Как известно,современные космонавты уже делают это. Правда, они путешествуют пока лишь в будущее. И на какие-то доли секунды. Но все же, кто знает – возможно, когда-нибудь мы сможем улететь на целые годы или даже на века вперед или, напротив, поиграть с нашим пятилетним дедушкой.  Но давайте по порядку.

На Земле и в пустом пространстве космоса время движется неодинаково. Это знает каждый школьник. Чем больше гравитация какого-то объекта, тем время течет медленнее в его окрестностях. Так происходит от того, что через гравитацию искажается «ткань» четырехмерного пространства-времени. С другой стороны, Эйнштейн продемонстрировал, что чем скорость выше – тем больше масса. Так что для движущихся на очень высоких скоростях объектов, время также замедляется. Скорость МКС – более двадцати семи тысяч километров в час. Российский космонавт Сергей Крикалёв, например, в общей сложности провел на орбите восемьсот три дня девять часов и тридцать девять минут. Так то, он живет во времени, опережая нас на целую 150 секунды.

Машина времени

Теория относительности нам говорит о том, что машину времени, которая нас перенесет в будущее, можно создать. Вы в нее входите и ждете. Выходите и видите, что на Земле уже прошли века. Для этого технологий пока не существует, но наука знает, что это возможно.

Хотя для этого надо будет разогнаться до скорости, которая близка к скорости света. Так что неудивительно, что представляет собой машина времени не что иное, как космический корабль, ведь, по Общей Теории Относительности, пространство и время взаимосвязаны неразрывно (вопрос о том, как при разгоне до такой безумной скорости сохранить ваше тело в целости и сам корабль, пока не стоит). Но сумеет ли человек, который совершил подобное путешествие, вернуться в прошлое обратно.

Первые намеки на то, что законы физики дают возможность людям путешествовать в прошлое, возникли в 1949 году, когда математик Курт Гёдель нашел новое решение уравнений Эйнштейна, а по сути – новую структуру пространства — времени, вполне допустимую с точки зрения ОТО. Но, исходя из уравнений Гёделя, Вселенная должна вращаться как целое, и не расширяться с ускорением – что, как с тех пор выяснилось, действительности не соответствует.

Ученые в последние годы предлагали другие пути для возможных путешествий во времени – искривления пространства-времени. Но анализ микроволнового фона и прочие данные демонстрируют, что Вселенная никогда не была искривлена настолько, чтобы подобные путешествия оказались возможны. Но есть и обходной маневр.

Что есть прошлое  

Согласно ОТО, нет не только какой-то для всех наблюдателей единой, универсальной меры времени, но и при определенных обстоятельствах нет нужды даже в том, чтобы наблюдатели сошлись во мнении о единой очередности тех или иных событий. Допустим, что время на Альфе Центавра движется с той же скоростью, что и на Земле (планета, на которой живут инопланетяне, имеет ту же массу и движется с той же скоростью). В 2014 году состоялась Олимпиада в Сочи. Допустим и то, что в 2015 году состоится открытие Междупланетного шахматного турнира на Альфе Центавра. Какое из событий произошло раньше?

С точки зрения землян – Олимпиада. С точки зрения «центаврианцев» – турнир. Ведь свет от Земли до Альфы Центавра будет идти четыре года. Двигаясь быстрее света, вы смогли бы побывать на Олимпиаде и вылететь на турнир, а потом вернуться вновь на Землю... до начала Олимпиады. Естественно, в теории – если найти способ перемещения быстрее скорости света.

Как известно, невозможно двигаться быстрее скорости света, исходя из теории относительности. По мере приближения к «световому барьеру» для разгона объекта требуется все больше и больше энергии. В один прекрасный момент – при теоретическом достижении скорости света – ее понадобилось бы бесконечное количество. Кроме того, и тело, которое достигло бы подобной скорости, должно приобрести бесконечную массу.

Кротовые норы

Вот тут-то обходной маневр и возможен. Он заключается в потенциальной возможности деформировать пространство-время. К примеру, так, чтобы открылся короткий путь от Олимпиады к шахматному турниру. Вы не станете двигаться быстрее скорости света – но в пространстве переместитесь быстрее.

В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен написали работу, в которой доказывали, что ОТО допус­кает существование таких пространственно-временных мостов, смычек – «кротовых нор».

Поддержание целостнос­ти кротовой норы требует огромной энергии, и теория предсказывает, что они не могут существовать достаточно долго, чтобы через них мог пройти космический корабль или другой макроскопический объект. Такой мост может «схлопнуться», и корабль где-то в сингулярности пропадет.

Хотя ученые и допускают мысль, что развитая цивилизация технически могла бы держать такую нору открытой и нужное время. Но как можно этого добиться, вопрос пока совсем неясный.

Здесь надо сказать, что вся материя, к которой привыкли мы, имеет положительную плотность энергии, что пространству-времени придает положительную кривизну, которая напоминает сферу. А для деформации пространства-времени, которая нам позволила бы путешествовать в прошлое, требуется материя с отрицательной кривизной – т.е., имеющая отрицательную плотность энергии.Как известно, квантовая механика существование такой отрицательной плотности энергии допускает (при условии, если данная «отрицательность» компенсируется «положительностью» в других областях), и допускает теоретическую возможность деформировать пространство-время.

Представить подобное непросто. Для чтобы это сделать, астрофизики часто приводят пример с холмом. Если вы копаете огромную яму и выбрасываете из нее на край ямы землю, в конце концов у вас окажется не только яма, но еще и холм. В данном случае холм и окажется метафорой этой положительной энергии, а яма – отрицательной.

Черные дыры и не только

Ученые предполагают осторожно, что своеобразными аналогами кротовых нор, вероятно, могут стать черные дыры. Дело в том, что большая часть пространства-времени почти плоская. Оно очень деформировано лишь в черных дырах. Черная дыра настолько сильно искажает вокруг себя пространство-время, что образует некую «воронку», «дыру» конической формы.

Гравитация в ближайших окрестностях черной дыры столь огромна, что пространство-время в ней, по сути, перестает существовать, или искажается так сильно, что время почти останавливается. Помимо того, некоторые черные дыры вращаются на околосветовой скорости. В итоге пространство-время «сворачивается» в дыре почти в «трубку». Может быть, проникнув в черную дыру, мы могли бы пройти через ее узкий тоннель и оказаться... в прошлом, или, к примеру, в другой Вселенной.

Самый известный физик-теоретик современности – Стивен Хокинг – убежден, что это невозможно. Даже если космическому кораблю каким-то волшебным способом (преодолев целым и невредимым действие огромной гравитации) получится попасть в самый центр черной дыры, он окажется в сингулярности и совсем перестанет существовать.

Но многие другие ученые считают, что, попав в черную дыру, при определенных условиях можно-таки уцелеть, и даже ищут способы сделать это. Конечно, это смотрится чудачеством. Но истории науки известно много примеров, когда подобные чудаки изобретали самолет или отправлялись на Луну.

Профессор астрофизики из Принстонского университета Ричард Готт (RichardGott) – энтузиаст путешествий во времени. Он создает свой теоретический проект машины времени и даже утверждает, что нашел решение для путешествий в прошлое. Вслед за некоторыми астрофизиками, Готт полагает, что естественная машина времени – это центр быстро вращающейся черной дыры. Но он тоже понимает сколь ненадежным может оказаться такой «транспорт».

Впрочем, Готт нашел потенциальный менее опасный аналог центра черной дыры – явление, которое называют космическими струнами. Космические струны – это гипотетически существующие складки пространства-времени, тонкие нити энергии, оставшиеся после Большого взрыва. Их ширина меньше атомного ядра, зато они обладают феноменальной плотностью. Такая струна длиной всего 1 м обладала бы большей гравитацией, чем Земля целиком, и породила бы грандиозное искривление. Готт обнаружил, что взаимодействие таких быстро движущихся струн может приводить к появлению естественной машины времени.

Расчеты Готта пока не подтверждены наблюдениями, но ученый пытается доказать, что эти струны существуют. Впрочем, даже он говорит, что найти две такие струны, которые прошли бы друг напротив друга, практически невозможно. Поэтому Готт обращает внимание на другую теоретическую структуру, на космические кольца, которые могли бы формировать замкнутые струны. Несмотря на отсутствие доказательств их существования, прямых просчетов в теории Готта нет. Кроме того, что внутри такого «кольца» окажется... снова черная дыра. И вообще, чтобы управлять системой с такой грандиозной гравитацией, понадобились бы энергетические ресурсы целых галактик.

Вернуться в прошлое, нельзя остаться

Но допускает ли квантовая теория путешествия во времени нашего – макроскопического – масштаба Стивен Хокинг говорит, что, на первый взгляд, допускает. Об этом свидетельствуют фейнмановские интегралы по траекториям (суть фейнмановских интегралов в том, что они замещают определение уникальной, единственно возможной траектории движения любой элементарной частицы полной суммой бесконечного множества возможных траекторий ее движения). Ведь они охватывают все возможные сценарии, а, значит, допускают и существование такого искажения пространства-времени, которое необходимо для путешествий в прошлое. Поэтому говорить о том, что такие путешествия невозможны в принципе, нельзя.

Тяжелые частицы, которые разгоняют в коллайдерах в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) или в Национальной лаборатории им. Ферми в США, достигают скорости, равной 99,99% скорости света. Однако сколько бы ни наращивалась мощность установки, превысить световой барьер не удастся.

Ау, гости из будущего!

Но если так, почему же нас еще не посетили гости из будущего Популярна точка зрения, что цивилизация будущего настолько «продвинута», что считает нецелесообразным раскрывать тайну путешествий во времени таким неразумным существам, как мы. Что, если какой-нибудь современник-энтузиаст захочет вернуться в прошлое и раскрыть нацистам секрет атомной бомбы…

Такая разная история

Может оказаться, что история представляет из себя строго фиксированную цепочку событий, поэтому даже если вы вернетесь в прошлое, то будете обречены делать все то же самое, что делали до того. Иначе, вернувшись в свое будущее, вы можете даже обнаружить, что вас... просто не существует, или нет ваших близких, или нет страны, в которой вы живете, и т.д. Подобная драма хорошо описана в знаменитом научно-фантастическом рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром», главный герой которого, совершая путешествие в прошлое, случайно раздавил бабочку – а вернувшись, обнаружил, что его близкие пишут на другом языке, и у власти вместо президента-либерала стоит диктатор. В естественных науках этот термин так и называется – эффект бабочки незначительное влияние на хаотичную систему может иметь большие и непредсказуемые последствия где-нибудь в другом месте и в другое время.

Другой возможный способ решения парадоксов путешествий во времени можно обозначить, как гипотезу альтернативной истории. Когда путешественники во времени возвращаются в прошлое, они попадают в альтернативные истории, которые отличаются от той, которая им известна. Многие ученые сегодня говорят о возможном существовании Мультивселенной, в которую могут входить все эти – и бесконечное число других – варианты прошлого, ветвящиеся в бесконечном множестве миров...

На первый взгляд, эта гипотеза напоминает Фейнмановские квантово-механические уравнения. Но между ними существует и неразрешимое противоречие. В интегралах Фейнмана каждая траектория полностью включает в себя пространство-время и все, что в нем находится. И, как мы выяснили, в рамках такого представления ракета через искривленное пространство-время могла отправиться даже в прошлое. Но ведь сама ракета при этом осталась бы в том же «своем» пространстве-времени, а, значит, и в той же истории. Поэтому фейнмановские интегралы, скорее, говорят в пользу гипотезы фиксированного прошлого.

Современная наука в возможности путешествий в прошлое сомневается. Но все-таки не советуем спорить с кем-то на этот счет вдруг этот кто-то спорит, зная будущее наперед…