Время, причинность и возможность путешествий в прошлое¶

Путешествие во времени — перемещение тела или информации из одного момента временно́й оси в другой. Обращённое в прошлое перемещение (регрессивное путешествие) в физике считается проблематичным, но не полностью исключённым: ряд решений уравнений Эйнштейна допускает замкнутые временно́е подобие (closed timelike curves, CTC). Вопрос «как вернуться в прошлое по-настоящему» не имеет ответа в рамках известной науки, однако его можно разобрать через физику, философию и когнитивные науки.

¶Физические модели обратного времени

¶Замкнутые временно́е подобие

Первым решением с CTC стало решение Гёдель (1949), описывающее вращающуюся вселенную. Курт Гёдель показал, что в такой модели существуют замкнутые траектории, по которым наблюдатель возвращается в собственное прошлое. Решение применимо к модели, но не к наблюдаемой Вселенной: астрономические данные показывают, что Вселенная расширяется и не вращается как единое тело.

В 1974 году Фрэнк Типлер доказл, что CTC возникают в модели бесконечно длинного вращающегося цилиндра («цилиндр Типлера») — массивного тела, вращающегося с околосветовой скоростью. Для реализации требуются энергия и масса, сравнимые с галактическими, и неясная возможность поддерживать стабильное вращение.

¶Червоточины и энергия с отрицательным знаком

Конструкция Кипа Торна (1988) предполагает использование червоточины, стабилизированной «экзотической материей» с отрицательной плотностью энергии. Такая материя в природе не обнаружена, хотя квантовые эффекты (эффект Казимира) демонстрируют локально отрицательную плотность энергии. По оценке Торна, для создания машины времени потребовалось бы количество экзотической материи, сопоставимое с массой планеты.

¶Типовое время Хокинга и защита хронологии

Стивен Хокинг предложил «гипотезу защит хронологии» (Chronology Protection Conjecture, 1992): законы физики не допускают возникновения CTC на макроскопическом уровне. По его расчётам, при попытке замкнуть временно́е подобие квантовые флуктуации энергии расходятся к бесконечности, разрушая геометрию пространства-времени. Гипотеза не доказана, но и не опровергнута.

¶Вселенная Тюкера и модели с обратным течением

Конформная циклическая космология Роджера Пенроуза предполагает бесконечную последовательность эпох (aeon), но не допускает возврата в прошлое конкретной эпохи. Теория струн допускает CTC в некоторых решениях (например, решение Гота с движущимися солитонами D-brane), но их физическая реализуемость неизвестна.

¶Квантовая механика и стрела времени

¶Реверсibility микроскопических законов

Почти все фундаментальные законы физики инвариантны относительно обращения времени (за исключением процессов с нарушением CP-симметрии, что не отменяет стрелу времени). Это означает, что микроскопически движение «назад» не запрещено. Однако макроскопическое направление времени определяется вторым началом термодинамики: энтропия изолированной системы возрастает.

¶Квантовая декогеренция

Процесс декогеренции — переход квантовой суперпозиции в классическое состояние при взаимодействии с окружением — необратим на практике. Именно декогеренция, а не сама квантовая механика, задаёт «стрелу времени» на уровне наблюдений.

¶Философские аспекты

¶Парадоксы причинности

Парадокс дедушки (если вернуться в прошлое и убить деда, вы не родитесь и не сможете вернуться) классифицируется философом Дэвидом Льюисом как логическое противоречие. В ответ были предложены:

• Невозможность изменения прошлого: прошлое фиксировано, любые действия путешественника уже включены в него («самосогласованность» по Новикову).
• Многомировая интерпретация: путешествие в прошлое переносит наблюдателя в другую ветвь, где он не мешает собственному существованию.

¶Проблема тождества

Философ Дерк Перебум предложил «модель замены»: путешественник, прибыв в прошлое, занимает место своего более молодого «я», не создавая парадокса двойного существования.

¶Что реально достижимо

¶Замедление времени

Согласно специальной теории относительности, время течёт медленнее для объекта, движущегося с околосветовой скоростью. На борту корабля, летящего с 0,99c, за 10 лет корабельного времени пройдёт около 70 лет земного. Это не возврат в прошлое, но «обгон» будущего. Астронавты-космонавты на околоземных орбитах фактически немного опережают земное время (парадокс близнецов в действии, измеряемый в миллисекундах за весь срок службы).

¶Гравитационное замедление

В сильном гравитационном поле время замедляется (эффект Шварцшильда). Эффект подтверждён измерениями атомных часов на Земле и в космосе (эксперимент Хаффелека-Киттинга, 1971; спутники GPS учитывают релятивистские поправки).

¶Передача информации в прошлое

В квантовой механике запрещена сверхсветовая передача информации (теорема о запрете телепортации), что исключает «сообщение в прошлое» в обычных условиях. Квантовая запутанность не позволяет передать информацию быстрее света.

¶Попытки и заявления

История знает множество заявления о путешествиях во времени, ни одно из которых не подтверждено. Самое известное — история «временного туриста» Джона Титтора (1950-е), чьи показания не выдержали проверки. В 2011 году группа физиков из ГДРК (Geneva) заявила об измерении сверхсветовой скорости нейтрино, что было интерпретировано как возможная аномалия; последующие измерения показали ошибку оборудования (неправильно подключённый коаксиальный кабель).

¶Культурное значение

Идея возврата в прошлое центральна для фантастики: «Машина времени» Г. Уэллса (1895), цикл «Назад в будущее» (1985), роман «Сквозь время» Митчелла. В русской традиции — «Повесть о настоящем человеке» не о времени, а о стойкости, тогда как мотив возврата присутствует в фольклоре («как вернуться в родимую сторону»). Научно-популярные работы Курта Гёделя, Стива Хокинга и Кипа Торна сформировали современное понимание проблемы.

¶Источники

• Hawking S. W. «Chronology protection conjecture» // Phys. Rev. D, 1992.
• Thorne K. S. «Black Holes and Time Warps», 1994.
• Lewis D. «The Paradoxes of Time Travel» // American Philosophical Quarterly, 1976.
• Novikov I. D. «Evolution of the Universe», 1983.
• Gott J. R. «Closed timelike curves produced by pairs of moving cosmic strings» // Phys. Rev. Lett., 1991.
• Перебум Д. «Time, Tense, and Causation», 1997.