Ученые показали возможности машины времени

В 1949 году немецкий математик Курт Гедель, решив полученные Эйнштейном уравнения гравитационного поля, теоретически доказал возможность путешествий во времени. Спустя почти семьдесят лет американские и канадские ученые построили для этого математическую модель. А минувшей весной квантовый компьютер вернулся на долю секунды назад.
 

В начале ХХ века физики стали рассматривать время как равноправное измерение наряду с тремя уже известными: вверх-вниз, направо-налево и вперед-назад. В результате в науке появилось представление о пространственно-временном континууме и сформировался другой взгляд на законы природы — специальная и общая теории относительности (СТО и ОТО). СТО рассматривала только прямолинейно и равномерно движущиеся объекты, ОТО — ситуации, когда тела ускорялись или сворачивали в сторону.

Именно для ОТО в 1915 году Эйнштейн вместе с немецким математиком Гильбертом вывел систему уравнений гравитационного поля, связывающую пространство-время со свойствами заполняющей его материи. Тридцать лет спустя Гедель решил эти уравнения, представив материю в виде однородно распределенных вращающихся частиц пыли. Когда же в качестве этих частиц он предложил рассматривать галактики, получилась модель вращающейся Вселенной.

В ней свет вовлечен во вращательное движение, а значит, объекты способны двигаться по траекториям, замкнутым не только в пространстве, но и во времени. Иными словами, путешествуя по Вселенной, можно вернуться в прошлое. Вероятность существования таких траекторий (их называют замкнутыми времениподобными кривыми) определяется другими вариантами решений уравнений гравитационного поля — "цилиндром Типлера", полученным в 1974 году, и "проходимыми кротовыми норами".
 

Британский физик Роджер Пенроуз предполагал, что замкнутые времениподобные кривые должны пересекать горизонт событий — воображаемую границу в пространстве-времени. С одной стороны границы остаются точки пространства-времени, про которые что-то можно узнать, с другой — ничего неизвестно. Человек находится вне этого горизонта событий. Потому он не в состоянии заметить нарушение принципа причинности в замкнутых времениподобных кривых.

По мнению Стивена Хокинга, попытка создания таких кривых должна обязательно заканчиваться возникновением черной дыры. В итоге для наблюдателя голая сингулярность — точка, в которой видно бесконечно удаленное будущее или прошлое, оказывается закрыта событиями черных дыр. Даже если какой-то человек попадает в эту точку, он не сможет никому об этом рассказать. Для этого надо выбраться из черной дыры, что совершенно исключено.

Однако ученые нашли способ, пока теоретический, обойти эти ограничения. Американские и канадские физики разработали математическую модель машины времени, позволяющую двигаться вдоль замкнутых времениподобных кривых со сверхсветовой скоростью. Причем в поисках этих кривых необязательно забираться внутрь черных дыр, отмечают авторы работы.

Направление времени на поверхности пространства-времени выглядит как искривление, которое усиливается при приближении к черной дыре, — есть данные, что время в непосредственной близости от нее замедляется. Ученые описали возможность искривления в форме круга для пассажиров машины времени за пределами черной дыры. Этот круг и отправляет их в прошлое.

Сама машина времени представляет собой пузырь. Люди, оказавшиеся внутри него, перемещаются в прошлое и будущее вдоль полученной замкнутой кривой, а затем возвращаются в исходную точку. При этом внешний наблюдатель будет видеть две версии пассажиров: для одной время течет нормально, а для другой — в обратном направлении.

Правда, пока такая машина времени — чисто умозрительный конструкт. Материал, из которого она могла бы быть сделана, еще не изобрели.
 

В марте этого года ученые из России, США и Швейцарии продемонстрировали, что путешествия во времени возможны на практике, но только на квантовом уровне. Они создали такое состояние системы, которое само развивалось в обратную сторону — от хаоса к порядку, то есть нарушало второй закон термодинамики, гласящий, что со временем хаотичность Вселенной (по-научному — энтропия) неуклонно растет, а значит, время движется только в одном направлении: из прошлого в будущее.

Сначала физики теоретически показали, что электрон, находящийся в пустом пространстве, способен спонтанно переместиться в прошлое, то есть вернуться в то состояние, в котором находился несколько мгновений назад. Однако такое событие, по расчетам, может произойти лишь раз за все время существования Вселенной. При этом вернуться назад удастся всего на 0,06 наносекунды.

Затем попытались провести эту операцию в эксперименте с помощью облачного квантового компьютера. В одном случае объединили два, в другом три кубита — элементарные вычислительные модули и ячейки памяти квантовых машин. Заполнили их некоторым набором чисел и начали манипулировать содержимым так, чтобы уровень хаоса в этой квантовой системе быстро рос. Когда энтропия достигла определенного уровня, управление кубитами взяла на себя другая программа и перевела их в такое состояние, что дальнейшая эволюция пошла в сторону не хаоса, а порядка. В результате кубиты на мгновение оказались в исходном состоянии. Иными словами, вернулись в прошлое.

Однако этот фокус удавался не всегда: примерно в 80 процентах случаев с двумя кубитами и только в половине с тремя. По мнению авторов исследования, неудачи связаны с ошибками в работе самого квантового компьютера, а не с какими-то необъяснимыми причинами. Значит, можно создать более эффективные алгоритмы путешествий в прошлое.