Ви коли-небудь робили помилку, яку хотіли б виправити? Виправлення минулих помилок - одна з причин, через яку ми знаходимо концепцію подорожі в часі такою захоплюючою. Як часто зображують у науковій фантастиці, з машиною часу ніщо більше не є постійним - ви завжди можете повернутися і змінити це.
Але чи дійсно подорожі в часі можливі в нашому Всесвіті чи це лише наукова фантастика?
Наше сучасне розуміння часу і причинно-наслідкових зв'язків виходить із загальної теорії відносності. Теорія фізика-теоретика Альберта Ейнштейна об'єднує простір і час в єдину сутність - «простір-час» - і дає напрочуд складне пояснення того, як вони обидва працюють, на рівні, що не має собі рівних в жодній іншій усталеній теорії.
Ця теорія існує вже понад 100 років і була експериментально підтверджена з надзвичайно високою точністю, тому фізики цілком впевнені, що вона дає точний опис причинно-наслідкової структури нашого Всесвіту.
Протягом десятиліть фізики намагалися використовувати загальну теорію відносності, щоб з'ясувати, чи можливі подорожі в часі. Виявляється, можна написати рівняння, що описують подорожі в часі, і вони повністю сумісні і узгоджуються з теорією відносності. Але фізика не математика, і рівняння безглузді, якщо вони нічому не відповідають насправді.
Аргументи проти подорожей у часі
Є дві основні проблеми, які змушують нас думати, що ці рівняння можуть бути нереалістичними.
Перша проблема - практична: здається, що для створення машини часу потрібна екзотична матерія, тобто матерія з негативною енергією. Вся матерія, яку ми бачимо в нашому повсякденному житті, має позитивну енергію - матерію з негативною енергією не можна просто так знайти. З квантової механіки ми знаємо, що така матерія теоретично може бути створена, але в занадто малих кількостях і за занадто короткий час.
Однак немає ніяких доказів того, що екзотичну матерію неможливо створити в достатній кількості. Крім того, можуть бути виявлені інші рівняння, що дозволяють подорожувати в часі без використання екзотичної матерії.
Отже, ця проблема може бути просто обмеженням нашої поточної технології або розуміння квантової механіки.
Інше основне питання менш практичне, але більш важливе: це спостереження, що подорож у часі здається таким, що суперечить логіці у формі парадоксів подорожей у часі. Існує кілька типів таких парадоксів, але найбільш проблематичними є парадокси непротиворечивості.
Популярний образ у науковій фантастиці, парадокси послідовності виникають щоразу, коли відбувається певна подія, яка призводить до зміни минулого, але сама зміна в першу чергу перешкоджає цій події.
Наприклад, розглянемо сценарій, в якому я входжу в свою машину часу, використовую її, щоб повернутися на п'ять хвилин назад у часі, і знищую машину, як тільки потрапляю в минуле. Тепер, коли я знищив машину часу, я не міг би використовувати її через п'ять хвилин.
Але якщо я не можу використовувати машину часу, то я не можу повернутися в минуле і знищити її. Отже, вона не знищена, тому я можу повернутися в минуле і знищити її. Іншими словами, машина часу знищується тоді і тільки тоді, коли вона не знищується. Оскільки її не можна одночасно і знищити, і не знищити, цей сценарій неприємний і парадоксальний.
Усунення парадоксів
У науковій фантастиці поширена омана, що парадокси можна «обійти».
Мандрівників у часі зазвичай попереджають, щоб вони не вносили істотних змін в минуле і уникали зустрічі з самим собою з минулого саме з цієї причини. Приклади цього можна знайти в багатьох фільмах про подорожі в часі, таких як трилогія «Назад у майбутнє».
Але у фізиці парадокс - це не подія, яка може відбутися насправді, - це суто теоретичне поняття, що вказує на неспроможність самої теорії. Іншими словами, парадокси непротиворечивості не просто передбачають, що подорож у часі небезпечна, вони передбачають, що вона просто неможлива.
Це було одним з мотивів, що спонукали фізика-теоретика Стівена Гокінга сформулювати свою гіпотезу про захист хронології, яка стверджує, що подорож у часі має бути неможливою. Однак ця гіпотеза поки залишається недоведеною. Крім того, Всесвіт був би набагато більш цікавим місцем, якби замість того, щоб усувати подорожі в часі через парадокси, ми могли б просто усунути самі парадокси.
Однією зі спроб дозволити парадокси подорожей у часі є гіпотеза самоузгодженості фізика-теоретика Ігоря Дмитровича Новікова, яка, по суті, стверджує, що ви можете подорожувати в минуле, але ви не можете його змінити.
За словами Новікова, якби я спробував знищити свою машину часу п'ятьма хвилинами раніше, то виявив би, що це неможливо. Закони фізики якимось чином домовилися б про збереження узгодженості.
Знайомство з кількома історіями
Але який сенс повертатися в минуле, якщо не можна його змінити? Моя недавня робота показує, що існують парадокси подорожей у часі, які гіпотеза Новікова не може дозволити. Це повертає нас до вихідної точки, оскільки, якщо хоча б один парадокс не може бути усунутий, подорож у часі залишається логічно неможливою.
Отже, це останній цвях у кришку труни подорожей у часі? Не зовсім. Ми показали, що облік множинних історій (або, говорячи більш звичною мовою, паралельних тимчасових ліній) може дозволити парадокси, які не може дозволити гіпотеза Новікова. Насправді, він може дозволити будь-який парадокс, який ви йому підкинете.
Ідея дуже проста. Коли я виходжу з машини часу, я потрапляю в іншу часову шкалу. У цій часовій шкалі я можу робити все, що захочу, включаючи знищення машини часу, нічого не змінюючи у вихідній часовій шкалі, з якої я прийшов.
Багатомовна інтерпретація або інтерпретація безлічі світів Еверетта - інтерпретація квантової механіки, яка передбачає існування паралельних всесвітів, в кожній з яких діють одні і ті ж закони природи і яким властиві одні і ті ж світові постійні, але які знаходяться в різних станах. Початкове формулювання належить Г'ю Еверетту (1957 рік).
Оскільки я не можу знищити машину часу у вихідній часовій шкалі, яку я фактично використовував для подорожі назад у часі, парадоксу немає.
Після роботи над парадоксами подорожей у часі протягом останніх трьох років я все більше переконуюся, що подорожі в часі можливі, але тільки якщо наш Всесвіт може дозволити співіснувати кільком історіям. Може чи ні?
Квантова механіка точно передбачає це, принаймні, якщо ви згодні з інтерпретацією «безлічі світів» Еверетта, де одна історія може «розщеплюватися» на кілька історій, по одній для кожного можливого результату вимірювання - наприклад, кіт Шредінгера живий або мертвий, прибув я в минуле чи ні.
Але це лише припущення. Мої колеги і я зараз працюємо над пошуком теорії подорожей у часі з численними історіями, яка повністю сумісна з загальною теорією відносності. Звичайно, навіть якщо нам вдасться знайти цю теорію, цього буде недостатньо, щоб довести, що подорожі в часі можливі, але це, принаймні, означатиме, що подорожі в часі не виключаються парадоксами непротиворечивості.
Подорожі в часі і паралельні часові лінії майже завжди йдуть рука об руку в науковій фантастиці, але тепер у нас є доказ того, що вони повинні йти рука об руку і в реальній науці. Загальна теорія відносності і квантова механіка говорять нам, що подорожі в часі можуть бути можливі, але якщо це так, то повинні бути можливі і множинні історії.
Додаткова інформація: Барак Шошані, Лекції про подорожі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, і подорожі в часі, SciPost Physics Lecture Notes (2019). DOI: 10.21468/SciPostPhysLectNotes.10
Надано: The Conversation.