Усі туристи часу знають одне правило: ніколи не змінювати минуле. Незалежно від того, чи це запобігання вашій власній концепції, чи передача креслень машині часу молодшій версії себе, створення парадоксальної послідовності подій є великим ні-ні, яке скасовує можливість подорожі в часі. Фізик з Університету Вандербільта Лоренцо Гавассіно не впевнений, що це така велика перешкода, як це вважали песимісти-мандрівники в часі. Під час нещодавнього дослідження найдрібніших деталей ентропії, простору та часу він виявив, що ми можемо вбити всіх бабусь і дідусів, яких забажаємо.

«Парадокс дідуся» — це суперечлива ситуація; подорож назад у часі та вбивство вашого дідуся в дитинстві завадить вашому народженню. Це означає, що ти зараз не існуєш, тож як ти можеш повернутися і вбити його?

Цілком можливо, що ви вже зробили це, насправді, і, ну, зручно забули про це. Загальна теорія відносності закладає основу для розглядання часу як дитячого поїзда, поставленого на матраці, вкорочуючи та подовжуючи колії відносно один одного залежно від мас поблизу та прискорення спостерігачів.

Доводячи правила до межі – як це може статися в екстремальних середовищах, таких як чорні діри – ми можемо уявити, що ці викривлення допускають колії, які повертаються назад, створюючи «замкнуті часоподібні криві», які повертають потяги до початку. Результати цього тимчасового кругообігу були широко досліджені в художній літературі, а також в інших гіпотетичних роздумах, що призвело до чого завгодно, від розгалуження нових часових шкал до запуску дій, які забезпечують повторення одних і тих же подій знову і знову.

Але щоб зрозуміти, як це може виглядати фізично, нам може знадобитися розбити всю систему до її термодинамічних основ і запитати, що відбувається зі станами порядку, коли система повертається назад у часі. Ми можемо відрізнити вчорашній день від завтрашнього на основі того, що ми пам’ятаємо, і того, що ми очікуємо; фізики не мають такої розкоші. Наш Всесвіт, здебільшого, симетричний у часі, оскільки його закони можна використовувати навпаки для прогнозування початкових умов.

Однією з особливостей фізики, яка чітко узгоджується зі стрілкою часу, є ентропія – випадкове перемішування станів, яке змушує щось «упорядковане» змінюватися на невпорядкований стан з кожною секундою… принаймні без будь-яких втручаючих зусиль. Хоча ми розуміли статистичні основи термодинаміки протягом добрих сторіччя чи двох, зараз фізики борються з квантовою машиною, що стоїть за нею. З цією метою Гавассіно хотів знати квантові наслідки взяття системи з високою ентропією, такої як космічний корабель, що подорожує в часі, і повернення її в минуле з низькою ентропією.

Розмірковуючи та використовуючи квантову статистичну механіку, Гавассіно показує, що власна ентропія туриста не може продовжувати зростати, коли вони «повертаються назад», причому квантова нечіткість ефективно скасовує очікуваний безлад, створюючи паралельну ентропійну шкалу часу, яка починається та закінчується в однакові точки.

Як би це виглядало для вмісту космічного корабля з часовою петлею? Процеси, які, як ми можемо очікувати, будуть пов’язані з ентропією, обов’язково зміняться, потенційно зміняться. Повертаючись до спритного молодого дідуся, який залицявся до вашої бабусі вперше, часова петля може зробити його передчасну смерть оборотною; ваша пам’ять про те, чому ви взагалі хотіли його вбити, може бути стертою. Іншими словами, усі ставки розраховані на замкнутий цикл, де квантова фізика згладжує будь-яку нав’язливу ентропію.

Ґавассіно не перший, хто розглядає, як можуть поводитися особливості квантової механіки, коли час подвоюється, і деякі знаходять причину того, що хвилеподібна природа Всесвіту робить нашу перспективу подорожі в часі абсурдною.

Враховуючи, що нам ще належить дізнатися, як квантова механіка взаємодіє із загальною теорією відносності, або навіть що насправді таке простір і час у фундаментальному сенсі, використання подорожі в часі як уявного експерименту є цікавим способом дослідити межі поточних знань. З інженерної погляду, ці знання не придатні для створення будь-яких конденсаторів потоку з викривленням часу. Вам просто потрібно буде дочекатися, поки ваше майбутнє надішле вам креслення. Це дослідження було опубліковано в Classical and Quantum Gravity.

Озеро Мендота у штаті Вісконсін змінюється зміною пір року – взимку воно покривається льодом, а влітку – водоростями, і нове дослідження показує, як ці циклічні зміни вводять бактерії озера в еволюційні петлі. Під керівництвом дослідників з Техаського університету в Остіні команда дослідників проаналізувала 471 зразок озерних мікробів, зібраних протягом 20 років, вивчаючи генетичні варіації всередині та між видами протягом часу.

Дані показали, що тисячі видів бактерій еволюціонували з покоління в покоління, а потім поверталися до практично однакового стану зі зміною сезонів. Оскільки мікроби живуть лише кілька днів, ми говоримо про генетичну еволюцію, що перетинає тисячі поколінь протягом одного року. Ці цикли також повторювалися з року в рік, як відео, яке відтворюється, а потім відтворюється у зворотному напрямку, повертаючись до вихідної початкової точки. З 2855 вивчених геномів бактерій циклічні сезонні зміни були виявлені у 80 відсотків.

«Це дослідження повністю змінило наше розуміння того, як мікробні спільноти змінюються з часом», — каже морський учений Бретт Бейкер з Техаського університету в Остіні. «Це лише початок того, що ці дані розкажуть нам про мікробну екологію та еволюцію в природі».

Аналіз показав, що у міру зміни умов навколишнього середовища різні штами бактерій могли процвітати та ставати домінуючими, але втрачали позиції іншим штамам зі зміною пір року. Приблизно 20 відсотків досліджених видів показали більш стійку модель генетичних змін, що охоплює десятиліття. Це було особливо очевидно у 2012 році, коли літо на озері було спекотнішим і сухішим, ніж зазвичай. Команда відзначила суттєвий зсув у генах, які керують метаболізмом азоту бактерій того року – швидше за все, через нижчий рівень водоростей, що виробляють азот, внаслідок меншої кількості води, що тече в озеро.

За допомогою суперкомп’ютера, щоб значно прискорити процес, дослідники зібрали те, що називається метагеномами з кожного зразка води, метод, розроблений для уважного вивчення генетичних послідовностей фрагментів ДНК з часом.

«Уявіть, що геном кожного виду — це книга, а кожен маленький фрагмент ДНК — це речення», — говорить мікробний еколог Робін Ровер з Техаського університету в Остіні. «Кожен зразок містить сотні книг, усі розділені на ці речення. «Щоб знову зібрати кожну книгу, вам потрібно з’ясувати, з якої книги взято кожне речення, і знову скласти їх по порядку».

Результати свідчать про те, що екологія та еволюція, схоже, йдуть разом, а не діють чітко – і це важлива перспектива для дослідників, особливо під час вивчення планети, яка продовжує нагріватися. Знання того, які штами бактерій будуть домінувати, допомагає вченим з’ясувати, наприклад, скільки вуглецевих озер можуть поглинати – і як це може вплинути на водні харчові ланцюги через адаптацію до теплішої пори року.

«Зміна клімату повільно змінює пори року та середні температури, а також спричиняє більш різкі, екстремальні погодні явища», — каже Ровер. «Ми точно не знаємо, як мікроби реагуватимуть на зміну клімату, але наше дослідження показує, що вони еволюціонуватимуть у відповідь як на ці поступові, так і на різкі зміни». Дослідження опубліковано в Nature Microbiology.