Можно ли путешествовать во времени не нарушая законы физики ?

Современные космонавты, как известно, уже делают это. Правда, путешествуют они пока только в будущее. И на доли секунды. Но кто знает – может быть, однажды нам удастся улететь на годы или даже века вперед или, наоборот, потрепать за чуб нашего пятилетнего деда? Но начнем по порядку.

Остановись, мгновенье!

Время в пустом пространстве космоса и на Земле летит неодинаково. Это известно каждому школьнику. Чем сильнее гравитация какого-нибудь объекта, тем медленнее течет время в его окрестностях. Это происходит из-за того, что посредством гравитации искажается «ткань» четырехмерного пространства-времени. С другой стороны, Эйнштейн показал, что чем выше скорость – тем больше масса. Поэтому для всех объектов, которые движутся на очень высоких скоростях, время тоже замедляется. Скорость МКС – более 27 тыс. км/ч. Российский космонавт Сергей Крикалёв, к примеру, провел на орбите в общей сложности 803 дня 9 часов и 39 минут. Таким образом, он живет во времени, на целую 1/50 секунды опережая нас.

Машина времени

Теория относительности говорит нам о том, что машину времени, которая перенесет нас в будущее, создать можно. Вы входите в нее, ждете. Выходите и обнаруживаете, что на Земле прошли века. Технологий для этого пока нет, но науке известно – это возможно.

Впрочем, для этого придется разогнаться до скорости, близкой к скорости света. Стоит ли удивляться, что машина времени представляет собой не что иное, как космический корабль, ведь, согласно Общей Теории Относительности, время и пространство неразрывно взаимосвязаны (вопрос о том, каким образом при разгоне до такой бешеной скорости сохранить в целости ваше тело и сам корабль, пока не стоит). Но сможет ли человек, совершивший такое путешествие, вернуться обратно в прошлое?

Первые намеки на то, что законы физики позволяют людям путешествовать в прошлое, появились в 1949 году, когда математик Курт Гёдель нашел новое решение уравнений Эйнштейна, а по сути – новую структуру прост ранства-времени, которая вполне допустима с точки зрения ОТО. Однако, исходя из уравнений Гёделя, Вселенная должна вращаться как целое, и не расширяться с ускорением – что, как выяснилось с тех пор, не соответствует действительности.

В последние годы ученые предлагали другие пути для потенциальных путешествий во времени – искривления пространства-времени. Однако анализ микроволнового фона и другие данные показывают, что Вселенная никогда не была искривлена настолько, чтобы такие путешествия стали возможны. Впрочем, есть и обходной маневр.

Что есть прошлое? 

Согласно ОТО, не существует не только какой-то единой для всех наблюдателей, универсальной меры времени, но и при определенных обстоятельствах нет нужды даже в том, чтобы наблюдатели сошлись во мнении о единой очередности тех или иных событий. Допустим, что время на Альфе Центавра движется с той же скоростью, что и на Земле (планета, на которой живут инопланетяне, имеет ту же массу и движется с той же скоростью). В 2014 году состоялась Олимпиада в Сочи. Допустим и то, что в 2019 году состоится открытие Междупланетного шахматного турнира на Альфе Центавра. Какое из событий произошло раньше?

С точки зрения землян – Олимпиада. С точки зрения «центаврианцев» – турнир. Ведь свет от Земли до Альфы Центавра будет идти четыре года. Двигаясь быстрее света, вы смогли бы побывать на Олимпиаде и вылететь на турнир, а затем вновь вернуться на Землю... до начала Олимпиады. Естественно, в теории – если найти способ перемещения быстрее скорости света.

Двигаться быстрее скорости света, исходя из теории относительности, как известно, невозможно. По мере приближения к «световому барьеру» для разгона объекта требуется все больше и больше энергии. В один прекрасный момент – при теоретическом достижении скорости света – ее понадобилось бы бесконечное количество. Кроме того, и тело, которое достигло бы такой скорости, должно приобрести бесконечную массу.

Кротовые норы

Вот тут-то и возможен обходной маневр. Он заключается в потенциальной возможности деформировать пространство-время. Например, так, чтобы открылся короткий путь от Олимпиады к шахматному турниру. Вы не будете двигаться быстрее скорости света – но в пространстве переместитесь быстрее.

В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен написали работу, в которой доказывали, что ОТО допус­кает существование таких пространственно-временных мостов, смычек – «кротовых нор».

Поддержание целостнос­ти кротовой норы требует огромной энергии, и теория предсказывает, что они не могут существовать достаточно долго, чтобы через них мог пройти космический корабль или другой макроскопический объект. Такой мост может «схлопнуться», и корабль пропадет где-то в сингулярности.

Правда, ученые допускают мысль, что технически развитая цивилизация могла бы держать подобную нору открытой и нужное время. Но как этого можно добиться, вопрос пока совершенно неясный.

Здесь стоит сказать, что вся материя, к которой мы привыкли, обладает положительной плотностью энергии, что придает пространству-времени положительную кривизну, напоминающую сферу. А для деформации пространства-времени, которая позволила бы нам путешествовать в прошлое, нужна материя с отрицательной кривизной – т.е., с отрицательной плотностью энергии. Квантовая механика, как известно, существование такой отрицательной плотности энергии допускает (при условии, если эта «отрицательность» компенсируется «положительностью» в других областях), и допускает теоретическую возможность деформировать пространство-время.

Представить такое непрос­то. Чтобы сделать это, астрофизики часто приводят пример с холмом. Если вы копаете большую яму и выбрасываете землю из нее на край ямы, в конце концов у вас получится не только яма, но и холм. В этом случае холм и будет метафорой этой положительной энергии, а яма – отрицательной.

Черные дыры и не только

Ученые осторожно предполагают, что своеобразными аналогами кротовых нор, возможно, могут оказаться черные дыры. Дело в том, что большая часть пространства-времени почти плоская. Оно сильно деформировано только в черных дырах. Черная дыра настолько искажает пространство-время вокруг себя, что образует некую «воронку», «дыру» конической формы.

Гравитация в ближайших окрестностях черной дыры настолько огромна, что пространство-время в ней, по сути, перестает существовать, либо искажается настолько, что время практически останавливается. Кроме того, некоторые черные дыры вращаются на околосветовой скорости. В результате пространство-время «сворачивается» в дыре практически в «трубку». Может быть, проникнув в черную дыру, мы могли бы пройти через ее узкий тоннель и оказаться... в прошлом, или, например, в другой Вселенной?

Самый знаменитый физик-теоретик современности – Стивен Хокинг – уверен, что это невозможно. Даже если космическому кораблю каким-то невероятным способом удастся попасть в самый центр черной дыры, он окажется в сингулярности и попросту перестанет сущес­твовать.

Однако многие другие ученые считают, что, попав в черную дыру, при определенных условиях можно-таки уцелеть, и даже ищут способы это сделать. Конечно, это выглядит чудачеством. Но истории науки известно немало примеров, когда такие чудаки изобретали самолет или отправлялись на Луну.

Профессор астрофизики Ричард Готт – энтузиаст путешествий во времени. Он создает свой теоретический проект машины времени и даже утверждает, что нашел решение для путешествий в прошлое. Вслед за некоторыми астрофизиками, Готт считает, что естественная машина времени – это центр быстро вращающейся черной дыры. Но он тоже понимает сколь ненадежным может оказаться такой «транспорт».

Впрочем, Готт нашел потенциальный менее опасный аналог центра черной дыры – явление, которое называют космическими струнами. Космические струны – это гипотетически существующие складки пространства-времени, тонкие нити энергии, оставшиеся после Большого взрыва. Их ширина меньше атомного ядра, зато они обладают феноменальной плотностью. Такая струна длиной всего 1 м обладала бы большей гравитацией, чем Земля целиком, и породила бы грандиозное искривление. Готт обнаружил, что взаимодействие таких быстро движущихся струн может приводить к появлению естественной машины времени.

Расчеты Готта пока не подтверждены наблюдениями, но ученый пытается доказать, что эти струны существуют. Впрочем, даже он говорит, что найти две такие струны, которые прошли бы друг напротив друга, практически невозможно. Поэтому Готт обращает внимание на другую теоретическую структуру, на космические кольца, которые могли бы формировать замкнутые струны. Несмотря на отсутствие доказательств их существования, прямых просчетов в теории Готта нет. Кроме того, что внутри такого «кольца» окажется... снова черная дыра. И вообще, чтобы управлять системой с такой грандиозной гравитацией, понадобились бы энергетические ресурсы целых галактик.

Вернуться в прошлое нельзя остаться

Но допускает ли квантовая теория путешествия во времени нашего – макроскопического – масштаба? Стивен Хокинг говорит, что, на первый взгляд, допускает. Об этом свидетельствуют фейнмановские интегралы по траекториям (суть фейнмановских интегралов в том, что они замещают определение уникальной, единственно возможной траектории движения любой элементарной частицы полной суммой бесконечного множества возможных траекторий ее движения). Ведь они охватывают все возможные сценарии, а, значит, допускают и существование такого искажения пространства-времени, которое необходимо для путешествий в прошлое. Поэтому говорить о том, что такие путешествия невозможны в принципе, нельзя.