Возможно ли построить машину времени? Астрофизики уверены, что да
Возможность создания машины времени занимала людские умы на протяжении всего существования человечества. Пожалуй, перспектива однажды переместиться в эпоху динозавров, а затем, нажав на заветную кнопку, попасть в далекий футуристичный мир будущего, звучит действительно неплохо. К счастью для всех любителей научно-популярной фантастики, астрофизики уверены, что создание настоящей машины времени уже не за горами. Как сообщает портал futurism.com, профессор физики из Университета Коннектикута разработал уникальный способ перемещений во времени. Несмотря на то, что план ученого все еще остается теоретическим, астрофизик Рон Маллет уверен, что созданная им теория однажды сможет помочь ученым для разработки столь желанного для человечества устройства.
Скорее всего, создание машины времени уже не за горами
Можно ли создать машину времени?
Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна, созданная еще в 1905 году, может стать ключом к созданию универсальной машины времени. К такому выводу пришел астрофизик из Университета Коннектикута Рон Маллет, который утверждает, что основы СТО могут раскрыть механизм работы устройства, о котором часто рассказывают писатели-фантасты. Согласно гипотезе Маллета, в случае, когда человек находится в космическом корабле, летящем со скоростью, близкой к скорости света, время для него течет медленнее, чем для того, кто остался на Земле. По существу, астронавт мог бы находиться в космосе меньше недели, но вернувшись на Землю, он бы понял, что для людей, оставшихся на планете, прошло бы 10 лет.
Как объяснил астрофизик, его идея машины времени основана на другой теории Эйнштейна — общей теории относительности. Согласно этой теории, массивные объекты сильно искривляют окружающую их материю пространства и времени ввиду присущей им фундаментальной силе — гравитации.
Массивные объекты способны значительно искривлять материю пространства и времени
Кстати, не забудьте подписаться на наши каналы в Яндекс.Дзен и Telegram, где вас уже ждут самые последние новости из мира современной науки и техники.
А что думаете по этому поводу вы? Сможет ли человек однажды попасть в прошлое? Поделитесь своим мнением с нашими подписчиками в Telegram-чате.
В любом случае, главной проблемой в создании устройства, способного изменить ваше настоящее и будущее, является даже не чрезвычайная сложность и дороговизна механизма, но и тот факт, что машина времени может отправить информацию лишь до той точки, когда вы включите машину. Иными словами, возвращение в прошлое может создать большое количество непредвиденных ранее проблем, вызвав возникновение знаменитого парадокса “убитого дедушки”, впервые описанного фантастом Рене Баржавелем.
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?
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 обоих 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:
Мы уже знаем, как построить машину времени
Это всего лишь вопрос времени, когда мы построим то, что сможет перенести нас в далёкое будущее.
В сентябре 2015 года космонавт Геннадий Падалка в последний раз вернулся на Землю. Он только что завершил свою шестую миссию в космосе и побил рекорд общего времени, проведённого за пределами атмосферы Земли: 879 дней. И из-за этих 2,5 лет, проведённых на орбите планеты на высоких скоростях, Падалка также стал путешественником во времени, испытывая общую теорию относительности Эйнштейна в действии.
«Когда г-н Падалка вернулся, он обнаружил, что Земля находится на 1/44 секунды в будущем, – объясняет Дж. Ричард Готт, физик из Принстона и автор книги „Time Travel in Einstein’s Universe“, – Он буквально путешествовал… в будущее». Быть на долю секунды моложе, чем если бы он остался на Земле, не является чем-то невероятным, тем не менее это дало Падалке звание «нынешнего рекорда путешественника во времени», согласно Готту.
Хотя это и не совсем заряжённый плутонием DeLorean, путешествие во времени – совсем не фантастика. Настоящие астрофизики, такие как Готт, почти уверены, что знают, как построить машину времени, и высокая скорость – намного, намного быстрее, чем орбитальный полёт Падалки, – является ключевым ингредиентом.
Ускоренный курс путешествия во времени
До ХХ века время считалось абсолютно незыблемым, а путешествия во времени – научной невозможными. В 1680-х годах мысленное время сэра Исаака Ньютона развивалось в неизменном темпе по всей Вселенной, независимо от внешних сил или местоположения. И в течение двух столетий научный мир поддерживал теорию Ньютона.
Пока не появился 26-летний Альберт Эйнштейн.
В 1905 году Эйнштейн раскрыл свои идеи по особой теории относительности, используя эту основу для своей теории общей теории относительности десять лет спустя. Расчёты Эйнштейна, определяющие Вселенную, ввели много вещей, а также некоторые понятия, связанные со временем. Самое главное – что время эластично и зависит от скорости, замедляется или ускоряется в зависимости от того, насколько быстро движется объект или человек.
В 1971 году четыре атомных цезиевых луча облетели весь мир, а затем их сравнили с наземными часами. В результате мизерная разница во времени доказала, что Эйнштейн на что-то наткнулся. Есть ещё одна технология, спрятанная внутри вашего смартфона, которая также подтверждает теорию Эйнштейна.
Без общей теории относительности Эйнштейна не будет работать GPS.
«Без общей теории относительности Эйнштейна наша система GPS не будет работать», – рассказывает Рон Маллет, астрофизик и автор книги Time Traveler: A Scientist’s Personal Mission to Make Time Travel a Reality. Это также доказательство того, что теории Эйнштейна верны».
Но помимо этой изменчивой версии времени Эйнштейн также рассчитал скорость света. Скорость 300 000 000 метров (или 186 282 миль) в секунду Эйнштейн описывает как «предел скорости» и универсальную константу, независимо от того, сидит ли человек на скамейке или путешествует на ракетном корабле.
Последняя часть эйнштейновских идей об искривлении времени предполагает, что гравитация также замедляет время, то есть время идёт быстрее там, где гравитация слабее, например, в огромной пустоте среди массивных небесных тел, таких как Солнце, Юпитер и Земля.
Перенесёмся на столетие вперёд, когда все эти теории – разумеется, в высшей степени обобщённые – образуют строительные блоки астрофизики и похоронены среди всей этой математики экспертного уровня. Эйнштейн также доказал, что путешествия во времени возможны.
Субатомная машина времени
В самом деле путешествия во времени не только возможны, они уже произошли, но просто не похожи на типичный научно-фантастический фильм.
Возвращаясь к нашему путешествующего во времени космонавту Падалке, его 1/44-секундный прыжок в будущее настолько мизерный, потому что он перемещался со скоростью всего 17000 миль в час. Это не очень быстро, по крайней мере по сравнению со скоростью света. Но что произойдёт, если мы создадим что-то, что может двигаться гораздо быстрее, чем на геостационарной орбите? Речь идёт не о коммерческом лайнере (550–600 миль в час) или ракете ХХI века, летящей к МКС (25 000 миль в час), а о том, что может приблизить к 186 282 милям в секунду.
«На субатомном уровне это уже произошло», – рассказывает Маллетт. – Примером является… Большой адронный коллайдер. Он регулярно посылает субатомные частицы в будущее».
Ускоритель элементарных частиц способен перемещать протоны со скоростью 99,999999 процентов от скорости света, скорости, с которой их относительное время движется примерно в 6900 раз медленнее по сравнению со временем их стационарных наблюдателей – людей.
Так что да, мы посылали атомы в будущее, и мы делали это в течение последнего десятилетия, но люди – другое дело.
Готт поясняет: учитывая, что мы регулярно разгоняем частицы почти до скоростью света, концептуально для людей довольно просто путешествовать во времени в будущее. «Если вы хотите посетить Землю в 3000 году, – говорит Готт, – всё, что вам нужно сделать, – это сесть на космический корабль и полететь со скоростью в 99,995 процентов от скорости света».
Допустим, человека посадили на такой корабль и отправили на планету, которая находится на расстоянии немногим менее 500 световых лет (например, Кеплер 186f), то есть, если бы он путешествовал со скоростью 99,995 % от скорости света, нужно было бы 500 лет, чтобы добраться туда, так как корабль летит почти со скоростью света.
После быстрого перекуса и перерыва в ванной комнате они развернулись и направились обратно на Землю, что заняло ещё 500 лет. Таким образом, в общей сложности нужно около тысячи лет, чтобы благополучно вернуться домой. На Земле это будет 3018 год.
Однако, поскольку корабль двигался так быстро, результирующее замедление времени не могло показаться им тысячей лет с того момента, как их внутренние часы замедлились. «[Их] часы будут отсчитывать 1/100 от скорости часов на Земле. Для них пройдет только 10 лет», – говорит Готт. Для нас пройдёт тысячелетие, для них это будет десятилетие.
«Если бы мы [на Земле] смотрели в окно, они бы завтракали очень медленно, – говорит Готт, – тогда как для [них] всё было бы нормально».
Но существует огромная пропасть между теоретическим и реальным. Так как же нам преодолеть огромные технологические проблемы создания машины времени?
Не столь отдалённое будущее путешествий во времени
Датчик Parker Solar Probe будет развивать скорость 430 000 миль в час – это быстро, но далеко до скорости света.
Строительство космического корабля, путешествующего во времени, может быть лучшим местом для начала, но инженерные препятствия, по крайней мере сейчас, огромны. Во-первых, мы даже близко не приблизились к космическому кораблю, который может путешествовать со скоростью света. Самым быстрым космическим кораблем из когда-либо созданных скоро станет Parker Solar Probe, который будет запущен этим летом и будет двигаться скоростью всего 0,00067% от скорости света.
Также необходимо огромное количество энергии, чтобы заставить корабль двигаться так быстро. Готт предполагает, что ключевым элементом может быть высокоэффективное топливо на основе антивещества, а другие мировые агентства и учёные также считают, что такое топливо может стать потенциально бесценным элементом межзвёздных путешествий.
Но обеспечить сохранность человеческого груза в такой футуристической миссии также будет непросто. Прежде всего корабль должен иметь достаточно припасов, таких как еда, вода и лекарства, и быть самодостаточным на протяжении всего путешествия.
Затем есть всё, что связано с ускорением. Чтобы гарантировать, что наш гипотетический путешественник не будет уничтожен подавляющими силами перегрузки, корабль должен постепенно и неуклонно ускоряться. Хотя постоянное ускорение в 1g (подобное тому, что мы ощущаем на Земле) в течение длительного периода в конечном счёте приведёт к тому, что корабль приблизится к скорости, близкой к скорости света, оно увеличит продолжительность полёта и минимизирует то, как далеко можно уйти в будущее.
Проблема обратного движения
Но у этого теоретического портрета реального путешествия во времени есть один большой недостаток – эта машина не движется вспять. В то время как Билл и Тед путешествуют в прошлое, чтобы встретить Сократа, на самом деле учёным и исследователям нужно найти способ обойти законы физики, чтобы отправиться в прошлое.
Червоточины, чёрные дыры, космические струны и циркулирующие световые лучи были предложены как потенциальные решения проблемы путешествия во времени в прошлое. Основная проблема, с которой сталкиваются астрофизики, – это выяснить, как направить луч света в точку в пространстве-времени и обратно.
«Технологии не за горами… Мы могли бы сделать это в ближайшие 20 лет».
Поскольку скорость света является абсолютным максимумом, физики концентрируются на обнаружении таких явлений, как червоточины, которые могут обеспечить быстрый путь через туннели, в которых мы прыгаем через искривленное пространство-время, и теоретически направляют луч света в определённую точку пространства-времени.
Хотя червоточины действительно работают в рамках теорий относительности Эйнштейна, их ещё предстоит наблюдать в космосе, и у учёных нет конкретных доказательств того, что эти галактические пути будут работать.
Таким образом, хотя путешествие в прошлое может быть более захватывающей концепцией, учёные с гораздо большей вероятностью отправят кого-то в неизвестное будущее, а не в прошлое. Но, несмотря на огромные шансы (финансовые и научные), Маллет считает, что будущее общества путешествий во времени возможно.
«Что случилось с полетом на Луну… мы хотели полететь туда, Кеннеди просил об этом, и было надлежащее финансирование, поэтому мы добрались до Луны», – рассказывает Маллет. «Технология не за горами. Если правительство и налогоплательщики захотят за это заплатить, мы сможем это сделать в ближайшие двадцать лет».
Сегодня любителям путешествий во времени всё равно придётся обращаться к научной фантастике в поисках решения о путешествиях во времени, причём некоторые фильмы намного точнее других.
«Хороший фильм… «Планета обезьян», – говорит Маллетт. Астронавты думали, что они приземлились на другой планете, управляемой обезьянами, но оказалось, путешествовали так быстро, что прибыли в будущее Земли. Этот фильм точно описывает специальную теорию относительности Эйнштейна”. Ох… спойлеры.
Узнайте подробности, как получить Level Up по навыкам и зарплате или востребованную профессию с нуля, пройдя онлайн-курсы SkillFactory со скидкой 40% и промокодом HABR, который даст еще +10% скидки на обучение:
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.
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.