возможно ли это в принципе? Попробуем ответить на эти вопросы.

Сквозь пространство и время

Когда мы говорим о путешествиях во времени, то касаемся очень сложных и всё-таки ещё очень слабо изученных вопросов о природе времени и пространства, многие парадоксальные моменты которых всё ещё не ясны.

Все наши знания в этой области основываются на Общей теории относительности величайшего учёного Альберта Эйнштейна. Если попытаться вкратце объяснить её суть, то она сводится к следующему: пространство и время неодномерны (то есть могут отличаться в разных местах Вселенной и зависят от конкретных условий) и неотделимы от Вселенной. Более того, объекты, обладающие достаточной силой, способны искривлять и даже оборачивать вспять единую сущность пространства-времени.

Но сила должна быть громадной. Например, чем выше скорость движения, тем время течёт медленнее (космонавты за счёт этого эффекта выигрывают несколько лишних сотых долей секунд у землян). Так вот, если Вы побежите вокруг Земли со скоростью близкой к скорости света (считается, что для объекта, её достигшего, время останавливается), то окажетесь в будущем. Однако нужно понимать, что световая скорость – наибольшая известная человеку, и преодолеть её физические объекты не могут (об этом расскажу, как-нибудь в другой раз).

Отправиться в будущее… и не вернуться?

Так, мы выяснили, что отправиться вперёд во времени теоретически возможно согласно общепринятым законам физики, но здесь возникает другой вопрос: «А как вернуться обратно?».

Здесь пригодится другой, более сложный, способ путешествий во времени путём создания буквально «дыр» («кротовых нор») в материи пространства-времени. Для этого человеку понадобится сила гравитации, сравнимая с мощью таких гигантских образований во Вселенной, как чёрные дыры. Да и проход через такую «нору» придётся совершать со сверхсветовой скоростью.

В любом случае главной задачей, которую должен будет решить путешественник во времени, будет достижение огромной (околосветовой или даже сверзсветовой скорости). И на этом пути его ждёт множество трудностей.

Первая связана с топливом и двигателем, способным разогнать потенциальную машину времени до необходимой скорости. Таким двигателем мог бы стать аппарат, работающий на энергии антиматерии («тёмной материи», заставляющей Вселенную расширяться), но мы не только не имеем ни грамма этого вещества(?), но и не имеем иных доказательств её существования, кроме теоретических.

Вторая проблема заключается в том, что, даже развив подобную скорость, нужно её как-то пережить. Увеличение скорости сжимает движущийся объект, следовательно, человек просто не выживет в обычном корабле, двигающемся очень быстро. А значит, придётся создать некую сферу («пузырь Алькубьерре»), основанную опять же на антиматерии.

Таким образом, дело создания машины времени хоть и не безнадёжно, но очень сложно (даже для наиболее простых вариантов) с учётом развития современных технологий. Но, кто знает, быть может, когда-нибудь у человека получиться выйти за рамки времени; только что его будет там ждать?

Надеемся, было интересно и познавательно, а главное максимально понятно! Подписывайтесь, ставьте лайк, пишите в комментариях, что бы Вам хотелось ещё узнать, или просто оставляйте своё мнение, ну и конечно же, читайте другие наши статьи!

Первая Машина времени, была создана еще 20 лет назад

Вопрос о путешествиях во времени будоражит не только фантастов, но и учёных. Создание машины времени станет катализатором для любого вида человеческой деятельности: от науки и до творчества.

На дворе 2020 год, а машина времени так и не появилась. Или появилась?

На самом деле, научным изысканиям вопросов путешествия во времени уже более 100 лет, и мы действительно продвинулись в понимании процессов, необходимых для функционирования машины времени.

А за последние 10 лет так вообще каждый год те или иные учёные заявляют о прорыве и даже экспериментальных доказательствах путешествий во времени.

Для путешествия в будущее никаких проблем нет. Экспериментально доказаны предсказанные ранее уравнениями Эйнштейна свойства пространства-времени, которые свидетельствуют о том, что в близи гравитационных полей происходит замедление времени относительно остального пространства. А для тел, двигающихся с любой скоростью относительно неподвижных тел, тоже происходит замедление времени. Тут ничего нового, первый экспериментально доказанный факт путешествия человека в будущее зафиксирован в 1971 году: в рамках проведённого эксперимента Хафеле — Китинга.

Но, попав в будущее, можно ли вернуться в прошлое?

На самом деле, современные представления о машине времени сводятся именно к путешествиям в прошлое.

Так что же на сегодня известно о способах путешествий в прошлое?

В уравнениях Эйнштейна есть очень существенная брешь: они не могут объяснить 1,5% наблюдаемых феноменов в макромире. Но такая брешь, являющаяся, по сути, лазейкой для учёных, позволяет им успешно выразить множество теоретических явлений, решая уравнения таким образом, чтобы создавать нужные структуры, которые не противоречат «ОТО» и «СТО». Так и рождаются теории, которые не противоречат уравнениям Эйнштейна, а, следовательно, могут существовать в нашей реальности.

Касательно путешествий в прошлое, уравнения Эйнштейна говорят нам о возможности существования структур пространства-времени, именуемых «замкнутыми время-подобными кривыми». Впервые эти структуры пространства-времени описал австралийский математик Курт Гёдель, который нашёл новый вид решения уравнений пространства-времени Эйнштейна. Подобные замкнутые кривые позволяют возвращаться в исходную пространственно-временную точку.

Начав путешествие вдоль этой кривой, наблюдатель заметит, что время для него идёт естественно. Он может провести 20-30 лет своей жизни, созерцая будущее. Однако, продолжая путешествие, он вернётся в исходную точку (скажем, сделает круг вокруг Земли), а начальная точка будет не только пространственным началом координат, но и временным.

Таким образом, наблюдатель вернётся во времени к началу своего путешествия.

Эта концепция очень заинтересовала научный мир и на её основе, как из рога изобилия, посыпались различные теории и методы путешествия во времени, как хорошие, так и не очень.

На сегодня создано 8 теоретических выкладок, опирающихся на замкнутые время-подобные кривые, которые точно согласуются с уравнениями Эйнштейна и общеприняты научным сообществом. Самая последняя подобная теория – «TARDIS» — выведенная в 2017 году математическая модель машины времени, напоминающая небезызвестный Пузырь Алькубьерре.

Однако, если это чисто математика и замкнутые время-подобные кривые существуют только в наших расчётах, то космологи уже давно ищут аналогичную структуру пространства-времени, называемую “Космической струной”.

Космическая струна обладает теме же свойствами, что и замкнутые время-подобные кривые, но имеет естественное происхождение и может быть обнаружена.

На самом деле, открытия Космических струн многие учёные считают делом времени. Они настолько убеждены в их существовании, что многие надеялись найти их до открытия гравитационных волн.

Так, в 2010 году были обнаружены, а затем и экспериментально подтверждены косвенные свидетельства существования космических струн.

Комические струны можно считать реликтовым артефактом природной машины времени. И почти со 100%-й вероятностью учёные космологи уверены в их существовании.

Всё это обнадёживающие, но лишь гипотетические выкладки. А есть ли у нас какие-либо реальные доказательства возможности путешествовать в прошлое? Может быть, это вообще невозможно, и тогда печалька…

На самом деле, подобных экспериментов «вагон и маленькая тележка». Вот только их никто не может независимо повторить, за исключением одного.

Всё началось с обычного эксперимента с двумя щелями (Опыт Юнга) в 1803 году. На сегодняшний день установку усложнили настолько, что на ней можно отправлять сообщения в прошлое.

В 1999 году были опубликованы выводы эксперимента, исследующего временной парадокс, где нарушена причинно-следственная связь (то есть результат предшествует причине его получения). Эксперимент несёт концепцию Квантового ластика с отложенным выбором, и заключается в получении информации о фотоне ещё до того, как он определится в том, будет ли он волной или частицей. То есть мы получаем информацию о фотоне из будущего, что для самого фотона означает способность отправки информации о своём состоянии в прошлое. И это действительно впечатляюще.