Мысль о том, что мы могли бы вернуться назад во времени, дабы изменить прошлое, стала одним из любимых приемов в фильмах, литературе и телесериалах. «Гарри Поттер», «Назад в будущее», «День Сурка» и многие другие фильмы обещали нам возможность сделать повторный выбор в своем прошлом. Для большинства людей такая возможность будет оставаться фантастической, потому что все законы физики указывают на то, что движение вперед во времени — это неизбежно и необходимо. В философии даже возник парадокс, подчеркивающий абсурдность такой возможности: если бы путешествия назад во времени были возможны, вы могли бы отправиться назад во времени и убить своего дедушку до того, как ваши родители вообще встретились, тем самым устранив возможность своего собственного существования. Долгое время считалось, что пути обратно нет. Но благодаря прелюбопытнейшим свойствам пространства и времени в общей теории относительности Эйнштейна, путешествие назад во времени может стать возможным, считает физик Итан Зигель.
Иллюстрация ранней Вселенной, состоящей из квантовой пены, в которой квантовые флуктуации проявляются на мельчайших масштабах. Положительные и отрицательные флуктуации энергии могут создавать крошечные квантовые червоточины
Начнем с физической идеи червоточины. В известной нам Вселенной в мельчайших масштабах на ткани пространства-времени проявляются крошечные квантовые флуктуации. Сюда входят энергетические флуктуации в положительных и отрицательных направлениях, зачастую происходящие очень близко друг к другу. Сильная, плотная, положительная флуктуация энергии может создавать определенным образом изогнутое пространство, а сильная, плотная, отрицательная флуктуация энергии будет искривлять пространство противоположным образом. Если соединить два этих региона кривизны, вы получите — ненадолго — квантовую червоточину. Если червоточины проживет достаточно долго, вы можете попробовать провести через нее частицу, так что она мгновенно исчезнет в одном месте пространства-времени и появится в другом.
Точный математический график лоренцевой червоточины. Если один конец червоточины построен из положительной массы/энергии, а другой из отрицательной массы/энергии, червоточина станет проходимой
Чтобы масштабировать все это, например, и позволить пройти через червоточину человеку, потребуется кое-что сделать. Хотя все известные частицы в нашей Вселенной обладают положительной энергией и либо положительной, либо нулевой массой, возможно существование частиц с отрицательной массой и энергией в рамках ОТО. Конечно, мы их пока не нашли, но если верить физикам-теоретикам, нет ничего, что исключало бы возможность их существования.
Если вещество с отрицательной массой и энергией существует, создание сверхмассивной черной дыры и ее аналога с отрицательной массой и энергией, а затем последующее их соединение позволит создать проходимую червоточину. Независимо от того, как далеко вы разводите два этих совмещенных объекта, если у них имеется достаточно массы и энергии — как положительных, так и отрицательных — мгновенная связь сохранится. Все это замечательно подходит для мгновенных путешествий через пространство. Но как насчет времени? И вот здесь-то в игру вступают законы специальной теории относительности.
Согласно закону специальной теории относительности, стационарные и движущиеся части стареют с разной скоростью
Если вы путешествуете близко к скорости света, вы испытываете явление, известное как замедление времени. Ваше движение в пространстве и движение во времени связаны скоростью света: чем быстрее вы движетесь через пространство, тем медленнее — через время. Представьте, что у вас есть пункт назначения в 40 световых годах отсюда, а вы можете двигаться с невероятной скоростью: свыше 99,9% скорости света. Если вы сядете в корабль, отправитесь к звезде почти на скорости света, затем остановитесь, развернетесь и вернетесь на Землю, обнаружится нечто странное.
Из-за замедления времени и сокращения длины, вы можете добраться до места назначения всего за год, а затем вернуться еще через год. Но на Земле пройдет 82 года. Все, кого вы знали, сильно постареют. Именно так с точки зрения физики возможны путешествия во времени: вы отправляетесь в будущее, и путешествие во времени будет зависеть только от вашего движения в пространстве.
Возможны ли путешествия во времени? Имея достаточно большую червоточину, например, созданную двумя сверхмассивными черными дырами (положительных и отрицательных масс и энергий), мы могли бы попытаться
Если же вы построите червоточину вроде той, что мы описали выше, история изменится. Представьте, что один конец червоточины будет недвижим, например, где-нибудь рядом с Землей, а другой будет путешествовать на скорости, близкой к световой. После года быстрого движения одного из концов червоточины, вы через нее проходите. Что происходит дальше?
Что ж, год будет для всех разным, особенно если все будут двигаться во времени и пространстве по-разному. Если мы говорим о тех же скоростях, что и раньше, «движущийся» конец червоточины постареет на 40 лет, но «спокойный» конец — всего на 1 год. Встаньте в релятивистский конец червоточины и попадете на Землю только через год после создания червоточины, а вы сами постареете на 40 лет.
Если 40 лет назад кто-то создал такую пару запутанных червоточин и отправил их в подобное путешествие, можно было бы шагнуть в одну из таких сегодня, в 2017 году, и отправиться в 1978 год. Единственная проблема заключается в том, что вы сами тоже не могли быть в этом месте в 1978 году; вам нужно было быть с одним из концов червоточины или же путешествовать через космос, чтобы догнать ее.
Варп-путешествие в представлении NASA. Если создать червоточину между двумя точками пространства, чтобы одна нора двигалась релятивистски относительно другой, проходящие через нее наблюдатели старели бы по-разному
И кстати, такая форма путешествия во времени также запрещает парадокс дедушки! Даже если бы червоточина была создана до того, как были зачаты ваши родители, вы никаким образом не могли бы появиться на другом конце червоточины достаточно рано, чтобы вернуться обратно во времени и найти своего дедушку до этого важнейшего момента. В лучшем случае вы могли бы взять своих новорожденных отца и мать на корабль, догнать другой конец червоточины, дать им повзрослеть, постареть, зачать вас и затем отправиться самостоятельно по червоточине обратно. Тогда вы встретите дедушку в расцвете сил, но технически это будет происходить уже в то время, когда родились ваши родители.
Вселенная дает волю самым необычным вещам. Особенно если отрицательная масса и энергия действительно существует во Вселенной и их можно контролировать. Но путешествие обратно во времени — это что-то совершенно из ряда вон выходящее. Из-за странностей как специальной, так и общей теории относительности путешествие во времени в прошлое может быть возможным не только в фантастике.