Можно ли построить машину времени: методы и концепции знаменитых физиков

Но, может быть, ученый чего-то не договаривает? В конце концов, сегодня машинами времени занимаются не только писатели-фантасты, но и самые серьезные ученые. И принципиальных ограничений на их создание пока не найдено, а физики любят замечать: «Что не запрещено, то обязательно к исполнению». Мы назовем лишь несколько возможностей, которые позволили бы Хокингу из будущего переместиться во времени.

Классическое время Ньютона было универсальным, неизменным и однонаправленным, как течение реки или полет стрелы. Все изменилось благодаря Эйнштейну: уже в специальной теории относительности он показал, что движение времени становится то быстрее, то медленнее, в зависимости от скорости перемещения в пространстве. И если Хокинг будет лететь достаточно быстро относительно Земли, то все происходящее.

Точнее говоря, уже перемещается: такие путешествия мы все совершаем постоянно, хотя это почти незаметно при скоростях, с которыми нам обычно приходится иметь дело. Каждый раз, проведя восемь нудных часов в самолете, пересекающем Атлантику на скорости 920 км/ч, Стивен Хокинг оказывается только на 10 наносекунд в будущем. И даже действующий рекордсмен путешествий во времени космонавт Геннадий Падалка, который провел на МКС в общей сложности 820 дней, двигаясь по околоземной орбите со средней скоростью 27600 км/ч, переместился в будущее всего на пару десятков миллисекунд. Это, наверное, не слишком впечатляет: пока мы не найдем способ ускорить Стивена Хокинга до околосветовых скоростей, эффекты специальной теории относительности останутся для него мизерными — как и для нас. Однако они заметны и важны для науки и точных технологий, например при наблюдении частиц, разогнанных в Большом адронном коллайдере, или при сопоставлении сигналов времени, приходящих со спутников GPS.

Из физики Эйнштейна вытекают и другие способы изменить скорость течения времени. В описании общей теории относительности оно неотделимо от пространства, представляя часть единого четырехмерного континуума. Поэтому все, что искривляет пространство, будет деформировать и время. Так действует, например, гравитация: чем она сильнее, тем медленнее движется время. Этот эффект был доказан даже прямыми измерениями, проведенными американским Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). Синхронизировав пару сверхточных атомных часов, ученые немного приподняли одни из них, слегка удалив от центра тяжести Земли, и вскоре между часами обнаружились расхождения. Если бы не этот эффект, Геннадий Падалка оказался бы в будущем еще немного дальше. Зато так «молодеют» подводники: после полугода на глубине 300 м они выигрывают у нас около 500 наносекунд.

Но чтобы замедление времени было действительно ощутимо, понадобится гравитационное поле намного мощнее земного. Тут Хокинг из будущего мог бы обратить внимание на самые плотные объекты во Вселенной — например, нейтронные звезды. У их поверхности гравитация столь велика, что время здесь может течь в разы неторопливей, чем на Земле. А уж в окрестностях черных дыр его замедление будет еще заметнее. Если Стивену Хокингу довелось бы падать в одну из них, то в какой-то момент его личное время стало бы течь настолько медленнее остальной Вселенной, что перед его тускнеющими глазами пронеслась бы вся будущая история мира.

Но даже если в будущем люди научатся ускорять космические корабли до околосветовой скорости или найдут способ выжить близ черной дыры, вряд ли Стивен Хокинг мог бы навестить самого себя в прошлом и подсказать секреты «Теории всего». Все эти «старые эйнштейновские» способы позволяют перемещаться лишь вперед, а в прошлое ведут совсем другие дороги.

Еще в середине прошлого века великий математик Курт Гёдель продемонстрировал решение гравитационных уравнений общей теории относительности для Вселенной, все вещество в которой вращается. Такое вращение увлекает за собой пространство-время, и если Стивен Хокинг начнет двигаться в этом крутящемся континууме, то для стороннего наблюдателя он может перемещаться быстрее скорости света, уходя все дальше в прошлое.

Самый очевидный способ переместиться в будущее — воспользоваться криогенной заморозкой, как это вышло у главного героя анимационного сериала «Футурама». Пока на Земле сменяются года и эпохи, ваше личное время будет ползти на холоде медленней черепахи, и, проснувшись, вы окажетесь в новом мире. Если только люди будущего сумеют вас разморозить или, например, вырастить клон вашего тела, переместив сознание вместе со всеми воспоминаниями в новый мозг.

К сожалению, Вселенная не вращается, иначе бы мы видели существенное различие в излучении, приходящем к нам из разных частей космоса. Поэтому все эти выкладки остались лишь поучительным математическим упражнением. Однако четверть века спустя после Гёделя Фрэнк Типлер показал, что того же результата можно добиться, построив массивный цилиндр бесконечной длины и вращая его вдоль оси. По мере того как скорость вращения цилиндра будет приближаться к световой, он будет все сильнее увлекать за собой окружающее пространство-время. Хокингу из будущего останется лишь облететь вокруг него, чтобы попасть в прошлое и подсказать себе основы «Теории всего». Проблема лишь в одном — создать бесконечный цилиндр, вряд ли это по силам даже Стивену Хокингу, и даже из будущего.

Впрочем, аналоги такого цилиндра могут найтись уже в готовом виде — это космические струны, существование которых было предположено в 1990-х Ричардом Готтом. Это совсем не те невероятно крошечные объекты, о которых говорится в теории струн. Наоборот, космические струны — одномерные складки пространства-времени — могут иметь длину в десятки парсек и колоссальную массу.

Гравитация такой струны должна сильно деформировать ткань космоса в своих окрестностях. И если Хокинг из будущего найдет хотя бы пару этих струн, сближающихся с околосветовой скоростью, если правильным образом облетит их, то он сможет успеть на свою вечеринку в 2009 год. Жаль только, что существование космических струн до сих пор так и не доказано.

Ну а самая популярная модель машины времени появилась в середине 1980-х, с описанием «проходимых» кротовых нор. Еще задолго до этого было известно, что динамичные, деформируемые гравитацией линии пространства-времени могут перезамыкаться, образуя тоннели, связывающие самые разные его участки, далекие галактики и другие времена. Однако Вселенная таких кульбитов не любит, и, скорее всего, кротовые норы существуют лишь в мире элементарных частиц, неудержимо схлопываясь и превращаясь в черные дыры, такие же микроскопические и нестабильные.

Идея использования кротовых нор для путешествий во времени впервые пришла в голову астроному Карлу Сагану, который и поделился ею со своим коллегой Кипом Торном. Увлекшись яркой гипотезой, тот вместе со своим студентом Майком Моррисом показал, что при определенных условиях это возможно: кротовую нору можно стабилизировать, превратив в туннель, подходящий для путешествий в обе стороны. Для этого понадобится сущая мелочь — некое «экзотическое вещество», действующее против гравитации, которая стремится кротовую нору сжать и уничтожить. Вскоре нашелся и подходящий на эту роль кандидат — отрицательная энергия, которая создается в вакууме между парой параллельных пластин под действием квантовых флуктуаций (она известна в физике как сила Казимира). Правда, для создания достаточно мощного эффекта потребуется невероятное количество энергии, которое до сих пор человечеству и не снилось. Но на такие мелочи Хокинг из будущего вряд ли обратит внимание.

Кротовую нору он мог бы найти в космосе — считается, что некоторые из них могли выжить еще с диких времен молодости Вселенной — или получить искусственно, в сверхмощном ускорителе частиц. Хокингу понадобилось бы лишь вырастить ее до подходящих размеров и стабилизировать с помощью эффекта Казимира. Затем он мог бы прицепить один из входов кротовой норы к могучему космическому тягачу и перенести его в будущее одним из эйнштейновских способов — разогнав почти до скорости света или поместив поближе к нейтронной звезде. Кротовая нора сохранит накопленную разницу во времени между двумя своими входами, а Хокингу останется лишь прыгнуть внутрь, в другое время.

Впрочем, можно заметить, что путешествие в прошлое на машине времени Торна-Морриса возможно лишь до определенного момента. До того самого, когда была создана кротовая нора: один ее вход будет перемещаться в будущее быстрее второго, но в прошлое в этой модели они не удаляются.

За прошедшие со знаменательной вечеринки годы Стивен Хокинг высказал несколько новых замечательных идей, связанных с космологией и гравитацией, черными дырами и другими вселенными... Быть может, он действительно что-то скрывает, и на празднике в 2009 году ученый встретил самого себя из будущего и подсказал себе самому пару свежих мыслей? Здесь мы встречаем первый парадокс.

Представим, что Стивен Хокинг из будущего узнал суть «Теории всего» из публикации, скажем, в Nature, а потом отправился в прошлое и рассказал ее себе. Тогда спустя какое-то время Хокинг из наших дней сообщит о грандиозном открытии в Nature, где в будущем и прочтет о нем... Но тогда откуда взялось само открытие? Кто его совершил и как? Ведь Хокинг из будущего просто узнал о нем из журнала, а Хокинг из прошлого услышал от самого себя...

Все станет еще намного хуже, если у Стивена Хокинга из будущего случится конфликт с собой прошлым и он попытается себя убить. Кто тогда сконструирует машину времени и, переместившись в ней на вечеринку, совершит убийство? Да никто. Но тогда ученый благополучно доживет до будущего, сядет в машину времени, попадет на вечеринку и убьет самого себя в прошлом?.. Это настоящий король всех темпоральных парадоксов, и для разрешения его придумано несколько возможностей.

Одна из этих возможностей была сформулирована в 1990 году Игорем Новиковым в рамках известного «принципа самосогласованности». Он говорит, что нарушить естественное течение вещей во временной петле невозможно, поскольку вероятность любых событий, которые ведут к этому, быстро стремится к нулю. Иначе говоря, «что было — то уже состоялось», и все уже вписано в историю Вселенной. Даже если Хокинг из будущего решит уничтожить самого себя в прошлом, у него ничего не получится по самым разным — любым — причинам. Сама суть вещей не позволит ему совершить убийство, нарушающее законы не только человеческие, но и физические.

Другой вариант предлагает теория о существовании бесчисленных «параллельных» вселенных, в которых реализуются все возможные сценарии. Время бесконечно ветвится в каждом вероятностном событии, и все они происходят на самом деле, только в разных мирах. В некоторых из этих вселенных Стивен Хокинг лично участвует в создании машины времени и посещает свою вечеринку в 2009 году. Где-то он конфликтует с собой прошлым, а где-то подсказывает себе идею «Теории всего». Жаль, что случилось это, видимо, не в нашем мире. Или?..