Путешествия во времени возможны. Устранение парадоксов

Путешествия во времени и параллельные временные линии почти всегда идут рука об руку в научной фантастике, но, так должно быть и в реальной науке.

Вы когда-нибудь совершали ошибку, которую хотели бы исправить? Исправление прошлых ошибок — одна из причин, по которой мы находим концепцию путешествия во времени такой увлекательной. Как часто изображают это в научной фантастике, с машиной времени больше нет ничего постоянного — вы всегда можете вернуться и изменить событие. Но действительно ли путешествия во времени возможны в нашей Вселенной или это всего лишь научная фантастика?

Наше современное понимание времени и причинно-следственных связей исходит из общей теории относительности. Теория Альберта Эйнштейна объединяет пространство и время в единую сущность — «пространство-время» — и дает удивительно сложное объяснение того, как они оба работают, на уровне, не имеющем себе равных ни в одной другой устоявшейся теории. Эта теория существует уже более 100 лет и была экспериментально подтверждена с чрезвычайно высокой точностью, поэтому физики вполне уверены, что она дает точное описание причинно-следственной структуры нашей Вселенной.

В течение десятилетий физики пытались использовать общую теорию относительности, чтобы выяснить, возможны ли путешествия во времени. Оказывается, можно написать уравнения, описывающие путешествия во времени, и они полностью совместимы и согласуются с теорией относительности. Но, физика не математика, и уравнения бессмысленны, если они ничему не соответствуют в действительности.

Аргументы против путешествий во времени. Есть две основные проблемы, которые заставляют нас думать, что эти уравнения могут быть нереалистичными. Первая проблема — практическая: кажется, что для создания машины времени требуется экзотическая материя, то есть материя с отрицательной энергией. Все, что мы видим в повседневной жизни, имеет положительную энергетику. Материю с отрицательной энергией нельзя просто так найти. 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 экзотическую материю невозможно создать в достаточном количестве. Кроме того, могут быть обнаружены другие уравнения, позволяющие путешествовать во времени без использования экзотической материи. Следовательно, эта проблема может быть просто ограничением нашей текущей технологии или понимания квантовой механики.

Другой основной вопрос менее практичен, но более важен: это наблюдение, что путешествия во времени противоречат логике в форме парадоксов путешествий во времени. Существует несколько типов таких парадоксов, но наиболее проблематичными являются парадоксы непротиворечивости.

Парадокс постоянства, популярный в научной фантастике, возникает всякий раз, когда происходит определенное событие, которое приводит к изменению прошлого, но само изменение в первую очередь препятствует этому событию. Например, рассмотрим сценарий «победы», в котором я ввожу свою машину времени, использую ее, чтобы вернуться на пять минут назад во времени — и уничтожаю машину, как только попадаю в прошлое. Теперь, когда я уничтожил машину времени, я не мог бы использовать ее через пять минут.

Но если я не могу использовать машину времени, то я не могу вернуться в прошлое и уничтожить ее. Следовательно, он не уничтожен, поэтому я могу вернуться в прошлое и уничтожить его. Другими словами, машина времени уничтожается тогда и только тогда, когда она не уничтожается. Поскольку его нельзя одновременно и уничтожить, и не уничтожить, этот сценарий несостоятелен и парадоксален.

Устранение парадоксов. В научной фантастике распространено заблуждение, что парадоксы можно «создать». Путешественников во времени обычно предупреждают, чтобы они не вносили существенных изменений в прошлое и избегали встречи с самим собой из прошлого именно по этой причине. Примеры этого можно найти во многих фильмах о путешествиях во времени, таких как трилогия «Назад в будущее». Но в физике парадокс — это не событие, которое может произойти на самом деле, — это чисто теоретическое понятие, указывающее на несостоятельность самой теории. Другими словами, парадоксы последовательности не просто подразумевают, что путешествие во времени опасно, они подразумевают, что оно просто невозможно.

Это было одним из мотивов, побудивших физика-теоретика Стивена Хокинга сформулировать свою гипотезу о защите хронологии, которая утверждает, что путешествие во времени должно быть невозможным. Однако эта гипотеза пока остается недоказанной. Кроме того, Вселенная была бы гораздо более интересным местом, если бы вместо того, чтобы устранять 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 словам Новикова, если бы я попытался уничтожить свою машину времени пятью минутами ранее, то обнаружил бы, что это невозможно. Законы физики каким-то образом договорились бы о сохранении согласованности (см. первую сцену путешествия во времени в фильме 1985 года «Назад в будущее»).

Знакомство с несколькими историями. Но какой смысл возвращаться в прошлое, если нельзя изменить прошлое? Моя недавняя работа, выполненная с моими студентами Джейкобом Хаузером и Джаредом Воганом, показывает, что существуют парадоксы путешествий во времени, которые гипотеза Новикова не может разрешить. Это возвращает нас к исходной точке, поскольку, если хотя бы один парадокс не может быть устранен, путешествие во времени остается логически невозможным.

Это последний гвоздь в крышку гроба путешествий во времени? Не совсем. Мы показали, что учет множественных историй (или, говоря более привычным языком, параллельных временных линий) может разрешить парадоксы, которые не может разрешить гипотеза Новикова. На самом деле, учет историй может разрешить любой парадокс, который вы ему подбросите. Идея очень проста. Когда я выхожу из машины времени, я попадаю в другую временную шкалу. В этой временной шкале я могу делать все, что захочу, включая уничтожение машины времени, ничего не меняя в исходной временной шкале, из которой я пришел. Поскольку я не могу уничтожить машину времени в исходной временной шкале, которую я фактически использовал для путешествия назад во времени, парадокса нет.

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. Так может? Квантовая механика определенно подразумевает это, по крайней мере, если вы согласны с интерпретацией «множества миров» Эверетта, где одна история может «разделяться» на несколько историй, по одной для каждого возможного результата измерения — например, жив кот Шредингера или мертв.

Но это всего лишь предположения. Мои студенты и я в настоящее время работаем над поиском конкретной теории путешествий во времени с множественными историями, которая полностью совместима с общей теорией относительности. Конечно, даже если бы нам удалось найти такую ​​теорию, этого было бы недостаточно, чтобы доказать, что путешествия во времени возможны. Но это, по крайней мере, означало бы, что путешествие во времени не исключается парадоксами непротиворечивости.

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 они возможны, то множественные истории также должны быть возможны.

БАРАК ШОШАНИ, доцент кафедры физики Университета Брока