Поняття подорожі в часі споконвіку викликало в людей різноманітні фантастичні уявлення про те, як можна здійснити стрибок крізь четвертий вимір. Але звичайно ж Вам не потрібні ні машина часу, ні фантастична просторова червоточина для того, щоб мандрувати крізь роки.
Як Ви можливо помічали, ми всі з Вами постійно беремо участь в процесі подорожі в часі. В загальному, час – це міра змін у Всесвіті, і подобається це нам чи ні, ми також постійно зазнаємо змін. Ми старіємо, планети рухаються навколо сонця, речі нищаться.
Ми вимірюємо проходження часу секундами, хвилинами, годинами і роками. Але це не означає, що час тече рівномірно. Так само як вода в річці, яка то прискорюється, то сповільнюється, в залежності від розмірів русла, час по-різному протікає в різних місцях. Іншими словами, час відносний.
Але що спричинює ці викривлення довкола нашого прямолінійного шляху від колиски до могили? Всьому причиною є взаємовідносини між часом і простором. Люди завжди користувалися трьома вимірами – довжиною, шириною та глибиною. Час долучився до цієї трійці в якості четвертого ключового виміру. Час не може існувати без простору, і простір не може існувати без часу. Обидві величини існують як одна – просторово-часовий континуум. Будь-яка подія, яка відбувається у Всесвіті, відбувається і в часі, і в просторі.
В статті ми розглянемо реальне життя, щоденні явища подорожей в часі, а також гіпотетичні способи обманути час.
Подорож у майбутнє
Якщо Ви хочете просуватися крізь роки трохи швидше ніж Ваші сусіди, Вам слід використати простір-час. Штучні супутники Землі користуються ним постійно, виграючи зайві три мільйонні частки секунди щоденно. На орбіті час минає швидше, оскільки супутник знаходяться далі від центру маси Землі. Відповідно під поверхнею Землі, земна маса сповільнює час, хоча і в дуже незначних межах.
Цей ефект називають гравітаційним уповільненням часу. Відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна, гравітація викривлює простір-час і астрономи регулярно спостерігають цей феномен, коли вивчають рух світла поблизу масивних об’єктів. Наприклад, надзвичайно великі зірки можуть спричинити викривлення траєкторії світла. Цей ефект називають гравітаційним лінзовим ефектом.
Як може цей ефект вплинути на час? Пам’ятаєте: будь-яка подія, яка відбувається у Всесвіті, відбувається в і в часі, і в просторі. Отже, гравітація не просто впливає на простір, вона також впливає на час.
Від простої зірки Ви не змогли б помітити зміни в часі, які б лічилися хвилинами, однак достатньо масивний об’єкт може їх спонукати – наприклад, надмасивна чорна діра Стрілець А в центрі нашої галактики. Тут маси чотирьох мільйонів сонць існують як одне ціле у вигляді безкінечно щільної точки, відомої як сингулярність. Рух навколо цієї чорної діри (без падіння в неї) тривав би удвічі менше часу ніж на Землі. Іншими словами, п’ятирічна подорож навколо цього тіла на Землі займе десятиріччя.
Швидкість також впливає на плин часу. Він минає повільніше при наближенні до швидкості світла. Для прикладу, стрілки годинника, який знаходиться в поїзді, що рухається з великою швидкістю, рухаються повільніше ніж стрілки нерухомого годинника. Пасажири, звичайно, не відчують жодної різниці, проте вкінці подорожі годинник із поїзда буде відставати на мільйонні частки секунди. Якщо б такий транспортний засіб міг досягнути 99,999 відсотків швидкості світла, то за один рік у поїзді на вокзалі б минуло 223 роки.
По суті така гіпотетична електричка рухається у майбутнє. А як щодо минулого? Чи може найшвидший уявний зореліт змусити годинник піти назад?
Подорож у минуле
Ми дізнались, що подорожі в майбутнє трапляються постійно. Науковці довели це в експериментах, та й ідея ця є фундаментальним аспектом ейнштейнівської теорії відносності. Подорожі в майбутнє стануть реальністю, питання в тому як скоро. Але як щодо подорожей в минуле? Відблиски нічного неба дають нам відповідь і на це запитання.
Галактика Чумацький Шлях завширшки близько 100 тисяч світлових років, тому подорож світла від більш віддалених зірок до Землі може зайняти тисячі тисяч років. Бачачи спалах цього світла, Ви дивитися в минуле. Коли астрономи вимірюють фонову короткохвильову космічну радіацію, вони дивляться в минуле більше ніж на 10 мільярдів років в первісний космічний вік. Але чи можемо ми очікувати чогось більшого?
В ейнштейнівській теорії немає нічого, що б унеможливлювало подорож у минуле, однак стрибок в минуле порушує закон причинно-наслідкового зв’язку. Одна подія, яка відбулася в нашому Всесвіті, призводить до нескінченного ланцюжка нових подій. У кожному випадку причина відбувається до наслідку. Просто спробуйте уявити іншу реальність, в якому, приміром, жертва вбивці гине від пострілу пістолета ще до самого пострілу. Це руйнує реальність, яку ми знаємо, тому багато науковців заперечують можливість подорожей в минуле.
Деякі вчені пропонують ідею використання надсвітлової швидкості для стрибків в минуле. Ця гіпотеза стверджує, що оскільки час сповільнюється при наближенні швидкості до світлової, то перевищення цієї нездоланної точки може змусити його текти назад. Як відомо, релятивістська маса об’єкту, швидкість якого близька до швидкості світла, прямує до нескінченності. Прискорити об’єкт із безконечною масою неможливо. Проте фантастична варп-технологія здатна подолати швидкісний бар’єр, за допомогою створення бульбашки часу-простору навколо Всесвіту, та це коштуватиме колосальних, фантастичних енергетичних затрат.
Але що коли можливість здійснення подорожей в часі не так залежить від теоретичних способів пересування у просторі, як від існуючих космічних феноменів? Візьмемо курс на чорну діру.
Чорні діри та кільця Кера
Гравітаційне сповільнення часу поблизу чорної діри здатне перенести Вас у майбутнє. Але що трапиться, коли Ви залетите прямо в пащу цього космічного титана? Більшість вчених сходяться на думці, що чорна діра знищить Вас, проте одна різновидність цих тіл може цього не зробити: чорна діра Кера або ж кільце Кера.
В 1963 році новозеландський математик Рой Кер запропонував першу реалістичну теорію обертової чорної діри. Концепція базується на нейтронних зірках – масивних загиблих зірках розмірами з Манхеттен проте з такими масами як у Землі. Кер припустив, що якщо помираючі зірки формують обертове кільце нейтронних зірок, їхня відцентрова сила могла б завадити їм перетворитися в сингулярність. А оскільки чорна діра не матиме сингулярності, Кер вважає, що в її цент можна потрапити, не боячись безмежного гравітаційного поля.
Якщо чорні діри Кера існують, вчені припускають, що ми можемо пройти крізь них і вийти через білу діру. Біла діра – це «вихлопна труба» чорної діри. Замість затягування матерії в своє гравітаційне поле, біла діра виштовхує її подалі від себе – можливо в інший час або навіть Всесвіт.
Чорні діри Кера є виключно теоретичними, але якщо вони існують, то обіцяють захоплюючі односторонні подорожі в минуле або майбутнє. І доки страшенно розвинута цивілізація зможе винайти спосіб розрахунку подорожей в часі, ніхто не знає де і коли Вас викине «дика» чорна діра Кера.
Червоточини
Теоретичні чорні діри Кера не є єдиним космічним шляхом в минуле чи майбутнє. Є, такий же теоретичний, міст Ейнштейна-Розена. Проте він Вам більш відомий як червоточина.
Ейнштейнівська загальна теорія відносності не перечить існуванню червоточин, оскільки вона стверджує, що будь-яка маса викривлює простір-час. Для розуміння цього викривлення, уявіть собі двох людей, які тримають натягнуте простирадло. Якщо хтось покладе баскетбольний м’яч на це простирадло, то він під власною вагою скотиться в центр простирадла, а в цій точці утвориться виїмка. Тепер, якщо на простирадло поставити мармурову кулю, то вона скотиться до баскетбольного м’яча через кривизну поверхні.
В цьому спрощеному експерименті простір представлений двовимірною площиною, а не чотиривимірним середовищем. Уявіть собі, що це простирадло перегнулося, залишивши простір між верхньою і нижньою частинами. Встановлення м’яча на верхню частину знову приведе до утворення виїмки. Якщо тіло такої ж маси помістити на нижню частину простирадла у точці, що відповідає розміщенню м’яча, то друге тіло зрештою зустрінеться з цим м’ячем. Це спрощений спосіб утворення червоточин.
В просторі, маси, які здійснюють різноманітний вплив на різні частини Всесвіту, можуть відповідним чином комбінуватися та, зрештою, утворити подібний тунель. Цей тунель міг би, теоретично, з’єднувати два окремі часи та дозволяти мандрувати між ними. Звичайно, також можливо, що якась непередбачена фізична чи квантова властивість може запобігати утворенню таких червоточин. Але навіть якщо вони існують, то можуть бути надзвичайно нестабільними.
Відповідно до тверджень астрофізика Стефана Хавкінга, червоточини можуть існувати в квантовій формі – найменшому середовищі у Всесвіті. Тут крихітні тунелі постійно з’являються і зникають, на мить з’єднуючи окремі ділянки простору і часу.
Такі червоточини можливо надто малі, а термін їхнього існування надто короткий для того, щоб людина змогла здійснити подорож у часі, але можливо одного дня ми дізнаємося як їх утримати, стабілізувати і збільшити. Звичайно, каже Хавкінг, треба бути готовим до деякої віддачі. Якщо ми штучно продовжимо життя тунелю через викривлений простір-час, може виникнути петля зворотної радіації, яка знищить тунель так само як зворотна звукова хвиля може вивести з ладу гучномовець.
Космічна струна
Ми мандрували через чорні діри та червоточини, проте є ще інший спосіб подорожувати в часі завдяки теоретичному космічному феномену. Щоб дізнатися про нього, звернемося до фізика Джона Річарда Ґотта, який в 1991 році представив ідею космічних струн. З назви можна здогадатися, що мова йтиме про струноподібні об’єкти, які, як вважають деякі вчені, утворилися в ранньому Всесвіті.
Ці струни, які пронизують весь Всесвіт, тонші за атом, але мають величезну густину. Це означає, що вони здійснюють гравітаційний вплив на все, що проходить повз них, дозволяючи об’єктам прикріплюватися до космічних струн та подорожувати з неймовірними швидкостями. Притягання однієї космічної струни до іншої чи до чорної діри може достатньо викривити простір-час для того, щоб утворити так звану замкнуту часоподібну лінію.
Використовуючи гравітацію від двох космічних струн (або ж струни і чорної діри), зореліт теоретично міг би потрапити в минуле. Для того щоб це зробити, він мав би здійснити обліт довкола космічних струн.
Квантові струни є дуже теоретичним поняттям. Сам Ґотт сказав, що для того, щоб здійснити подорож назад у минуле всього лише на один рік, знадобиться петля струн, яка матиме половину маси-енергії цілої галактики. Іншими словами, Ви мусите розірвати половину атомів всієї галактики для того щоб забезпечити енергією Вашу машину часу. І, як і з іншими машинами, Ви не зможете повернутися в час до створення самої машини.
Ага, є ще ж і часові парадокси.
Парадокси подорожей в часі
Як ми вже згадували, концепція подорожей в минуле натикається на причинно-наслідковий зв’язок. Причина завжди відбувається перед наслідком, принаймні в нашому Всесвіті, це знищує найкращі плани подорожей в минуле.
Для початківців, якщо ви перемістилися на 200 років назад, Ви виявляєтеся в часі до свого народження. Задумайтесь на секунду. В потоці часу ефект (Ви) існуватиме до причини його появи (Вашого народження).
Для кращого розуміння розглянемо відомий дідівський парадокс. Ви є вбивцею, який подорожує в часі, і так сталося, що Ваша ціль – Ваш дідусь. Тож Ви проникли крізь найближчу червоточину та наблизились до 18-річного варіанта Вашого дідуся. Далі Ви дістали свій лазерний бластер, проте що станеться якщо Ви натиснете на спусковий гачок?
Подумайте про це. Ви тоді не народитеся. Так само як і Ваш батько. Якщо Ви вб’єте свого діда в минулому, він ніколи не матиме сина. Цей син ніколи не матиме Вас, а Ви ніколи не з’явитесь і не матимете справи з вбивствами за допомогою подорожей в часі. Вчені називають це суперечливою причинною петлею.
З іншого боку, відповідно до висновків фізика Паула Давіса, ця петля може спричинити і такі події: професор математики мандрує в майбутнє і викрадає новітню математичну теорему. Потім професор дає її перспективному студенту. Потім цей перспективний студент виростає в особу, в якої професор вкрав теорему.
Існує модель подорожі в часі, яка унеможливлює ймовірність наближення до будь-якої парадоксальної ситуації. Що це означає? Уявіть себе знову найманим вбивцею, який мандрує в часі. Ви знаходите свого діда і натискаєте на спусковий гачок, але лазер виявляється несправним. Неважливо яким чином Ви не змогли здійснити завдання, але якесь квантове коливання запобігло появі парадоксальної ситуації.
Проте існує інша перешкода: майбутнє чи минуле, куди здійснюєте подорож, може бути лише паралельним Всесвітом. Уявіть собі пісочницю, будування і руйнування замків в пісочниці паралельного Всесвіту не здійснить жодного ефекту на Вашу домашню пісочницю. Отже, якщо Ви мандруєте в окрему часову лінію, холоднокровне вбивство Вашого дідуся не спричинить парадоксу. Та це означає, що кожна Ваша нова подорож повинна переносити Вас в інший паралельний Всесвіт. Так Ви можете ніколи не потрапити до своєї власної пісочниці.
Заплутались? Ласкаво просимо у світ подорожей в часі.
Використані матеріали: science.howstuffworks.com.
Читайте також:
