Возможно ли путешествие в прошлое? – что говорят специальная и общая теории относительности
В теории перемещение назад реально. И для этого вовсе не нужна машина времени.
А если смотреть на вопрос с философской точки зрения, есть несколько парадоксов, которые, кажется, указывают на абсурдность этой идеи. Например, один из них гласит: если бы путешествие назад во времени было возможно, вы могли бы вернуться и убить своего биологического деда до того, как ваши родители были зачаты. Что, в свою очередь, сделало бы невозможным ваше собственное существование.
Так называемый парадокс убитого дедушки. Долгое время казалось, что пути назад нет. Но благодаря некоторым интересным свойствам пространства и времени в общей теории относительности Эйнштейна путешествие во времени все-таки возможно.
Иллюстрация ранней Вселенной, состоящей из квантовой пены, где квантовые флуктуации велики, разнообразны и важны в малых масштабах. Положительные и отрицательные флуктуации энергии могут создавать крошечные квантовые кротовые норы.
NASA / CXC / M.Weiss
Начнем с физической идеи червоточины. В известной части нашей Вселенной в мельчайших масштабах материи пространства-времени есть крошечные квантовые флуктуации – колебания. К ним относятся колебания энергии как в положительном, так и в отрицательном направлении, расположенные близко друг к другу. Очень сильная плотная положительная флуктуация энергии определенным образом создала бы искривленное пространство.
В это же время сильная плотная отрицательная флуктуация энергии искривила бы пространство прямо противоположным образом. Если бы вы соединили эти два кривых пространства вместе, вы могли бы получить квантовую кротовую нору, но лишь на короткое мгновение.
Если бы червоточина просуществовала гораздо дольше, вы бы даже могли транспортировать через нее частицу, позволяя ей мгновенно исчезнуть из одного места в пространстве-времени и появиться в другом.
Точный математический график лоренцевой кротовой норы. Если один конец червоточины построен из положительной массы/энергии, а другой – из отрицательной, червоточина может стать проходимой.
Изображение: Wikimedia
Однако если бы мы захотели увеличить червоточину, чтобы через нее смог пройти человек, это потребовало бы некоторых усилий. Несмотря на то что каждая известная частица в нашей Вселенной имеет положительную энергию и положительную/нулевую массу, в рамках общей теории относительности вполне возможно найти частицы с отрицательной массой и энергией. И хотя ученым еще не удалось их обнаружить, по всем правилам теоретической физики, это все еще возможно.
Если эта материя с отрицательной массой и энергией существует, то создание сверхмассивной черной дыры и ее двойника с отрицательной массой/энергией, а также их последующее соединение должно позволить сотворить проходимую червоточину.
Независимо от того, как далеко вы расположите эти два связанных объекта относительно друг друга, – если бы у них было достаточно массы/энергии (как положительного, так и отрицательного типа), – эта мгновенная связь все равно бы осталась. Все это хорошо подходит для мгновенного путешествия в космос.
А как насчет времени? На этом этапе в игру вступают законы специальной теории относительности.
Для наблюдателей, движущихся с разной относительной скоростью, будет казаться, что «световые часы» работают по-разному, но это связано с постоянством скорости света. Специальная теория относительности Эйнштейна определяет, как происходят эти преобразования времени и расстояния, но это означает, что стационарная и движущаяся части стареют с разной скоростью.
https://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/Special_relativity_clocks_rods/
Если вы будете путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, вы испытаете явление, известное как замедление времени. Дело в том, что ваше движение в пространстве и ваше движение во времени связаны скоростью света: чем быстрее ваше движение в пространстве, тем медленнее движение во времени.
Представьте, что ваш пункт назначения находится в 40 световых годах от вас, а вы можете передвигаться с невероятно высокой скоростью – более 99,9% скорости света. Если вы сядете в космический корабль и полетите со скоростью, близкой к скорости света, и, почти долетев до финиша, остановитесь, развернетесь и вернетесь на Землю, вы обнаружите что-то странное.
Из-за замедления времени и сокращения длины вы можете добраться до пункта назначения всего за год и через год вернуться обратно. Но вот загвоздка: за этот период на Земле уже пройдет 82 года. И все, кого вы знаете, изменятся до неузнаваемости. Это стандартный способ физического путешествия во времени: он переносит вас в будущее, причем величина путешествия во времени зависит только от вашего движения в пространстве.
Wikimedia
Возможно ли путешествие во времени? Вполне. С достаточно большой червоточиной, которая была бы создана сверхмассивной черной дырой и соединена с собственной копией с отрицательной массой и энергией.
Но если вам удастся построить описанную выше червоточину, история изменится. Представим, что один конец червоточины останется почти неподвижным и будет расположен близко к Земле, а другой отправится в релятивистское путешествие, близкое к скорости света. Что будет, если вы войдете в быстро движущийся конец червоточины после того, как она пробудет в движении около года?
Что ж, год одинаков далеко не для всех из нас, особенно если мы по-разному перемещаемся во времени и пространстве! Если говорить о тех же скоростях, что и раньше, то «движущийся» конец червоточины постарел бы на 40 лет, а «обездвиженный» состарился бы лишь на год. Шагните в релятивистский конец червоточины, и вы вернетесь на Землю всего через год после того, как была создана червоточина. Хотя ваш путь мог занять 40 лет.
Приближение к скорости света приведет к тому, что время будет течь иначе для путешественника и человека, который остается в неизменной системе отсчета.
Если бы 40 лет назад кто-то создал такую пару запутанных червоточин и отправил их в путь, можно было бы войти в одну из них сегодня и вернуться назад во времени через конец другой – в 1980-й год. Единственная проблема в том, что вы не сможете оказаться в том же самом месте, – для этого вам нужно быть на другом конце червоточины или отправиться в путешествие по космическому пространству, чтобы его догнать.
Cortez III Service Corp.
Варп-путешествие, предусмотренное для НАСА. Если вы создадите червоточину между двумя точками в пространстве и при этом одна будет релятивистски перемещаться относительно другой, наблюдатели на движущемся конце постареют на совсем иное количество лет, чем наблюдатели на неподвижном конце.
К счастью, и эта форма путешествия во времени запрещает парадокс убитого дедушки! Даже если червоточина была создана до зачатия ваших родителей, вы не можете существовать на другом конце червоточины, чтобы вернуться и найти своего деда до критического момента.
Лучшее, что вы можете сделать, – посадить своих новорожденных родителей на корабль, чтобы попасть в другой конец червоточины, дать им возможность повзрослеть, подарить вам жизнь, а затем отправить себя обратно через червоточину. Только так вы сможете встретить своего дедушку, когда он будет еще очень молод (возможно, даже моложе, чем вы сейчас), но это по-прежнему произойдет уже после рождения ваших родителей.
Если частицы с отрицательной массой и энергией действительно существуют, множество необычных вещей во Вселенной становятся вполне реальными – и путешествия назад во времени остаются самым безумным из того, что мы когда-либо могли себе представить.
Из-за некоторых странностей специальной и общей теорий относительности путешествия назад в прошлое все-таки возможны!
Обложка: 1Gai.Ru / DeLorean
Источник статьи: How Traveling Back In Time Could Really, Physically Be Possible
