Червоточины и машины времени

Символы входят и выходят только с одной стороны. Возможно, это зеркало Алисы, но оно не очень укоренилось в этом конкретном кусочке науки.

Классическая червоточина в фильме 2001 — Космическая одиссея . Тот факт, что монолит, вращающийся вокруг Юпитера, является червоточиной, немного неясен, но это так и есть. В этом фильме внешняя сторона червячного отверстия трехмерная, но это сплющенный прямоугольник.

Мэтт Виссер из Вашингтонского университета Сент-Луиса спроектировал червоточину, которая очень похожа на это, с экзотическим веществом, ограниченным стойками вдоль границ прямоугольного тела. В версии фильма « Контакт» героиня вонзается в червоточину машиной, созданной пришельцами, которая открывает портал в червоточину.

Туннелеподобные аспекты изображены достаточно реалистично, и есть попытка вызвать другое удивительное свойство червоточин — искажение времени .

Машины времени

Если экзотической материи, антигравитации и сверхсветового путешествия было недостаточно, история червоточины еще больше, и время — это ее сущность.Машины времени

Работая над природой червоточин, Торн и его сотрудники с удивлением осознали, что червоточины также должны функционировать как машины времени. На этом этапе к Торну присоединился Игорь Новиков, из Москвы, который сейчас работает в Копенгагенском университете, и его коллеги. Ключевым аспектом следующего этапа их мышления является то, что называют «парадоксом близнецов».

Эта загадка возникает уже в контексте специальной теории относительности Эйнштейна . Теория Эйнштейна однозначно показывает, что пара близнецов, движущихся с некоторой скоростью относительно друг друга, будет измерять друг друга, чтобы они старели медленнее. Парадокс близнецов, очевидно, возникает, когда один из близнецов вылетает в космос, а затем возвращается, а другой остается дома. Движение относительно, но близнецы не могут быть моложе друг друга.

Один близнец моложе, и если да, то какой? Разрешение парадокса состоит в том, что тот, кто путешествовал, будет моложе.

Этот путешественник, должно быть, испытал силу, ускорение при повороте, и в этом вся разница. Это ответ, если тщательно проанализировать его с помощью специальной теории относительности, учитывающей ускорение, которое чувствовал путешествующий близнец, а домохозяйство — нет. Торн понял, что вы можете провести этот эксперимент, по крайней мере, концептуально, с двумя концами червоточины. Возьмитесь за один конец (гравитационно) и бросьте его назад и обратно. Это будет абсолютно моложе конца, который не был ускорен.

Новиков понял, что тот же результат возникнет, если положить один конец червоточины в пустое пространство, а другой — возле гравитирующего тела. Общая теория относительности говорит, что в гравитационном колодце время будет течь медленнее . Конец червоточины в глубине гравитации был бы моложе конца в глубоком космосе. В любом из этих вариантов у вас есть машина времени !

Вы можете пройти в один конец червоточины и появиться в более раннюю эпоху. Если вы идете к первому концу червоточины через внешнее пространство, время проходит, и вы стареете нормально.

Вы могли бы встретиться с самим собой, прежде чем войти в дыру!

Потому что это наука , а не выдумка , есть пределы . Вы не можете выйти до того, как была создана машина времени червоточины, поэтому вы не можете перемещаться произвольно далеко назад во времени. Путешествие во времени, в том числе приглашенное машинами времени червоточины, приводит к еще одному классическому парадоксу: «парадоксу дедушки». Идея состоит в том, что путешественник во времени может вернуться в прошлое и убить своего дедушку до того, как ее мать или она родилась. Таким образом, парадокс.

Торн считает это слишком патерналистским и предлагает путешественнику во времени убить ее мать, что порождает «парадокс убийства матерей».

Новиков утверждает, что ушел посредник. Убей свою молодость в искаженном временем самоубийстве. Результат тот же. Путешественник во времени не мог существовать в первую очередь, чтобы совершить какое-либо из испытаний на анзаце.

Все эти примеры призывают людей и смерть, чтобы сделать их графическими, но люди поднимают вопрос о сознании и свободной воле, и эти проблемы являются беспорядочными для физика. Джо Полчински , тогда из Университета Техаса, а теперь из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, изобрел простой механический парадокс . Физики часто ссылаются на физику «пула», что означает процесс сведения проблемы к чему-то столь же интуитивному, как отскакивающие друг от друга шары пула, чтобы можно было легко представить физику — например, сохранение импульса.

Полчинский принял эту метафору, чтобы представить «кризис пула». В этом мысленном эксперименте шар пула катится в один конец машины времени. Это выходит на другой конец в прошлом. Он чмокает свое раннее воплощение, отклоняя его так, чтобы он не входил в червоточину. Парадокс в принципе тот же. Как мяч для пула «попадет» в будущем, если он никогда не входил в прошлое?

Полчинский утверждал, что эта простая установка показала, что машины времени не могут существовать, и ни добрым дедушкам, ни теплым, любящим матерям не угрожали ни в малейшей степени.Исследователи машины времени не купили его.

Недостаток этого аргумента, по словам Новикова, заключается в том, что оригинальный шарик пула изображен как беспрепятственно катящийся в червоточину, и столкновение рассматривается только тогда, когда шар сталкивается с самим собой. Это не противоречит самому себе. При столкновении должен быть задействован исходный мяч для пула, поскольку он сначала катится к отверстию червячного отверстия.

Физика должна быть самосогласованной, настаивает Новиков, даже в присутствии путешествий во времени. Новиков и его коллеги тщательно изучили кризис пула и показали, что он не может возникнуть.Они смотрели на все мыслимые взаимодействия. Мячи в бассейне могут пропустить, или они могут нанести скользящий удар, но они никогда не могут подвергнуться жесткому столкновению, которое приводит к парадоксу.

Группа Новикова даже исследовала взрывающийся шарик пула, один из фрагментов которого удается проникнуть в червоточину, вернуться вовремя и ударить взрывающийся шарик пула, взорвав его, что сделало весь эксперимент самосогласованным. 

Идея, что физика может включать машины времени таким образом, в некоторых кругах называется гипотезой согласованности Новикова . Теперь мы можем вновь ввести людей. Согласно гипотезе согласованности, любые сложные межличностные взаимодействия должны работать самостоятельно, чтобы не было парадокса. Это резолюция.

Это означает, что, если понимать буквально, что, если существуют машины времени, не может быть свободной воли. Вы не сможете заставить себя убить себя, если отправитесь в прошлое. Вы можете сосуществовать , выпить пива, вместе отпраздновать свой день рождения, но каким-то образом обстоятельства будут диктовать, что вы не можете вести себя так, чтобы привести к парадоксу во времени.

Новиков поддерживает эту точку зрения еще одним аргументом: физика уже ограничивает вашу свободную волю каждый день. Вы можете сами летать или проходить сквозь бетонную стену, но физика гравитации и конденсированных сред диктует, что вы не можете.

• Почему, спрашивает Новиков, ограничение согласованности, накладываемое на путешественника во времени, отличается?
• Как насчет обратного?
• Если личная свободная воля существует, значит ли это, что машины времени не могут?

Этот вопрос не решен.

Физика не может решить вопрос о свободе воли , но она может решить вопрос о том, могут ли машины времени действительно существовать. Гипотеза о согласованности говорит о том, что определенные графики путешествий во времени разрешены, а другие — нет. В частности, гипотеза о согласованности скажет, что нельзя использовать путешествие во времени, чтобы изменить будущее, что является основной предпосылкой фильмов «Назад в будущее» и «Терминатор».

Циклы во времени допустимы, но согласно предположению о последовательности, будущее является таким же фиксированным, как и прошлое, и на него не может повлиять волевой акт или любой другой физический акт.

Еще один способ решения этих проблем — сказать, что время как-то «разветвляется» в момент парадокса. Идея «многих миров» возникла в другом контексте как способ понять некоторые загадки квантовой теории , как волна вероятности может быть превращена в экспериментально измеренную достоверность. В контексте путешествий во времени идея заключается в том, что однажды путешественник во времени живет, даже убив свою молодость.

С этой точки зрения ее младшая личность живет в старом времени, но не в нынешнем. Не ясно, что это разрешает происхождение воспоминаний путешественника во времени о том, что он был моложе, а позже обладал ножом. Помимо философских вопросов, проблемы, связанные с исследованиями машины времени, находятся на переднем крае современной физики.

С момента появления квантовой механики мы знали, что вакуум не имеет нулевой энергии. Наличие определенной энергии, даже нуля, нарушило бы принцип неопределенности Гейзенберга . Скорее, вакуум пронизан флуктуациями, частицами света, вещества и антивещества, которые постоянно образуются и аннигилируют. Устье червоточины, подобно пространству около горизонта событий черной дыры, будут наделены этими вакуумными колебаниями.

В случае черной дыры эти колебания приводят к излучению Хокинга и испарению черной дыры (глава 9, раздел 6).

Для червоточины проблема еще глубже. Колебания вакуума могут распространяться в нормальном пространстве к противоположному горловине червячного отверстия, проникать внутрь и появляться в прошлом как раз в то время, когда они ушли. Если бы это произошло, в колебаниях вакуума было бы в два раза больше энергии. Цикл может повторяться бесконечно и создавать бесконечную плотность энергии, полностью изменяя гравитацию и пространство и, таким образом, закрывая червоточину или препятствуя ее существованию в первую очередь.

Чтобы правильно решить эту проблему, необходима полная теория квантовой гравитации . Эта теория должна включать как сильно искривленное пространство-время, так и вероятностную природу квантовой теории. Такая теория является святым Граалем современной физики. Эта теория необходима, чтобы понять особенности большого взрыва и того, что находится внутри черной дыры.

Существуют большие концептуальные проблемы, стоящие перед развитием такой теории пространства-времени, которая применяется в масштабах, где время и пространство сами по себе являются неопределенными в квантовой манере, когда вверх и вниз, а также до и после теряют свое значение. Только с развитием этой окончательной теории всего мы действительно узнаем, возможны ли машины времени концептуально.

Дж. Крейг Уилер