24 апреля 2022 года.
Вы когда-нибудь совершали ошибку, которую хотели бы исправить? Исправление прошлых ошибок — одна из причин, по которой мы считаем концепцию путешествий во времени такой увлекательной. Как часто изображается в научной фантастике, с машиной времени ничто не остается неизменным — 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 причинно-следственных связей пришло 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 с помощью общей теории относительности выяснить, возможны ли путешествия во времени. Оказалось, что можно записать уравнения, которые описывают путешествия 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 в округе. Из квантовой механики мы знаем, что теоретически такая материя может быть создана, но в слишком малых количествах и на слишком короткое время.
Однако нет никаких доказательств того, что создать экзотическую материю в достаточных количествах невозможно. Более того, могут быть открыты другие уравнения, которые позволят путешествовать во времени, не требуя экзотической материи. Таким образом, эта проблема может быть просто ограничением нашей нынешней технологии или понимания квантовой механики.
Другой основной вопрос менее практичен, но более значим: это наблюдение, что путешествия во времени, кажется, противоречат логике, в виде парадоксов путешествий во времени. Существует несколько типов таких парадоксов, но наиболее проблематичными являются парадоксы согласованности.
Парадоксы последовательности — популярный троп в научной фантастике — возникают всякий раз, когда происходит некое событие, приводящее к изменению прошлого, но само изменение не позволяет этому событию произойти.
Например, рассмотрим сценарий, в котором я вхожу в свою машину времени, использую ее, чтобы вернуться на пять минут назад, и уничтожаю машину, как только попадаю в прошлое. Теперь, когда я уничтожил машину времени, я не смогу воспользоваться ею пятью минутами позже.
Но если я не могу использовать машину времени, значит, я не могу вернуться в прошлое и уничтожить ее. Следовательно, она не уничтожена, а значит, я могу вернуться в прошлое и уничтожить ее. Другими словами, машина времени уничтожается тогда и только тогда, когда она не уничтожается. 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 существенных изменений в прошлое и не встречались 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 — это не событие, которое может произойти на самом деле, а чисто теоретическая концепция, указывающая на несоответствие в самой теории. Другими словами, парадоксы последовательности не просто подразумевают, что путешествия во времени — опасное занятие, они подразумевают, что они просто невозможны.
Это послужило одной из причин, побудивших физика-теоретика Стивена Хокинга сформулировать свою гипотезу о защите хронологии, согласно которой путешествия во времени должны быть невозможны. Однако пока что эта гипотеза 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.
По мнению Новикова, если бы я попытался уничтожить свою машину времени на пять минут в прошлое, то обнаружил бы, что сделать это невозможно. Законы физики каким-то образом сговорились бы сохранять последовательность.
Введение нескольких историй
Но какой смысл возвращаться в прошлое, если вы не можете его изменить? 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 к исходной точке, поскольку если хотя бы один парадокс не может быть устранен, путешествия во времени остаются логически невозможными.
Так неужели это последний гвоздь в крышку гроба путешествий во времени? Не совсем. Мы показали, что возможность существования нескольких историй (или, говоря более привычным языком, параллельных временных линий) может разрешить парадоксы, которые не может разрешить гипотеза Новикова. Фактически, она может разрешить любой парадокс, который вы в нее бросите.
Идея очень проста. Когда я выхожу из машины времени, я попадаю в другую временную линию. В этой временной шкале я могу делать все, что захочу, включая уничтожение машины времени, не меняя ничего в исходной временной шкале, из которой я пришел. Поскольку я не могу уничтожить машину времени в исходной временной шкале, которую я использовал для путешествия в прошлое, парадокса не существует.
Работая над парадоксами путешествий во времени в течение последних трех лет, я все больше убеждаюсь, что путешествия во времени возможны, но только если наша вселенная допускает сосуществование нескольких историй. Итак, может ли она?
Квантовая механика, безусловно, предполагает это, по крайней мере, если вы придерживаетесь интерпретации «многих миров» Эверетта, где одна история может «расщепляться» на множество историй, по одной на каждый возможный результат измерения — например, жив ли кот Шредингера или мертв, 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, которая была бы полностью совместима 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 согласованности.
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.
Автор — Барак Шошани, доцент кафедры физики Университета Брока.
