По мнению физика, путешествие во времени возможно

Вы когда-нибудь совершали ошибку, которую хотели бы исправить? Исправление ошибок прошлого - это одна из причин, по которой мы считаем концепцию путешествий во времени такой увлекательной. Как часто изображается в научной фантастике, с машиной времени ничто не вечно - вы всегда можете вернуться назад и все изменить. Но действительно ли путешествия во времени возможны в нашей вселенной, или это всего лишь научная фантастика?

Наше современное понимание времени и причинности исходит из общей теории относительности. Теория физика-теоретика Альберта Эйнштейна объединяет пространство и время в единое целое - "пространственное время" - и дает удивительно сложное объяснение того, как они оба работают, на уровне, не сравнимом ни с одной другой установленной теорией.

Эта теория существует уже более 100 лет и была экспериментально проверена с чрезвычайно высокой точностью, поэтому физики уверены, что она дает точное описание причинно-следственной структуры нашей Вселенной.

На протяжении десятилетий физики пытались использовать общую относительность, чтобы выяснить, возможны ли путешествия во времени. Оказалось, что можно записать уравнения, которые описывают путешествие во времени и полностью совместимы и согласуются с относительностью. Но физика - это не математика, и уравнения бессмысленны, если они не соответствуют чему-либо в реальности.

Аргументы против путешествий во времени

Есть два основных вопроса, которые заставляют нас думать, что эти уравнения могут быть нереальными. Первый вопрос - практический: для создания машины времени, по-видимому, требуется экзотическая материя, то есть материя с отрицательной энергией.

Вся материя, которую мы видим в повседневной жизни, обладает положительной энергией - материя с отрицательной энергией не является чем-то, что можно просто найти где-нибудь поблизости. Из квантовой механики мы знаем, что такая материя теоретически может быть создана, но в слишком малых количествах и на слишком короткое время.

Однако нет никаких доказательств того, что невозможно создать экзотическую материю в достаточных количествах. Более того, могут быть открыты другие уравнения, позволяющие путешествовать во времени без использования экзотической материи. Таким образом, эта проблема может быть просто ограничением нашей нынешней технологии или понимания квантовой механики.

Другая основная проблема менее практична, но более значима: это наблюдение, что путешествие во времени, кажется, противоречит логике, в виде парадоксов путешествия во времени.

Существует несколько типов таких парадоксов, но наиболее проблематичными являются парадоксы последовательности.

Популярный прием в научной фантастике, парадокс последовательности возникает всякий раз, когда происходит определенное событие, которое приводит к изменению прошлого, но само изменение препятствует тому, чтобы это событие произошло в первую очередь.

Например, рассмотрим сценарий, в котором я вхожу в свою машину времени, использую ее, чтобы вернуться в прошлое на пять минут, и уничтожаю машину, как только попадаю в прошлое. Теперь, когда я уничтожил машину времени, я не смогу воспользоваться ею пять минут спустя.

Но если я не могу использовать машину времени, то я не могу вернуться в прошлое и уничтожить ее. Следовательно, она не уничтожена, поэтому я могу вернуться в прошлое и уничтожить ее. Другими словами, машина времени уничтожена тогда и только тогда, когда она не уничтожена.

Поскольку она не может быть одновременно и уничтожена, и не уничтожена, этот сценарий непоследователен и парадоксален.

Устранение парадоксов

В научной фантастике распространено заблуждение, что парадоксы можно "создавать". Путешественников во времени обычно предупреждают, чтобы они не вносили значительных изменений в прошлое и избегали встреч со своими прошлыми "я" именно по этой причине. Примеры этого можно найти во многих фильмах о путешествиях во времени, например, в трилогии "Назад в будущее".

Но в физике парадокс не является событием, которое может произойти в действительности, - это чисто теоретическая концепция, указывающая на несоответствие в самой теории. Другими словами, парадоксы последовательности не просто подразумевают, что путешествие во времени - опасное занятие, они подразумевают, что оно просто невозможно.

Это было одной из причин, побудивших физика-теоретика Стивена Хокинга сформулировать свою гипотезу о защите хронологии, которая гласит, что путешествия во времени должны быть невозможны. Однако эта гипотеза до сих пор остается недоказанной.

Более того, Вселенная была бы гораздо интереснее, если бы вместо того, чтобы исключить путешествия во времени из-за парадоксов, мы могли бы просто устранить сами парадоксы.

Одной из попыток разрешить парадоксы путешествий во времени является гипотеза самосогласованности физика-теоретика Игоря Дмитриевича Новикова, которая, по сути, утверждает, что вы можете путешествовать в прошлое, но не можете его изменить.

Согласно Новикову, если бы я попытался уничтожить свою машину времени на пять минут в прошлом, то обнаружил бы, что это невозможно сделать. Законы физики каким-то образом сговорились бы сохранить последовательность.
Введение множественных историй

Но какой смысл возвращаться в прошлое, если вы не можете изменить прошлое? Моя недавняя работа вместе с моими студентами Джейкобом Хаузером и Джаредом Воганом показывает, что существуют парадоксы путешествий во времени, которые не может разрешить гипотеза Новикова. Это возвращает нас в исходную точку, поскольку если даже один парадокс не может быть устранен, путешествие во времени остается логически невозможным.

Итак, является ли это последним гвоздем в гроб путешествия во времени? Не совсем. Мы показали, что возможность существования нескольких историй (или, в более привычных терминах, параллельных временных линий) может разрешить парадоксы, которые не может разрешить гипотеза Новикова. На самом деле, она может разрешить любой парадокс, который вы ей предложите.
Идея очень проста.

Когда я выхожу из машины времени, я попадаю в другую временную линию. В этой временной линии я могу делать все, что захочу, включая уничтожение машины времени, не меняя ничего в исходной временной линии, из которой я пришел.

Поскольку я не могу уничтожить машину времени в исходной временной линии, которую я действительно использовал для путешествия в прошлое, парадокса не существует.

После работы над парадоксами путешествий во времени в течение последних трех лет я все больше убеждаюсь, что путешествия во времени возможны, но только если наша Вселенная может позволить сосуществовать нескольким историям. Итак, может ли она?

Квантовая механика, конечно, кажется, подразумевает это, по крайней мере, если вы придерживаетесь интерпретации Эверетта о "многих мирах", где одна история может "расщепляться" на несколько историй, по одной для каждого возможного результата измерения - например, жив или мертв кот Шредингера, или прибыл ли я в прошлое.

Но это всего лишь предположения. В настоящее время мы со студентами работаем над созданием конкретной теории путешествий во времени с несколькими историями, полностью совместимой с общей теорией относительности. Конечно, даже если нам удастся найти такую теорию, этого будет недостаточно, чтобы доказать, что путешествия во времени возможны, но это, по крайней мере, будет означать, что путешествия во времени не исключены из-за парадоксов последовательности.

Путешествия во времени и параллельные временные линии почти всегда идут рука об руку в научной фантастике, но теперь у нас есть доказательство того, что они должны идти рука об руку и в реальной науке. Общая теория относительности и квантовая механика говорят нам, что путешествия во времени возможны, но если это так, то множественные истории также должны быть возможны. Беседа

Барак Шошани, доцент физики, Университет Брока.