Путешествие во времени

С точки зрения физики путешествия назад во времени возможны.

Физика не может полностью исключить возможность путешествий во времени. Как общая, так и специальная теория относительности Альберта Эйнштейна показывают, что время относительно, так что ОТО открыта для возможности временных махинаций. Но если бы вы могли запрыгнуть в машину времени и отправиться в прошлое, стоило бы беспокоиться о создании парадоксов, меняющих ход истории? Как, например, в знаменитом рассказе Рэя Брэдберри «И грянул гром», главный герой которого наступил на бабочку во время своего путешествия, тем самым изменив собственный мир до неузнаваемости. Согласно результатам исследования, проведенного студентом Квинслендского университета и его научным руководителем, математические расчеты показывают, что путешествия во времени возможны без парадоксов Вселенная все уладит.

Парадоксы путешествий во времени

Классический мысленный эксперимент о путешествии во времени называется парадокс дедушки. Представьте, что вы решили вернуться в прошлое, чтобы убить своего деда. Попав туда вы убиваете его прежде, чем он познакомится с вашей бабушкой. И как вам тогда существовать, чтобы отправиться в прошлое и убить его? А если вас не существует, то кто в таком случае вернулся назад во времени и убил деда? Парадокс. Временная шкала больше не является самосогласованной.

Примечательно, что парадокс дедушки можно применить к самым разным историям о путешественниках во времени. В «Назад в будущее» Марти отправляется назад во времени, вмешивается в отношения своих родителей, флиртуя со своей мамой, не давая себе родиться. Но если Марти никогда не рождался, то как он смог вмешаться в интрижки своих родителей? Но если он не может вмешаться, то что мешает ему родиться? И так по кругу. Если бы не одно «но» некоторые решения уравнений Эйнштейна позволяют путешествовать во времени по замкнутым временным кривым.

Кадр из фильма «Назад в будущее». Марти со своей мамой во время одного из своих путешествий во времени.

Эти теоретические пути позволяют кому-то присутствовать при первоначальном событии, путешествовать в пространстве и времени и возвращаться к этому событию снова. Отметим, что точка возврата не является повторением исходного события. Это начальное событие. Последствия замкнутых временных кривых приводят к всевозможным сценариям путешествий во времени. Так, физик-теоретик Мичио Каку предполагает, что они могут включать в себя в том числе и путешествия сквозь червоточину и черную дыру.

Читайте также: Если кротовые норы существуют, можно ли путешествовать сквозь них?

Вселенная повелитель времени

В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Classical and Quantum Gravity, доктор Фабио Коста и студент Квинслендского университета Жерман Тобар хотели ответить на вопрос о том, возможны ли путешествия во времени без парадоксов.

«Некоторые физики считают, что это возможно, но логически принять путешествия во времени без парадоксов трудно, потому что это повлияло бы на нашу свободу воли свободу совершать любые произвольные действия. Это означает, что вы можете путешествовать во времени, но не можете сделать ничего, что могло бы вызвать парадокс», пишут авторы работы в пресс-релизе исследования.

Доктор Фабио Коста (слева) и Жермен Тобар (справа) обсуждают выводы своей совместной работы. Фото: Big Think

Еще больше интересных статей о том, что возможно на просторах нашей Вселенной а что нет, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Коста и Тобар пришли к выводу, что путешествия во времени могут быть последовательными и свободными от логических парадоксов. Чтобы проиллюстрировать это, ученые предлагают провести следующий мысленный эксперимент представьте, что вы путешествуете во времени, чтобы остановить пандемию COVID-19. После того, как вы найдете и изолируйте первого пациента, миссия (а с ней и парадокс) будет выполнена, верно? Согласно расчетам Тобара и Косты, нет. Математика предполагает, что временные события будут логически согласовываться с любым вашим действием. Например, вы можете подхватить вирус, стать нулевым пациентом и все равно устроить пандемию.

«Что бы вы ни делали, основные события просто перекалибруются вокруг вас», пишут исследователи. «Это означало бы, что пандемия начнется вне зависимости от ваших действий, даря вашему юному «я» мотивацию вернуться назад во времени и остановить ее. Ряд математических процессов, которые мы обнаружили, показывают, что путешествия во времени со свободной волей логически возможны в нашей Вселенной без какого-либо парадокса.»

Фабио Коста, ведущий автор исследования о путешествиях во времени.

«Математика проверена, а результаты отличный материал для научных фантастов», считают авторы исследования.

Безусловно, утверждение о том, что свободное от парадоксов путешествие во времени математически возможно не означает, что подобные путешествия возможны на практике. Даже если у вас получится добраться до ближайшей к нашей планете червоточине и попасть в нее, существует высокая вероятность, что вас просто-напросто раздавит еще до того, как вы окажетесь на другой стороне этого Вселенского тоннеля. Все зависит от того, как будут действовать законы квантовой гравитации, а в этой области теоретической физики все совсем не просто. Так что пока мы с вами можем быть повелителями времени на бумаге и в научно-фантастических произведениях. Что, на самом-то деле, совсем не плохо, согласны?

В квантовом мире частицы могут находиться в неопределенном состоянии, где они не имеют определенного местоположения или скорости. Это называется «суперпозицией».

Для всех нас привычным является то, что наше прошлое определяет наше будущее поступки, которые мы совершаем приводят нас к чему-то. Это обычное явление, о котором многие даже не задумываются, ведь все кажется таким очевидным, правда же? И да, и нет несмотря на очевидность происходящего, квантовая физика имеет иное мнение. Нобелевская премия по физике 2022 года подчеркнула проблемы, которые квантовые эксперименты создают для «локального реализма». Однако растущее число экспертов предлагает в качестве решения «ретропричинность», предполагая, что настоящие действия могут влиять на прошлые события, сохраняя тем самым локальность и реализм.

Реальность времени и вызов реализму

Чтобы дальше было хоть капельку проще, следует разобраться что же такое локальный реализм. В контексте квантовой механики, локальный реализм означает, что свойства объектов существуют независимо от того, измеряем ли мы их или нет, и что информация об этих свойствах может быть передана только со скоростью, не превышающей скорость света. Это противоположно нелокальному реализму, который предполагает, что свойства объектов не существуют, пока они не измерены, и что информация об этих свойствах может передаваться мгновенно на любые расстояния. Локальный реализм был одним из центральных принципов, приведенных в основополагающей работе Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена, известной как «EPR-парадокс».

Предложенная новая концепция предлагает альтернативный подход к пониманию связей причинности и корреляций (взаимосвязей случайных величин) в квантовой механике. Она считается жизнеспособным объяснением последних революционных экспериментов, потенциально защищающих основные принципы специальной теории относительности Эйнштейна.

В квантовом мире частицы могут быть связаны друг с другом, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.

В 2022 году Нобелевская премия по физике была присуждена за экспериментальную работу, демонстрирующую, что квантовый мир может нарушать некоторые из наших фундаментальных представлений о том, как функционирует Вселенная.

Читайте также: Почему для детей время течет не так, как для взрослых.

Некоторые смотрят на эти эксперименты и считают, что они подвергают сомнению «локальность» — идею, что отдаленные объекты должны взаимодействовать через физического посредника. Некоторые также считают, что эти эксперименты подвергают сомнению «реализм» — идею, что опыт основывается на объективной реальности. В конечном итоге многие физики приходят к выводу, что «локальный реализм» умирает.

Однако, растущая группа экспертов считает, что мы можем сохранить оба этих понятия, используя третий подход. Они предлагают отказаться от предположения, что настоящие действия не могут влиять на прошлые события. Этот вариант, называемый «ретропричинностью», претендует на сохранение как локальности, так и реализма.

Может ли будущее влиять на прошлое?

Что же такое причинность? Начнем с известной всем фразы: корреляция не является причинно-следственной связью. Некоторые корреляции являются причинно-следственными связями, но не все. В чем же разница?

Ученые предлагают рассмотреть два примера. Один из них предполагает, что между иглой барометра и погодой существует корреляция — поэтому мы можем узнать о погоде, глядя на барометр. Однако никто не считает иглу барометра причиной погоды. Во втором примере говорится, что употребление кофе связано с повышением частоты сердечных сокращений. Здесь правильно сказать, что первое вызывает второе.

В квантовом мире есть не только частицы, но и волны, которые могут проходить через одновременно несколько пространственных путей.

Разница заключается в том, что если мы «покачаем» иглу барометра, то погода не изменится. Игла барометра и погода управляются третьим фактором — атмосферным давлением, поэтому они связаны. Если мы сами управляем иглой, мы нарушаем связь с атмосферным давлением, и корреляция исчезает.

Но если мы вмешиваемся, чтобы изменить потребление кофе, мы обычно изменим и частоту сердечных сокращений. Причинные корреляции это те, которые сохраняются, когда мы меняем одну из переменных.

Может быть интересно что такое четырехмерное пространство?

Сегодня наука, занимающаяся поиском таких устойчивых корреляций, называется «обнаружением причинно-следственных связей». Это громкое название для простой идеи: выяснить, что еще меняется, когда мы изменяем окружающую нас среду.

В повседневной жизни мы обычно считаем само собой разумеющимся, что последствия колебаний проявятся позже, чем сами колебания. Это предположение настолько естественно, что мы даже не замечаем, что делаем его.

Квантовая ретропричинность и ее значение

Квантовая угроза локальности (что удаленные объекты нуждаются в физическом посреднике для взаимодействия) проистекает из аргумента североирландского физика Джона Белла в 1960-х годах. Белл рассмотрел эксперименты, в которых два гипотетических физика, Алиса и Боб, получают частицы из общего источника. Каждый выбирает одну из нескольких настроек измерения, а затем записывает результат. Повторяясь много раз, эксперимент создает список результатов.

Белл осознал, что квантовая механика предсказывает наличие странных взаимосвязей в данных (которые теперь подтверждены). Эти корреляции подразумевают, что выбор настройки Алисы влияет на результат Боба и наоборот, даже если Алиса и Боб находятся на большом расстоянии друг от друга. Этот аргумент Белла представляет угрозу для теории специальной относительности Альберта Эйнштейна, которая является важной частью современной физики.

Существует некоторое количество экспериментов, которые могут поддерживать идею квантовой ретропричинности. Например, эксперименты с фотонами, которые предоставили некоторые доказательства того, что они могут обмениваться информацией о своих свойствах в прошлом.

Однако Белл предположил, что квантовые частицы не знают, какие измерения будут произведены в будущем. Ретропричинные модели утверждают, что выбор измерений Алисы и Боба влияет на частицы, находящиеся в источнике. Это может объяснить странные корреляции без нарушения специальной теории относительности.

По сути, ретропричинность это свойство квантовых частиц, которое позволяет им вести себя так, будто они влияют на свое прошлое. Это означает, что изменение состояния одной частицы может повлиять на состояние другой частицы, которая находится в прошлом относительно первой.

Могут ли черные дыры быть порталами для путешествий во времени?

Понятие ретропричинности достаточно сложно для понимания, поскольку оно противоречит нашему интуитивному представлению о времени и причинно-следственных связях. Однако именно это свойство квантовых частиц лежит в основе различных квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая криптография.

В настоящее время существует процветающая группа ученых, занимающихся вопросами квантовой ретропричинности, но эта тема все еще остается невидимой для некоторых экспертов в более широкой области, так как ее путают с другой точкой зрения, называемой «супердетерминизмом».

Теория супердетерминизма и ее влияние на физику

Супердетерминизм согласен с ретропричинностью в том, что выбор измерения и лежащие в его основе свойства частиц каким-то образом связаны.

Но супердетерминизм относится к этому как к взаимосвязи между погодой и иглой барометра. Он предполагает, что существует некая таинственная третья вещь «супердетерминант», которая контролирует как наш выбор, так и частицы, подобно тому, как атмосферное давление контролирует погоду и барометр.

Супердетерминизм связан с концепцией предопределения. Он утверждает, что все события в прошлом, настоящем и будущем были заранее предопределены и невозможно изменить ход событий.

Таким образом, супердетерминизм отрицает, что выбор измерений это то, чем мы можем свободно вилять по своему желанию, он предопределен. Свободные колебания нарушат корреляцию, как и в случае с барометром. Критики возражают, что супердетерминизм таким образом подрывает основные предположения, необходимые для проведения научных экспериментов. Они также говорят, что это означает отрицание свободы воли, поскольку что-то управляет и выбором измерений, и частицами.

Эти возражения не относятся к ретропричинности. Они делают научные открытия обычным свободным, волнообразным способом.

Ретропричинность и ее реалистичность

Критики этой гипотезы требуют экспериментальных доказательств, которые, на самом деле, уже получены и были удостоены Нобелевской премии. Теперь главная задача — доказать, что ретропричинность является лучшим объяснением этих результатов.

Одной из причин такой необходимости — возможность устранения угрозы для специальной теории относительности Эйнштейна. Ученые замечают, что это очень важно и удивительно, что изучение этого вопроса заняло столько времени. Сложности возникают из-за путаницы с супердетерминизмом.

В мире крайне много явлений, которые сложно объяснить, вся квантовая физика совершенно меняет наше представление о Вселенной и ее устройстве. Чтобы не запутаться следует подписаться на наш Telegram и Дзен!

Также, исследователи утверждают, что ретропричинность позволяет лучше понять, что микромир частиц не различает прошлое и будущее.

Однако, возможность посылать сигналы в прошлое вызывает наибольшее беспокойство и открывает дверь к парадоксам путешествий во времени. Но чтобы возник парадокс, необходимо, чтобы эффект в прошлом был измерен. Если, например, молодая бабушка не может прочитать совет не выходить замуж за дедушку, это означает, что мы бы не появились на свет, то есть парадокса не будет. В квантовом случае известно, что невозможно измерить все сразу.

Тем не менее предстоит работа по созданию конкретных моделей, которые обеспечат соблюдение этого ограничения, что нельзя измерить все сразу.

Путешествие во времени детерминировано и локально свободно, говорится в новой статье, разрешающей вековой парадокс.

Вряд ли сегодня на Земле найдется человек, который ни разу не задумывался о путешествиях во времени. Во многом это заслуга популярной культуры с самого момента своего возникновения, концепция путешествий во времени вошла в культуру и повлияла на наше восприятие времени. Как пишет в своей книге «Путешествия во времени. История» американский писатель, историк науки Джеймс Глик, самой концепции таких путешествий немногим более сотни лет. Так, если верить «Оксфордскому словарю английского языка», впервые термин «путешествие во времени» (англ. time travel) появился в английском языке в 1914 году обратным словообразованием от уэллсовского Путешественника во Времени (так писатель-фантаст Гербер Уэллс называет главного героя своего романа Машина времени (1895)). Выходит, каким-то невероятным образом большую часть своей истории человечество жило не задаваясь вопросом о том, что было бы, отправься они в прошлое или будущее. Теперь же, физики из Университета Кливленда разрешили вековой парадокс, доказав, что с точки зрения математики путешествия во времени теоретически возможны.

Парадокс дедушки

В ходе исследования, опубликованного в журнале Classical and Quantum Gravity физики из Университета Квинсленда использовали математическое моделирование, чтобы согласовать Общую теорию относительности (ОТО) Эйнштейна с классической динамикой. Теория Эйнштейна допускает возможность того, что человек, используя временную петлю, отправляется назад во времени, чтобы убить своего деда. Однако классическая динамика диктует, что последовательность событий, последовавших за смертью дедушки, завершится тем, что путешественник во времени перестанет существовать.

Британская The Independent приводит слова слова авторов исследования Жермена Тобара и Фабио Коста о том, что в течение многих лет они ломали голову над тем, как классическая динамика может соответствовать предсказаниям Эйнштейна. Их размышления в итоге привели к созданию математической модели, призванной выяснить могут ли эти две теории сосуществовать. В основу модели легла, как это не странно, пандемия коронавируса.

Допустим, вы путешествовали во времени, пытаясь остановить нулевого пациента Covid-19 от заражения вирусом. Однако если вы остановите этого человека от заражения, это устранит мотивацию для вас вернуться и остановить пандемию. Это парадокс непоследовательность, которая часто заставляет людей думать, что путешествия во времени не могут происходить в нашей Вселенной. Логически это трудно принять, потому что это повлияло бы на нашу свободу совершать любые произвольные действия. Это означало бы, что вы можете путешествовать во времени, но не можете сделать ничего, что вызвало бы возникновение парадокса.

Фабио Коста (слева) и Жермен Тобар (справа).

Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы первым узнавать новости о последних научных открытиях.

Несмотря на то, что сама математика сложна, она сводится к чему-то довольно простому. Дискуссия о путешествиях во времени фокусируется на замкнутых кривых, подобных времени, что впервые предположил Альберт Эйнштейн. И Тобар и Коста считают, что до тех пор, пока только две части целого сценария в рамках Cпециальной теории относительности (СТО) все еще находятся в «причинном порядке», остальное подчиняется свободе воли.

В примере с нулевым пациентом с коронавирусом вы можете попытаться остановить заражение нулевого пациента, но при этом вы подхватите вирус и сами станете нулевым пациентом или это будет кто-то другой. Что бы вы ни делали, основные события будут просто перестраиваться вокруг вас. Это будет означать, что вне зависимости от ваших действий пандемия произойдет, давая вашему молодому «я» мотивацию вернуться и остановить ее.

Как бы вы ни старались создать парадокс, события всегда будут приспосабливаться друг к другу, чтобы избежать любого несоответствия. Ряд математических процессов, которые обнаружили исследователи, показывают, что путешествия во времени со свободой воли логически возможны в нашей Вселенной без какого-либо парадокса.

Высокоточный машины времени сегодня есть только в фильмах и математических расчетах

Хотя это звучит разочаровывающе для человека, пытающегося предотвратить пандемию или убить Гитлера, математикам это помогает понять как мы думаем о времени. Так или иначе, новое исследование предполагает, что любой, кто в конечном итоге разрабатывает способ осмысленного путешествия во времени, может сделать это и экспериментировать без скрытого страха разрушить мир по крайней мере, не сразу.

Удивительная физика

Новое открытие также примечательно тем, что сглаживает проблемы с другой гипотезой, согласно которой путешествия во времени возможны, но сами путешественники будут ограничены в том, что делают это останавливает их от создания парадокса. В такой модели путешественники во времени могут делать все, что хотят, но парадоксы невозможны.

Читайте также: Возможны ли путешествия во времени?

Но несмотря на цифры и полученные результаты, главной проблемой путешествий во времени остается искривление пространства и времени, необходимое для того, чтобы попасть в прошлое машины времени, которые ученые разработали до сих пор, настолько высоконадежны, что в настоящее время существуют только как вычисления на странице. И все же, исследователи настроены оптимистично, ведь их работа предполагает, что мы будем свободны делать с миром все, что захотим в прошлом: он будет соответствующим образом перестраиваться.

Время есть у всех. Но только что такое время?

Время — оно как воздух. Мы живем в нем и даже не задумываемся над тем, что это такое и как им пользоваться. Тем не менее, это очень сложная вещь, которая лежит в основе всего. Не зря же есть словосочетание пространство и время. С пространством все понятно — вот оно. До работы 10 километров на машине, а до магазина 300 метров пешком. Вот только время в этом пути будет очень относительным. Но что это вообще такое и справедливо ли говорить о том, что время бесконечно и оно было всегда? Можно ли потрогать время? Может быть его можно остановить или повернуть вспять? Все эти вопросы люди часто задают друг другу и сами себе. Давайте попробуем ответить хоть на какие-то из них.

Что такое время?

Обычно под временем мы понимаем то, что отсчитывается стрелками часов и чего нам всегда не хватает. При этом, считается, что время делится на прошлое, настоящее и будущее. С первым и последним понятно, но существует ли настоящее?

Любая микроскопическая доля времени, про которую мы постараемся сказать, как про настоящее, уже будет прошлым. Получается, что настоящего, как такового, не существует. Оно является только тем, что мы привыкли так называть, то есть очень широкое понятие в духе наши дни. Оно может включать периоды от нескольких месяцев до нескольких лет и даже тысяч лет, если мы говорим, к примеру, о существовании Вселенной или формировании нашей планеты.

Одно из определений времени гласит, что это то, заставляет все события происходить неодновременно.

При этом многие ученые все же воспринимают время, как прогрессию, в которой будущее становится настоящим, а настоящее — прошлым, и этот процесс непрерывен. Даже если взорвется наше Солнце, время все равно не остановится и продолжит существовать. Просто уже не для нас.

Почему во время карантина время идет быстрее?

Что дает понимание времени

А еще время является основной для понимания того, что такое динамика. Только имея представления о времени, можно говорить о событиях, которые развиваются с определенной скоростью. Ведь совершенно нормальным считается спросить, когда что-то произошло и сколько продлилось то или иное явление. Получается, что время похоже на пространство — это координаты, но не точки на карте того, когда это было. Отличие только одно. По карте можно ходить куда угодно, а по времени — только в одну сторону. Именно это свойство времени является главной загадкой, над которой бьются ученые и строят свои гипотезы фантасты.

Фантасты часто поднимают тему времени, так как полет фантазии в этом направлении невозможно остановить.

Люди воспринимают время более менее одинаково, так как привычные нам часы тикают с одной скорость. Однако, это справедливо только для классической физики. Квантовая же физика утверждает обратное и говорит о том, что система становится активной только в тот момент, когда за ней наблюдают. То есть, в некотором роде именно квантовая физика не исключает возможности движения времени вспять.

Немного юмора от физики, который кое-что объясняет.

Могут ли сразу две черные дыры вращаться в центре Млечного Пути?

Теория относительности Альберта Эйнштейна

В свое время Альберт Эйнштейн явил миру теорию относительности, о которой вы наверняка слышали. Она полностью меняет типичное представление о времени и взгляд на него. Согласно этой теории, прогрессия времени не универсальна. Если говорить совсем просто, то по этой теории часы идут с разной скоростью в зависимости от того, на чьей руке они надеты.

Если обладатель часов окажется в непривычной для него ситуации, например, будет перемещаться со скоростью света или окажется рядом с сильным источником гравитационных волн — например, рядом с черной дырой — время для него пойдет иначе. В некоторых ситуациях оно может даже остановиться или и вовсе повернутся вспять.

Теория относительности предполагает, что любые события могут влиять только на те события, которые происходят после них. Но это не противоречит движению времени, как вектора физической величины, в обратном направлении. В этом случае уже события будущего будут находится в прошлом относительно того, кто носит часы.

Проще говоря, в такой ситуации восприятие привычных физических процессов меняется и человек оказавшийся в таком месте может не только наблюдать время, но и двигаться по нему как в обычном пространстве — влево, вправо, вперед, назад и так далее. То есть, относительность уравнивает время и пространство, наделяя их одними и теми же свойствами.

Величайшие умы мира бьются над разгадкой тайны времени, но они ничего пока так и не добились.

Возможно ли путешествие во времени

Есть еще понятие T-симметрии, когда явления и величины, коими они представлены, не зависят от шкалы координат, и при изменении положительного значения на отрицательное кривая на графике становится зеркальной. В теории относительности, несмотря на такие отличие от привычного мира, это правило тоже сохраняется.

Общая теория относительности Эйнштейна: четыре шага, предпринятых гением.

Интересно, что в споры о возможности путешествия во времени в обратном направлении вмешивается термодинамика, которая говорит, что все процессы в мире стремятся из упорядоченной системы к хаосу, то есть увеличению энтропии. Этот процесс нельзя повернуться вспять. То есть, взорвавшиеся звезды нельзя склеить обратно, а сгнивший лист железа превратить в новый. Проще говоря, фарш невозможно провернуть назад и мяса из него не восстановишь.

Если они смогли, может и мы когда-то сможем?

В итоге, грубо можно сказать, что время для нас это то время, которое есть на Земле. Если мы начнем путешествовать в пространстве дальше ближайших планет, нам придется понимать, что такое время и как оно меняется. Хотя, формально, на незначительные доли секунд отклонения есть и на Земле. Это даже учитывается при создании некоторых сверхточных систем и атомных часов.

Понимаем ли мы время

Вообще, человечество пока плохо понимает, что такое время на самом деле и все сказанное является только теориями и гипотезами. Мы пока так и не смогли достичь источников гравитационных волн, хотя смогли зафиксировать их.

Как только люди научатся путешествовать во времени, очень не хотелось бы это пропустить. Поверьте, прежде чем бежать покупать билеты, мы напишем об этом в нашем новостном канале в Telegram. Присоединяйтесь, чтобы ничего не пропустить.

Пока о времени мы знам только то, что это геометрический параметр, характеризующий длительность процессов. Он является частью пространственно-временного континуума и четвертой осью привычного нам трехмерного мира. Ах да Еще то, что это чертовски интересная и непонятная штука. Как у нас говорят — ничего непонятно, но очень интересно.

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

До начала ХХ столетия считалось, что время есть величина абсолютная. Но после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), стало понятно, что время понятие более субъективное и имеет отношение к наблюдателю, который его измеряет. И все же, многие продолжали трактовать время так, словно это прямая железнодорожная линия, двигаться по которой можно только вперед или назад. Но что, если эта железнодорожная линия ветвится или вовсе имеет окружные пути, двигаясь по которым поезд возвращается на станцию, которую уже проезжал? Иными словами, можно ли путешествовать в будущее или прошлое? Начиная со знаменитого романа Герберта Уэллса «Машина времени», научные фантасты придаются фантазиям во всю. Но в реальной жизни представить нечто подобное невозможно. Ведь если бы кто-то в будущем изобрел машину времени, неужто он бы не предупредил нас об угрозе пандемии COVID-19 или об ужасных последствиях глобального потепления? Но к нам так никто и не прибыл. Быть может, стоит посмотреть на время под другим углом?

Квантовая механика раздел теоретической физики, описывающий физические явления, действие в которых сравнимо по величине с постоянной Планка.

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Это интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Согласно специальной теории относительности (СТО) все физические законы одинаковы для всех свободно двигающихся наблюдателей, независимо от их скорости.

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

Немного проясним данный способ предполагает, что машина времени, в которую вы вошли, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы направляетесь) и затем возвращается назад. Когда путешествие заканчивается, покинув машину времени вы понимаете, что для вас прошло намного меньше времени, чем для всех жителей Земли вы совершили путешествие в будущее. Но если отныне мы воспринимаем время по-другому, быть может, законы физики подскажут, как путешествовать в прошлое?

Не пропустите: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

Можно ли отправиться в прошлое?

Первый намек на то, что человек может совершать путешествия во времени, появился в 1949 году, когда австрийский математик Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Или новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения ОТО.

Вообще, говоря об уравнениях Эйнштейна, важно понимать, что они удовлетворяют множество разных математических моделей Вселенной. Эти модели различаются, например, начальными или граничными условиями.

И чтобы понять, соответствуют ли они Вселенной, в которой мы живем, мы должны проверить их физические предсказания.

Кстати, если вы давно не пересматривали «Назад в будущее» самое время)

Гедель, будучи математиком, прославился тем, что доказал не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения, например, с помощью простой арифметики. Таким образом, подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную.

Принцип неопределенности принцип, сформулированный Гейзенбергом и утверждающий, что нельзя одновременно точно определить и положение, и скорость частицы; чем точнее мы знаем одно, тем менее точно другое.

Интересно, что пространство-время Геделя имело любопытную особенность: Вселенная в его представлении вращалась как целое. А вот Эйнштейн был очень огорчен тем, что его уравнения допускают подобное решение. Общая теория относительности в его понимании не должна позволять путешествия во времени. Уравнение Геделя, однако, не соответствует Вселенной, в которой мы живем, но его труд позволил миру взглянуть на время (а заодно и на Вселенную) иначе.

Итак, пространство-время, как известно, тесно взаимосвязаны. Это означает, что вопрос о путешествиях во времени переплетается с проблемой перемещения на скоростях, превыщающих 300 000 км/с, то есть скорость света. А когда речь заходит о фотонах, общая теория относительности, увы, уходит на задний план, а ее место занимает квантовая механика.

Подробнее о том, что изучает квантовая механика, а главное как, мы рассказывали в этой статье, рекомендую к прочтению!

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Читайте также: Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Второй закон термодинамики это статистический закон, в среднем верный для макроскопической системы. В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционируют в сторону ситуаций с более низкой энтропией, пишут авторы научной работы.

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда. Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», объясняет Рубино.

Не пропустите: Возможны ли путешествия во времени?

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», отмечают исследователи.

Стрела времени

Чтобы разобраться еще подробнее, отметим, что в ходе нового исследования физики задавались вопросом о последствиях применения описанной выше парадигмы в квантовой области. Согласно принципу квантовой суперпозиции, отдельные единицы (например, свет) могут существовать одновременно в двух состояниях, как в виде волн, так и в виде частиц, проявляясь в том или ином виде в зависимости от того, что именно вы тестируете.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Команда Рубино рассмотрела квантовую суперпозицию с состоянием, которое развивается как назад, так и вперед во времени. Измерения показали, что чаще всего система в конечном итоге движется вперед во времени. Если бы не небольшие изменения энтропии, система действительно могла бы продолжать развиваться как вперед, так и назад во времени.

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Так как же эти сложные физические понятия соотносятся с реальным человеческим опытом? Неужели наконец-то пришло время начать собирать вещи для путешествия назад во времени? Увы.

«Мы, люди, являемся макроскопическими системами. Мы не можем воспринимать эти квантовые суперпозиции временных эволюций», говорит Рубино. Для нас время действительно движется вперед. Возможно, это тот случай, когда мир немного не определился.

И действительно на самом фундаментальном уровне мир состоит из квантовых систем (которые могут двигаться вперед и назад). Более глубокое понимание того, как описать течение времени на уровне этих элементарных составляющих, могло бы позволить физикам сформулировать более точные теории для их описания и, в конечном счете, получить более глубокое понимание физических явлений мира, в котором мы живем.

Еще больше интересных статей обо всем на свете, а также о путешествиях во времени и Мультивселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Даже у одной частицы есть свои собственные, уникальные микросостояния. Подила считает, что в нашем стремлении понять время мы ставим уравнения выше физической реальности и упускаем главное.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

Время стало четвертым элементом четырехмерного вектора, описывающего пространство и время, — говорит Рубино. Это единая, динамичная сущность, над которой мы все еще ломаем голову.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль».

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления исчезает грань между причиной и следствием.

Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature. Кстати, как вы думаете, можно ли путешествовать во времени и что новое исследование говорит нам о Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Последние комментарии