Возможны ли путешествия во времени: взгляд ученого и писателя-фантаста

О.К.: Я не ставил целью нарушать причинно-следственные связи, отправляя своих героев в НАШЕ прошлое. Поэтому принял теорию параллельных вселенных, посещать которые можно без опасения испортить что-либо в НАШЕМ настоящем (пресловутый парадокс с дедушкой). Там завтра еще не наступило, поэтому можно делать все что угодно, даже встретить свою копию. Но это будет только копия.

Думаю, люди никогда не смогут перемещаться во времени. Физика нашего мира содержит ряд фундаментальных ограничений, преодолеть которые нельзя. Это как разогнать до скорости света материальный объект. Приходится придумывать кротовые норы с тоннелями через черные дыры, снабжая этими костылями своих героев. А можно, как, например, я, не заморачиваться с физикой процесса, создавать в не очень далеком будущем научно-исследовательские институты с профессорами и лаборантками и отправлять в прошлое симпатичных (или не очень) парней. Главное — начать, а там появятся и «Титаник», и бедный венский художник, и Сараево. И много чего выдуманного.

О.К.: Мне вспомнился телесериал «Обратная сторона Луны» с Павлом Деревянко. Отличная вещь. А что касается книг... Сегодня я запросил в «Яндексе» подборку романов на эту тему, и оказалось, что ничего из представленного списка не читал. Полагаю, что это и к лучшему: сочиняя три своих романа, я не был отягощен чужим влиянием.

А.Г.: Да, это специальная и общая теория относительности Эйнштейна. Из повседневной жизни нам кажется, что движение в пространстве никак не связано с движением во времени. Какой бы длинный или короткий путь мы ни бежали, с какой бы скоростью это ни делали, время для всех течет одинаково. Даже Альберт Эйнштейн с вами согласится, но сделает уточнение: при максимальных скоростях или рядом со сверхмассивными объектами время для одних людей будет течь как обычно, а другим будет казаться, что оно у тех первых людей замедляется. Именно за счет эффекта замедления времени человек может попасть в будущее.

Дело в том, что интуитивное представление об отдельности пространства и времени обманчиво. На самом деле, и пространство, и время неразрывно связаны друг с другом в структуру, которую мы называем «пространство-время». Выбирая длинный или короткий путь в пространстве или скорость своего движения, мы неуклонно выбираем и путь движения во времени. Время, как и длина, ширина, высота, — это координата на карте нашей Вселенной.

Одно из следствий теории относительности гласит: какой бы длины вы ни выбрали свой путь в пространстве-времени, ваша скорость всегда будет равна скорости света. Скорость света — это абсолютный предел скорости распространения событий во Вселенной. Двигаясь по времени со скоростью света, вы не движетесь в пространстве, и наоборот: если вы движетесь в пространстве с максимальной скоростью, то вы не движетесь во времени. Замедление происходит только с тем, кто быстро движется, для остальных время течет как обычно. В этом и заключена относительность: движущийся объект не замечает замедления, его можно увидеть только со стороны. Но это замедление не кажущееся, а реальное, поэтому движущийся с околосветовыми скоростями человек стареет медленнее, чем его медленно движущийся сверстник. Именно так мы можем попасть будущее, замедлив свое старение по сравнению с другими людьми.

Самое интересное, что путешествия в будущее каждый день происходят над нашей головой. Космические лучи, сталкиваясь с атмосферой Земли, рождают множество частиц с разными скоростями. Одна из них называется мюон — он нестабилен, живет порядка 2,2 микросекунды, успевает пролететь около 660 метров, после чего распадается, так и не долетев до поверхности Земли. Однако мюон, ускоренный до околосветовых скоростей, живет порядка 200 микросекунд, пролетает 60 000 метров, добираясь до поверхности и даже проникая вглубь Земли. С точки зрения земного наблюдателя разогнанный мюон медленнее стареет и поэтому пролетает большее расстояние, а с точки зрения разогнанного мюона он все еще живет свои положенные 2,2 микросекунды, но пространство для него кажется сжатым. Из-за эффекта замедления времени для мюонов ученым приходится прятать некоторые особо чувствительные установки глубоко под землю, чтобы мюоны не создавали лишний фоновый шум в детекторах частиц.

Существует и второй способ замедлить время, но для него нам нужно двигаться рядом со сверхтяжелыми объектами — нейтронными звездами, а лучше — черными дырами. Каждый объект, обладающий массой, искривляет пространство-время вокруг себя. Двигаясь в искривленном пространстве, мы увеличиваем длину своего пути, а проходя больший путь в пространстве, мы уменьшаем свой путь во времени. В этом случае нам уже не обязательно двигаться с околосветовыми скоростями: мы можем лететь на самой обычной ракете, и чем ближе мы будем к черной дыре, тем медленнее будет идти у нас время, при взгляде со стороны, потому что наш путь будет лежать через искривленное пространство.

Эффект замедления времени можно зафиксировать с помощью атомных часов. Это сверхточные часы, в которых «тикающей стрелкой» выступают колебания атомов. Например, в 1971 году в эксперименте Хафеле — Китинга эффект замедления времени был измерен с высоты около 10 километров от поверхности Земли и составлял порядка 145–180 наносекунд, а в современных экспериментах JILA со световыми атомными часами продемонстрировано замедление времени на разнице в высоте 1 миллиметр.

Итак, путешествуя с околосветовыми скоростями или недалеко от сверхмассивных объектов, мы можем попасть в будущее, потому что будем стареть медленнее относительно старения землян. Более того, мы можем точно рассчитать, насколько сильным будет эффект замедления времени, а значит, решить, как далеко в будущее мы хотим попасть: на минуты, года или, может, тысячелетия.

Как мы говорили в начале, любое событие в пространстве-времени движется со скоростью света. Информация о причине — например «нажатии выключателя» — всегда будет опережать следствие «загорается лампочка», потому что они разделены временными интервалами и ограничены максимальной скоростью распространения событий. Информация о причине всегда приходит раньше следствия. Если было бы наоборот, то лампочка загорелась бы до того, как мы нажали на выключатель. Тогда мы бы сказали, что свет лампочки пришел к нам из будущего, а причина события еще не случилась.

В подавляющем числе случаев информация о событиях распространяется с помощью элементарных переносчиков электромагнитного взаимодействия — фотонов. В быту мы называем их светом. Любая элементарная частица имеет энергию покоя и энергию движения. Для человека энергия покоя равносильна понятию массы тела. Если мы хотим перемещать массу своего тела в пространстве, то там нужна энергия движения, например, чтобы бежать. Фотон не имеет энергию покоя, у него есть только энергия движения. Их собственное «тело» не тормозит их, и они всегда летят с максимальной скоростью. Напротив, частицы, имеющие энергию покоя (массу), никогда не смогут двигаться со скоростью света — лишь приблизиться к ней.

Все из-за того, что с какой бы скоростью вы ни двигались, скорость света во всех системах отсчета постоянна. Иными словами, не существует единственно правильной точки наблюдения за миром: все точки наблюдения будут относительны. Если вы движетесь со скоростью, близкой к световой, то свет от события «нажатие на выключатель» всегда будет лететь впереди вас со скоростью света. Даже взяв энергию всей Вселенной для разгона, вы никогда не догоните уже произошедшее событие.

Именно поэтому путешествия в прошлое невозможны — из-за существования максимальной скорости распространения событий и относительности систем отсчета. Если бы этих ограничений не существовало, то вся наша Вселенная не смогла бы существовать стабильно. Следствия опережали бы причины, взрыв Солнца из далекого будущего мог бы испепелить жизнь на Земле в настоящем, а элементарные частицы взаимодействовали бы не только с частицами настоящего, но и прилетевшими из будущего, дестабилизируя материю на микроуровне и приводя к распаду на элементарные составляющие всего того, что мы видим вокруг себя.

А.Г.: Раз в рамках нашей Вселенной сверхсветовые скорости нам недоступны, можно попробовать попасть в прошлое через искривление пространства-времени. В рамках общей теории относительности существуют математические решения, допускающие существование тоннелей, соединяющих две удаленные области пространства-времени. Эти тоннели называют мостом Эйнштейна — Розена, «червоточиной» либо «кротовой норой». Гипотетически выход из тоннеля может вести в прошлое, но подобные искривления нестабильны, из-за чего тоннель моментально схлопывается и пропадает. По расчетам, для стабилизации тоннеля необходима так называемая экзотическая материя, создающая отрицательную кривизну пространства-времени.

С ТАРДИС ситуация сложнее, потому что это не просто машина времени, а живой организм, эволюционировавший вместе с Повелителями времени вблизи временной воронки. Сама воронка представляет собой место вне времени и пространства, и это наводит нас на другой способ перемещения в прошлое — через другое измерение. Если попасть в измерение, в котором можно посмотреть на все пространство-время со стороны, то мы бы смогли выбрать местом приземления любой момент времени от начала Вселенной до ее гибели. Но для использования этого варианта нам нужно, чтобы вне нашего пространства-времени подобное измерение существовало, чтобы ученые разобрались в физических принципах того, как попасть в это измерение, а также источник энергии, который позволил бы прорвать ткань пространства-времени для перехода в другое измерение и обратно.

А.Г.: Эта идея берет свои корни в многомировой интерпретации квантовой механики. Дело в том, что если на макроуровне законы механики четко определены, то на микроуровне в силу вступают неопределенность и вероятность. Для элементарных частиц в микромире характерно явление суперпозиции, то есть существования частицы в нескольких состояниях одновременно. Если бы человек обладал суперпозицией, то, например, мог бы одновременно находиться в каждой точке земного шара. В реальности для макрообъектов, таких как люди, это невозможно, но в микромире суперпозиция — обычное дело. Поэтому мы не можем сказать, какими характеристиками обладает частица, до тех пор, пока не измерим ее состояние. Под измерением не обязательно понимается вмешательство экспериментатора, это может быть наблюдение эффекта от взаимодействия частицы с объектами макромира. Но если частица находится в нескольких состояниях одновременно, а после измерения выбирается только одно, то что происходит с другими вариантами? Куда они исчезают? Как выбирается один исход?

Иллюстрацию этой идеи можно увидеть в сериале «Локи», где путешествия во времени создают новые ответвления от основной ветки реальности. Так что если многомировая гипотеза верна, а путешествия во времени будут возможны, то вмешательство в прошлое не перепишет вашу реальность, а создаст альтернативную, с множеством новых исходов.

А.Г.: Линейность времени напрямую связана с постоянством скорости света. Если ученые обнаружат, что скорость света можно превысить, то это автоматически приведет к гипотезе нарушения линейности времени и пересмотру основных законов физики. Существует множество примеров, в которых постоянство скорости света якобы не соблюдается, но при пристальном рассмотрении согласуется с современными физическими теориями. На эту тему мне вспоминаются два ярких примера.

Для понимания давайте рассмотрим, как бы это могло выглядеть в макромире. Представьте, что вам принесли зарплату в двух конвертах. Суперпозиции конвертов запутаны, поэтому деньги находятся во всех состояниях одновременно и могут быть распределены по двум конвертам как угодно. Вскрыв один конверт и увидев в нем зарплату, вы сразу понимаете, что второй конверт пуст, потому что вам не выдадут денег больше положенного. Вскрыв второй конверт, вы видите, что он действительно пуст. Даже если вы отвезете второй конверт на Марс и распечатаете его там. Результат от этого не изменится: один конверт с деньгами, а второй — пустой.

Мы можем объяснить это так: с разрушением суперпозиции первого конверта информация о его содержимом передалась со сверхсветовой скоростью в другой конверт и разрушила его суперпозицию, реализовав состояние «пусто». Согласитесь, звучит притянутым за уши. Вернее будет сказать, что состояния уже заранее связаны, просто мы не знаем как. Поэтому якобы сверхсветовая передача информации между запутанными частицами на деле является корреляцией результатов. Открытие одного конверта раскрывает нам информацию о втором.

В нашем макропримере вероятности простые (есть деньги или нет), а понятие запутанности мы понимаем умозрительно. Но в микромире природа вероятностей намного сложнее, запутанность происходит на физическом уровне, а корреляции между состояниями запутанных частиц выполняются с огромной точностью. Именно поэтому явление квантовой запутанности по-прежнему вызывает удивление ученых, а у неспециалистов может сложится впечатление, что квантовая запутанность нарушает линейность времени.

А.Г.: С точки зрения физики путешествие в будущее за счет эффекта замедления времени вблизи сверхмассивных объектов лучше всего показано в фильме «Интерстеллар». В нем есть сцена, в которой астронавты высаживаются на планету вблизи черной дыры, а их коллега остается на орбите. Из сюжета мы узнаем, что один час на планете равен семи годам на орбите, что создает захватывающую динамику, в которой каждая потерянная секунда на планете может стоить жизни родных и коллег за ее пределами. Грамотное использование физических принципов замедления времени, динамика и эмоциональность момента делают эту сцену запоминающейся.

Раскрытие темы адаптации астронавтов после сверхсветовых путешествий мне понравилось у Станислава Лема в книге «Возвращение со звезд». Главный герой отправляется с миссией по исследованию дальнего космоса. Он проводит в космосе 10 лет, перемещаясь с околосветовым скоростями, в то время как для землян проходит 127 лет. По возвращении он попадает в совершенно другой мир, с новыми технологиями, социальным устройством, культурой, моралью. Общество изменилось настолько, что наш герой ощущает себя чужаком. Лично меня всегда воодушевляла мысль, что, перемещаясь во времени, мы можем увидеть будущее, недоступное нашим сверстникам, но книга умеряет пыл и спрашивает: «Готово ли будущее принять нас?»

Ну а мое любимое произведение про путешествия во времени — это сериал «Доктор Кто». Есть шуточное правило: зрителям больше всего нравится тот доктор, которого они «посмотрели» первым. У меня это девятый доктор. Мне очень нравятся серии, связанные с космосом, другими планетами, инопланетными расами, хотя и исторические серии очень хороши. Мне, например, запомнилась серия с участием первого доктора, где спутница доктора пыталась переубедить ацтеков приносить человеческие жертвоприношения и тем самым дать этой цивилизации шанс не стать разгромленной конкистадорами. Этот сериал наполняет ощущением неисчерпаемого разнообразия Вселенной, а темы смелости морального выбора, невмешательства во время и ценности жизни наполняют приключения героев человеческой глубиной.

А.Г.: В понимании Вселенной это мало бы что поменяло, скорее, дало бы нам дополнительные ограничения на проверку гипотез о том, как устроен наш мир. Со временем эта концепция перешла бы в ранг устаревшей идеи об устройстве мира, как плоская Земля, а машина времени была бы определена как невозможное устройство наряду с вечным двигателем. Значимым итогом я бы отметил невозможность создать аппарат, который мог бы разогнать нас до скоростей, сколько-нибудь близких к световым, по физическим, техническим или биологическим причинам. Это означает, что мы навсегда отрезаны от путешествия по Галактике и могли бы развиваться только в пределах Солнечной системы или максимум близлежащих звездных систем. Это ставит ограничения на распространение по космосу высокоорганизованных живых организмов и на их долгосрочную выживаемость в течение миллионов и миллиардов лет.

Однако я нахожу ироничным, что мы живем в том отрезке времени, когда в принципе обсуждаем эту идею. На протяжении многотысячелетней истории человечества идеи путешествия во времени просто не существовало. Время воспринималось или циклическим, или строго линейным. Идея путешествия во времени появилась всего 200 лет назад, в XIX веке. С одной стороны, достижения в науке и технике утвердили людей в том, что физический мир подчиняется воле человека, а с другой, палеонтология, археология, психоанализ, теория эволюции обратили взгляд в прошлое: на личную историю человека, первых цивилизаций, живых организмов, населявших планету до нас, планеты, космоса...

Если проблема из прошлого влияет на нас сейчас, то что будет, если мы изменим прошлое? Сможем ли мы создать лучший мир или хотя бы лучшую версию себя? Эта идея возникла не на пустой почве и отражает дух своего времени, а последующие научные открытия в области космологии и квантовой физики закрепили концепцию как возможную. И даже если наука скажет свое твердое «нет» на путешествия во времени, то мысли о том, чтобы перенестись куда-то далеко вперед или назад во времени, будут соблазнять человеческий разум. Подозреваю, что однажды открытая идея путешествия во времени теперь будет с нами навсегда.