Путешествие во времени как такое возможно

Возможно ли путешествие во времени?

Что такое путешествие во времени? Проще говоря, путешествие во времени — это концепция движения между определенными моментами времени, в основном человеком или гипотетическим устройством, известным как машина времени. Машина времени может быть любой формы и размера, в форме автомобиля или портала, соединяющего определенные отдаленные точки в пространстве-времени.

В течение многих лет концепция путешествий во времени была основным продуктом научно-фантастической литературы. Будь то серия «Звездный путь», «Доктор Кто» или «Назад в будущее» 1985 года, где мы видим, как ученые находят способ путешествовать во времени, но на самом деле все гораздо сложнее, даже сама концепция противоречива. Научное сообщество разделяет вопрос о том, возможны ли путешествия во времени или нет, но кто не хотел бы разбираться в своем прошлом или разгадывать будущее. Теперь вопрос, действительно ли это осуществимо, возможно ли путешествие во времени? Давайте разберемся.

Что такое время?

До Альберта Эйнштейна мы думали, что время — это постоянная сущность, как и предполагает нормальная жизнь, но он доказал, что время на самом деле относительное, то есть время течет с разной скоростью для людей, которые движутся относительно друг друга. Согласно Эйнштейну, время — это «четвертое измерение».

Предположим, что вы и ваш двоюродный брат решили синхронизировать время в обычных часах, прежде чем покинуть Землю в космическом шаттле. Путешествуя со скоростью 30000 км / ч относительно Земли, вы решили сделать несколько оборотов вокруг планеты Земля, прежде чем вернуться на землю. После приземления, если вы сравните время ваших часов с временем вашего двоюродным братом, вы обнаружите небольшое отклонение во времени. Это изменение называется замедлением времени.

Один практический пример замедления времени испытывают космонавты, когда они возвращаются на Землю, проведя 6 месяцев на Международной космической станции. Находясь на орбите вокруг Земли на расстоянии около 400 км, астронавты были в возрасте на 0,007 секунды меньше, чем те из нас, кто был здесь на Земле.

Увеличение дилатации времени

Это может быть незначительным, но можно ощутить чрезмерный эффект замедления времени, если он приблизится к скорости света. Теоретически, замедление времени практически ничтожно до 50% скорости света и дает небольшой эффект при 75%, но после этого оно увеличивается в геометрической прогрессии.

Теория специальной теории относительности учит нас тому, как время ускоряется или замедляется в зависимости от вашей относительной скорости к кому-то или чему-то еще. При скорости света внутри космического корабля вы будете стареть намного медленнее, чем ваш брат здесь, на Земле.

Вы можете подумать, действительно ли это путешествие во времени? Что ж! Да. В соответствии с самой природой пространства-времени, вернувшись сюда на Землю после путешествия на 90% скорости света, вы будете в 3 раза моложе людей на Земле, а это означает, что вы путешествовали на годы вперед относительно времени и пространства. Рассмотрим один пример из межзвездного фильма Кристофера Нолана. В поисках подходящей планеты для людей команда Купера достигла массивной водной планеты, которая заперта очень близко к сверхмассивной черной дыре.

С массой, эквивалентной 100 000 000 солнц и скоростью вращения почти 99,8% скорости света, сверхмассивная черная дыра или Гаргантюа заставила время замедляться до крайних пределов, так что один час на планете равен 7 лет на корабле (космический корабль Endurance). Вернувшись на родной корабль (всего через 3 часа), они обнаружили, что их друг-ученый постарел на 23 земных года.

Нет, это не просто выдумка, это действительно то, как это могло бы произойти, если бы это была настоящая жизнь. Технически, они путешествовали на 23 года впереди этих людей на Земле. До сих пор мы исследовали саму возможность путешествовать в будущее, но как насчет нашего прошлого?

Путешествие быстрее света

Технически, теория относительности Эйнштейна позволяет нам путешествовать назад во времени. Но физическое достижение этих математических уравнений может оказаться невозможным в ближайшем будущем. Это может стать возможным, если мы достигнем скорости, превышающей скорость света, которая составляет около 300 000 км/с (299 792 км/с, если быть точным) в вакууме.

Но опять же, уравнения Эйнштейна говорят нам, что объект может достичь скорости света, только если он имеет бесконечную массу и нулевую длину, что, кстати, невозможно в реальном мире. Хотя многие исследователи считают, что уравнения Эйнштейна могут быть изменены в дальнейшем.

Создание «червоточин» — еще один возможный способ путешествий во времени. Концепция проходимой червоточины подтверждается теорией общей теории относительности. Хотя ученый не нашел червоточины, создание червоточины возможно только в присутствии «экзотической материи» с отрицательной массой / энергией.

Дедушка парадокс

Изображение предоставлено BrightR / Wikimedia Commons

Концепция путешествия во времени в прошлое может привести нас к различным парадоксам и несоответствиям. Одним из таких является парадокс знаменитого деда. Представьте, что вы нашли способ вернуться в прошлое и решили убить одного из своих родителей или деда, не спрашивайте меня, почему. Поэтому, если бы вы убили своего дедушку в прошлом, ваш отец никогда бы не родился, как и вы, следовательно, ваша жизнь навсегда изменилась.

Некоторые ученые считают, что даже если вы не родитесь в нынешней вселенной, вы все равно родитесь в другой. В то время как другие говорят, что вероятность возникновения таких событий (которые меняют прошлое или вызывают парадокс) равна нулю (принцип Новикова).

Другие популярные теории путешествий во времени

Черные дыры

Короткое посещение вблизи черной дыры-это еще один способ достичь путешествия во времени, единственная загвоздка заключается в том, что мы должны двигаться со скоростью света. Представьте, что у вас есть космический корабль, достаточно мощный, чтобы двигать вас с непрерывным ускорением в 1 g, и тогда вы сможете достичь центра галактики Млечный путь (26 000 световых лет) за несколько десятилетий своего времени.

Просто, чтобы дать вам представление о том, как далеко на самом деле находится ядро галактики, рассмотрим тот факт, что ближайшая к Земле звезда находится на расстоянии 4,3 световых лет, а Вояджер (самая дальняя рукотворная вещь) прошли только половину расстояния до сих пор.

Добравшись до черной дыры, сделайте короткую передышку, а затем мчитесь сюда, на Землю. Когда вы вернетесь на Землю, забудьте о встрече со своей семьей или друзьями, есть большая вероятность того, что Земля, которую вы знали десятилетия назад, сейчас превратилась бы в груду обломков, так как прошло бы более 40 000 лет, но вы бы только постарели 40 лет или около того. Некоторые ученые даже считают, что эту ситуацию можно создать искусственно с помощью массивной вращающейся структуры.

Еще в 2010 году всемирно известный физик Стивен Хокинг в разговоре с The Daily Mail сказал:

«Они ходили круг за кругом, испытывая только половину времени каждого, кто находился далеко от черной дыры. Корабль и его экипаж будут путешествовать во времени. Представьте себе, что они кружили вокруг черной дыры в течение пяти своих лет. Десять лет пройдет в другом месте. Когда они вернутся домой, все на Земле состарятся на пять лет больше, чем они сами.”

Цилиндр типлера

Хотя эта теория была впервые открыта Якобом ван Стокумом и Корнелом Ланцошем в 1930-х годах, в научном мире она не была признана до 1970-х годов, когда астроном Франк Типлер проанализировал эту теорию. Типлер предположил, что в пространстве и времени вокруг оси вращается массивный и бесконечный длинный цилиндр с массой, в 10 раз превышающей массу Солнца.

Неистовое вращение со скоростью несколько миллиардов оборотов в минуту может привести к эффекту перетаскивания кадров. Если ближайший космический корабль совершает точные обороты вокруг цилиндра, он может получить его в виде «замкнутой временной кривой».

Машины времени

Это базовое понимание того, что путешествие во времени требует специального устройства, которое мы называем машиной времени. Согласно физике, машина времени должна изгибать пространство-время, чтобы сократить расстояние между двумя точками в пространстве. В настоящее время физики считают, что одним из существенных для нас явлений, путешествующих назад во времени, когда временные линии движутся в виде петель, является «замкнутая временная кривая».

Для того чтобы машины времени могли достичь этого состояния, считается, что им нужна «экзотическая материя» с отрицательной плотностью энергии. Теоретически, эти экзотические вещества существуют, и, скорее всего, они имеют некоторые странные и уникальные свойства, которые еще нигде не видны. Но различные симуляции показывают, что количество, в котором существуют эти негативные явления, очень мало и не подходит для построения машины времени.

Так возможно ли путешествие во времени?

Двумерное пространство изображено в трехмерном пространстве-времени / Изображение предоставлено: K. Aainsqats

Исходя из приведенных выше аргументов, путешествие во времени не представляется возможным. Но с постоянно развивающейся областью физики кто знает, что может произойти в ближайшем будущем. В частности, основные достижения в квантовых полях могли бы дать некоторое представление о том, как преодолеть парадоксы путешествий во времени.

Видео: Возможны ли путешествия во времени

Источник

Путешествия во времени — что это и как работает

Мы перемещаемся во времени на постоянную величину в шестьдесят секунд каждую минуту. Но можно ли устремиться в далёкое будущее или повернуть время вспять и отправиться в прошлое? Реально ли перемещаться во времени?

Существующие законы физики не препятствуют этим перемещениям, однако, как путешествовать во времени, неизвестно до сих пор. Ученые предложили множество теоретических схем, чтобы осуществить перемещение из настоящего в прошлое или будущее и, возможно, когда-нибудь эти наработки воплотятся в жизнь.

Как замедлить время? Путешествие в будущее

Специальная Теория Относительности Альберта Эйнштейна отвечает на вопрос

Замедление времени — одно из главных следствий Специальной Теории Относительности Альберта Эйнштейна. Это не просто теория, а явление, которое подтверждено экспериментально.

Были взяты атомные часы. Одни поместили на самолёт, а другие остались на Земле. По предсказаниям СТО, путешествующие на самолёте часы должны были отстать от находившихся на Земле, что подтвердилось. То есть движущиеся часы идут медленнее, чем находящиеся в состоянии покоя.

При приближении к скорости света время практически останавливается. Например, если космонавт окажется на борту космического корабля и разгонится до скорости, близкой к световой, то он состарится всего на секунду за год, который пройдёт на Земле, так как его биологические часы замедлятся.

Цезиевые часы HP 5061A Cesium Beam Frequency Standard, использованные в эксперименте, который подтвердил парадокс близнецов (эксперимент Хафеле — Китинга)

За год, проведённый космонавтом по его времени, на Земле пройдёт около 30 миллионов лет — это будет своеобразная «машина времени». Однако на данный момент у этого способа перемещения во времени есть проблемы:

• Пока что рекорд скорости аппарата, когда-либо созданного руками человека, принадлежит зонду NASA «Паркер» — 70000 м/с, однако сообщается, что его пиковая скорость — 190000 м/с.
• Никто не знает, как вернуться в своё время.

С СТО связан известный парадокс перемещения во времени — парадокс близнецов.

Один брат-близнец остаётся на Земле, а другой отправляется в космическое путешествие со скоростью, близкой к световой. С точки зрения брата, оставшегося дома, путешественник имеет замедленный ход времени, поэтому при возвращении он должен оказаться моложе. Но с точки зрения путешественника двигалась Земля, поэтому при возвращении моложе окажется брат, оставшийся дома.

Общая Теория Относительности Альберта Эйнштейна. Черные дыры

Теоретическое перемещение во времени возможно благодаря гравитационному замедлению времени — явлению Общей Теории Относительности.

Время замедляется при помещении тела в гравитационное поле.

Объекты с самым сильным гравитационным полем, известные на данный момент, — черные дыры.

Чёрная дыра — объект с сильным гравитационным полем, пределы которого не может покинуть даже свет.

Она состоит из двух компонентов:

• Горизонт событий — внешняя поверхность; если пересечь горизонт событий, то вернуться обратно будет невозможно.
• Сингулярность — центр, который невидим для стороннего наблюдателя.

С помощью мысленного эксперимента с чёрной дырой можно проследить относительность времени. Есть астронавт, пересекающий горизонт событий; пилот космического корабля, который повис вблизи горизонта, но не пересекает его; удалённый наблюдатель, смотрящий на это в телескоп.

Удалённому наблюдателю будет казаться, что астронавт будет падать на горизонт событий бесконечно долго. С точки зрения астронавта он быстро пересечёт горизонт и достигнет сингулярности в центре чёрной дыры. Его время замедляется только для удалённого наблюдателя. Аналогичное произойдёт со временем пилота.

Однако наибольший интерес вызывает сингулярность, находящаяся в центре чёрной дыры.

Сингулярность — точка с бесконечной плотностью, где нарушаются существующие законы физики, так что предсказать будущее становится невозможно.

По этой причине сингулярностью может оказаться что угодно. Например, есть версии, что сингулярность — это и есть портал в прошлое или червоточина.

Путешествие в прошлое. Кротовые норы

Червоточины (кротовые норы) — особые туннели в пространственно-временной структуре вселенной, позволяющие переместиться из одной точки пространства в другую, находящуюся на значительном расстоянии от первой.

Термин «червоточина» появился благодаря сравнению туннелей с ходами, которые проделывают черви, прогрызая яблоко. Дело в том, что расстояние от одного конца поверхности яблока до другого короче через червоточину, чем при передвижении по поверхности.

Идея путешествия во времени с помощью червоточин состоит в том, что один её конец располагается на Земле, а второй помещается на космический корабль, который на год отправляется в полёт на скорости, близкой к световой. Второй конец перемещается во времени на 30 миллионов лет, но благодаря замедлению стареет только на год, как и конец, оставшийся на Земле.

Простая кротовая нора в 2D

Самое главное, что оба этих конца сохраняют связь друг с другом. Получается, что человек, живущий 30 миллионов лет спустя, сможет отправиться в прошлое, то есть в наше настоящее, через червоточину.

Главная проблема кротовой норы. Гипотетическое устройство для перемещения — экзотическая материя

Сложность использования данного метода заключается в том, что уравнения Общей Теории Относительности указывают на существование неизвестного вида материи, с помощью которого можно создать и поддерживать открытой червоточину размером с человека.

Статья дает научный ответ на вопрос, безгранична ли Вселенная и как это доказать.

Этот вид материи назван экзотической материей. Давление такого вещества отрицательно, и энергия, связанная с этим видом давления, создаёт отрицательную или отталкивающую гравитацию, которая может поддерживать в открытом состоянии пространственно-временной туннель. Однако экзотическая материя добывается с большим трудом и в очень малых количествах, так что на данный момент этот способ путешествия во времени остаётся невозможным для реализации.

Состав Вселенной (данные аппарата Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)

Есть ещё один недостаток этого способа — невозможно переместиться во время, предшествующее созданию машины времени. Например:

Если вы вчера открыли червоточину, то не сможете понаблюдать сражения Отечественной войны 1812 года, убить Гитлера и даже отправиться в позавчерашний день.

По этой причине этот способ кажется не слишком привлекательным. С помощью него переместиться в прошлое сможет только человек, живущий спустя 30 миллионов лет. Однако, если найти червоточину, созданную миллионы лет назад естественным путём, то мечта увидеть динозавров окажется не такой невыполнимой. Зато этот путь откроет ещё большую проблему — временной парадокс.

Парадоксы путешествия во времени

Временной парадокс — мысленный эксперимент с путешествием во времени, при котором путешественник, посещая прошлое, совершает что-то, вызывающее причинно-следственные противоречия.

Самый известный временной парадокс — парадокс убитого дедушки. Если переместиться в прошлое и убить дедушку до того, как он встретит бабушку, не родится один из родителей, следовательно, и сам путешественник. А если он не родится, то не сможет отправиться в прошлое и убить дедушку, следовательно, он будет жив. Этот подход порождает две гипотезы:

• Гипотеза о защите линии времени: если подсыпать в блюдо яд, дедушка никогда его не съест. Если поднести к голове пистолет, при нажатии на спусковой крючок ничего не произойдёт.
• Множественная гипотеза вселенных: в результате убийства дедушки в прошлом, в настоящем создаётся временная шкала, в которой путешественник никогда не существовал. Таким образом возникает параллельная вселенная.

Наглядная иллюстрация парадокса убитого дедушки

Сейчас учёные продолжают исследовать вопрос путешествий во времени, чтобы дать на него ответ. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Что почитать?

• Джеймс Глик — «Путешествия во времени. История»
• Гарднер Мартин — «Путешествие во времени»
• Митио Каку — «Физика невозможного»
• Красников С. В. — «Некоторые вопросы причинности в ОТО: «машины времени» и «сверхсветовые перемещения»
• Стивен Хокинг — «Мир в ореховой скорлупке»
• Нил Деграсс Тайсон — «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности»
• Баландин Р. — «Эйнштейн убивает время. Абсолютна ли теория относительности?»
• Альберт Эйнштейн — «Бог не играет в кости. Моя теория относительности»

Что посмотреть?

• «Путешествие во времени и теория относительности. Новые Тайны Вселенной» — Discovery
• «Машина времени» — BBC
• «Настоящий гений со Стивеном Хокингом: Возможно ли путешествие во времени?» — National Geographic
• «Космос: пространство и время» — National Geographic
• «Космос: персональное путешествие» — National Geographic
• «Интерстеллар» — режиссёр Кристофер Нолан

Путешествия во времени — FAQ

Это была информация о путешествиях во времени, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

Чёрная дыра может возникнуть из любого объекта, если его достаточно сильно сжать. Радиус, до которого нужно сжать физическое тело, чтобы оно превратилось в сингулярность, называется радиусом Шварцшильда. Для Солнца радиус сферы Шварцшильда составляет примерно три километра, а для Земли — девять миллиметров. Физическое тело, радиус которого меньше его радиуса Шварцшильда, превращается в чёрную дыру.

Очень малое количество экзотической материи возникает при эффекте Казимира. Между двумя металлическими пластинами, помещёнными в миллиардных метра друг от друга, возникает сила притяжения, вызванная отрицательным давлением экзотической материи. Между пластинами возникает меньше волн, чем снаружи, что вызывает отрицательное давление. Количество появляющейся экзотической материи равняется 10-30 граммам. Чтобы поддерживать червоточину размером с человека, необходимо количество вещества, практически равное массе Юпитера.

Роджер Пенроуз назвал это явление гипотезой космической цензуры. Сингулярности, образующиеся вследствие гравитационного коллапса, появляются в таких местах, как чёрные дыры, где они надёжно скрыты от постороннего наблюдателя.

Квантовая механика, как и другие разделы теоретической физики, не отрицает перемещение во времени. Однако здесь всё зависит от интерпретации. Есть две наиболее известные интерпретации квантовой механики:

Копенгагенская (квантовые сущности описываются волновой функцией, но при их взаимодействии с окружением волновая функция коллапсирует к конкретным значениям величин). Если рассматривать путешествия во времени с точки зрения копенгагенской интерпретации, то придётся столкнуться с множеством парадоксов.

Многомировая (каждая квантовая вероятность влечёт за собой возникновение отдельной вселенной, где происходит тот или иной исход). Если рассматривать с точки зрения многомировой интерпретации — то парадоксы будут устранены, так как, путешествуя назад во времени, вы попадаете в прошлое другой вселенной, а не той, из которой пришли.

Квантовая телепортация — копирование состояния частиц без передачи энергии и вещества. Если одновременно образовать две частицы, то они окажутся связаны друг с другом. Если запустить их в разные концы вселенной и через некоторое время изменить состояние одной частицы, то изменится и другая. Это явление будет полезно при путешествии во времени.

Точного ответа нет. Однако Стивен Хокинг выдвинул гипотезу защиты хронологии — механизм, который препятствует перемещениям во времени. Машина времени либо разрушается в процессе создания, либо погибают все те, кто пытается ею воспользоваться.

Напоследок рекомендуем посмотреть научно-популярный фильм «Время с Алексеем Семихатовым», повествующий о природе времени и его противоречивости.

Источник