Машина времени прибор своими руками

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.

Источник

Построить машину времени? Легко!

Профессор физики Коннектикутского университета Рон Маллетт утверждает, что придумал, как построить машину времени. Для этого просто нужно правильно использовать лазеры. Подобное заявление говорит о том, что произошло величайшее научное открытие за всю историю человечества. Ну или что кому-то нельзя пропускать прием таблеточек.

В интервью, которое дал Маллетт CNN, он в красках описал свою революционную теорию. Ученый заявил, что путешествиями во времени он увлекается с тех пор, как потерял отца. Это случилось, когда маленькому Рону было всего десять лет. С тех пор Маллетт просто одержим идеей создать машину времени. Чтобы вернуться назад и пообщаться с отцом. Потребовались десятилетия, чтобы приблизиться к решению этой задачи. И теперь ученый утверждает, что, возможно, он нашел это решение.

Концепция Маллетта основана на постулатах специальной теории относительности Эйнштейна. В ней утверждается, что скорость относительного хода времени меняется в зависимости от скорости, с которой движется объект. Согласно нашему нынешнему пониманию, объект, скорость которого приближается к скорости света, испытывает замедление течения собственного времени. Относительно, конечно, времени стороннего наблюдателя. Подобный эффект делает путешествие в будущее довольно простым делом. Просто нужно очень быстро разогнаться.

Я знаю как сделать машину времени!

Ну с путешествиями в будущее вроде разобрались. Но как же вернуться в прошлое? Маллетт считает, что теории Эйнштейна нужно развивать дальше. И, как любой уважающий себя ученый, Маллетт бросает вызов природе. Он выходит в красном плаще на поляну, освещенную Луной. А в руке у него лазерный меч. Но природа, как всегда, на битву не явилась.

Так, о чем это мы. Что-то про машину времени.

Ах, да! Так вот. Маллетт утверждает, что используя циркулирующий луч света, называемый кольцевым лазером, можно каким-то образом манипулировать гравитационным полем. И это позволит открыть портал в прошлое. Все просто и доступно практически каждому. Поэтому, друзья, мои, когда играете с котиком с помощью лазерной указки, будьте осторожны. Не делайте круговых движений. Иначе Ваш питомец может оказаться в 1242 году на льду Чудского озера. Прямо посреди ледового побоища. А с Вискасом там туговато было.

Ученый сделал и еще одно крайне важное предупреждение: Вы сможете отправлять и получать информацию только тогда, когда машину времени включили первый раз. Это действительно важно. Поскольку без этого предупреждения вся эта идея звучала бы довольно безумно. Но теперь, конечно, все понятно и логично.

Профессор Маллетт считает, что его открытия, вероятно, не будут реализованы при его жизни. Машину времени построят еще нескоро. И это очень печально. Потому что работы такого уровня без их вдохновителя вести будет крайне трудно.

А ведь так хочется узнать, о чем все-таки говорили отец Варлаам с Гришкой-самозванцем на литовской границе.

Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!

Источник

Как построить машину времени

Вот уж тысячи лет человечество вступает в войну со временем. Предотвратить процесс старения, узнать будущее – всё это толкает человечество задуматься о том, как сделать машину времени. Над этим вопросом трудились светлейшие умы человечества как и в прошлом, так и в настоящем. Писатели, что славятся фантастическими рассказами, режиссёры, снимающие фильмы о путешествиях во временных капсулах, заставляют поверить в осуществление идеи о создании машины, способной перемещать людей сквозь время.

История попыток создания машины времени

Учёные-физики, в частности Альберт Эйнштейн и Курт Гедель, работали над созданием машины, которая способна перенести человека сквозь временное пространство в прошлое или будущее. Теория, которую выдвинул Эйнштейн, основана на управлении Вселенной. Вернее на том, чтобы вывести уравнение её гравитационного поля. Учёный считал, что Вселенная – вращающееся тело. А свет – элемент, который входит в траекторию её вращения. Благодаря этому можно пролететь сквозь пространственно-временные кольца, которые создаются при вращении Вселенной и световых частиц, тем самым увидеть своё прошлое.

Теория относительности всегда вызывала противоречивое мнение у математиков и физиков. Ведь если учёные поверят в её правдивость, примут её, они автоматически согласятся с тем, что путешествие во времени – это отнюдь не сказка, а вполне реальная возможность.

Существует ещё одно мнение, которое бытует среди учёных, желающих покорить время. Оно состоит в том, что на время можно воздействовать, как и на всё остальное. Дело в том, что время – такая же составляющая нашего мира, как и пространство. Его можно изменить или исказить при помощи давления гравитации. При этом время превращается из прямой линии в петлю, через которую и можно путешествовать. Нужно лишь набрать определённую скорость.

Но на то она и теория, что не подтверждена практикой. И вопрос о том, как изобрести машину времени, остаётся всего лишь вопросом, хотя существует много не совсем обоснованных заявлений о том, что такая машина уже давно существует.

Современные попытки создания

Проекты по созданию временных туннелей были проведены в Соединённых Штатах Америки. Все они разрабатывались для того, чтобы подтвердить возможность путешествий во времени. Хотя некоторые источники подтверждают, что в ходе таких экспериментов получилось попасть в будущее. Парадокс состоит в том, что всех испытуемых, подтверждающих такие «прорывы», признали просто сумасшедшими. Напрашивается вопрос о том, зачем проводили эксперименты, которые заранее признаны недействительными? Например, секретный проект под названием «Феникс», в ходе которого было установлено, что временные петли существуют. Участники хотели выяснить, насколько теория о временном перемещении возможна на практике. К сожалению, тех, кто ответил положительно, определили в места для умалишённых.

Никому не известно, изобретут ли машину времени. А может быть, она уже существует. Некоторые тайны всегда остаются неразгаданными. Возможно, что даже положительный ответ на этот вопрос не сможет удовлетворить учёных, лишь даст им понять, что всю свою жизнь они положили на алтарь науки, разгадывая загадку, которая уже была разгадана в далёком прошлом или будущем.

Как сделать машину времени?

Способы путешествия в будущее

Современная наука допускает несколько возможных способов путешествия в будущее (строго говоря, любой человек путешествует в будущее, даже когда он просто лежит на диване, так что речь идет об ускоренном путешествии) :

1. Физический (на основе следствий теории относительности) :
* Движение со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествия, измеренное по часам того, кто двигался с такой скоростью, всегда меньше измеренного по часам того, кто оставался неподвижен («парадокс близнецов») .
* Нахождение в области сверхвысокой гравитации, например вблизи горизонта событий чёрной дыры.
2. Биологический — остановка метаболизма тела с последующим восстановлением. Например, замораживание (крионика) .

Способы путешествия в прошлое

Есть несколько гипотетически возможных способов попасть в прошлое:

1. Общая теория относительности допускает возможность существования «кротовин» (английский термин wormhole — червоточина) . Это нечто вроде туннелей (возможно, очень коротких) , соединяющих удалённые области в пространстве. Разрабатывая теорию кротовин, К. Торн и М. Моррис заметили, что если перемещать один конец (А) короткой кротовины с большой скоростью, а потом приблизить его к другому концу (Б) , то — в силу вышеупомянутого «парадокса близнецов» — объект, попавший в момент времени T во вход А, может (см. ниже) выйти из Б в момент, предшествующий T (таким способом, однако, невозможно попасть во время, предшествующее созданию машины времени) .
Из уравнений Эйнштейна следует, что кротовина схлопнется раньше, чем путешественник сумеет пройти через неё (как, например, в случае «моста Розена-Эйнштейна» — первой описанной кротовины) , если её не будет удерживать от этого так называемая «экзотическая материя» — материя с отрицательной плотностью энергии. Существование экзотической материи подтверждено как теоретически, так и экспериментально (эффект Казимира) .
2. В 1936 г. Ван Штокум нашёл, что тело, вращающееся вокруг массивного и бесконечно длинного цилиндра, попадёт в прошлое (позже Ф. Типлер предположил, что это возможно и в случае цилиндра конечной длины) . Таким цилиндром могла бы быть так называемая космическая струна, но нет надёжных свидетельств, что космические струны существуют, и вряд ли есть способ создавать новые.
3. Можно, наконец, вообще ничего не предпринимать, а просто дождаться пока машина времени образуется сама собой. Не видно никаких оснований ожидать, что это произойдёт, но важно, что если она все же образуется, то это не войдет в противоречие ни с какими известными законами природы. Простейшая модель такой ситуации — машина времени Дойча-Политцера.

Способы путешествия в будущее

Современная наука допускает несколько возможных способов путешествия в будущее (строго говоря, любой человек путешествует в будущее, даже когда он просто лежит на диване, так что речь идет об ускоренном путешествии) :

1. Физический (на основе следствий теории относительности) :
* Движение со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествия, измеренное по часам того, кто двигался с такой скоростью, всегда меньше измеренного по часам того, кто оставался неподвижен («парадокс близнецов») .
* Нахождение в области сверхвысокой гравитации, например вблизи горизонта событий чёрной дыры.
2. Биологический — остановка метаболизма тела с последующим восстановлением. Например, замораживание (крионика) .

Способы путешествия в прошлое

Есть несколько гипотетически возможных способов попасть в прошлое:

1. Общая теория относительности допускает возможность существования «кротовин» (английский термин wormhole — червоточина) . Это нечто вроде туннелей (возможно, очень коротких) , соединяющих удалённые области в пространстве. Разрабатывая теорию кротовин, К. Торн и М. Моррис заметили, что если перемещать один конец (А) короткой кротовины с большой скоростью, а потом приблизить его к другому концу (Б) , то — в силу вышеупомянутого «парадокса близнецов» — объект, попавший в момент времени T во вход А, может (см. ниже) выйти из Б в момент, предшествующий T (таким способом, однако, невозможно попасть во время, предшествующее созданию машины времени) .
Из уравнений Эйнштейна следует, что кротовина схлопнется раньше, чем путешественник сумеет пройти через неё (как, например, в случае «моста Розена-Эйнштейна» — первой описанной кротовины) , если её не будет удерживать от этого так называемая «экзотическая материя» — материя с отрицательной плотностью энергии. Существование экзотической материи подтверждено как теоретически, так и экспериментально (эффект Казимира) .
2. В 1936 г. Ван Штокум нашёл, что тело, вращающееся вокруг массивного и бесконечно длинного цилиндра, попадёт в прошлое (позже Ф. Типлер предположил, что это возможно и в случае цилиндра конечной длины) . Таким цилиндром могла бы быть так называемая космическая струна, но нет надёжных свидетельств, что космические струны существуют, и вряд ли есть способ создавать новые.
3. Можно, наконец, вообще ничего не предпринимать, а просто дождаться пока машина времени образуется сама собой. Не видно никаких оснований ожидать, что это произойдёт, но важно, что если она все же образуется, то это не войдет в противоречие ни с какими известными законами природы. Простейшая модель такой ситуации — машина времени Дойча-Политцера.

ХОТИТЕ УЗНАТЬ КАК ЕЁ СДЕЛАТЬ?
ВОТ ОТВЕТ:

Возможно ли в принципе создание машины времени?

Перемещение в будущее возможно точно, например, 74-й российский космонавт Сергей Авдеев за 747 суток в космосе переместился в будущее на примерно 0,02 секунды. Но именно «путешествия» и именно на некой машине — это открытый теоретический вопрос. Обеих теорий относительности, как говорил, один известные персонаж: «Маловато будет!»

Были сделаны попытки найти физические законы прямо запрещающие путешествия во времени. Спровоцировал эти поиски сам Хокинг, предложив «гипотезу о защите хронологии». Но к настоящему момент никому, включая его самого, пока не удалось доказать эту невозможность.

Допустим, путешествия во времени возможны. В таком случае создание именно машины времени похоже не возможно до тех пор, пока не будет теоретически и практически разработана так называемая «теория всего» и физика кротовых нор. Предположительная реализация такой машины должна быть связана с кротовыми норами, сигнулярностью, горизонтом событий. Также есть проблемы с обратимостью кротовых нор: не понятно, можно ли будет вернуться обратно из прошлого. А если вдруг нельзя, то можно ли считать это прошлым, а не альтернативным будущим?

Даже если теория будет хорошо разработана и дойдёт дело до экспериментов, и удастся отправить в прошлое и обратно, например, какой-нибудь электрон или атом, то до путешествия человека будет оставаться еще очень и очень далеко. Например, что будет с живым человеком при прохождении горизонта событий; можно ли в кабине машины времени устроить некий «пузырь» в котором люди чувствовали бы себя нормально — это вопросы, которые пока являются уделом научной фантастики.

Вопрос с путешествиями в будущее уже давно решен положительно. Ускоренно путешествовать в будущее возможно, причем несколькими способами. Во-первых, как известно еще из Специальной Теории Относительности, для движущегося наблюдателя (или любого предмета) время замедляется, причем тем быстрее, чем больше скорость. То есть, если разогнать аппарат с человеком внутри до околосветовой скорости, то на Земле пройдет куда больше лет, чем для него. Это и есть ускоренное путешествие в будущее.

Во-вторых, как утверждает уже Общая ТО, тот же эффект замедления времени появляется в гравитационном поле. То есть, побывав недалеко от черной дыры и вернувшись, путешественник окажется в будущем.

И в-третьих, можно просто (хотя и не так просто как это звучит) залечь в анабиоз на много лет и, проснувшись, оказаться в будущем – тоже практически не постарев.

С путешествиями же в прошлое вопрос сложнее. Правильный на него ответ – скорее всего нет, но пока да. Точнее говоря, пока наука не обнаружила физических законов, которые бы жестко запрещали путешествия в прошлое. Более того, теоретически пока не опровергнута возможность существования так называемых “белых дыр” – антиподов черных дыр. Если черная дыра это область пространства из которой не ничего может вырваться, то белая дыра – область пространства в которую ничего не может проникнуть. Связь черной и белой дыры и представляет из себя ту самую червоточину (или, в другом переводе, кротовую нору), неоднократно воспетую в фантастике.

Если один конец червоточины поместить в космический корабль, движущийся со скоростью близкой к скорости света, то с точки зрения космонавта на этом корабле пройдет всего, скажем, год пока на Земле пройдут века. При этом сообщение через червоточину будет мгновенным, не ограниченным световой скоростью. Практически это означает, что вернувшись на Землю в 31 веке космонавт через червоточину может вернуться на Землю в момент через час после своего отлета. Собственно, как только его конец кротовой норы попадет на Землю 31 века, будущие земляне смогут путешествовать через нее в наш 21-й.

У этого метода есть одно важное ограничение. С его помощью невозможно путешествовать в прошлое, более раннее, чем время создания червоточины. Это, заодно, дает ответ на вопрос “ну и где же они”, то есть объясняет почему путешественники во времени не появляются среди нас. А заодно не позволяет нам надеяться на путешествия в наше прошлое. Во времена зарождения христианства или вымирания динозавров.

Однако, физикам подобного объяснения недостаточно. Их можно понять – это ограничение не позволяет нашим потомкам путешествовать в наше время, но учитывая что Вселенная очень уж велика, в ней могут быть природные червоточины, через которые во времени могли бы путешествовать природные объекты, добавляя свое гравитационное поле из будущего туда, где его в основном потоке времени не было и порождая тем самым временнЫе парадоксы.

Поэтому ученые продолжают искать причины, по которым белые дыры не могли бы существовать, или не могли бы существовать долго. Или по которым был бы невозможен переход из черной в белую дыру через червоточину. Или по которым вход и выход из червоточины не могут располагаться достаточно близко, чтобы сделать путешествие в прошлое возможным.

И я думаю, что рано или поздно найдут.

Как построить машину времени?

Сообщение о грандиозной вечеринке было обнародовано только после ее завершения. Поэтому чокнуться бокалами с ученым могли бы лишь те, кто, прочтя объявление, сумел бы вернуться во времени назад. Увы, Хокинг не без горечи констатировал, что так никого и не дождался. Даже «Хокинг из будущего» не явился и не рассказал себе самому основы заветной «Теории всего», которая могла бы увенчать грандиозное здание современной физики.

Но, может быть, ученый чего-то не договаривает? В конце концов, сегодня машинами времени занимаются не только писатели-фантасты, но и самые серьезные ученые. И принципиальных ограничений на их создание пока не найдено, а физики любят замечать: «Что не запрещено, то обязательно к исполнению». Мы назовем лишь несколько возможностей, которые позволили бы Хокингу из будущего переместиться во времени.

Хокинг набирает скорость

Классическое время Ньютона было универсальным, неизменным и однонаправленным, как течение реки или полет стрелы. Все изменилось благодаря Эйнштейну: уже в специальной теории относительности он показал, что движение времени становится то быстрее, то медленнее, в зависимости от скорости перемещения в пространстве. И если Хокинг будет лететь достаточно быстро относительно Земли, то все происходящее на ней пронесется для него будто в ускоренном кино — и он переместится в будущее.

Хокинг в поле гравитации

Из физики Эйнштейна вытекают и другие способы изменить скорость течения времени. В описании общей теории относительности оно неотделимо от пространства, представляя часть единого четырехмерного континуума. Поэтому все, что искривляет пространство, будет деформировать и время. Так действует, например, гравитация: чем она сильнее, тем медленнее движется время. Этот эффект был доказан даже прямыми измерениями, проведенными американским Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Синхронизировав пару сверхточных атомных часов, ученые немного приподняли одни из них, слегка удалив от центра тяжести Земли, и вскоре между часами обнаружились расхождения. Если бы не этот эффект, Геннадий Падалка оказался бы в будущем еще немного дальше. Зато так «молодеют» подводники: после полугода на глубине 300 м они выигрывают у нас около 500 наносекунд.

Но чтобы замедление времени было действительно ощутимо, понадобится гравитационное поле намного мощнее земного. Тут Хокинг из будущего мог бы обратить внимание на самые плотные объекты во Вселенной — например, нейтронные звезды. У их поверхности гравитация столь велика, что время здесь может течь в разы неторопливей, чем на Земле. А уж в окрестностях черных дыр его замедление будет еще заметнее. Если Стивену Хокингу довелось бы падать в одну из них, то в какой-то момент его личное время стало бы течь настолько медленнее остальной Вселенной, что перед его тускнеющими глазами пронеслась бы вся будущая история мира.

Но даже если в будущем люди научатся ускорять космические корабли до околосветовой скорости или найдут способ выжить близ черной дыры, вряд ли Стивен Хокинг мог бы навестить самого себя в прошлом и подсказать секреты «Теории всего». Все эти «старые эйнштейновские» способы позволяют перемещаться лишь вперед, а в прошлое ведут совсем другие дороги.

Хокинг описывает круги

Еще в середине прошлого века великий математик Курт Гёдель продемонстрировал решение гравитационных уравнений общей теории относительности для Вселенной, все вещество в которой вращается. Такое вращение увлекает за собой пространство-время, и если Стивен Хокинг начнет двигаться в этом крутящемся континууме, то для стороннего наблюдателя он может перемещаться быстрее скорости света, уходя все дальше в прошлое.

Криогенная машина времени

Самый очевидный способ переместиться в будущее — воспользоваться криогенной заморозкой, как это вышло у главного героя анимационного сериала «Футурама». Пока на Земле сменяются года и эпохи, ваше личное время будет ползти на холоде медленней черепахи, и, проснувшись, вы окажетесь в новом мире. Если только люди будущего сумеют вас разморозить или, например, вырастить клон вашего тела, переместив сознание вместе со всеми воспоминаниями в новый мозг.

К сожалению, Вселенная не вращается, иначе бы мы видели существенное различие в излучении, приходящем к нам из разных частей космоса. Поэтому все эти выкладки остались лишь поучительным математическим упражнением. Однако четверть века спустя после Гёделя Фрэнк Типлер показал, что того же результата можно добиться, построив массивный цилиндр бесконечной длины и вращая его вдоль оси. По мере того как скорость вращения цилиндра будет приближаться к световой, он будет все сильнее увлекать за собой окружающее пространство-время. Хокингу из будущего останется лишь облететь вокруг него, чтобы попасть в прошлое и подсказать себе основы «Теории всего». Проблема лишь в одном — создать бесконечный цилиндр, вряд ли это по силам даже Стивену Хокингу, и даже из будущего.

Впрочем, аналоги такого цилиндра могут найтись уже в готовом виде — это космические струны, существование которых было предположено в 1990-х Ричардом Готтом. Это совсем не те невероятно крошечные объекты, о которых говорится в теории струн. Наоборот, космические струны — одномерные складки пространства-времени — могут иметь длину в десятки парсек и колоссальную массу.

В кольце света Оригинальный способ закрутить пространство-время предложил в 2001 году Рональд Маллетт. По его расчетам, достаточно максимально замедлить два мощных лазерных луча и заставить их циркулировать по кругу в противоположных направлениях. В центре этого кольца «ткань космоса» будет свертываться спиралью, и, перемещаясь по ней, мы сможем двигаться во времени. Но для этого понадобится не только создать два мощных пучка лазерного излучения и закрутить их в разные стороны. Максимального эффекта можно добиться еще и замедлив свет — впрочем, делать это физики научились давно: в 2000 году, заставив свет двигаться сквозь сверххолодный бозе-эйнштейновский конденсат, они замедлили его до 1 м/с.

Гравитация такой струны должна сильно деформировать ткань космоса в своих окрестностях. И если Хокинг из будущего найдет хотя бы пару этих струн, сближающихся с околосветовой скоростью, если правильным образом облетит их, то он сможет успеть на свою вечеринку в 2009 год. Жаль только, что существование космических струн до сих пор так и не доказано.

Хокинг падает в нору

Ну а самая популярная модель машины времени появилась в середине 1980-х, с описанием «проходимых» кротовых нор. Еще задолго до этого было известно, что динамичные, деформируемые гравитацией линии пространства-времени могут перезамыкаться, образуя тоннели, связывающие самые разные его участки, далекие галактики и другие времена. Однако Вселенная таких кульбитов не любит, и, скорее всего, кротовые норы существуют лишь в мире элементарных частиц, неудержимо схлопываясь и превращаясь в черные дыры, такие же микроскопические и нестабильные.

Идея использования кротовых нор для путешествий во времени впервые пришла в голову астроному Карлу Сагану, который и поделился ею со своим коллегой Кипом Торном. Увлекшись яркой гипотезой, тот вместе со своим студентом Майком Моррисом показал, что при определенных условиях это возможно: кротовую нору можно стабилизировать, превратив в туннель, подходящий для путешествий в обе стороны. Для этого понадобится сущая мелочь — некое «экзотическое вещество», действующее против гравитации, которая стремится кротовую нору сжать и уничтожить. Вскоре нашелся и подходящий на эту роль кандидат — отрицательная энергия, которая создается в вакууме между парой параллельных пластин под действием квантовых флуктуаций (она известна в физике как сила Казимира). Правда, для создания достаточно мощного эффекта потребуется невероятное количество энергии, которое до сих пор человечеству и не снилось. Но на такие мелочи Хокинг из будущего вряд ли обратит внимание.

Кротовую нору он мог бы найти в космосе — считается, что некоторые из них могли выжить еще с диких времен молодости Вселенной — или получить искусственно, в сверхмощном ускорителе частиц. Хокингу понадобилось бы лишь вырастить ее до подходящих размеров и стабилизировать с помощью эффекта Казимира. Затем он мог бы прицепить один из входов кротовой норы к могучему космическому тягачу и перенести его в будущее одним из эйнштейновских способов — разогнав почти до скорости света или поместив поближе к нейтронной звезде. Кротовая нора сохранит накопленную разницу во времени между двумя своими входами, а Хокингу останется лишь прыгнуть внутрь, в другое время.

Впрочем, можно заметить, что путешествие в прошлое на машине времени Торна-Морриса возможно лишь до определенного момента. До того самого, когда была создана кротовая нора: один ее вход будет перемещаться в будущее быстрее второго, но в прошлое в этой модели они не удаляются.

Хокинг в стране парадоксов

За прошедшие со знаменательной вечеринки годы Стивен Хокинг высказал несколько новых замечательных идей, связанных с космологией и гравитацией, черными дырами и другими вселенными… Быть может, он действительно что-то скрывает, и на празднике в 2009 году ученый встретил самого себя из будущего и подсказал себе самому пару свежих мыслей? Здесь мы встречаем первый парадокс.

Представим, что Стивен Хокинг из будущего узнал суть «Теории всего» из публикации, скажем, в Nature, а потом отправился в прошлое и рассказал ее себе. Тогда спустя какое-то время Хокинг из наших дней сообщит о грандиозном открытии в Nature, где в будущем и прочтет о нем… Но тогда откуда взялось само открытие? Кто его совершил и как? Ведь Хокинг из будущего просто узнал о нем из журнала, а Хокинг из прошлого услышал от самого себя…

Все станет еще намного хуже, если у Стивена Хокинга из будущего случится конфликт с собой прошлым и он попытается себя убить. Кто тогда сконструирует машину времени и, переместившись в ней на вечеринку, совершит убийство? Да никто. Но тогда ученый благополучно доживет до будущего, сядет в машину времени, попадет на вечеринку и убьет самого себя в прошлом. Это настоящий король всех темпоральных парадоксов, и для разрешения его придумано несколько возможностей.

Одна из этих возможностей была сформулирована в 1990 году Игорем Новиковым в рамках известного «принципа самосогласованности». Он говорит, что нарушить естественное течение вещей во временной петле невозможно, поскольку вероятность любых событий, которые ведут к этому, быстро стремится к нулю. Иначе говоря, «что было — то уже состоялось», и все уже вписано в историю Вселенной. Даже если Хокинг из будущего решит уничтожить самого себя в прошлом, у него ничего не получится по самым разным — любым — причинам. Сама суть вещей не позволит ему совершить убийство, нарушающее законы не только человеческие, но и физические.

Другой вариант предлагает теория о существовании бесчисленных «параллельных» вселенных, в которых реализуются все возможные сценарии. Время бесконечно ветвится в каждом вероятностном событии, и все они происходят на самом деле, только в разных мирах. В некоторых из этих вселенных Стивен Хокинг лично участвует в создании машины времени и посещает свою вечеринку в 2009 году. Где-то он конфликтует с собой прошлым, а где-то подсказывает себе идею «Теории всего». Жаль, что случилось это, видимо, не в нашем мире. Или.

МирТесен

Без Космоса нет будущего!

КАК СОЗДАТЬ МАШИНУ ВРЕМЕНИ?

Сложно, но возможно
Пол Дэйвис

Многие годы путешествия во времени не вписывались в рамки серьезной науки. Тем не менее эта тема стала чем – то вроде побочного занятия для физиков-теоретиков. Размышления о путешествиях во времени приводят к довольно забавным и в то же время весьма глубокомысленным выводам. Например, сущность единой теории физики, основанной на понимании связи между причиной и следствием, придется серьезно пересмотреть, если свободное перемещение во времени хотя бы в принципе возможно.

Наиболее полное понятие о времени дает нам теория относительности Эйнштейна. До ее возникновения время считалось универсальным и абсолютным, одинаковым для каждого на- блюдателя независимо от его физического состояния. В своей специальной теории относительности Эйнштейн выдвинул предположение, что значение интервала времени, измеряемого между двумя событиями, зависит от того, каким образом движется наблюдатель. Иными словами, два наблюдателя, движущихся по-разному, отметят различную продолжительность интервалов между одними и теми же двумя событиями.

Подобные явления часто называют “парадоксом близнецов”.

Сдвиг во времени

Эффект растяжения времени возникает всякий раз, когда один наблюдатель движется относительно другого. В повседневной жизни мы не замечаем искажений времени, поскольку они проявляются лишь при околосветовых скоростях. Даже скорость самолетов настолько мала, что растяжение времени за обычный авиаперелет составляет лишь несколько наносекунд. Что и говорить, масштабы далеко не уэллсовские. Тем не менее атомные часы достаточно точны, чтобы зарегистрировать этот временной сдвиг и доказать, что время при движении растягивается. Итак, путешествие в будущее, пусть даже в очень близкое будущее, – подтвержденный факт.

Чтобы пронаблюдать действительно заметные искажения времени, нам придется заглянуть за пределы повседневного опыта. В больших ускорителях элементарные частицы могут быть разогнаны до скоростей, близких к скорости света. Некоторые из частиц, такие как мюоны, обладают “встроенными часами”, ибо имеют определенный период полураспада. Наблюдения показывают, что в соответствии с теорией Эйнштейна мюоны, движущиеся в ускорителе с высокой скоростью, распадаются медленнее. Для неподвижного наблюдателя заметные временные искажения испытывают и частицы космических лучей. Скорость движения этих частиц настолько близка к скорости света, что с их “точки зрения” они пересекают галактику за считанные минуты, хотя в земной системе отсчета это занимает десятки тысяч лет. Если бы не проявлялось растяжение времени, подобные частицы никогда не достигли бы Земли.

Скорость – один из способов перенестись в будущее. Другой способ – гравитация. В общей теории относительности Эйнштейн показал, что гравитация замедляет ход времени. Часы на крыше идут немного быстрее, чем часы в подвале, которые находятся ближе к центру Земли и поэтому сильнее испытывают влияние ее поля тяготения. Аналогично часы в космосе идут быстрее, чем на Земле. Наблюдаемые отклонения очень незначительны, однако они были зафиксированы высокоточными часами. Эти искажения времени были учтены при создании Глобальной системы позиционирования (GPS), иначе моряки, таксисты и крылатые ракеты постоянно сбивались бы с курса.

Гравитация нейтронных звезд настолько велика, что время на их поверхности замедляется примерно на 30% по сравнению со временем на Земле. События, происходящие на Земле и наблюдаемые с одной из таких звезд, будут похожи на ускоренное видео. Черные дыры представляют предельный вариант искажения времени: на их поверхности время неподвижно застыло для внешнего наблюдателя. Это значит, что за то короткое время, которое наблюдатель затратит на падение на поверхность черной дыры, во всей остальной Вселенной пройдет целая вечность. Поэтому для стороннего наблюдателя область внутри черной дыры находится за пределами конца времен. Если бы некий космонавт сумел приблизиться к черной дыре на малое расстояние, а затем вернуться живым и невредимым, – несомненно, фантастичный и к тому же безрассудный проект, – то он смог бы оказаться в далеком будущем.

Голова идет кругом

До сих пор речь шла о перемещении в будущее. А как насчет путешествия в прошлое? Здесь все гораздо сложнее. В 1948 г. Курт Гедель (Kurt Gaedel) нашел решение для составленных Эйнштейном уравнений гравитационного поля, описывающих вращающуюся Вселенную. Путешествуя в пространстве такой Вселенной, космонавт может достичь своего прошлого. Это происходит вследствие воздействия поля тяготения на электромагнитные волны. В такой Вселенной свет (и, соответственно, причинно-следственная связь между объектами) будет вовлечен во вращательное движение, что позволит материальным объектам описывать траектории, замкнутые не только в пространстве, но и во времени. Пожав плечами, решение Геделя отложили в сторону как математический парадокс – в конце концов, нет свидетельств того, что вся наша Вселенная вращается. Тем не менее полученный Геделем результат показал, что теория относительности не исключает перемещения назад во времени. Более того, сам Эйнштейн был озадачен этим фактом.

А наиболее правдоподобный сценарий машины времени появился в середине 80-х гг. прошлого века. Он основан на концепции пространственно-временного туннеля.

В научной фантастике пространственно-временные туннели часто называются звездными вратами; они представляют кратчайший путь между двумя далеко разнесенными в пространстве точками. Войдя в гипотетический пространственно-временной туннель, вы можете через несколько мгновений выйти из него на другом конце галактики. Звездные врата действительно вписываются в общую теорию относительности, согласно которой тяготение искажает не только время, но и пространство. Эта теория позволяет провести аналогию с объездной дорогой и туннелем, соединяющими две точки пространства. Математики называют такое пространство многосвязанным. Так же как туннель сквозь горный хребет обычно короче объездной дороги, так и пространственно-временной туннель может быть короче пути в обычном пространстве.

Фантастический пространственно-временной туннель описан в романе Карла Сагана “Контакт”, вышедшем в свет в 1985 г. Вдохновленный Саганом, Кип С. Торн (Kip S. Thorne) и его сотрудники из Калифорнийского технологического института решили выяснить, не противоречит ли идея звездных врат законам современной физики. Отправной точкой их исследований стало предположение о том, что пространственно-временной туннель должен быть схож с черной дырой, являясь телом с чудовищной силой тяготения. Однако в отличие от черной дыры, которая предлагает безвозвратно отправиться в никуда, звездные врата должны иметь не только вход, но и выход.

В петле

Чтобы пространственно-временной туннель был проходимым, он должен содержать, говоря словами Торна, экзотическую материю. Это должно быть нечто, создающее антигравитационное поле и тем самым препятствующее превращению массивной системы в черную дыру под действием собственной гигантской массы. Источником антигравитации, или гравитационного отталкивания, может стать отрицательная энергия. Как известно, отрицательные энергетические состояния присущи некоторым квантовым системам. Это наводит на мысль, что существование торновской экзотической материи не противоречит законам физики. Тем не менее пока неизвестно, удастся ли создать достаточное количество антигравитационного вещества для стабилизации туннеля.

Вскоре Торн и его коллеги осознали, что в случае создания стабильного пространственно-временного туннеля он может быть использован как машина времени: пройдя через такой туннель, можно будет оказаться не только в другой точке Вселенной, но и в другой точке времени – в прошлом или в будущем.

Чтобы приспособить туннель для путешествий во времени, необходимо один из его входов отбуксировать на достаточно близкое расстояние к поверхности нейтронной звезды. Тяготение звезды замедлит время вблизи этого входа в туннель, поэтому разница во времени между двумя входами будет накапливаться. Если затем поместить оба входа в соответствующем месте пространства, разница во времени между ними останется зафиксированной.

Самой большой проблемой при создании туннельной машины времени является построение пространственно-временного туннеля. Возможно, наше пространство пронизано такими туннелями еще со времени Большого взрыва. В таком случае высокоразвитая цивилизация могла бы воспользоваться одним из них. Пространственно-временные туннели могут также возникать в микроскопических масштабах и иметь размеры порядка атомного ядра. В принципе такой туннель может быть стабилизирован энергетическим импульсом и затем как-нибудь растянут до приемлемых размеров.

Источник