Механика машины времени - Олег Фейгин

Не успели затихнуть бурные дискуссии вокруг машин времен из замерзших сколлапсировавших звезд (иногда их называют Т-агрегаты Сагана – Торна), как появилась теоретическая работа больших энтузиастов хронофизики: теоретика Давида Дойча и философа Майкла Локвуда. Авторы не только рассмотрели различные варианты путешествий во времени, но и предложили оригинальные решения для возникающих парадоксов.

Художественный образ Мультиверса

Вот один из таких парадоксов, широко распространенный в научной фантастике, например он встречается в романе Айзека Азимова «Конец Вечности». Итак, литературный критик, увлеченный творчеством модного писателя, отправляется в прошлое и посещает автора еще до написания им прославленных произведений. Он показывает его будущие сочинения, а тот, не поверив критику, присваивает свои же книги, приобретая тем самым известность и славу. Парадоксальный логический круг замыкается, ведь трудно понять – кто же написал упомянутые книги, если они бесконечно циркулируют по кругу времени из будущего в прошлое и обратно. Следующий круг временных парадоксов у Азимова связан с самим изобретателем машины времени, на которой основана организация «Вечность» и чертежи которой сама эта «Вечность» доставляет ему из будущего.

Все эти парадоксы, привлекшие внимание ученых, философов и писателей после выхода романа Герберта Уэллса «Машина времени», породили устойчивое мнение, что такие путешествия принципиально невозможны. Впрочем, теория относительности не отрицает возможность путешествовать в будущее. Для этого необходимо совершить полет в космос с околосветовой скоростью. Тогда путешественники могут вернуться через много лет более молодыми, чем их сверстники, оставшиеся на Земле. Но теория относительности не допускает путешествий в прошлое с нарушением принципов причинности.

Как вообще объясняет физика невозможность подобных нарушений? В теории относительности положение любого объекта описывается четырьмя координатами – тремя пространственными и одной временной. Эти четыре координаты указывают так называемую мировую точку в пространстве Минковского.

Четырехмерное пространство (специалисты называют его также многообразием, или континуумом) Минковского, мягко говоря, трудно представить. Но если свести движение в физическом трехмерном пространстве в перемещение относительно одной оси координат, допустим, Х, то проекцию пространства Минковского легко изобразить в виде прямого угла, одна сторона которого – время, а другая – пространство. Мировой линией в пространстве – времени Минковского называется линия точек четырехмерного пространства или событий, принадлежащих одному и тому же объекту. Если объект покоится, его мировая линия будет вертикальна (координата Х остается постоянной). Для прямолинейно и равномерно движущегося объекта его мировая линия будет прямой. При реальном ускоренно-замедленном движении объекта мировая линия имеет вид извилистой траектории. Любопытно, что с чисто пространственно-временной точки зрения вся биография человека изображается таким вот извилистым червячком (а не линией, ведь тело человека занимает определенный объем), хвост которого совпадает с местом и временем его рождения, а передний конец непрерывно ползет вперед и вперед.

Согласно Общей теории относительности, массивные тела искривляют рельеф пространства – времени. Это явление известно нам как всемирное притяжение. Но вместе с искривлением пространства – времени могут искривляться и все мировые линии, становясь замкнутыми. Двигаясь по таким замкнутым линиям, объект из будущего неминуемо встретится с самим собой в прошлом и сможет повлиять на уже прошедшие события.

Существование в природе замкнутых мировых линий в свое время исследовал немецкий математик Курт Гедель. Замкнутые мировые линии, известные в научно-популярной и фантастической литературе как петли времени, появляются в окрестности массивных черных дыр. Так, из предыдущей главы мы знаем, что Кип Торн показал возможность образования петель времени в туннеле, соединяющем систему «замороженных звезд». Другой английский космолог Ричард Готт, развивая теорию суперструн (согласно которой все микрочастицы образованы сверхмалыми струнами – квантовыми суперструнами), доказал, что прохождение таких струн сквозь друг друга должно порождать петли времени. К сожалению, пока еще неизвестно, существуют ли суперструны в действительности.

Убедившись, что петли времени не противоречат теории относительности, физики попробовали избавиться от логических парадоксов путем введения неизвестного нам закона природы, запрещающего вмешиваться в собственное прошлое.

Более радикальное объяснение невозможности парадоксов предложил знаменитый британец Стивен Хокинг. Используя сочетание теории гравитации с квантовой механикой, описывающей движение элементарных частиц, он показал, что квантовые эффекты должны вызвать разрушение тех петель времени, которые предсказываются уравнениями Эйнштейна. Поэтому теория замкнутых мировых линий обязательно должна учитывать квантовые эффекты.

Мы уже рассказывали о кипении физического вакуума, именно на этом самом элементарном уровне пространства – времени квантовая физика указывает на возможность возникновения петель времени. По квантовой теории, пространство – время здесь имеет «пенистую» структуру, включающую множество микроскопических замкнутых мировых линий.

Квантовая физика описывает поведение элементарных частиц статистически. Эта врожденная «статистичность» микрообъектов является одной из самых трудных загадок природы. На микроуровне в любой момент времени можно указать лишь вероятность того или иного физического процесса. Этот вывод очень трудно осознать, и даже великий Эйнштейн до самого конца жизни пытался его оспорить и найти наглядное объяснение этой загадочной статистичности.

Одна из самых необычных попыток объяснить вероятностный характер квантовой механики была предпринята в середине прошлого века американским физиком Хью Эвереттом, который предложил теорию «множественных вселенных». Согласно этой теории, существует не одна, а сразу множество вселенных, в точности подобных нашей по физическому составу материальных тел. Если мы наблюдаем за распадом какого-то радиоактивного элемента и видим, что этот распад произошел, скажем, через пять минут, то это верно только для данной вселенной. В другой, «параллельной», вселенной его копия распадется через десять минут, а в третьей – через пятнадцать. Иными словами, вероятность распада соответствует множеству вселенных, в которых копия распадается через данное время; сам же радиоактивный элемент ведет себя вполне однозначно и никакой статистичностью не обладает.

С самого начала вокруг теории Эверетта возникла бурная дискуссия. Ведь для тех квантовых расчетов, которыми пользуются физики при описании своих экспериментов с элементарными частицами и при создании различных квантовых приборов, совершенно безразлично, верна теория Эверетта или нет. Но вот для квантовой гравитации, которой занимаются Хокинг и Торн, такая теория может означать очень многое.