Учёный Роджер Пенроуз описал это сложное явление как гипотезу космической цензуры. Сингулярности, возникающие в результате гравитационного коллапса, формируются в таких экзотических местах, как черные дыры, в которых они надежно укрыты от глаз посторонних наблюдателей.
Начнем ли мы когда-нибудь путешествовать во времени: теории великих ученых
Несомненно, многие мечтают изменить какое-либо событие своего прошлого или заглянуть в будущее. Тем не менее, ни один человек не показал реальных примеров такого рода временных путешествий, которые часто демонстрируются в научной фантастике. Однако, различные теории учёных предлагают взглянуть на ситуацию под другим углом. Так возможно ли путешествовать во времени на самом деле?
В 1905 году Альберт Эйнштейн представил свою специальную теорию относительности, которая стала одним из краеугольных камней современной физики. Эта теория подробно объясняет связь между пространством и временем для объектов, движущихся с постоянной скоростью по прямой.
Основные положения данной теории довольно просты. Во-первых, все параметры измеряются относительно чего-то другого, то есть нет абсолютной системы отсчета. Во-вторых, скорость света является постоянной величиной. Она остается неизменной независимо от обстоятельств. В-третьих, ничто не может двигаться быстрее света.
На основе этих интуитивно понятных принципов может быть построено реальное путешествие во времени. Для наблюдателя, находящегося на космическом корабле и движущегося с высокой скоростью, время будет течь медленнее, а сам корабль должен будет сокращаться в размерах в направлении движения. Это происходит для компенсации эффектов от движения и сохранения принципа относительности.
Значимый пример такого эффекта можно увидеть на примере жизни астронавтов. Скотт Келли провел 520 дней на орбите, тогда как его брат Марк Келли побывал в космосе всего 54 дня. Разница в скорости, с которой они испытывали течение времени в своей жизни, на самом деле привела к увеличению разрыва в возрасте между двумя братьями. «Итак, если раньше я был старше его всего на 6 минут, то теперь я старше на 6 минут и 5 миллисекунд», — поделился своими наблюдениями Марк Келли на дискуссии 12 июля 2020 года.
Общая, специальная теории относительности и GPS
Глобальная система позиционирования (GPS) предоставляет возможность точно определить наше местоположение благодаря множеству спутников, находящихся на высокой околоземной орбите. Спутники вращаются вокруг Земли на высоте 20 100 километров, двигаясь со скоростью 14 000 км/ч.
Согласно специальной теории относительности, чем быстрее объект движется относительно другого объекта, тем медленнее первый объект ощущает течение времени. По данным Американского физического общества Physics Central, из-за этого эффекта атомные часы на спутниках GPS теряют 7 микросекунд, что составляет 7 миллионных долей секунды, каждый день.
Кроме того, согласно общей теории относительности, часы, расположенные ближе к центру массивных гравитационных тел, таких как Земля, идут медленнее, чем часы, находящиеся на более далеком расстоянии. Поэтому, поскольку спутники GPS расположены значительно дальше от центра Земли по сравнению с часами на поверхности планеты, это добавляет еще 45 микросекунд к времени их показания ежедневно. Таким образом, учитывая отрицательные 7 микросекунд от специальной теории относительности, чистый результат составляет добавленные 38 микросекунд. Это значит, что для обеспечения необходимой точности при определении времени инженеры должны учитывать дополнительные 38 микросекунд для каждого спутника в день.
Возможно ли путешествия в будущее
Как объясняет известный профессор физики и математики Брайан Грин в своем информативном видеоролике для Tech Insider, на самом деле путешествия в будущее теоретически возможны, но, к сожалению, современные технологии не позволяют реализовать эту идею. Еще сто лет назад Альберт Эйнштейн пришел к выводу, согласно которому, если человек, предположим, полетит от Земли с высокими скоростями, близкими к скорости света, а затем вернется обратно, то он окажется в будущем. В своей общей теории относительности он также показал, что если оставаться вблизи мощного источника гравитации – например, нейтронной звезды или черной дыры – и приблизиться к краю этого объекта, то для наблюдателя время будет замедляться очень медленно по сравнению с остальным миром. Таким образом, по возвращении на Землю, он сможет обнаружить, что время прошло намного быстрее, и он оказался в далеком будущем. С точки зрения физики, это вполне правдоподобное положение, но как обстоят дела с путешествиями в прошлое?
На нашем канале на Яндекс.Дзен вы можете ознакомиться с множеством статей, которых нет на сайте. Подписывайтесь, чтобы быть в курсе самых интересных новостей!
Самое узкое место червоточины или мост Эйнштейна-Розена
Путешествия в прошлое и будущее
Долгое время физики ведут горячие споры о возможности перемещения в прошлое. Эти разногласия возникли, как вы, вероятно, уже догадались, из-за мнения ряда ученых о том, что это невозможно. Тем не менее, существует и другая точка зрения, которая вызывает большой интерес. Так, путешествия во времени сквозь червоточину (иногда называемую кротовой норой) считаются одной из центральных гипотез.
Червоточина – это гипотетически существующая область в пространстве-времени, представляющая из себя своего рода «туннель», соединяющий различные точки в пространстве и времени.
В 1935 году Альберт Эйнштейн в соавторстве с математиком Натаном Розеном предложили идею о существовании непроходимой червоточины, соединяющей две практически идентичные плоские области пространства-времени, формируя тем самым «мост». Современные физики рассматривают самое узкое место этого моста Эйнштейна-Розена как горизонт событий черной дыры. Считается, что между правой и левой частью этого горизонта находится особая динамическая зона, которую нельзя преодолеть без риска попасть в нору.
Горизонт событий черной дыры – это область в пространстве-времени, которая можно рассматривать как своеобразную космическую тюрьму, где выйти на свободу невозможно, даже фотонам света.
Если говорить простыми словами, это своего рода мост, позволяющий перемещаться из одной точки пространства в другую, сокращая при этом расстояние во Вселенной. Однако возникает вопрос: что случится, если преодолеть эту не статичную область? Физики предполагают, что, пройдя через мост Эйнштейна-Розена, можно будет переместиться не только в пространстве, но и во времени. Выбирая направление — направо или налево, вы окажетесь в прошлом или будущем. Или же наоборот.
Физические принципы перемещения в прошлое
Чтобы вернуться в прошлое, можно воспользоваться верным методом: перемещаясь в будущее как можно дальше, дождаться момента, пока человечество изобретет машину времени и затем вернуться назад в прошлое, чтобы воспользоваться ей.
Что значит «вернуться в прошлое» или «возвратить прошлое»? Рассмотрим простую двумерную систему, состоящую из двух материальных точек: А и В (см. рис.1). В момент времени t1 (рис.1) точки размещены в данных координатах. В момент времени t2 точки перемещаются в другие координаты (рис.2). В момент времени t3 (рис.3) точки возвращаются в свои исходные координаты, как в момент времени t1. Чтобы отличить состояния системы в моментах t1 и t3 невозможно, поскольку в системе нет никакого показателя времени (только две материальные точки). Следовательно, можно утверждать, что система вернулась в прошлое, а момент времени t3 – это прошлое по отношению к моменту времени t2. Таким образом, возвращение в прошлое заключается в восстановлении всех точек системы в начальное положение (т.е. полное восстановление системы в её первоначальное состояние).
Это проще объяснить, если использовать систему, где находится человек (экспериментатор) и часы. Снаружи есть наблюдатель со своими часами. Пусть в момент времени t1 часы обоих — наблюдателя и экспериментатора показывают 12:00. В момент времени t2 часы показывают 12:01. В момент времени t3 часы наблюдателя продолжают идти вперёд и отображают 12:02. Система, состоящая из экспериментатора и его часов, приводится в состояние как в t1 — т.е. тело и разум экспериментатора приводятся в состояние, аналогичное t1, и его часы корректируются до 12:00. Наблюдатель видит, что физический процесс прошел назад, но время для него продолжается вперед, поскольку его часы продолжают идти. По ним он отсчитывает время, и его разум подсказывает, что у экспериментатора сначала было время 12:00, затем 12:01, и только ПОСЛЕ этого снова 12:00, то есть последовательность событий движется в будущее. Однако для экспериментатора, в момент приведенного его времени, не возникнет момента времени t3, т.к. при восстановлении его тела, разума и часов в состояние, соответствующее t1, он не будет знать о моменте времени t2, так как в момент времени t1 его не существовало. Таким образом, для экспериментатора его время по сути идет назад.
Это похоже на ситуацию с СТО: для экспериментатора, который движется с околосветовой скоростью, время у неподвижного наблюдателя замедляется, но для самого экспериментатора время у наблюдателя ускоряется. Так и здесь: все зависит от того, на какой стороне системы мы находимся. Итак, перемещение назад во времени — это просто восстановление всех материальных точек в их исходное состояние. Эти выводы показывают, что концепция «времени» гораздо проще, чем предполагают некоторые теоретики. Время проявляется как движение любой материи: нет движения — нет времени. А если движение происходит обратно, это эквивалентно возврату в прошлое.
А что если только часть материи вернётся в исходное положение? Вернемся к нашим материальным точкам. Рассмотрим рис.4, где показан другой вариант событий во времени t3: точка А вернулась в исходное положение, в то время как точка В — нет. Здесь t3 отлично отличается от t1, и уже не возможно утверждать, что между t1 и t3 никаких различий не существует. Здесь во всем наблюдаемом состоянии системы t1
А существует ли прошлое, настоящее и будущее?
Давайте усложним систему, добавив движение точек. Допустим, они движутся хаотично и перемещаются следующим образом:
2. А (10;15) В (13;18)
1-9 — это моменты времени по внешним часам, которые идут вперёд.
Можно заметить, что в момент времени 4 (по внешним часам) и 7 точки расположены так же, как в момент 1, что означает два возврата в прошлое. Кроме того, моменты 3 и 8 идентичны, как и 6 и 9 — в этих случаях точки также принимают свои прошлые позиции (т.е. возвращаются назад во времени). Таким образом, простая система из двух точек вообще может не иметь четкого направления времени (хотя ход времени все равно имеет место). Более сложные системы, которые всегда движутся направленно и развиваются, почти всегда имеют определённое направление времени.
Теперь обратимся к значению внешних часов. Главным движением в них является вращение стрелок (признаки износа механизма и т.д. не рассматриваем, так как для нас они незаметны). Часто часы могут находиться в одном и том же положении (например, 12:00), и в результате это можно было бы рассматривать как возврат в прошлое. На самом деле по часам, мы можем определить лишь время суток (с учетом, что на циферблате — 12 часов, а в сутках их 24), но ни дня недели, ни месяца года. Если бы у нас не было календаря и других внешних сигналов, между показаниями часов 12:00 сегодня и 12:00 вчера не существовало бы очевидных различий. Это становится ясным, если вы посидите в комнате, изолированной от внешних раздражителей. Зафиксировав время 12:00, вы откладываете часы и какое-то время не смотрите на них. Затем взглянув на них снова, видите, что, например, сейчас 11:00. Какие у вас есть гарантии, что стрелки часов не двигались назад на час или не перепрыгнули на 11:00 и не остановились? Логика помогает нам понять это, но дать однозначный ответ невозможно (ведь можно создать часы, которые будут произвольно двигать стрелки назад или перепрыгивать). Аналогично, идящие часы не могут служить признаком продвижения времени вперед, если отсутствуют другие внешние факторы.
Если рассматривать понятие времени с таких позиций, можно сказать, что не существует четкой градации на «прошлое», «настоящее» и «будущее». Это утверждение применимо только для простых систем. В более сложных системах возврат в исходное положение практически никогда не наблюдается, поэтому стрелка времени всегда проявляется явным образом.
Парадоксы путешествия во времени
Временной парадокс представляет собой мысленный эксперимент, связанный с путешествиями во времени, во время которого путешественник совершает действия в прошлом, приводящие к противоречиям в причинно-следственных связях.
Наиболее известный временной парадокс — это парадокс убитого дедушки. Если переместиться в прошлое и убить дедушку до того, как он встретит бабушку, то в этом случае не сможет родиться один из родителей, следовательно, и сам путешественник. Однако, если он не родится, он не сможет вернуться в прошлое и убить дедушку, что приводит к тому, что он оказывается жив. Это создает основания для двух гипотез:
- Гипотеза о защите временной линии: если в еду дедушки подсыпать яд, он никогда не сможет его съесть. Если же к голове приставить пистолет, при нажатии на спусковой крючок ничего не произойдет.
- Множественная гипотеза вселенных: в результате убийства дедушки в прошлом, в настоящем создается временная шкала, в которой путешественник никогда не существовал. В результате появляется параллельная вселенная.
На сегодняшний день ученые продолжают проводить исследования по вопросу путешествий во времени, стремясь найти окончательные ответы на него. Возможно, мы получим эти ответы в ближайшие десять лет, а пока важно продолжать изучение имеющихся данных.
Что почитать?
- Джеймс Глик — «Путешествия во времени. История»
- Гарднер Мартин — «Путешествие во времени»
- Митио Каку — «Физика невозможного»
- Красников С. В. — «Некоторые вопросы причинности в ОТО: машины времени и сверхсветовые перемещения»
- Стивен Хокинг — «Мир в ореховой скорлупке»
- Нил Деграсс Тайсон — «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности»
- Баландин Р. — «Эйнштейн убивает время. Абсолютна ли теория относительности?»
- Альберт Эйнштейн — «Бог не играет в кости. Моя теория относительности»
- «Путешествие во времени и теория относительности. Новые Тайны Вселенной» — Discovery
- «Машина времени» — BBC
- «Настоящий гений со Стивеном Хокингом: Возможно ли путешествие во времени?» — National Geographic
- «Космос: пространство и время» — National Geographic
- «Космос: персональное путешествие» — National Geographic
- «Интерстеллар» — режиссёр Кристофер Нолан
Парадокс на парадоксе
Путешествия во времени всегда привносят элементы запутанности. Даже простой скачок в прошлое вызывает возникновение таких эффектов, как эффект бабочки или парадокс дедушки — в зависимости от структуры времени. Однако на этом приеме можно построить значительно более сложные комбинации: например, прыгать в прошлое не один раз, а множество раз подряд. Это создает стабильную временную петлю, напоминающую концепцию «дня сурка».
— У вас когда-нибудь было дежа-вю?
— Ты что, уже спрашивала меня об этом?
Фильмы, похожие на «День сурка»
Обзор фильмов о временных петлях — многократном повторении одних и тех же событий. Обзор фильмов о временных петлях — многократном повторении одних и тех же событий. Обзор фильмов о.
Такие петли могут охватывать один день или несколько — главное, чтобы всё завершалось возвратом ко всем изменениям и перемещением в прошлое. Если мы имеем дело с линейным и неизменным временем, подобные петли возникают из-за причинно-следственных парадоксов: герой получает записку, отправляется в прошлое, пишет эту записку и отправляет ее себе… Если же время каждый раз переписывается или создаёт параллельные миры, это становится идеальной ловушкой: человек бесконечно переживает одни и те же события, но любые изменения в итоге возвращают его на исходную позицию.
Чаще всего такие сюжеты исследуют попытки разгадать причину временной петли и освободиться от нее. Порой мотивы петли основываются на эмоциях или трагических историях персонажей — особенно это актуально в аниме (например, «Девочка-волшебница Мадока», «Меланхолия Харухи Судзумии», «Когда плачут цикады»).
Тем не менее, у «дней сурка» есть очевидное преимущество: благодаря бесконечным попыткам, герой может в конечном итоге добиться успеха в любом начинании. Не зря Доктор Кто, попав в такую ловушку, вспоминал легенду о птичке, которая за тысячи лет стачивала каменную скалу, а его товарищ Стивен Стрэндж умудрился в процессе своих переговоров довести внеземного демона до белого каления! В таком контексте разорвать петлю можно не только за счёт каких-то выдающихся подвигов, но и простым упорством. Так было и с героем «Дня сурка».
В «Грани будущего» инопланетяне используют временные петли как оружие — чтобы точно рассчитать идеальную стратегию боя.
Интригующий и ироничный боевик с элементами оригинальности — такие, увы, большая редкость в наши дни.
Еще один способ сделать путешествия во времени более интересными — использование изменения скорости. Если можно перемотать несколько лет, чтобы попасть в прошлое или будущее, не стоит ли также попробовать остановить время на момент паузы?
Как показал ещё Герберт Уэллс в своем рассказе «Новейший ускоритель», даже замедление времени для всех, кроме себя, — это мощнейший инструмент. Об остановке времени можно лишь мечтать. Это позволяет прокрасться куда угодно без лишнего шума или выиграть дуэль, не раскрывая своих намерений. А в веб-сериале «Червь» один супергерой смог бы замораживать объекты во времени. С помощью этого приемчика можно было бы пустить под откос поезд, остановив его на пути обычным листком бумаги, ведь замороженный во времени предмет не сможет изменить свою позицию!
Замороженные во времени противники — это действительно удобно. В шутере «Quantum Break» игрок сам может испытать это на себе.
Скорость можно изменить и в отрицательном направлении, провернув знакомые читателям Стругацких контрамоты — существ, которые живут в обратную сторону. Это возможно только в мирах, где проявляется Б-теория: вся временная ось уже предопределена, и вопрос заключается лишь в порядке восприятия этой оси. Чтобы еще больше запутать сюжет, можно запустить двух путешественников во времени в разных направлениях. Это произошло с Доктором и Ривер Сонг в сериале «Доктор Кто»: они прыгали по эпохам туда и обратно, но первая (для Доктора) встреча с Ривер была для неё последней, вторая — предпоследней и так далее. Для предотвращения парадоксов ей приходилось следить, чтобы accidentally не спойлерить Доктору его будущее. Хотя впоследствии порядок их встреч стал настоящей кашей, но Докторам редко бывает непривычно!
Миры с постоянным временем порождают не только контрамоты: нередко в фантастических произведениях появляются существа, способные одновременно воспринимать все точки своего жизненного пути. Трафальмадорцы из «Бойни номер пять» Курта Воннегута смотрят на любые несчастья с философским смирением: для них даже смерть — лишь одна из многочисленных составляющих общей картины. Доктор Манхэттен из «Хранителей», имея аналогичное восприятие времени, оказывается отдалённым от людей и становится фаталистом. Абраксас из «Бесконечного путешествия» регулярно запутывался в грамматике, пытаясь понять, какое событие уже произошло, а какое произойдет завтра. А инопланетяне из рассказа Теда Чана «История твоей жизни» разработалиальный язык, который позволил всем его изучившим одновременно видеть прошлое, настоящее и будущее.
Фильм «Прибытие», снятый по мотивам рассказа «История твоей жизни», начинается с флешбеков… Или, возможно, нет?
