Один из широко известных временных парадоксов — «парадокс убитого дедушки». Участник этого мысленного эксперимента возвращается в прошлое и убивает там своего дедушку до встречи с бабушкой, что делает невозможным рождение хрононавта — а значит, и саму возможность перемещения во времени.
Новое исследование, опубликованное в журнале Classical and Quantum Gravity, разрешило этот парадокс. Объединив общую теорию относительности, квантовую механику и термодинамику, оно объяснило, почему путешествия во времени возможны и не вызовут этих логических противоречий.
Физика временных петель
Наши представления о времени зиждутся на ньютоновской физике, где события развиваются линейно из прошлого в будущее. Но в общей теории относительности Эйнштейна мир куда сложнее и многообразнее. Она допускает потенциальное существование замкнутых времениподобных кривых — путей через пространство-время, которые замыкаются на себя, теоретически позволяя путешественнику вернуться в прошлое.
«В общей теории относительности все формы энергии и импульса действуют как источники гравитации — а не только масса. Это означает, что если материя вращается, она может "тащить" за собой пространство-время. Для планет и звезд этот эффект незначителен, но что, если бы вращалась вся Вселенная?» — говорит автор исследования Лоренцо Гавассино, физик из Университета Вандербильта в США.
Во Вселенной, где вся материя вращается, пространство-время может настолько искривиться, что время фактически замыкается само на себя, образуя петлю. Космический корабль, движущийся по такой петле, теоретически может вернуться в исходную точку не только в пространстве, но и во времени. Большие вращающиеся массы, такие как черные дыры, могут создавать аналогичные эффекты, формируя потенциальные условия для замкнутых времениподобных кривых.
Парадоксы путешествий во времени
Парадокс убитого дедушки — лишь один из примеров многочисленных временных парадоксов, делающих, как может показаться, невозможным перемещение в прошлое. И все они исходят из нормальной работы законов термодинамики во временной петле — в частности, неизбежного роста энтропии.
«На самом деле закон возрастания энтропии — термодинамической величины, которая измеряет степень беспорядка в системе, — это единственный закон физики, который различает прошлое и будущее. Насколько нам известно, энтропия — единственная причина, по которой мы помним прошлые события и не можем предсказать будущие», — объясняет Гавассино.
Квантовое решение парадоксов
Согласно выводам ученого, замкнутая времениподобная кривая кардинально меняет поведение термодинамики. В петле возникают квантовые флуктуации, которые могут стирать энтропию — процесс, принципиально отличающийся от того, что мы наблюдаем в повседневной жизни.
Для гипотетического путешественника во времени это может повлечь драматические последствия. Например, по мере уменьшения энтропии воспоминания человека могут исчезать, а старение — обращаться вспять. Это явление может даже сделать необратимые события вроде убийства собственного дедушки временными во временной петле, полностью устраняя парадокс.
«Большинство физиков и философов в прошлом утверждали, что если путешествия во времени существуют, природа всегда найдет способ предотвратить противоречивые ситуации. Был предложен "принцип самосогласованности", предполагающий, что все должно выстраиваться в логически последовательную историю. Моя работа предоставляет первое строгое доказательство этого принципа самосогласованности, основанное на установленных законах физики. В частности, я применил стандартную структуру квантовой механики — без дополнительных постулатов или спорных предположений — и показал, что самосогласованность истории естественным образом следует из квантовых законов», — продолжает физик.
Теория и практика
Таким образом, путешествия во времени получили убедительные теоретические обоснования. Однако практическая реализация остается маловероятной. Физики сомневаются в существовании замкнутых времениподобных кривых в реальной Вселенной. Стивен Хокинг, например, выдвинул «гипотезу о защищенности хронологии», согласно которой законы физики могут предотвращать образование временных петель — например, за счет возникновения сингулярности или ее разрушения в момент формирования петли.
Тем не менее работа Гавассино ценна тем, что расширяет границы нашего понимания. Даже если временные петли не существуют, их понимание и моделирование могут дать представление о реальных явлениях, особенно в субатомных масштабах.
