Квантовая механика и теория струн дают надежду, что когда-то человечество научится ставить следствия перед причинами.
Если кто-то подаст заявку на выделение гранта на исследование путешествий во времени, ему откажут немедленно, - писал физик Стивен Хокинг в своей книге «Краткие ответы на большие вопросы». И он был прав.
Но он также вряд ли ошибался, когда утверждал, что вопрос о возможности таких перемещений очень серьезный. И он требует научного подхода. Хокинг отмечал, что наше сегодняшнее понимание вещей не может исключить такой вероятности. Поэтому, кажется, от был довольно оптимистично настроен.
В какой же мы ситуации сегодня? Если человечество сейчас не способно построить машину времени, то сможет ли оно это сделать хоть когда-нибудь в будущем?
Об этом на страницах Newsweek пишет исследователь группы космологии в Школе физики и астрономии Университета Ноттингема Питер Миллингтон.
Он предлагает начать с ежедневного опыта каждого. Сегодня люди относятся к возможности позвонить друзьям и родственникам, где бы они не были в мире, чтобы спросить, что они делают «сейчас», как норме. Но на самом деле это то, чего мы никогда не может узнать. Потому что хоть сигналы и изображения передаются очень быстро, на их перемещение к тому, кто спрашивает, все равно нужно время. Наша неспособность достичь информации о «сейчас» для людей в далеких краях лежит в сердце теории времени и пространства Альберта Эйнштейна
Эйнштейн утверждал, что время и пространство – это части одного и того же – временного пространства. И люди должны думать о расстоянии во времени так же, как и расстоянии в пространстве. На первый взгляд это звучит странно. Но на вопрос, далеко ли от Бирмингема до Лондона, люди радостно отвечают: «Два с половиной часа». Говоря так, они подразумевают, что за такое время можно преодолеть всю дистанцию при скорости 80 километров в час. Математически такой ответ абсолютно равен утверждению, что от Бирмингема до Лондона 200 километров.
Физики Брайан Кокс и Джефф Форшоу писали в своей книге «Почему E=mc2?», что время и расстояние «можно заменить чем-то, что имеет значение скорости». Эйнштейновский интеллектуальный скачок предполагал, что курс обмена между временем и расстоянием во временном пространстве универсальный. И это скорость света. Она в свою очередь быстрее, чем любой сигнал, что ограничивает нашу способность узнать, что происходит прямо сейчас в другой точке вселенной. Это приводит нас к понятию о «причинности» - закону о том, что любой эффект наступает строго после причины. И это серьезный теоретический аргумент против тех, кто верит в путешествия во времени. Собственно, вернуться во время до своего рождения равно тому, чтобы поставить следствие раньше причины.
Итак, если считать, что скорость света универсальна, ее значение должно быть везде одинаковое: 299792458 метров в секунду. И не важно, как быстро мы сами при этом движемся. Эйнштейн понял, что следствие абсолютности скорости света в том, что пространство и время сами по себе не могут такими быть. И оказалось, что движущиеся часы щелкают медленнее, чем те, которые стоят на месте. Поэтому теоретически, если астронавты будут лететь на космическом корабле с необычайной скоростью, а затем вернутся на Землю, для них пройдет меньше времени, чем для тех, кто остался на планете. Для всех, кто не был на корабле, жизнь астронавтов протекает в замедленном режиме.
Следовательно если достичь скорости света, начнет ли время двигаться в обратном направлении, как показывает научная фантастика? К сожалению, понадобится бесконечная энергия для «разгона» человека до скорости света, которой просто нет. Но если бы и была, время бы не начало двигаться назад. Зато понятия движения «вперед» и «назад» просто исчезли бы. Закон причинности был бы нарушен. И вся концепция причины и следствия потеряла бы значение.
Но Эйнштейн также допустил, что сила тяготения является следствием того, как масса деформирует время и пространство. Чем большую массу мы размещаем в пространстве, тем больше деформируется пространство, а часы вблизи щелкают медленнее. Если масса достигает гигантских размеров, а пространство настолько сжимается, что даже свет не может вырваться из гравитационных сил, формируется черная дыра. И если приблизиться к горизонту событий черной дыры, щелчок часов становится бесконечно медленным по сравнению с теми, которые стоят где-то далеко.
Можем ли мы сжать пространство в достаточной степени, чтобы приблизить его к самому себе и перескочить в прошлое? Ответ: возможно. И искривление, которое нам в таком случае требуется, называется «проходной червоточиной». Но нужно также создать регион отрицательной плотности энергии, чтобы стабилизировать ее. И классическая физика 19-го века исключает такую возможность. Но современная квантовая механика допускает.
Согласно ей, пустое пространство на самом деле не пустое. Оно наполнено парами частиц, которые возникают и исчезают в реальности. Если человечество смогло бы создать регион с меньшим количеством таких пар частиц, чем где-либо, тогда такой регион будет иметь отрицательную плотность энергии. Однако, поиск последовательной теории, объединяющей квантовую механику с эйнштейновской теорией гравитации остается одним из крупнейших вызовов для теоретической физики.
Одна из кандидатов на такую роль – это так называемая «теория струн" или М-теория. Она предусматривает, что во временном пространстве есть 11 измерений: одна - это время, три – это пространство, в котором мы передвигаемся, и еще семь искривленные и настолько мелкие, что остаются незаметными. Можем ли мы использовать эти дополнительные пространственные измерения для того, чтобы «срезать» во времени и пространстве? Хокинг надеялся, что сможем.