Что мешает отправиться в путешествие во времени

Большинство ученых сходятся в том, что возможность путешествий во времени прямо продиктована основополагающими для физики нашего мира уравнениями. Но даже сами мысли о возможности такой авантюры порождают множество вопросов. Поищем ответы. 

А вопросов немало. Отправится ли путешественник при этом в одну из параллельных вселенных мультиверса или останется в своей? Будет ли гость во времени распоряжаться теми же возможностями, что и "хозяева" своих временных рамок?

Наш колумнист, физик Дарья Заремба, рассказывает о парадоксах, которые возникают на пути путешественника во времени. Прошлый ее материал, выполненный в виде словаря, посвящен теоретическим возможностям подобных путешествий, в этом - будут рассмотрены "препятствия".

Интерпретация Эверетта – интерпретация квантовой механики, согласно которой мы живем в мультиверсе – многомировом мире, где постоянно рождаются новые параллельные вселенные с такими же законами, но другими состояниями.

Согласно интерпритации Эверетта каждый раз, когда вы делаете выбор – к примеру, сварить борщ, а не суп с вермишелью, надеть черную рубашку вместо белой - в мире появляется параллельная вселенная, в которой вы сделали противоположный выбор и готовите суп в белой рубашке.

То есть каждое подкидывание монетки будет «делить» вселенную на два мира с соответствующими исходами или, другими словами – состояниями. Они будут идентичны друг другу, но в каждой из них из-за разного первоначального состояния (орел/решка) ход истории будет иным.
 

 
Такая модель многомировой вселенной часто используется учеными для избегания парадоксов путешествий во времени. Некоторые физики-теоретики считают, что путешествие в прошлое является ничем иным как перемещением в такую параллельную вселенную, а вовсе не передвижением назад по собственной линии времени путешественника.

 
Парадокс путешествий во времени – ситуация, при которой из-за существования машины времени система пребывает в состоянии, несовместимом с законами, управляющими эволюцией этой системы.

Несмотря на массу способов, оправданных устоявшимися законами физики и математики, отношение к путешествиям во времени в научных кругах скептическое. Основная причина – парадоксы, которые возникают вследствие таких путешествий.

Здесь следует отметить, что парадоксы характерны исключительно для путешествий в прошлое. В общих чертах, парадокс возникает тогда, когда использование машины времени приводит к нарушению законов физики и/или логики.

Представьте, например, что у вас есть мощный лазерный луч, который вы направляете в портал машины времени. На выходе из него вы устанавливаете систему из зеркал так, чтобы выходящий луч отображался и попадал обратно в машину времени.

Таким образом, на выходе вы получите луч с удвоенной интенсивностью (вдвойне мощнее). Когда такой луч снова отобьется и попадет обратно, из портала выйдет уже лазер с интенсивностью в четыре раза большей, чем была первоначальная.

Путем таких манипуляций выходит, что возможно моментально создать источник генерирования бесконечной энергии. Нарушение фундаментальных законов физики налицо.

Подобных парадоксов существует уйма, однако самым известным и обсуждаемым является так называемый «парадокс дедушки». Состоит он главным образом в том, что путешественник, изменяя свое прошлое, нарушает принцип причинности.

Представьте, что вы долгое время жили с чувством ненависти по отношению к своему деду, деспотичность которого достигала чуть ли не уровня Гитлера. И вот вам предоставляется уникальная возможность: используя машину времени, вернуться в прошлое и убить этого чудовищного человека.

А теперь представьте, что вы покончите с вашим родственником в момент его рождения. Что же произойдет в этом случае? Ваши родители не появятся на свет, равно, как и вы сами, и потому вы... не сможете убить своего деда при рождении. Так возникает парадокс причинно-следственных связей.

 
Квантовая суперпозиция – явление в квантовой механике, при котором каждая частица может пребывать одновременно в альтернативных (взаимоисключающих) состояниях.

Например, электрон может одновременно вращаться вправо и влево, квантовый бит («кубит» - единица информации в квантовом компьютере) может одновременно обладать значениями 0 и 1.

В 1991 году британский физик-теоретик Девид Дойч открыл, что при перенесении квантового принципа суперпозиции на макромир возможно избежание парадоксов путешествий во времени.

 
Во-первых, ученый установил, что когда путешественник возвращается в прошлое, он на самом деле передвигается не по собственной временной линии, а перемещается в альтернативную линию времени или, другими словами, - в параллельную вселенную.

Представьте, к примеру, что вы шли по улице и вдруг заметили своего любимого актера, мирно стоящего на обочине. Неожиданность момента выбивают вас из колеи, и вы замираете как истукан.

В это время к обочине подъезжает автомобиль престижной марки и увозит обожаемого вами актера в неизвестном направлении. Желая изменить эту ситуацию, вы перемещаетесь назад во времени на 20 минут, и в этот раз все же набираетесь духу и решаетесь заговорить со звездой.

Но актер ведет себя совсем не так, как, вы помните, он вел себя. Вы не можете предугадать его действия, разговор идет на самотек, да и в автомобиль он, быть может, не захочет садиться, а решит подарить этот вечер своему заядлому фанату.

То есть это уже не будет то прошлое, которое запечатлелось у вас в памяти – это не ваше прошлое. Ваше прошлое осталось в вашей родной вселенной (никуда пропасть оно не могло, ведь в мире действует закон сохранения энергии и информации).

Эта теория согласуется с многомировой интерпретацией (many-worlds interpretation) квантовой механики Хью Эверетта, которая предполагает существование мультиверса с постоянно ответвляющимися параллельными вселенными.

Во-вторых, по словам Дойча, когда путешественник отправляется в прошлое, он пребывает в состоянии суперпозиции, так как одновременно перемещается в две параллельные вселенные с альтернативными состояниями: в одной из них он убивает своего деда и, соответственно, теряет возможность быть рожденным, а во второй – тот остается невредим.

Вероятность каждого из этих событий равна. При этом сознательным путешественник останется лишь в той вселенной, где он не создавал парадокса.

 
Узкие возможности – согласно оной из теорий, единственные возможности, которыми сможет распоряжаться путешественник в прошлое.

Существует теория, что во время перемещения в прошлое, путешественник не будет обладать всей полнотой свободой воли. В его распоряжении будут лишь возможности, например, по определению размещения частей собственного тела в пространстве в ближайшем будущем.

Так, он сможет почесать нос, пройтись вдоль улицы или помахать знакомому. Однако реализовывать более широкие возможности — например, продать квартиру, совершить убийство либо отменить свадьбу родителей – он способен не будет.

Что это значит? Когда вы машете рукой, приветствуя друга - это проявление узкой возможности, но если вы машете рукой на аукционе, делая ставку на картину Ван Гога, то тут уже будет иметь место распоряжение широкой возможностью (wide ability).

При этом разделение на узкие и широкие возможности происходит в зависимости от того, нуждается ли их реализация в «поддержке» внешних обстоятельств, «ответных» действий со стороны «внешнего мира».

Об этом пишет, в частности, профессор философии Кадри Вихвеллин - исследователь в области этики, метафизики и свободы воли, а также физик-теоретик Бредфорд Скоу – в контексте решения парадокса убитого дедушки.

Вечеринка Хокинга - эксперимент известного физика и космолога Стивена Хокинга по доказательству возможности или невозможности путешествий во времени.

В 2009 году Стивен Хокинг провел удивительный эксперимент. Он организовал настоящую вечеринку для путешественников во времени! Все выглядело традиционно: музыка, воздушные шары, закуски. За исключением одной детали: никого, кроме самого Хокинга, на вечеринке не было.

А все потому, что приглашение на посещение этой вечеринки физик отправил уже после самого «празднования». По логике Стивена, если путешествия во времени действительно возможны, то когда-нибудь человек, прибывший из будущего, найдет это приглашение и вернется назад в момент проведения вечеринки.
 

 
Однако другие ученые, такие как Девид Дойч, заключают, что такого никогда не случится. Потому что при перемещении в другие времена путешественник на самом деле отправляется в другие вселенные, которые связаны между собой особым образом.

Те из них, в которых путешественник имеет машину времени, соединены между собой, а те, в которых он ее еще не создал – остаются изолированными.

Свои выводы физик описал в фундаментальной работе «Структура вселенной». Это значит, что если Дойч прав, нам с вами никогда не посчастливится увидеть туристов из будущего, пока мы не соорудим свою машину времени.

Цензура нарушения причинности – предполагаемый различными теориями принцип запрета на нарушение причинно-следственных связей при путешествии в прошлое.

Автором одной из теорий, которая «встает на защиту» принципа причинности при путешествиях в прошлое, стал мастер квантовых компьютеров американский физик Сет Ллойд.

Согласно теории Ллойда, когда путешественник отправляется в прошлое, некоторые действия, запланированные им (вроде убийства своего дедушки или копии себя), не будут доведены им до конца по причинам, независимым от его воли.

«Рабочим принципом» физика при этом стал принцип постселекции или последующего выбора, который действует в квантовой механике.

Суть его заключается в том, что в квантовом мире элементарные частицы способны моментально выбирать «правильное» решение из нескольких возможных (в этом, кстати говоря, и кроется «секрет успеха» квантовых компьютеров).

Приведем пример, который экспериментальным путем отобразили Сет Ллойд с его командой. Исследователи совершили телепортацию фотона (в квантовом мире явление телепортации используется полным ходом).

Причем, по словам ученого, рематериализация (появление) фотона происходит во времени раньше, чем его дематериализация (исчезнование). Иными словами, рематериализация происходит в прошлом.

Таким образом, мы получаем временной промежуток, когда обе копии фотона сосуществуют вместе. Это вполне обоснованно можно считать симуляцией путешествия фотона во времени.

Теперь провоцируем парадокс – сталкиваем обе копии фотона вместе. Что произойдет? Ровным счетом ничего. Как отметил Сет в интервью для The New Mexican, сколько бы раз вы не приближали фотоны друг другу, в последний момент один из них всегда будет промахиваться, менять курс из-за внезапных квантовых флуктуаций.

Все потому, что столкновение со своей копией породит парадокс и такое «решение» будет являться «неправильным» для фотона.

По словам ученого, подобное может происходить и с действиями путешественника в прошлое: цепочка причинно-следственных связей обязательно где-то да оборвется, и коварный замысел по убийству деда довести до конца не удастся. Возможно, те же квантовые флуктуации, к примеру, заставят пулю промахнуться.

Учеными уже давно отмечалось, что вселенная работает по принципу квантового компьютера, и сама «вычисляет» свое состояние на квантовом уровне. Быть может, по такому же принципу она сможет «вмешиваться» в действия путешественника в прошлое во избежание парадоксов.

Подобным способом решил парадокс нарушения причинности и российский физик-теоретик Игорь Новиков. За основу им был выбран парадокс Полчинского – другая формулировка парадокса дедушки.
 

 
В этом парадоксе мяч катится и попадает в портал машины времени, переносится на несколько секунд в прошлое и ударяет свою копию так, что она уже не попадает в машину времени.

Согласно решению Новикова, мяч всегда будет выкатываться из машины времени под таким углом, что он обязательно будет толкать копию себя в направлении портала.

Так Новиков сформулировал свой принцип самосогласованности, который гласит: при перемещении в прошлое вероятность действия, изменяющего уже случившееся с путешественником событие, стремится к нулю.

Однако, детальнее говорить о решении «защиты хронологии» при путешествиях в прошлое мы, вероятно, не сможем до тех пор, пока не получим гораздо лучшее понимание природы связи гравитации с квантовой механикой.