Чего еще мы не знаем о путешествиях во времени?
(«Познавательная статья из мира науки»)
Что такое время? Августин Блаженный говорил: «Я знаю, что такое время, пока не задумываюсь о нем». Согласно стандартной модели физики, время — четвертое измерение, дополнение к трем пространственным измерениям. Значит, сквозь него можно проходить. Долгие годы научные фантасты смаковали возможности перемещений во времени в самых разных подробностях. С каждым столетием мы осваиваем все больше новых технологий, открываем новые аспекты науки. Что нам осталось узнать о путешествиях во времени, прежде чем мы начнем воплощать их в реальность?
Вы наверняка заметили, что мы постоянно перемещаемся во времени. Движемся сквозь него. На базовом уровне понятия время — это скорость изменения Вселенной, и вне зависимости от того, нравится нам это или нет, мы подвержены постоянным изменениям. Стареем, планеты движутся вокруг Солнца, вещи разрушаются.
Мы измеряем ход времени секундами, минутами, часами и годами, но это совсем не означает, что время течет с постоянной скоростью. Как вода в реке, время идет по-разному в разных местах. Короче говоря, время относительно.
Но что вызывает временные флуктуации на пути от колыбели до могилы? Все сводится к отношению между временем и пространством. Человек способен воспринимать в трех измерениях — длина, ширина и глубина. Время же дополняет эту партию как самое важное четвертое измерение. Время не существует без пространства, пространство не существует вне времени. И эта парочка соединяется в пространственно-временной континуум. Любое событие, происходящее во Вселенной, должно вовлекать пространство и время.
В этой статье мы рассмотрим наиболее реальные и повседневные возможности путешествия сквозь время в нашей Вселенной, а также менее доступные, но от этого не менее возможные пути сквозь четвертое измерение.
Временные путешествия в будущее
Если вы хотите прожить пару лет немного быстрее, чем кто-то другой, вам нужно управляться с пространством-временем. Спутники глобального позиционирования совершают это каждый день, обгоняя естественный ход времени на три миллиардных доли секунды. На орбите время течет быстрее, поскольку спутники находятся далеко от массы Земли. А на поверхности масса планеты увлекает за собой время и замедляет его в относительно небольших масштабах.
Этот эффект называется гравитационным замедлением времени. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация искривляет пространство-время, и астрономы используют это следствие, когда изучают свет, проходящий вблизи массивных объектов.
Но какое отношение это имеет ко времени? Помните — любое событие, происходящее во Вселенной, вовлекает как пространство, так и время. Гравитация не только стягивает пространство, но и время.
Будучи в потоке времени, вы едва ли заметите изменение его хода. Но достаточно массивные объекты — вроде сверхмассивной черной дыры альфы Стрельца, расположенной в центре нашей галактики — будут серьезно искривлять ткань времени. Масса ее точки сингулярности — 4 миллиона солнц. Такая масса замедляет время в два раза. Пять лет на орбите черной дыры (без падения в нее) — это десять лет на Земле.
Скорость движения тоже играет важную роль в скорости течения нашего времени. Чем ближе вы подходите к максимальной скорости движения — скорости света — тем медленнее течет время. Часы в быстро идущем поезде к концу путешествия начнут «опаздывать» на одну миллиардную секунды. Если поезд достигнет скорости в 99,999% световой, за один год в вагоне поезда можно перенестись на двести двадцать три года в будущее.
По сути, на этой идее строятся гипотетические путешествия в будущее в будущем, простите за тавтологию. Но как насчет прошлого? Можно ли повернуть время вспять?
Временные путешествия в прошлое
Мы выяснили, что путешествие в будущее происходит все время. Ученые доказали это экспериментально, и эта идея лежит в основе теории относительности Эйнштейна, которой в этом году исполняется 100 лет. В будущее вполне можно переместиться, вопросом остается только «насколько быстро»? Что касается путешествий в прошлое, то для ответа на этот вопрос нужно взглянуть в ночное небо.
Галактика Млечный Путь шириной примерно в 100 000 световых лет, а значит, свету от далеких звезд нужно преодолеть тысячи и тысячи лет, прежде чем он достигнет Земли. Уловите этот свет, и, по сути, вы просто заглянете прошлое. Когда астрономы измеряют космическое микроволновое излучение, они заглядывают в тот космос, каким он был 10 миллиардов лет назад. Но это не все.
В теории относительности Эйнштейна нет ничего, что исключало бы возможность путешествия в прошлое, но само возможное существование кнопки, которая могла бы вернуть вас во вчерашний день, нарушает закон причинности, или причины и следствия. Когда во Вселенной что-то происходит, событие порождает новую бесконечную цепочку событий. Причина всегда рождается раньше следствия. Просто представьте себе мир, где жертва бы умирала до того, как пуля попадет ей в голову. Это нарушение действительности, но, несмотря на это, многие ученые не исключают возможности путешествий в прошлое.
Например, полагают, что движение быстрее скорости света может отправить назад в прошлое. Если время замедляется по мере того, как объект приближается к скорости света, то может преодоление этого барьера повернет время вспять? Конечно, при приближении к скорости света растет и релятивистская масса объекта, то есть приближается к бесконечности. Ускорить бесконечную массу представляется невозможным. Теоретически, варп-скорость, то есть деформация скорости как таковой, может обмануть универсальный закон, но даже это потребует колоссальных затрат энергии.
А что, если путешествия во времени в будущее и прошлое зависят не столько от наших базовых знаний космоса, а больше от существующих космических феноменов? Давайте взглянем на черную дыру.
Черные дыры и кольца Керра
Покружитесь около черной дыры достаточно долго, и гравитационное замедление времени забросит вас в будущее. Но что, если вы угодите прямо в пасть этого космического монстра? О том, что будет при погружении в черную дыру, мы уже писали, но не упоминали такую экзотическую разновидность черных дыр, как кольцо Керра. Или черная дыра Керра.
В 1963 году новозеландский математик Рой Керр предложил первую реалистическую теорию вращающейся черной дыры. Концепция включает нейтронные звезды — массивные коллапсирующие звезды размером с Санкт-Петербург, например, но с массой земного Солнца. Нейтронные дыры мы включили в список самых загадочных объектов во Вселенной, обозвав их магнетарами. Керр предположил, что если умирающая звезда сколлапсирует во вращающееся кольцо нейтронных звезд, их центробежная сила не даст им превратиться в сингулярность. И поскольку у черной дыры не будет точки сингулярности, Керр посчитал, что вполне можно будет попасть внутрь, без страха быть разорванным гравитацией в центре.
Если черные дыры Керра существуют, мы могли бы пройти сквозь них и выйти в белую дыру. Это как выхлопная труба черной дыры. Вместо того чтобы засасывать все, что только можно, белая дыра будет, напротив, выбрасывать все, что можно. Возможно, даже в другом времени или другой Вселенной.
Черные дыры Керра остаются теорией, но если они действительно существуют, они являются своего рода порталами, предлагающими одностороннее путешествие в будущее или прошлое. И хотя чрезвычайно развитая цивилизация могла бы развиваться таким образом и перемещаться во времени, никто не знает, когда «дикая» черная дыра Керра исчезнет.
Кротовые норы (червоточины)
Теоретические кольца Керра являются не единственным способом возможных «сокращенных» путей в прошлое или будущее. В научно-фантастических фильмах — от «Звездного пути» до «Донни Дарко» — часто рассматривается теоретический мост Эйнштейна — Розена. Вам эти мосты более известны под названием червоточин.
Общая теория относительности Эйнштейна допускает существование червоточин, поскольку в основе теории великого физика лежит искривление пространства-времени под воздействием массы. Чтобы понять эту кривизну, представьте себе ткань пространства-времени в виде белого листа и согните его пополам. Площадь листа останется прежней, сам он не деформируется, но вот расстояние между двумя точками соприкосновения явно будет меньшим, чем когда лист лежал на плоской поверхности.
В этом упрощенном примере пространство изображается в виде двухмерной плоскости, а не четырехмерной, каким на самом деле и является (вспомним четвертое измерение — время). Аналогично работают и гипотетические кротовые норы.
Перенесемся в космос. Концентрация массы в двух разных частях Вселенной могла бы создать своеобразный туннель в пространстве-времени. В теории этот туннель соединил бы два разных отрезка пространственно-временного континуума между собой. Разумеется, вполне возможно, что какие-нибудь физические или квантовые свойства не дают таким червоточинам зарождаться самостоятельно. Ну, или они рождаются и тут же гибнут, будучи нестабильными.
По словам Стивена Хокинга, червоточины могут существовать в квантовой пене — самой мелкой среде во Вселенной. Крошечные туннели постоянно рождаются и разрываются, связывая отдельные места и время на короткие мгновения.
Кротовые норы могут оказаться слишком малыми и кратковременными для перемещения человека, но вдруг однажды мы сможем их найти, удержать, стабилизировать и увеличить? При условии, как отмечает Хокинг, что вы будете готовы к обратной связи. Если мы захотим искусственным образом стабилизировать туннель пространства-времени, радиация от наших действий может его уничтожить, как обратный ход звука может повредить динамик.
Космические струны
Мы пытаемся протиснуться сквозь черные дыры и червоточины, но, может, есть другой способ путешествий во времени с использованием теоретического космического феномена? С этими мыслями мы обращаемся к физику Дж. Ричарду Готту, который изложил идею космической струны в 1991 году. Как следует из названия, это гипотетические объекты, которые могли сформиро
