Физика путешествия во времени

Путешествия во времени. В романе Г. Г. Уэллса « Машина времени» наш главный герой запрыгнул в специальный стул с мигающими огнями, повернул несколько циферблатов и оказался катапультированным через несколько сотен тысяч лет в будущее, где Англия давно исчезла и теперь населяется странными существами. называется Морлоки и Элой .

Это, возможно, сделало большую беллетристику, но физики всегда смеялись над идеей путешествия во времени, полагая, что это царство чудаков, мистиков и шарлатанов, и на то есть веские причины. 

Однако довольно замечательные достижения в области квантовой гравитации возрождают теорию; теперь это стало честной игрой для физиков-теоретиков, пишущих на страницах журнала Physical Review . Одна упрямая проблема с путешествиями во времени состоит в том, что оно пронизано несколькими типами парадоксов.

Путешествия во времени, парадоксы

Например, существует парадокс человека без родителей, то есть что происходит, когда вы возвращаетесь в прошлое и убиваете своих родителей до того, как родились? Вопрос: если ваши родители умерли до вашего рождения, то как вы могли родиться, чтобы убить их?  Путешествия во времени

Существует также парадокс человека без прошлого. Например, скажем, молодой изобретатель безуспешно пытается построить машину времени в своем гараже. Внезапно пожилой человек появляется из ниоткуда и дает молодежи секрет построения машины времени. Молодой человек становится невероятно богатым, играя на фондовом рынке, на гоночных трассах и спортивных мероприятиях, потому что он знает будущее. Затем, будучи стариком, он решает совершить свое последнее путешествие назад в прошлое и раскрыть секрет путешествий во времени своей юности. Вопрос: откуда пришла идея машины времени? Еще один взгляд на Путешествия во времени.

Существует также парадокс человека, который является собственной матерью (мои извинения Хайнлайну). «Джейн» остается в детском доме в качестве подкидыша. Когда «Джейн» — подросток, она влюбляется в бродягу, который бросает ее, но оставляет ее беременной. Затем происходит бедствие. Она почти умирает, рожая девочку, которую затем таинственно похищают. Врачи считают, что у Джейн сильное кровотечение, но, как ни странно, оба половых органа. Поэтому, чтобы спасти ее жизнь, врачи превращают «Джейн» в «Джим». 

«Джим» впоследствии становится ревущим пьяницей, пока не встретит дружелюбного бармена (фактически скрытого путешественника во времени), который отправляет «Джима» назад в прошлое. «Джим» встречает красивую девушку-подростка, случайно забеременевшую от девочки. Из-за вины он похищает девочку и бросает ее в приют. Позже, «Джим» присоединяется к корпусу путешественников во времени, ведет выдающуюся жизнь и имеет одну последнюю мечту: замаскироваться под бармена, чтобы встретиться с неким пьяным по имени «Джим» в прошлом. Вопрос: кто такая мать, отец, брат, сестра, дедушка, бабушка и внук «Джейн»? 

Продолжение

Не удивительно, что путешествия во времени всегда считались невозможными . В конце концов, Ньютон верил, что время было как стрела; после выстрела он взлетел по прямой, неуклонной линии. Одна секунда на Земле была одна секунда на Марсе. Часы, разбросанные по всей вселенной, бьются с одинаковой скоростью. 

Эйнштейн дал нам гораздо более радикальную картину. Согласно Эйнштейну , время было больше похоже на реку, которая блуждала вокруг звезд и галактик, ускоряясь и замедляясь, когда она проходила вокруг массивных тел. Одна секунда на Земле НЕ была одной секундой на Марсе. Часы, разбросанные по всей вселенной, бьют по своему дальнему барабанщику. 

Однако перед смертью Эйнштейна он столкнулся с неловкой проблемой. Сосед Эйнштейна в Принстоне, Курт Гедель , возможно, величайший математик-логик за последние 500 лет, нашел новое решение для собственных уравнений Эйнштейна, которое позволило путешествовать во времени ! «Река времени» теперь имела водовороты, в которых время могло свернуться в круг. Решение Геделя было довольно гениальным: оно постулировало вселенную, заполненную вращающейся жидкостью. Любой, идущий в направлении вращения, окажется в начальной точке, но назад во времени! 

В своих мемуарах Эйнштейн писал, что был обеспокоен тем, что его уравнения содержат решения, позволяющие путешествовать во времени. Но он наконец пришел к выводу: вселенная не вращается, она расширяется (то есть, как в теории Большого взрыва ), и, следовательно, решение Геделя может быть выброшено по «физическим причинам». (Очевидно, если Большой взрыв вращался, то время путешествовать можно было бы по всей вселенной!) 

Затем, в 1963 году, новозеландский математик Рой Керр нашел решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры, которая имела причудливые свойства. Черная дыра не рухнет в точку (как считалось ранее), но в вращающееся кольцо (нейтронов). Кольцо будет циркулировать так быстро, что центробежная сила будет препятствовать разрушению кольца под действием силы тяжести.

Кольцо, в свою очередь, действует как Зазеркалье Алисы.

Любой, идущий через кольцо, не умрет, но сможет пройти через кольцо в альтернативную вселенную. С тех пор были найдены сотни других «червоточин» решений уравнений Эйнштейна. Эти червоточины соединяют не только две области пространства (отсюда и название), но и две области времени. В принципе их можно использовать как машины времени . 

Недавно попытки добавить квантовую теорию к гравитации (и, следовательно, создать «теорию всего») дали нам некоторое понимание проблемы парадокса. В квантовой теориимы можем иметь несколько состояний любого объекта. Например, электрон может существовать одновременно на разных орбитах (факт, который отвечает за предоставление нам законов химии ). Точно так же знаменитый кот Шредингера может существовать одновременно в двух возможных состояниях: мертвый и живой.

Таким образом , возвращаясь во времени и изменяя прошлое, мы просто создаем параллельную вселенную . Таким образом, мы меняем прошлое ELSE, спасая, скажем, Авраама Линкольна от убийства в театре Форд, но наш Линкольн все еще мертв. Таким образом, река времени разветвляется на две отдельные реки. Но значит ли это, что мы сможем прыгнуть в машину Х. Г. Уэллса, повернуть циферблат и взлететь на несколько сотен тысяч лет в будущее Англии? Нет. Есть ряд трудных препятствий, которые нужно преодолеть. 

Во-первых, главная проблема — это энергия. Точно так же, как автомобиль нуждается в бензине, машина времени должна иметь невероятное количество энергии. Нужно либо использовать силу звезды, либо найти нечто, называемое «экзотической» материей (которая падает, а не падать), или найти источник отрицательной энергии.

(Физики когда-то думали, что отрицательная энергия была невозможна. Но крошечные количества отрицательной энергии были экспериментально подтверждены для чего-то, называемого эффектом Казимира, то есть энергией, создаваемой двумя параллельными пластинами).

Все это чрезвычайно трудно получить в больших количествах, по крайней мере, еще несколько веков! 

Тогда есть проблема стабильности. Например, черная дыра Керра может быть нестабильной, если ее провалить. Точно так же квантовые эффекты могут накапливаться и разрушать червоточину, прежде чем вы войдете в нее.

К сожалению, наша математика недостаточно сильна, чтобы ответить на вопрос об устойчивости, потому что вам нужна «теория всего», которая сочетает в себе как квантовые силы, так и гравитацию . В настоящее время теория суперструн является ведущим кандидатом для такой теории (фактически, это ЕДИНСТВЕННЫЙ кандидат; у нее действительно нет никаких конкурентов). Но теория суперструн , которая оказывается моей специальностью, все еще трудно полностью решить. Теория четко определена, но никто на свете не достаточно умен, чтобы ее решить. 

Интересно, что Стивен Хокинг однажды выступил против идеи путешествий во времени . Он даже утверждал, что у него есть «эмпирические» доказательства против этого. Если бы существовало путешествие во времени, сказал он, то нас бы посетили туристы из будущего. Поскольку мы не видим туристов из будущего, значит, путешествие во времени невозможно. Из-за огромного объема работы, проделанной физиками-теоретиками за последние 5 лет или около того, Хокинг с тех пор изменил свое мнение и теперь считает, что путешествие во времени возможно (хотя и не обязательно практично). Путешествия во времени

(Кроме того, возможно, мы просто не очень интересны этим туристам из будущего. Любой, кто может использовать силу звезды, посчитал бы нас очень примитивными. Представьте, что ваши друзья сталкиваются с муравейником. Могут ли они наклониться к муравьям? и дать им безделушки, книги, лекарства и силы? Или у некоторых из ваших друзей будет странное желание наступить на некоторых из них?) 

Путешествия во времени. В заключение, не отворачивайте кого-то, кто однажды постучит в вашу дверь и объявит себя вашим будущим пра-пра-пра-внуком.

Путешествия во времени, Мичио Каку, mkaku.org