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:
- Путешествия во времени невозможны, так как порождают непреодолимые парадоксы или просто технически.
- Путешествия возможны, но не так, как мы их себе представляем: нельзя отправиться в определенную точку в прошлом или в будущем.
- Путешествия возможны, надо только найти подходящую Вселенную и искривленное пространство-время в ней.
Источник
Астрофизики впервые описали, как реально построить машину времени
Астрофизик из Университета Коннектикута (США) Рон Маллет написал уравнение, которое впервые может послужить базой для создания реальной машины времени с учетом всех известных на сегодняшний день законов физики. Его работу изучили другие астрофизики и согласились с некоторыми аспектами предложенной концепции. Есть только небольшое ограничение: в соответствии с заявленной теорией, возможно отправиться в будущее, однако вот попасть в прошлое, скорее всего, невозможно.
О своей работе над теорией путешествия во времени Рон Маллет рассказал американским СМИ. Чтобы понять суть предложенного сложного механизма, надо знать основы общей теории относительности Энштейна, а также специальной теории относительности.
Согласно последней, во Вселенной время может ускоряться или замедляться. Все зависит от скорости, с которой движется объект. Например, если человек летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, то время для него будет идти медленнее, чем для человека, который находится на Земле. Таким образом, астронавт, путешествующий с околосветовой скоростью всего неделю, после возвращения попадет в будущее, потому что для людей на Земле уже пройдет 10 лет.
Также есть и другой компонент теории относительности, на который опирается концепция Рона Маллета. Согласно известным законам физики, массивные объекты способны искривлять пространство-время. Этот эффект мы обычно воспринимаем как гравитацию. Чем она сильнее, тем медленнее течет время. Особенно ярко этот эффект виден в так называемом «горизонте событий» — научном термине, который разделяет события пространства-времени. Научно доказано, что горизонт событий существует на расстоянии определенного радиуса от черной дыры. Объект (даже свет), который попал под горизонт событий, пересек его, уже не может вернуться обратно. Время для него также будет идти по-другому. Очень медленно.
«В теории Эйнштейна то, что мы называем пространством, также включает в себя время — вот почему оно называется пространством-временем. И что бы вы ни делали с пространством, это же происходит и со временем», — утверждает Рон Маллет.
По мнению ученого, можно использовать лазерный луч, который свернуть в кольцо. Соответственно, тоже самое произойдет и со временем, оно будет скручено в петлю, а это позволит путешествовать во времени. В том числе — в прошлое.
«Изучая тип гравитационного поля, создаваемого кольцевым лазером, можно раскрыть новые возможности машины времени на основе циркулирующего пучка света», — говорит ученый в своей теории.
Концепция астрофизика, описывающая теорию путешествия во времени, изобилует формулами и графиками, требует большого багажа знаний в области физики. Неподготовленному человеку ее сложно понять до тонкостей, и мы описали ее только в общих чертах.
Можно отметить, что теория Рона Маллета о путешествиях во времени оказалась новшеством для ученой среды. Большинство физиков признают, что возможен прыжок во времени в будущее — в том случае, если астронавт летит с околосветовой скоростью. Но путешествие во времени в прошлое — по-прежнему остается фантастикой.
Рон Маллет признает, что его концепция на данный момент является полностью теорией. Тем не менее, это первый случай, когда астрофизики — пусть даже теоретически — описали, как реально может происходить путешествие во времени. Можно пофантазировать, что когда-нибудь, спустя годы, развитие человечества позволит перейти от теории к практике… Но даже в этом случае, согласно концепции Рона Маллета, машина времени будет иметь значительные ограничения. «Вы сможете отправиться обратно, — считает ученый, — но только в ту точку, в которой вы включаете машину времени».
Источник
Вернуться в прошлое или переместиться будущее без пресловутой машины? Есть 5 занятных способов!
Каждому из нас хотелось бы путешествовать во времени: кто-то мечтает заглянуть в своё будущее, а кто-то желает вернуться назад, чтобы исправить свои ошибки и что-либо изменить. Но вот вопрос: а можно ли вообще так путешествовать? Долгое время это считалось фантастикой, но что говорит современная наука?
Фактически, до того, как Общая Теория относительности Эйнштейна стала общеизвестной, мысль о возможности перепрыгнуть в прошлое или в будущее вообще считалась нереальной фантастикой. Мир был описан законами механики Ньютона , которые, казалось бы, всё очень хорошо объясняют. Физики считали, что время везде одинаковое в любой точке Вселенной, не важно, где вы находитесь – на Земле или даже в другой галактике. Прошлое вообще никак не вернуть и самим в него тоже не вернуться. Альберт Эйнштейн же доказал, что время не всегда может двигаться с одинаковой скоростью: оно может замедляться (например, вблизи массивных объектов или на релятивистских скоростях) или ускоряться, а может и остановиться вовсе (если объект будет двигаться со скоростью света, что, кстати, невозможно, или если вы окажетесь на горизонте событий чёрной дыры). Все эти факты уже доказаны, и самое наглядное доказательство – GPS. Так, вблизи массивных объектов время замедляется, то есть на Земле время будет идти на доли секунды медленнее, чем на орбите, или на макушке высокой горы, скажем, Эвереста. GPS просчитывает ваши координаты местоположения с учётом этой крохотной разницы. Конечно, это будет мало ощутимо для пешехода, но для того, кто движется на более высокой скорости (например, морское судно), разница уже почувствуется. Да и вообще, пока стрелка ваших часов на руке переместилась на несколько минут, на другой планете в отдалённом уголке Вселенной могут за это время пройти несколько лет! Этот феномен очень интересно показали в фильме «Интерстеллар»: планета Миллер находилась рядом с массивной чёрной дырой Гаргантюа, и один час на этой планете равнялся семи годам на Земле.
Способ 1 — скорость
Согласно Теории относительности, для того, чтобы отправиться в будущее, вам всего-то нужно сесть на космический корабль, способный разогнаться до околосветовых скоростей и лететь там настолько долго, насколько вам захочется «убежать» вперёд. Пока вы будете летать примерно пару часов с околосветовой скоростью в космосе, на Земле уже наступит третье тысячелетие. Вы уже вряд ли узнаете свою планету.
Вышеописанный сценарий путешествия не выдумка из рассказа писателя — фантаста или передачи телеканала РенТв: прыжок в будущее уже был совершён двумя учёными в 1971 году, и их эксперимент по их фамилиям так и называется – эксперимент Хафеле – Китинга. Суть эксперимента в том, что они решили проверить Теорию относительности и знаменитый парадокс близнецов. Конечно, у них не было ракеты, способной летать с высокой скоростью, поэтому они решили несколько раз облететь Землю на обычных самолётах, прихватив с собой сверхточные атомные часы: пара этих часов была с ними в самолёте, а другая пара часов была оставлена на Земле. Что в итоге? Часы в самолёте отстали от земных на 332 наносекунды! Пусть это число совсем крохотное, но важен сам факт того, что в будущее действительно можно «прыгнуть»! Машиной времени в будущее, таким образом, послужит корабль, способный разгоняться до околосветовых скоростей.
Способ 2 – замкнутые времениподобные кривые
А что же насчёт прошлого? Сам Эйнштейн не верил, что в прошлое можно переместиться, полагая, что понаблюдать, скажем, за живыми динозаврами у нас ну никак не получится! Однако в 1949 году австрийский физик и математик Курт Гёдель предположил, что всё-таки путешествие в прошлое возможно, причём, если решать уравнения Теории Относительности, то выясняется следующий интересный факт: будь у Вселенной особые замкнутые траектории – времениподобные кривые, то можно вернуться вообще в любой момент прошлого, какой вам больше нравится. То есть, если человек пройдёт путь по этой замкнутой траектории полностью, то можно вернуться в стартовую точку раньше (то есть в прошлом), чем началось его путешествие. Правда, для такого «фокуса» нужно, чтобы само пространство-время вращалось, только пока нет доказательств тому, что наше пространство-время вращается. По сути, во Вселенной нет ни одного не вращающегося объекта: звёзды, чёрные дыры, галактики, планеты – вращается всё! Но, пока мы не докажем, что пространство-время вращается, времениподобные траектории можно отложить и перейти к другим способам путешествий во времени.
Способ 3 – космические струны
А что на этот счёт говорил Стивен Хокинг? Британский физик-теоретик очень долго размышлял над этим вопросом и выдвинул свою гипотезу о защищённости хронологии, которая запрещает путешествия во времени, и, даже если путешествия во времени и возможны, то они не осуществимы в этой Вселенной, если только человек не докажет, что пространство-время вращается, не найдёт замкнутые времениподобные траектории или не создаст их сам, искусственно.
Решить вопрос с путешествиями во времени может помочь теория космических струн . Что же такое космическая струна? Это гипотетический астрономический объект, представляющий собой одномерный топологический дефект пространства-времени. Механизм их образования похож на трещины и неровности внутри затвердевающих кристаллах льда. В период, когда горячая Вселенная после Большого взрыва начала охлаждаться, происходило резкое охлаждение всего её вещества, и оно, в каком-то роде, затвердевало. Во время этого процесса должны были образоваться очень тонкие трубки – струны. Но причём тут они?
Американский астроном Фрэнк Типлер предложил создать весьма интересный вариант машины времени: взять материал в 10 раз тяжелее Солнца, сжать его и свернуть в длинный, тонкий, сверхплотный цилиндр, немного похожий на черную дыру, которая прошла через мясорубку. Затем цилиндр нужно вращать со скоростью до нескольких миллиардов оборотов в минуту и ждать, что произойдет.
По прогнозам Типлера, космический корабль, следующий тщательно выверенному курсу по траектории спирали вокруг такого цилиндра, немедленно окажется на замкнутой временеподобной линии. Пройдя через пространственно-временной портал, корабль выйдет из цилиндра за тысячи, даже миллиарды лет от начальной точки и, возможно, в совершенно другой галактике.
Однако в этом случае тоже не миновать проблем. Стивен Хокинг показал, что путешествия во времени с помощью цилиндра Типлера возможны только в том случае, если он будет обладать огромной длиной – скажем, несколько десятков световых лет. Построить такое грандиозное сооружение человеку явно не под силу, но вот эти длинные струны в виде тонких трубок вполне себе сгодятся для такого трюка, дело только за одним – найти эти струны.
Другой вариант эксперимента со струнами выглядит так: если подвести две космические струны достаточно близко одна к другой или одну струну к черной дыре, в теории это может создать целый массив замкнутых времениподобных кривых. Если делать тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.
Способ 4 – кротовые норы (червоточины)
Ещё один способ – кротовые норы (или ещё их называют червоточинами). С их помощью можно как оказаться на другом краю Вселенной, так же и путешествовать во времени. Кротовая нора – это теоретический проход сквозь ткань пространства-времени, существование которого предсказывает Теория относительности. Эти своеобразные «тоннели» образовались в складках пространства-времени во время ускоренного расширения Вселенной, когда вещество начало распределяться неоднородно. Если мы попробуем совершить прыжок через кротовую нору из одного уголка Вселенной в другой, то таким образом у нас получится двигаться быстрее света, а раз так, то такое перемещение должно создать замкнутую времениподобную линию – так у нас снова появится шанс вернуться в прошлое. Пока эта теория лишь на бумаге в математических моделях, но это не означает, что червоточины не существуют. Так, немецкий астроном Карл Шварцшильд с помощью своих расчётов предсказал впервые существование чёрных дыр ещё в 1915 году, а в 2019 году в их существовании убедились все наглядно, когда было получено первое в истории фото чёрной дыры. Кто знает, возможно, спустя столетие мы найдём и кротовые норы?
Способ 5 — Пузырь Алькубьерре
И ещё один способ – это Пузырь Алькубьерре. Эта идея была предложена мексиканским физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре, в которой космический аппарат может достичь сверхсветовой скорости, и она тоже основана на Теории относительности. Может сразу возникнуть вопрос: как так? Ведь сама Теория относительности говорит нам о том, что никакой объект, имеющий массу, не может достичь скорости света! Но Мигель Алькубьерре думал так: пузырь будет вырван из обычного пространства-времени, а в этот пузырь будет помещён космический корабль. Пузырь будет сжимать пространство впереди себя и расширять позади. Так, корабль будет находиться внутри пузыря, вообще не перемещаясь, а сам пузырь сможет «скакать» по Вселенной быстрее скорости света. Но для этого нужно очень много энергии, чтобы разогнать корабль до таких скоростей, а пока способов получить столько энергии нет.
Как мы видим, путешествовать во времени теоретически можно. Но мы можем переместиться в какую-то эпоху в прошлом, или оказаться в будущем – тоже в другой эпохе. Пока это только на бумаге, но кто знает, какие открытия ещё будут сделаны?
Источник