Чи може існувати машина часу

Ідея повернути час назад, виправити помилки минулого чи зазирнути у майбутнє розбурхує уми письменників, режисерів і, звичайно ж, нас з вами. Здається, що це доля наукової фантастики, щось принципово неможливе. Однак сучасна фізика, особливо загальна теорія відносності Ейнштейна, малює куди більш інтригуючу картину. Вона не тільки не забороняє подорожі у часі категорично, а й натякає на теоретичні лазівки, що дозволяють обдурити лінійний перебіг подій. Давайте розберемося, які саме концепції розглядають вчені, і чому, незважаючи на теоретичну допустимість, машина часу поки що не стоїть у нас у гаражі.

Викривлений простір-час: ігровий майданчик Ейнштейна

Фундамент більшості теорій машини часу заклав Альберт Ейнштейн. Його загальна теорія відносності описує гравітацію не як силу, бо як викривлення самого простору-часу під впливом маси та енергії. Уявіть натягнуте гумове простирадло: важка куля, покладена на неї, створить поглиблення. Так само потужні об’єкти на кшталт зірок і планет «продавлюють» тканину простору-часу.

А якщо скривити цю тканину надзвичайно сильно? Теоретично це могло б призвести до створення так званих «замкнених часуподібних кривих» — маршрутів у просторі-часі, які повертаються у власне минуле. Звучить як готовий рецепт для машини часу! Саме на цьому принципі – екстремальному викривленні простору-часу – засновано кілька гіпотетичних конструкцій.

Метод грубої сили: лазерні кільця та космічні струни

Один із підходів — спробувати «зігнути» простір-час штучно, використовуючи колосальну енергію. Американський фізик Рон Маллетт запропонував ідею гігантського кільця із потужних лазерів. Обертове світло, згідно з теорією, теж має гравітаційний ефект і могло б «закрутити» простір-час у петлю. Прекрасна ідея, але диявол, як водиться, в деталях. По-перше, така каблучка має бути воістину галактичних масштабів — завдання, м’яко кажучи, не для сьогоднішніх технологій. По-друге, подібна концентрація енергії, швидше за все, призвела б до утворення сингулярності — крапок з нескінченною щільністю та кривизною, де відомі нам закони фізики просто перестають працювати. Що відбувається в сингулярності і чи можна її пережити, — велике питання без відповіді.

Інша ідея в галузі космології — використовувати гіпотетичні реліктові об’єкти, що залишилися після Великого Вибуху, — так звані космічні струни. Це повинні бути неймовірно тонкі та щільні нитки енергії, що пронизують Всесвіт. Фізик Річард Готт розрахував, що дві такі нескінченно довгі струни, що рухаються назустріч один одному з величезною швидкістю, могли б створити умови для подорожі навколо них. Щоправда, для цього довелося б рухатися зі швидкістю, що майже дорівнює світловій. Але головна проблема навіть не в цьому. Розрахунки показують, що для роботи такої машини знадобилася б нескінченна кількість екзотичної матерії з негативною щільністю енергії.

Екзотична матерія: святий грааль подорожей у часі?

І тут ми підходимо до ключової перешкоди для багатьох теорій. Що таке матерія з негативною густиною енергії? Грубо кажучи, це субстанція, яка важить менше ніж порожнеча. Її гравітаційний ефект був би відштовхуючим, а чи не притягуючим. Така матерія не просто вигадка, її аналоги (точніше, ефекти, пов’язані з негативною енергією) спостерігаються в квантових експериментах (наприклад, ефект Казимира). Проблема в тому, що ми вміємо отримувати лише її мікроскопічні прояви, і для їх підтримки потрібна величезна кількість «звичайної» позитивної енергії. Створити її в макроскопічних, а тим більше нескінченних або астрономічних кількостях, необхідних для космічних струн або наступного кандидата — варп-двигуна, — є абсолютно нереальним.

Обхідні шляхи: варп-двигуни та кротові нори

Варп-двигун, знайомий багатьом «Зоряним Шляхом», — це ще одна красива концепція, що дозволяє обійти обмеження швидкості світла. Ідея в тому, щоб не рухатися крізь простір-час, а стискати його перед кораблем та розширювати позаду. Сам корабель перебував би в «бульбашці» нормального простору і не відчував би прискорень, але цей міхур міг би переміщатися швидше за світло щодо зовнішнього спостерігача. А якщо можна рухатися швидше світла (нехай і в такий хитрий спосіб), то відкривається і шлях у минуле. На жаль, і тут каменем спотикання стає та сама негативна щільність енергії, необхідна для створення та підтримки варп-бульбашки у величезних кількостях.

Природні «портали» крізь простір-час — червоточини або «кротові нори» — ще одна популярна ідея. Теоретично, вони могли б поєднувати віддалені області простору і навіть різні моменти часу. Можливо, вони навіть існують у Всесвіті, наприклад, між двома чорними дірками, що обертаються. Але й тут на нас чекають проблеми: швидше за все, такі «проходи» будуть мікроскопічними, нестабільними (знову привіт, негативна енергія для стабілізації!) і смертельно небезпечними через жахливі гравітаційні сили та випромінювання всередині. Існують гіпотези про безпечніші «кільцеві» червоточини, але вони ще більш спекулятивні і також вимагають екзотичної матерії.

Квантова лазівка: повідомлення у пляшці часу

На тлі цих грандіозних та енерговитратних проектів дещо окремо стоїть ідея, що приходить із квантової механіки. Рівняння, що описують мікросвіт, часто симетричні в часі — вони працюють однаково добре вперед і назад. Деякі квантові явища, наприклад, квантову телепортацію (миттєву передачу квантового стану частинки на відстань), можна інтерпретувати як передачу інформації у просторі, а й у часі.

Нещодавно група фізиків запропонувала експериментальну схему, яка б дозволила перевірити, чи можна фактично відправити квантовий стан частинки в недавнє минуле. Важливо розуміти: не йдеться про телепортацію людини чи навіть яблука. Перемістити таким чином можна лише квантову інформацію, що закодована у властивостях елементарних частинок. Теоретично, можна було б надіслати «квантовий код Морзе» на кілька хвилин тому. Не так захоплююче, як політ на динозаврів подивитися, але це, мабуть, єдиний метод, який не вимагає неможливих масштабів чи гіпотетичної матерії, а спирається на квантові ефекти, що вже спостерігаються (хоч і дивні).

Вердикт: захоплююча фізика, недосяжна мрія?

Отже, що ми маємо у сухому залишку? Сучасна фізика, в особі загальної теорії відносності та квантової механіки, не ставить жорсткої заборони на ідею подорожей у часі. Теоретичні моделі є. Проте всі вони наштовхуються на перешкоди воістину космічного масштабу:

1. Потреба екзотичної матерії: Більшість моделей вимагають матерії з негативною щільністю енергії в кількостях, які здаються абсолютно недосяжними.
2. Колосальні енергії та масштаби: Деякі конструкції вимагають структур розміром з галактику або щільності енергії, що ведуть до сингулярностей.
3. Сингулярності та стабільність: Точки, де закони фізики ламаються, і нестабільність самих конструкцій (на зразок червоточин) роблять подорож вкрай небезпечною, якщо взагалі можливою.
4. Парадокси причинності: Хоча ми не торкалися їх тут докладно, подорожі в минуле загрожують логічними парадоксами (на зразок «парадоксу вбитого дідуся»), які багато фізиків вважають аргументом проти можливості таких подорожей.

На сьогоднішній день подорожі в часі залишаються радше захоплюючою теоретичною грою розуму та плідним ґрунтом для наукової фантастики, ніж реальним інженерним завданням. Проте сама робота над цими гіпотезами неймовірно важлива. Вона змушує фізиків глибше розуміти природу простору, часу, гравітації та квантового світу. І хто знає, можливо, на шляху до розгадки таємниць Всесвіту на нас чекають відкриття, які сьогодні здаються немислимими, навіть якщо це буде не машина часу, а щось ще дивовижніше.