Путешествия во времени уже давно захватывают воображение людей - от их появления в научно-фантастических фантазиях до их глубокого применения в современной теоретической физике. Недавнее исследование доктора Лоренцо Гавассино, физика-теоретика и математика из Университета Вандербильта, посвящено загадочной природе путешествий во времени, связанных с временными петлями, с целью изучения их глубокого значения для квантовой механики, энтропии и человеческого опыта.
Выводы доктора Гавассино, опубликованные в журнале Classical and Quantum Gravity, представляют совершенно иную картину путешествий во времени. Они показывают, что путешествие по таким временным петлям предотвратило бы многие классические парадоксы путешествий во времени, включая печально известный “парадокс дедушки”.
“Часто предполагается, что во Вселенной с замкнутыми времениподобными кривыми (CTC) люди могут "путешествовать в прошлое", - пишет доктор Гавассино. “На первый взгляд, это кажется очевидным выводом, поскольку (в достаточно больших масштабах) можно рассматривать времениподобную кривую как мировую линию гипотетического космического корабля, путешествующего в пространстве-времени. Однако, чтобы подтвердить, что это действительно путешествие в прошлое, мы должны сначала обсудить, что происходит с пассажирами (то есть с макроскопическими системами частиц) по мере того, как они совершают путешествие туда и обратно.”
“Например, рассмотрим следующий вопрос: "Может ли Алиса встретиться со своим молодым "я" в конце путешествия?" Ответ на этот и подобные вопросы в конечном счете сводится к определению статистической эволюции неравновесных термодинамических систем на CTC”.
Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что путешествие во времени в прошлое теоретически возможно при определенных условиях, таких как экзотические пространственно-временные конфигурации, такие как проходимые червоточины, космические струны или путешествия со сверхсветовой скоростью.
Однако, даже если бы такие явления были достижимы, ученые долгое время боролись с логическими противоречиями, которые возникают при путешествиях во времени. В частности, парадоксы, связанные с предвидением будущего, делают путешествия во времени неправдоподобными.
Парадокс согласованности часто считается краеугольным камнем этих головоломок о путешествиях во времени, в которых спрашивается, что произойдет, если путешественник во времени изменит прошлое таким образом, что это предотвратит его существование.
Широко известный как “парадокс дедушки”, парадокс согласованности был одним из основных элементов научной фантастики и часто использовался в рассказах о путешествиях во времени. Например, в фильме 1985 года "Назад в будущее" главный герой, Марти Макфлай, случайно создает парадокс, который мешает его родителям встретиться, ставя под угрозу его собственное существование.
В своей недавней статье доктор Гавассино предлагает провокационное решение самых сложных логических задач, связанных с путешествиями во времени. По его словам, во вселенной с замкнутыми времениподобными кривыми законы квантовой механики по своей сути устранили бы многие парадоксы путешествий во времени.
Исследование доктора Гавассино показывает, что в любой системе, движущейся по временной петле, происходит сброс энтропии и памяти, что гарантирует сохранение причинно-следственной связи и предотвращает возникновение противоречий, подобных парадоксу дедушки.
В основе исследований доктора Гавассино лежит концепция замкнутых времениподобных кривых (CTC), теоретических траекторий в пространстве-времени, которые возвращаются к своему началу.
Замкнутые времениподобные кривые могли существовать только в весьма экзотических условиях, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна. Эти условия включают в себя такие явления, как проходимые червоточины, где стабильный туннель между удаленными точками пространства-времени поддерживается с помощью отрицательной энергии или экзотической материи для предотвращения коллапса.
Аналогичным образом, вращающиеся пространства-времени, подобные тем, которые описываются метрикой Геделя, предполагают, что интенсивный угловой момент в космическом масштабе может создавать траектории, которые возвращаются назад во времени.
Космические струны, предположительно одномерные дефекты, образовавшиеся в ранней Вселенной, также теоретически могли генерировать CTC, если они двигались друг за другом с околосветовыми скоростями или быстро вращались, искажая пространство-время настолько, что возникали временные петли.
Другая возможность связана с черными дырами Керра, где экстремальное вращение вблизи их горизонтов событий теоретически может привести к замкнутым траекториям во времени, хотя такие области, вероятно, нестабильны из-за сингулярностей и квантовых эффектов.
Эти сценарии требуют условий, далеко выходящих за рамки естественных наблюдаемых или технологически достижимых, включая отрицательную плотность энергии или экзотическую геометрию пространства-времени. Аналогичным образом, эти теоретические построения сталкиваются со значительными трудностями, такими как потребность в энергии, проблемы стабильности и потенциальное нарушение причинно-следственной связи, что делает естественное или искусственное создание CTC чрезвычайно сложной задачей.
Тем не менее, доктор Гавассино использовал математическую модель космического корабля, путешествующего по CTC, для изучения физической и квантовой динамики такого путешествия. Его анализ показал, что системы, движущиеся по этим кривым, подвергаются спонтанной квантовой перестройке, включая дискретную регулировку уровня энергии и инверсию энтропии. Это гарантирует, что все внутренние состояния и системы вернутся к своей первоначальной конфигурации к концу цикла.
Одно из самых замечательных открытий исследования - стирание воспоминаний у отдельных людей или систем, путешествующих по CTC. Формирование памяти, тесно связанное с увеличением энтропии с течением времени, по своей сути нестабильно на CTC из-за обращения энтропийной стрелы времени вспять.
По мере того как энтропия уменьшается во второй половине путешествия, все процессы, включая сохранение памяти, обращаются вспять, в результате чего путешественник не может вспомнить свои переживания в цикле.
Это явление гарантирует, что ни один наблюдатель в цикле не сможет вмешаться в свое прошлое или создать причинно-следственные парадоксы, поскольку их память и внутренние состояния эффективно “сбрасываются” после завершения путешествия.
Проще говоря, путешествия во времени теоретически возможны, но открытия доктора Гавассино показывают, что изменить прошлое принципиально невозможно.
Энтропия играет ключевую роль в понимании физики временных петель. В обычных системах энтропия — мера беспорядка — неуклонно возрастает, обеспечивая четкую траекторию времени.
Однако результаты исследования доктора Гавассино показывают, что CTC накладывают периодическое ограничение на энтропию, требуя, чтобы она возвращалась к своему минимальному значению в определенных точках цикла.
Это явление согласуется с теоремой Пуанкаре о рекуррентности, которая предсказывает, что конечные изолированные системы в конечном итоге возвращаются к своим исходным состояниям. В случае CTC это возвращение происходит через регулярные промежутки времени, что определяется свойствами кривой.
Исследование доктора Гавассино демонстрирует, как квантовая механика обеспечивает самосогласованность временных циклов. Исследование показывает, что уровни энергии систем, движущихся по CTC, квантуются таким образом, что все процессы остаются согласованными и самокорректирующимися.
Например, наблюдается, что нестабильная частица, которая распадается на более мелкие компоненты во время путешествия, самопроизвольно собирается в свою первоначальную форму по мере приближения к концу путешествия. Хотя это и противоречит здравому смыслу обычной термодинамики, такое поведение является естественным следствием квантовых ограничений, налагаемых CTC.
Последствия этих открытий могут быть глубокими. В отличие от хаотичных и парадоксальных сценариев путешествий во времени, часто описываемых в научной фантастике, полученные данные свидетельствуют о том, что путешествия во времени с помощью CTC подчиняются строгим правилам квантовой механики, которые предотвращают нарушение причинно-следственных связей. Любые отклонения в энтропии устраняются, воспоминания стираются, и система возвращается в исходное состояние без противоречий или несогласованности.
Эта концепция обеспечивает стабильную, хотя и тревожащую модель путешествий во времени, в которой, по сути, избегаются классические парадоксы, такие как встреча с более молодой версией самого себя или изменение прошлого.
Исследование также исследует природу реальности внутри временной петли. В точке минимальной энтропии на CTC причинно-следственная связь, по-видимому, полностью нарушается. Сложные системы, включая живые организмы, могут, по-видимому, “возникать спонтанно” без четкого объяснения происхождения, что согласуется с квантовой статистической механикой.
Например, книга может появиться без указания автора, или человек может обладать воспоминаниями, которые не имеют логической основы в макроскопической истории системы. Эти низкоэнтропийные состояния существуют изолированно, не связаны с традиционными причинно-следственными цепочками, однако они вписываются в более широкие рамки квантовой механики.
Хотя исследование не утверждает, что взаимодействие с будущим или прошлым "я" невозможно, оно описывает такие встречи нестандартно. Любая более старая версия человека, попавшая во временную петлю, скорее всего, не будет иметь причинно-следственной связи с более молодой версией из-за сброса энтропии и памяти. Такой “более старый клон” может возникнуть в результате случайных флуктуаций в точке минимальной энтропии цикла, не имея никакой поддающейся проверке связи с временной шкалой более молодого "я".
Работа доктора Гавассино предлагает уникальный взгляд на путешествия во времени, обосновывая эти спекулятивные идеи строгими рамками квантовой механики.
Хотя замкнутые времениподобные кривые остаются чисто теоретическими, их выводы бросают вызов и расширяют наше понимание времени, причинно-следственных связей и законов Вселенной.
Это исследование подчеркивает, что если бы путешествия во времени когда-либо были возможны, они не напоминали бы причудливые путешествия из популярной культуры, а представляли бы собой сильно ограниченный и самосогласованный квантовый процесс.
В конечном счете, хотя возможность перемещения во времени, возможно, и не так уж неправдоподобна, как считалось ранее, один важный вывод очевиден: прошлое навсегда.
Независимо от того, насколько продвинулось наше понимание пространства-времени, законы физики, по-видимому, сохраняют причинно-следственную связь, гарантируя неизменность истории. Возможно, однажды путешествия во времени позволят нам наблюдать и переживать прошлое, но переписать его навсегда останется недосягаемым.
Автор: Тим Макмиллан - отставной сотрудник правоохранительных органов, журналист-расследователь и один из основателей журнала The Debrief. Его статьи обычно посвящены обороне, национальной безопасности, разведывательному сообществу и темам, связанным с психологией.
