Близнюки, час та кротові нори

У повсякденному житті час відіграє велику роль — нам важко прожити хоча б день, не позираючи на годинник. Разом з тим, ми дуже рідко задумуємося про природу часу і про те, чим він взагалі є. І поки автори наукової фантастики розмірковують про можливість подорожей у минуле чи майбутнє, сучасні фізики-теоретики ставлять під сумнів існування часу як такого.


З точки зору науки, час — це одна з чотирьох координат простору-часу, фундаментальною характеристикою якої є однонаправленість. До початку ХХ століття люди вірили в абсолютний час і простір. Класична фізика Ньютона припускала, що часовий інтервал між двома подіями можна однозначно виміряти, і що результат буде однаковим незалежно від того, хто проводить вимірювання — головне, щоб у нього був справний годинник. Хоча своїми законами вчений і спростовував існування абсолютного простору, він відмовився остаточно прийняти цю думку, адже вона б суперечила ідеї абсолютного Бога. Тому, ще деякий час люди вірили в таку, здавалося б, очевидну ідею абсолютних часу та простору. Але те, що працює для тіл, які рухаються відносно повільно, виявилося абсолютною нісенітницею для об’єктів, які рухаються зі швидкістю світла або близькою до нього.

Згодом відкриття данського астронома Оле Ремера, англійського та американського фізиків Джеймса Максвелла й Альберта Майкельсона довели, що світло рухається зі сталою швидкістю, яка, на відміну від інших швидкостей, є не відносною, а абсолютною. У 1905 році Ейнштейн висуває свою теорію відносності, яка повністю перевертає всі уявлення про світ і час. За теорією відносності, Е = mc², тобто енергія дорівнює масі помноженій на швидкість світла. Окрім цього, теорія Ейнштейна остаточно покінчила з поняттям абсолютного часу, адже виявилося, що кожен спостерігач має свою власну міру часу, яку фіксує його годинник, і показники різних годинників не обов’язково збігаються. Швейцарський фізик довів, що час не можна сприймати як щось цілком незалежне від простору; час і простір утворюють єдиний об’єкт, який можна умовно назвати простором-часом. Кожну подію можна охарактеризувати чотирма координатами: три з них стосуватимуться простору (довжина, ширина, висота), а одна – часу.
При русі зі швидкістю, близькою до швидкості світла, час суттєво вповільнюється. Щоб довести цей факт, вчені з Мічиганського університету встановили надточний атомний годинник на борту літака, який регулярно здійснював трансатлантичні перельоти. Після кожної посадки літака, показники цього годинника звіряли з показниками контрольного. Виявилося, що з кожним рейсом годинник на літаку все більше відставав. Звісно, тут йдеться лише про долі секунди, але факт залишається фактом. З цим пов’язаний парадокс близнюків: якщо одного з них посадити в космічний корабель, що рухатиметься зі швидкістю, близькою до швидкості світла, то повернувшись на Землю, він буде молодшим за іншого. Крім цього, загальна теорія відносності відкрила обернено пропорційну залежність між силою гравітації і швидкістю часу. Тобто біля поверхні Землі час тече повільніше, оскільки тут гравітація сильніша. Дане твердження перевірили 1962 року, коли надточні годинники розмістили біля основи та на вершині водонапірної вежі. Через деякий час нижній годинник почав відставати.

У 1915 році Ейнштейн знову робить переворот у фізиці, публікуючи загальну теорію відносності. До цього часу простір і час сприймались як арена подій, на яку ніяк не впливає все, що на ній відбувається. Це уявлення залишилося незмінним і в спеціальній теорії відносності. Тіла рухались, сили притягували і відштовхували, але простір і час просто залишалися самими собою. Було природньо думати, що простір і час нескінченні та вічні. У загальній теорії відносності ситуація зовсім інша. Ейнштейн зробив простір і час динамічними величинами: коли рухається тіло чи діє сила, це змінює кривизну простору-часу; у свою чергу структура простору-часу впливає на те, як рухаються тіла і діють сили.
Теорія відносності робить подорожі в часі теоретично можливими, при чому подорожувати в майбутнє набагато легше, ніж в минуле. Для цього достатньо здійснити подорож в кораблі, який рухатиметься зі швидкістю, близькою до світлової. Час у ньому йтиме значно повільніше, ніж на Землі, тому, якщо просидіти, наприклад, декілька годин в такому кораблі, ми зможемо перенестись на століття вперед за земним відліком. Також можна використати уповільнення часу, пов’язане з гравітацією, та провести декілька годин біля чорної діри чи іншого надмасивного об’єкта, що теж дозволить зробити стрибок у майбутнє.

Проте як перенестися в минуле? Теоретично, при досягненні швидкості, яка б перевищувала швидкість світла, переміщення назад в часі стало б можливим. Проте подолати швидкість світла не так вже й легко, адже чим більша швидкість руху тіла, тим більше енергії потрібно, щоб розганяти його далі. У ході експериментальних досліджень учені змогли пришвидшити частки до 99,99% швидкості світла, але подолати цей бар’єр поки що не вдалося нікому.

Існує й інша можливість подорожей в минуле — теорія кротових нір, тонких просторово-часових трубок, які можуть з’єднувати між собою віддалені точки космічного простору. Можливість існування таких тунелів засвідчили, в далекому 1935 році, Ейнштейн і Розан. Вірогідно, вони утворились мільярди років тому, коли Всесвіт тільки зароджувався. Для створення кротових нір потрібна енергія з від’ємною щільністю, існування якої допускає квантова теорія. Тому науковці мають всі підстави вважати, що простір-час дійсно може бути деформованим таким чином, щоб крізь нього можна було подорожувати.

Однак навіть якби нам вдалося переміститись у минуле, це викликало б низку парадоксів. Що буде, якщо мандрівник потрапивши в минуле, вб’є, наприклад, власного прадіда? Тоді він не народиться, не потрапить в минуле, а отже, не зможе вбити прадіда, через що знову народиться і т.д. Існує багато інших парадоксів, пов’язаних з можливістю змінити минуле (наприклад, у фільмі «Назад у майбутнє» чи оповіданні Рея Бредбері «І грянув грім»). Вчені пропонують два способи вирішення таких парадоксів. Згідно з першим, історія до подорожі в часі залишається немов зафіксованою, тому у разі повернення в минуле, людина буде просто не в змозі змінювати його. Вона немов не матиме свободи волі, та змушена буде робити те, що вже робила в минулому. Другий підхід можна назвати гіпотезою альтернативної історії. У цьому випадку мандрівник у часі потраплятиме в альтернативні варіанти історії, відмінні від зафіксованого минулого; він зможе вільно змінювати минуле і майбутнє.

Ця гіпотеза тісно пов’язана з теорією, що у Всесвіту немає єдиної історії: у нього є всі можливі варіанти розвитку подій, кожен з яких має власну вірогідність. Ще одна цікава думка: якщо колись в майбутньому подорожі в часі таки стануть можливими, то чому зараз ми не зустрічаємо космічних туристів? Деякі люди схильні вважати, що такими мандрівниками є НЛО, проте ця думка не підтверджена жодними реальними фактами. Ще одна гіпотеза стверджує, що переміщуватися можна лише в той час, в якому вже винайшли спосіб таких подорожей.

Та навіть якщо забути про подорожі в часі й пов’язані з ними парадокси, сучасна наука ставить більше запитань, ніж дає відповідей. Одною з таких білих плям є теорія про незворотність часу. Вона нагадує фільм «Mr. Nobody» («Пан Ніхто»), в якому час пішов у зворотному напрямку аж до Великого вибуху. Сьогодні фізика намагається зрозуміти, чи можливо це в реальному житті. Ця теорія полягає в протиріччі між незворотністю постулатів фізики, хімії, біології та явищ реального світу (перемішавши каву з молоком, ми не можемо знову розділити їх) та зворотністю фундаментальних законів фізики. Саме ця незворотність є ключовим аспектом потоку часу: в іншому випадку не було б різниці між майбутнім і минулим, еволюція могла б піти в інший бік, а явища б не мали реальних наслідків. Та з усіх сучасних теорій часу найбільш несподіваною здається позиція англійського фізика Барбура, який у своїй книзі «Кінець часу» заперечив його існування взагалі.
Всі ці теорії про незворотність часу та подорожі в минуле сьогодні здаються неймовірними чи навіть абсурдними. Проте колись такою ж фантастичною своїм сучасникам здавалася теорія відносності, а підводні судна були лише плодом фантазії мрійника Жуля Верна. Сьогодні наука дійсно стоїть на порозі нових відкриттів. Проте чим вони обернуться для людства? Можливо, машині часу краще залишитися просто нездійсненою мрією.

Яна Степанюк