В каком году появится машина времени
Машина времени
Машина времени — гипотетическое устройство для путешествий во времени вопреки его естественному ходу. Машина времени является одним из наиболее популярных устройств, описываемых в научной фантастике.
Машиной времени в физике часто называют пространство-время с замкнутыми непространственноподобными кривыми (то есть пространство-время, в котором наблюдатель в принципе может встретиться сам с собой).
Содержание
История
В фантастической литературе XIX века зарождается идея путешествия во времени. Однако ранние произведения не упоминали о том, что путешествие во времени может осуществляться при помощи машины, то есть некого технического устройства.
В произведении русского писателя А. Ф. Вельтмана «Предки Калимероса» (1836) описывается переносящий главного героя в прошлое фантастический гиппогриф — иногда его рассматривают как «биологический» прообраз машины времени.
В 1887 году испанский писатель Энрике Гаспар и Римбау (исп.) опубликовал в Барселоне новеллу «El anacronópete» (неологизм: «летящий навстречу времени»), в которой впервые появляется устройство для перемещения во времени. Позднее эта идея получила широкую известность с выходом в 1895 году романа Герберта Уэллса «Машина времени», которому предшествовал небольшой рассказ Уэллса «The Chronic Argonauts» («Аргонавты времени»), изданный в 1888 году.
По-новому тему путешествий во времени в середине двадцатого столетия осмысливают Айзек Азимов в романе Конец Вечности и Пол Андерсон в «Патруле времени».
Теория
Эксперименты
Считается, что при нынешнем технологическом уровне человеческой цивилизации машину времени построить невозможно. Однако, время от времени в печати появляются сообщения о секретных экспериментах по перемещению во времени, якобы проводимых военными.
Наиболее известны два таких «эксперимента»:
Научно-фантастическая литература и кинематограф
Описание внешнего вида и принципа действия машины времени у писателей и создателей фантастических фильмов весьма разнообразно. Один из первых «изобретателей» машины времени Герберт Уэллс описывал её невнятно:
Вот седло, в которое должен сесть Путешественник по Времени. Сейчас я нажму рычаг — и машина двинется… Некоторые части машины были сделаны из никеля, другие из слоновой кости; были и детали, несомненно, вырезанные или выпиленные из горного хрусталя. [10]
При этом путешествующий переносится в другое время сам вместе с некоторой окрестностью (порядка нескольких метров) вокруг машины времени. Принцип действия (у Уэллса) основан на движении вдоль оси времени, как вдоль одного из любых других трёх измерений
Единственное различие между Временем и любым из трех пространственных измерений заключается в том, что наше сознание движется по нему [10]
В английском сериале «Доктор Кто» машина времени ТАРДИС представляет собой космический корабль замаскированный под телефонную будку (если точнее, полицейскую будку), а внутри она была намного больше, чем казалась снаружи. То есть эта машина также может оперировать и геометрическими характеристиками пространства.
Общим во всех случаях является то, что герои должны набрать на пульте (устройстве ввода) дату того времени, в которое им нужно перенестись. В большинстве случаев само путешествие с точки зрения путешественника бывает не мгновенным, а как бы представляет собой постепенное перемещение вдоль оси времени с определённой скоростью.
Неделя, месяц, год, десятилетие! 2055 год. 2019, 1999! 1957! Мимо! Машина ревела… Время было словно кинолента, пущенная обратным ходом. Солнца летели вспять, за ними мчались десятки миллионов лун. [12]
Путешествие во времени — энергоёмкое предприятие. В фильме «Назад в будущее» каждое перемещение во времени требует 1,21 гигаватта энергии. В первой части трилогии для выработки такого количества энергии был нужен плутоний, во второй и третьих частях машина была оборудована домашним расщепителем материи и в плутонии уже не нуждалась. Но во всех трех фильмах сам автомобиль работал на бензине, что немаловажно, ибо перенос во времени можно было осуществить только достигнув скорости 88 миль в час. Разовая переброска во времени в романе «Конец Вечности» требовала мощности порядка 10 12 —10 13 ватт.
стрелка энергометра молчаливо настаивала на том, что потребление энергии по-прежнему составляет миллионы мегаватт. [13]
Мы уже знаем, как построить машину времени
Это всего лишь вопрос времени, когда мы построим то, что сможет перенести нас в далёкое будущее.
В сентябре 2015 года космонавт Геннадий Падалка в последний раз вернулся на Землю. Он только что завершил свою шестую миссию в космосе и побил рекорд общего времени, проведённого за пределами атмосферы Земли: 879 дней. И из-за этих 2,5 лет, проведённых на орбите планеты на высоких скоростях, Падалка также стал путешественником во времени, испытывая общую теорию относительности Эйнштейна в действии.
«Когда г-н Падалка вернулся, он обнаружил, что Земля находится на 1/44 секунды в будущем, – объясняет Дж. Ричард Готт, физик из Принстона и автор книги „Time Travel in Einstein’s Universe“, – Он буквально путешествовал… в будущее». Быть на долю секунды моложе, чем если бы он остался на Земле, не является чем-то невероятным, тем не менее это дало Падалке звание «нынешнего рекорда путешественника во времени», согласно Готту.
Хотя это и не совсем заряжённый плутонием DeLorean, путешествие во времени – совсем не фантастика. Настоящие астрофизики, такие как Готт, почти уверены, что знают, как построить машину времени, и высокая скорость – намного, намного быстрее, чем орбитальный полёт Падалки, – является ключевым ингредиентом.
Ускоренный курс путешествия во времени
До ХХ века время считалось абсолютно незыблемым, а путешествия во времени – научной невозможными. В 1680-х годах мысленное время сэра Исаака Ньютона развивалось в неизменном темпе по всей Вселенной, независимо от внешних сил или местоположения. И в течение двух столетий научный мир поддерживал теорию Ньютона.
Пока не появился 26-летний Альберт Эйнштейн.
В 1905 году Эйнштейн раскрыл свои идеи по особой теории относительности, используя эту основу для своей теории общей теории относительности десять лет спустя. Расчёты Эйнштейна, определяющие Вселенную, ввели много вещей, а также некоторые понятия, связанные со временем. Самое главное – что время эластично и зависит от скорости, замедляется или ускоряется в зависимости от того, насколько быстро движется объект или человек.
В 1971 году четыре атомных цезиевых луча облетели весь мир, а затем их сравнили с наземными часами. В результате мизерная разница во времени доказала, что Эйнштейн на что-то наткнулся. Есть ещё одна технология, спрятанная внутри вашего смартфона, которая также подтверждает теорию Эйнштейна.
Без общей теории относительности Эйнштейна не будет работать GPS.
«Без общей теории относительности Эйнштейна наша система GPS не будет работать», – рассказывает Рон Маллет, астрофизик и автор книги Time Traveler: A Scientist’s Personal Mission to Make Time Travel a Reality. Это также доказательство того, что теории Эйнштейна верны».
Но помимо этой изменчивой версии времени Эйнштейн также рассчитал скорость света. Скорость 300 000 000 метров (или 186 282 миль) в секунду Эйнштейн описывает как «предел скорости» и универсальную константу, независимо от того, сидит ли человек на скамейке или путешествует на ракетном корабле.
Последняя часть эйнштейновских идей об искривлении времени предполагает, что гравитация также замедляет время, то есть время идёт быстрее там, где гравитация слабее, например, в огромной пустоте среди массивных небесных тел, таких как Солнце, Юпитер и Земля.
Перенесёмся на столетие вперёд, когда все эти теории – разумеется, в высшей степени обобщённые – образуют строительные блоки астрофизики и похоронены среди всей этой математики экспертного уровня. Эйнштейн также доказал, что путешествия во времени возможны.
Субатомная машина времени
В самом деле путешествия во времени не только возможны, они уже произошли, но просто не похожи на типичный научно-фантастический фильм.
Возвращаясь к нашему путешествующего во времени космонавту Падалке, его 1/44-секундный прыжок в будущее настолько мизерный, потому что он перемещался со скоростью всего 17000 миль в час. Это не очень быстро, по крайней мере по сравнению со скоростью света. Но что произойдёт, если мы создадим что-то, что может двигаться гораздо быстрее, чем на геостационарной орбите? Речь идёт не о коммерческом лайнере (550–600 миль в час) или ракете ХХI века, летящей к МКС (25 000 миль в час), а о том, что может приблизить к 186 282 милям в секунду.
«На субатомном уровне это уже произошло», – рассказывает Маллетт. – Примером является… Большой адронный коллайдер. Он регулярно посылает субатомные частицы в будущее».
Ускоритель элементарных частиц способен перемещать протоны со скоростью 99,999999 процентов от скорости света, скорости, с которой их относительное время движется примерно в 6900 раз медленнее по сравнению со временем их стационарных наблюдателей – людей.
Так что да, мы посылали атомы в будущее, и мы делали это в течение последнего десятилетия, но люди – другое дело.
Готт поясняет: учитывая, что мы регулярно разгоняем частицы почти до скоростью света, концептуально для людей довольно просто путешествовать во времени в будущее. «Если вы хотите посетить Землю в 3000 году, – говорит Готт, – всё, что вам нужно сделать, – это сесть на космический корабль и полететь со скоростью в 99,995 процентов от скорости света».
Допустим, человека посадили на такой корабль и отправили на планету, которая находится на расстоянии немногим менее 500 световых лет (например, Кеплер 186f), то есть, если бы он путешествовал со скоростью 99,995 % от скорости света, нужно было бы 500 лет, чтобы добраться туда, так как корабль летит почти со скоростью света.
После быстрого перекуса и перерыва в ванной комнате они развернулись и направились обратно на Землю, что заняло ещё 500 лет. Таким образом, в общей сложности нужно около тысячи лет, чтобы благополучно вернуться домой. На Земле это будет 3018 год.
Однако, поскольку корабль двигался так быстро, результирующее замедление времени не могло показаться им тысячей лет с того момента, как их внутренние часы замедлились. «[Их] часы будут отсчитывать 1/100 от скорости часов на Земле. Для них пройдет только 10 лет», – говорит Готт. Для нас пройдёт тысячелетие, для них это будет десятилетие.
«Если бы мы [на Земле] смотрели в окно, они бы завтракали очень медленно, – говорит Готт, – тогда как для [них] всё было бы нормально».
Но существует огромная пропасть между теоретическим и реальным. Так как же нам преодолеть огромные технологические проблемы создания машины времени?
Не столь отдалённое будущее путешествий во времени
Датчик Parker Solar Probe будет развивать скорость 430 000 миль в час – это быстро, но далеко до скорости света.
Строительство космического корабля, путешествующего во времени, может быть лучшим местом для начала, но инженерные препятствия, по крайней мере сейчас, огромны. Во-первых, мы даже близко не приблизились к космическому кораблю, который может путешествовать со скоростью света. Самым быстрым космическим кораблем из когда-либо созданных скоро станет Parker Solar Probe, который будет запущен этим летом и будет двигаться скоростью всего 0,00067% от скорости света.
Также необходимо огромное количество энергии, чтобы заставить корабль двигаться так быстро. Готт предполагает, что ключевым элементом может быть высокоэффективное топливо на основе антивещества, а другие мировые агентства и учёные также считают, что такое топливо может стать потенциально бесценным элементом межзвёздных путешествий.
Но обеспечить сохранность человеческого груза в такой футуристической миссии также будет непросто. Прежде всего корабль должен иметь достаточно припасов, таких как еда, вода и лекарства, и быть самодостаточным на протяжении всего путешествия.
Затем есть всё, что связано с ускорением. Чтобы гарантировать, что наш гипотетический путешественник не будет уничтожен подавляющими силами перегрузки, корабль должен постепенно и неуклонно ускоряться. Хотя постоянное ускорение в 1g (подобное тому, что мы ощущаем на Земле) в течение длительного периода в конечном счёте приведёт к тому, что корабль приблизится к скорости, близкой к скорости света, оно увеличит продолжительность полёта и минимизирует то, как далеко можно уйти в будущее.
Проблема обратного движения
Но у этого теоретического портрета реального путешествия во времени есть один большой недостаток – эта машина не движется вспять. В то время как Билл и Тед путешествуют в прошлое, чтобы встретить Сократа, на самом деле учёным и исследователям нужно найти способ обойти законы физики, чтобы отправиться в прошлое.
Червоточины, чёрные дыры, космические струны и циркулирующие световые лучи были предложены как потенциальные решения проблемы путешествия во времени в прошлое. Основная проблема, с которой сталкиваются астрофизики, – это выяснить, как направить луч света в точку в пространстве-времени и обратно.
«Технологии не за горами… Мы могли бы сделать это в ближайшие 20 лет».
Поскольку скорость света является абсолютным максимумом, физики концентрируются на обнаружении таких явлений, как червоточины, которые могут обеспечить быстрый путь через туннели, в которых мы прыгаем через искривленное пространство-время, и теоретически направляют луч света в определённую точку пространства-времени.
Хотя червоточины действительно работают в рамках теорий относительности Эйнштейна, их ещё предстоит наблюдать в космосе, и у учёных нет конкретных доказательств того, что эти галактические пути будут работать.
Таким образом, хотя путешествие в прошлое может быть более захватывающей концепцией, учёные с гораздо большей вероятностью отправят кого-то в неизвестное будущее, а не в прошлое. Но, несмотря на огромные шансы (финансовые и научные), Маллет считает, что будущее общества путешествий во времени возможно.
«Что случилось с полетом на Луну… мы хотели полететь туда, Кеннеди просил об этом, и было надлежащее финансирование, поэтому мы добрались до Луны», – рассказывает Маллет. «Технология не за горами. Если правительство и налогоплательщики захотят за это заплатить, мы сможем это сделать в ближайшие двадцать лет».
Сегодня любителям путешествий во времени всё равно придётся обращаться к научной фантастике в поисках решения о путешествиях во времени, причём некоторые фильмы намного точнее других.
«Хороший фильм… «Планета обезьян», – говорит Маллетт. Астронавты думали, что они приземлились на другой планете, управляемой обезьянами, но оказалось, путешествовали так быстро, что прибыли в будущее Земли. Этот фильм точно описывает специальную теорию относительности Эйнштейна”. Ох… спойлеры.
Узнайте подробности, как получить Level Up по навыкам и зарплате или востребованную профессию с нуля, пройдя онлайн-курсы SkillFactory со скидкой 40% и промокодом HABR, который даст еще +10% скидки на обучение:
Когда изобретут машину времени: факты, теории, разработки
Что такое машина времени
Машина времени — это устройство, с помощью которого, в теории, можно было бы путешествовать во времени.
Однако ученые понимают под ней не физическую машину или механизм, как в кино, а искривленное пространство-время [1]: например, в виде «червоточины» или «пончика». Внутри нее можно перемещаться из одной точки пространства-времени в другую, за счет сфокусированных гравитационных полей. Но такие поля должны быть супермощными, а управлять ими нужно с максимальной точностью.
Есть также версии, что машина времени — это экзотическая материя с отрицательной плотностью. Если ее толкнуть, она будет двигаться в направлении, обратном нормальному. Однако ничего похожего пока открыть не удалось.
Можно ли путешествовать во времени?
В фантастических фильмах вроде «Звездного пути» или «Назад в будущее» герои просто садятся в машину или другой транспорт и оказываются в прошлом или будущем. На деле все гораздо сложнее, и единого мнения на этот счет пока нет.
Альберт Эйнштейн первым описал время как «четвертое измерение» [2]. Он считал, что оно движется только вперед, но, при этом, относительно: то есть может течь с разной скоростью в разных условиях. Если вы будете двигаться со скоростью света (то есть 299 792 км/сек), то для вас оно замедлится — в сравнении с теми, кто стоит на месте. Но, согласно расчетам физика, ваша масса при этом должна быть бесконечной, а длина — нулевой.
Эйнштейн также утверждал, что гравитация может менять время: сверхмассивные объекты, вроде черных дыр, как бы искривляют время вокруг себя. Это тоже удалось доказать — с помощью GPS-спутников и сверхточных часов. Путешествия через черные дыры — пожалуй, самый популярный способ, описанный в фильме «Интерстеллар». Вблизи дыры или ее модели, за горизонтом событий, время движется в два раза медленнее, а то и вовсе останавливается.
Стивен Хокинг, написавший книгу «Краткая история времени», поддерживал теории Эйнштейна относительно черных дыр, а также — «червоточин» или «кротовых нор», которыми пронизана вся Вселенная. Однако он не верил, что можно путешествовать в прошлое.
В доказательство он провел эксперимент: организовал в 2009 году вечеринку и разослал приглашения уже после того, как она закончилась. Но никто из приглашенных в будущем так и не пришел на нее. Однако Хокинг не исключал, что машину времени построят уже после его смерти [3].
Основываясь на теориях Эйнштейна, NASA предположило, что можно путешествовать через «червоточины» или «кротовые норы» пространства-времени [5]. Это что-то вроде туннелей, пройдя через которые, мы окажемся в другом измерении. Но такие «червоточины» почти моментально схлопываются, и пройти через них смогут только сверхмалые частицы.
Еще одна гипотеза — «бесконечный цилиндр Типлера». Астроном Фрэнк Типлер предложил механизм, внутри которого вещество величиной в десять масс Солнца, свернутое в бесконечно длинный и очень плотный цилиндр. Если он будет вращаться со скоростью миллиарда оборотов в минут, космический корабль, пройдя по спирали, попадет внутрь цилиндра и окажется в «замкнутой времениподобной кривой» — мировой линии, где все возвращается в исходную пространственно-временную точку.
Теория струн в рамках квантовой механики предполагает наличие 11 измерений [6]. В одном из них как раз и может существовать портал для путешествий во времени.
Космические струны — тончайшие сгустки энергии, проходящие через всю длину Вселенной и обладающие огромной массой. Их диаметр тоньше атомного ядра, при этом они очень плотные: 1 тыс. км такой струны весят как Земля. Следовательно, они, как и черные дыры, тоже могут искривлять пространство и время вокруг себя. Есть теория, что такие струны бесконечны и образуют замкнутые петли — «складки» пространства-времени. Внутри них также можно путешествовать во времени.
В чем главные проблемы создания машины времени?
Есть отдельные теории — например, у физика Ричарда Мюллера [7] — о том, что вернуться назад невозможно, так как Вселенная постоянно расширяется, как в пространстве, так и во времени. Другими словами, в прошлом времени было как бы меньше, а в будущем его, наоборот, больше. И мы не можем, в нашем нынешнем состоянии, оказаться в нужной точке прошлого или будущего — в обоих случаях это будут совсем другие миры, с которыми у нас нет никакой связи. Чтобы такое путешествие стало возможным, нам сначала нужно уменьшить или увеличить объем пространства-времени.
И тем не менее люди веками пытаются создать машины времени или хотя бы воссоздать условия, при которых такие путешествия возможны.
Что будет, если изменить прошлое?
Этот вопрос чаще всего возникает в книгах и фильмах — вроде «Терминатора», «Эффекта бабочки» или «Назад в будущее». Ученые называют его «парадоксом убитого дедушки» [8]: когда путешественник во времени возвращается в прошлое, убивает своего дедушку в юности и в результате исчезает — потому что никогда не рождался.
Противники теории утверждают, что это невозможно: отправиться в прошлое можно только по замкнутой кривой, внутри которой все события закольцованы друг с другом. В качестве наглядного подтверждения приводят бильярдный шар, который движется через червоточину по заданной траектории и никак не может помешать сам себе.
Британский математик и философ Джеральд Джеймс Уитроу считал, что, если бы путешествия в прошлое были возможны, мы бы помнили о них еще до отправления.
Кто уже пытался изобрести машину времени
Еще в конце XIX века писатели-фантасты — среди них Энрике Гаспар и Римбау, а также Герберт Уэллс — описывали первые прототипы машин времени. Однако научные обоснования появились в начале XX-го, с появлением теорий Эйнштейна.
В 1948-м австрийский математик и философ Курт Гедель нашел решение для уравнений Эйнштейна, касающихся гравитации и вращающейся Вселенной. В ней свет тоже вращается вместе с другими объектами, из-за чего последние движутся по замкнутым траекториям и в пространстве, и во времени.
Гедель также писал, что в каждой точке пространства есть световой конус прошлого и конус будущего. Внутри каждого из них находится мировая линия — непрерывная кривая в пространстве-времени, которая состоит из событий. На каждой мировой линии время течет по-своему.
Если наклонить конусы под определенным углом, внутри получится окружность — это и есть машина времени. Нужно только создать такое гравитационное поле, или искривление, при котором конусы наклонятся под нужным углом. Гедель предполагал, что такая Вселенная уже где-то существует, но пока мы ничего о ней не знаем.
В 1943-м был проведен эксперимент на базе ВМС США в Филадельфии. В рамках него вокруг эсминца «Элдридж» создали специальный электромагнитный экран, который отражал сигналы радаров. Некоторые свидетели утверждали, что после этого корабль якобы исчез, а потом появился на расстоянии в сотни километров в штате Виргиния. Но спустя годы моряки, участвовавшие в эксперименте, опровергли это.
В 1988-м американский физик и астроном Кип Торн рассчитал, при каких условиях машина времени Геделя будет работать и насколько это возможно. Для этого нужно запустить машину времени, разогнать один конец «кротовой норы» до околосветовой скорости, притормозить, потом разогнать в обратном направлении, снова притормозить, нырнуть в нору, выскочить на другом конце и уже снаружи, как можно быстрее, домчаться до обратного конца. Так появится временная петля между прошлым и будущим.
Впоследствии модель усложнили, рассматривая ее в четырех и пяти измерениях, где добавляются новые слои и условия. В итоге окончательной «рабочей» версии пока что не существует, но многие в своих расчетах по-прежнему опираются на гипотезу Геделя.
В 2017-м ученые из США и Канады создали свою математическую модель машины времени — TARDIS (англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime). Она выглядит как «пузырь» или «ящик», который движется по кругу, проходя насквозь через пространство-время вдоль «кротовых нор».
Чтобы они возникли, необходимо искривление пространства-времени определенным образом. При этом появление черных дыр, о которых говорил Хокинг, необязательно. TARDIS будет перемещаться по замкнутой кривой, чтобы люди внутри испытывали постоянное ускорение. Те, кто будет наблюдать за этим снаружи, увидит две версии события: в одной время движется нормально, а в другой — в обратном направлении.
В начале этого года астрофизик Рон Маллет рассказал, что можно повернуть время вспять. Он также опирался на теории и уравнения Эйнштейна и предложил использовать кольцевой лазер с беспрерывно циркулирующими лучами, который сможет набрать нужную скорость и создать портал в прошлое. Это те самые «червоточины», о которой мы писали выше. Профессор уже разработал прототип такого устройства и проводит испытания. Однако у его будущей машины времени есть серьезное ограничение: с ее помощью можно вернуться не дальше, чем в тот момент, когда она была включена.
Выводы о машинах времени
Мнения и эксперименты в современной науке можно свести к трем направлениям: