1. Хокінг набирає швидкість
2. Хокінг в поле гравітації
3. Хокінг описує кола
4. Кріогенна машина часу
5. Хокінг падає в нору
6. Хокінг в країні парадоксів

До полудня 28 червня 2009 року в ошатно прикрашеному залі кембриджського Коледжу Гонвілл і Киза все було готово для зустрічі гостей. Шампанське остигало на льоду, надувні кулі святково парили під стелею. Під написом «Ласкаво просимо, мандрівники в часі!» На самоті нудьгував Стівен Хокінг.

Повідомлення про грандіозну вечірку було оприлюднено тільки після її завершення. Тому почаркуватися келихами з вченим могли б лише ті, хто, прочитавши оголошення, зумів би повернутися в часі назад. На жаль, Хокінг не без гіркоти констатував, що так нікого і не дочекався. Навіть «Хокінг з майбутнього» не з'явився і не розповів собі самому основи заповітної «Теорії всього», яка могла б увінчати грандіозний будинок сучасної фізики.

Але, може бути, вчений чогось не договорює? Зрештою, сьогодні машинами часу займаються не тільки письменники-фантасти, а й найсерйозніші вчені. І принципових обмежень на їх створення поки не знайдено, а фізики люблять помічати: «Що не заборонено, то обов'язково до виконання». Ми назвемо лише кілька можливостей, які дозволили б Хокингу з майбутнього переміститися в часі.

Хокінг набирає швидкість

Класичне час Ньютона було універсальним, незмінним і односпрямованим, як течія річки або політ стріли. Все змінилося завдяки Ейнштейну: вже в спеціальній теорії відносності він показав, що рух часу стає то швидше, то повільніше, залежно від швидкості переміщення в просторі. І якщо Хокінг буде летіти досить швидко відносно Землі, то все, що відбувається на ній пронесеться для нього ніби в прискореному кіно - і він переміститься в майбутнє.

Точніше кажучи, вже переміщається: такі подорожі ми все робимо постійно, хоча це майже непомітно при швидкостях, з якими нам зазвичай доводиться мати справу. Кожен раз, провівши вісім наданих годин в літаку, що перетинає Атлантику на швидкості 920 км / год, Стівен Хокінг виявляється тільки на 10 наносекунд в майбутньому. І навіть чинний рекордсмен подорожей у часі космонавт Геннадій Падалка, який провів на МКС в цілому 820 днів, рухаючись по навколоземній орбіті із середньою швидкістю 27600 км / год, перемістився в майбутнє всього на пару десятків мілісекунд. Це, напевно, не дуже вражає: поки ми не знайдемо спосіб прискорити Стівена Хокінга до близькосвітлових швидкостей, ефекти спеціальної теорії відносності залишаться для нього мізерними - як і для нас. Однак вони помітні і важливі для науки і точних технологій, наприклад при спостереженні частинок, розігнаних у Великому адронному колайдері, або при зіставленні сигналів часу, що приходять із супутників GPS.

Хокінг в поле гравітації

З фізики Ейнштейна випливають і інші способи змінити швидкість течії часу. В описі загальної теорії відносності воно невіддільне від простору, представляючи частина єдиного чотиривимірного континууму. Тому все, що викривляє простір, буде деформувати і час. Так діє, наприклад, гравітація: чим вона сильніша, тим повільніше рухається час. Цей ефект був доведений навіть прямими вимірами, проведеними американським Національним інститутом стандартів і технологій (NIST). Синхронізувавши пару надточних атомних годин, вчені трохи підняли одні з них, злегка видаливши від центру тяжіння Землі, і незабаром між годинами виявилися розбіжності. Якби не цей ефект, Геннадій Падалка виявився б в майбутньому ще трохи далі. Зате так «молодіють» підводники: після півроку на глибині 300 м вони виграють у нас близько 500 наносекунд.

Але щоб уповільнення часу було дійсно відчутно, знадобиться гравітаційне поле набагато могутніше земного. Тут Хокінг з майбутнього міг би звернути увагу на найщільніші об'єкти у Всесвіті - наприклад, нейтронні зірки. У їх поверхні гравітація настільки велика, що час тут може текти в рази неквапливо, ніж на Землі. А вже в околицях чорних дір його уповільнення буде ще помітніше. Якщо Стівену Хокінгу довелося б падати в одну з них, то в якийсь момент його особистий час стало б текти настільки повільніше за решту Всесвіту, що перед його тьмяніють очима пронеслося б вся майбутня історія світу.

Але навіть якщо в майбутньому люди навчаться прискорювати космічні кораблі до швидкості світла або знайдуть спосіб вижити поблизу чорної діри, навряд чи Стівен Хокінг міг би відвідати самого себе в минулому і підказати секрети «Теорії всього». Всі ці «старі ейнштейнівські» способи дозволяють переміщатися лише вперед, а в минуле ведуть зовсім інші дороги.

Хокінг описує кола

Ще в середині минулого століття великий математик Курт Гедель продемонстрував рішення гравітаційних рівнянь загальної теорії відносності для Всесвіту, все речовина в якій обертається. Таке обертання захоплює за собою простір-час, і якщо Стівен Хокінг почне рухатися в цьому крутиться континуумі, то для стороннього спостерігача він може переміщатися швидше за швидкість світла, йдучи все далі в минуле.

Кріогенна машина часу

Найбільш очевидний спосіб переміститися в майбутнє - скористатися кріогенної заморожуванням, як це вийшло у головного героя анімаційного серіалу «Футурама». Поки на Землі змінюються року і доби, ваш особистий час буде повзти на холоді повільніше черепахи, і, прокинувшись, ви опинитеся в новому світі. Якщо тільки люди майбутнього зуміють вас розморозити або, наприклад, виростити клон вашого тіла, перемістивши свідомість разом з усіма спогадами в новий мозок.

На жаль, Всесвіт не обертається, інакше б ми бачили істотна відмінність у випромінюванні, що приходить до нас з різних частин космосу. Тому всі ці викладки залишилися лише повчальним математичним вправою. Однак через чверть століття після Геделя Френк Тіплер показав, що того ж результату можна домогтися, побудувавши масивний циліндр нескінченної довжини і обертаючи його уздовж осі. У міру того як швидкість обертання циліндра буде наближатися до світлової, він буде все сильніше захоплювати за собою навколишній простір-час. Хокингу з майбутнього залишиться лише облетіти навколо нього, щоб потрапити в минуле і підказати собі основи «Теорії всього». Проблема лише в одному - створити нескінченний циліндр, навряд чи це під силу навіть Стівену Хокінгу, і навіть з майбутнього.

Втім, аналоги такого циліндра можуть знайтися вже в готовому вигляді - це космічні струни, існування яких було припущено в 1990-х Річардом Готтом. Це зовсім не ті неймовірно крихітні об'єкти, про які йдеться в теорії струн. Навпаки, космічні струни - одномірні складки простору-часу - можуть мати довжину в десятки парсек і колосальну масу.

У кільці світла Оригінальний спосіб закриття простір-час запропонував у 2001 році Рональд Маллетт. За його розрахунками, досить максимально уповільнити два потужних лазерних променя і змусити їх циркулювати по колу в протилежних напрямках. У центрі цього кільця «тканину космосу» буде згортатися спіраллю, і, переміщаючись по ній, ми зможемо рухатися в часі. Але для цього знадобиться не тільки створити два потужних пучка лазерного випромінювання і закриття їх в різні боки. Максимального ефекту можна домогтися ще й уповільнивши світло - втім, робити це фізики навчилися давно: у 2000 році, змусивши світло рухатися крізь сверххолодний бозе-ейнштейнівської конденсат, вони сповільнили його до 1 м / с.

Гравітація такої струни повинна сильно деформувати тканину космосу в своїх околицях. І якщо Хокінг з майбутнього знайде хоча б пару цих струн, що зближуються із швидкістю, близькою до, якщо правильним чином облетить їх, то він зможе встигнути на свою вечірку в 2009 рік. Шкода тільки, що існування космічних струн досі так і не доведено.

Хокінг падає в нору

Ну а найпопулярніша модель машини часу з'явилася в середині 1980-х, з описом «прохідних» кротячих нір. Ще задовго до цього було відомо, що динамічні, деформуються гравітацією лінії простору-часу можуть перезамикаться, утворюючи тунелі, що зв'язують різні його ділянки, далекі галактики і інші часи. Однак Всесвіт таких кульбітів не любить, і, швидше за все, кротові нори існують лише в світі елементарних частинок, нестримно схлопиваясь і перетворюючись в чорні діри, такі ж мікроскопічні і нестабільні.

Ідея використання кротячих нір для подорожей у часі вперше прийшла в голову астроному Карлу Сагану, який і поділився нею зі своїм колегою Кіпом Торном. Захопившись яскравою гіпотезою, той разом зі своїм студентом Майком Морісом показав, що при певних умовах це можливо: Кротова нору можна стабілізувати, перетворивши в тунель, що підходить для подорожей в обидві сторони. Для цього знадобиться суща дрібниця - якесь «екзотичне речовина», що діє проти гравітації, яка прагне Кротова нору стиснути і знищити. Незабаром знайшовся і відповідний на цю роль кандидат - негативна енергія, яка створюється в вакуумі між парою паралельних пластин під дією квантових флуктуацій (вона відома у фізиці як сила Казимира). Правда, для створення досить потужного ефекту потрібно неймовірну кількість енергії, яке до сих пір людству і не снилося. Але на такі дрібниці Хокінг з майбутнього навряд чи зверне увагу.

Кротова нору він міг би знайти в космосі - вважається, що деякі з них могли вижити ще з диких часів молодості Всесвіту - або отримати штучно, в надпотужний прискорювачі часток. Хокингу знадобилося б лише виростити її до відповідних розмірів і стабілізувати за допомогою ефекту Казимира. Потім він міг би причепити один з входів кротові нори до могутнього космічного тягача і перенести його в майбутнє одним з ейнштейнівських способів - розігнавши майже до швидкості світла або помістивши ближче до нейтронної зірки. Кротова нора збереже накопичену різницю в часі між двома своїми входами, а Хокингу залишиться лише стрибнути всередину, в інший час.

Втім, можна помітити, що подорож в минуле на машині часу Торна-Морріса можливо лише до певного моменту. До того самого, коли була створена Кротова нора: один її вхід буде переміщатися в майбутнє швидше другого, але в минуле в цій моделі вони не видаляються.

Хокінг в країні парадоксів

За минулі із знаменною вечірки роки Стівен Хокінг висловив кілька нових чудових ідей, пов'язаних з космологією і гравітацією, чорними дірами і іншими вселеними ... Бути може, він дійсно щось приховує, і на святі в 2009 році вчений зустрів самого себе з майбутнього і підказав собі самому пару свіжих думок? Тут ми зустрічаємо перший парадокс.

Уявімо, що Стівен Хокінг з майбутнього дізнався суть «Теорії всього» з публікації, скажімо, в Nature, а потім відправився в минуле і розповів її собі. Тоді через якийсь час Хокінг з наших днів повідомить про грандіозне відкриття в Nature, де в майбутньому і прочитає про нього ... Але тоді звідки взялося саме відкриття? Хто його зробив і як? Адже Хокінг з майбутнього просто дізнався про нього з журналу, а Хокінг з минулого почув від самого себе ...

Все стане ще набагато гірше, якщо у Стівена Хокінга з майбутнього трапиться конфлікт з собою минулим і він спробує себе вбити. Хто тоді сконструює машину часу і, перемістившись в ній на вечірку, здійснить вбивство? Так ніхто. Але тоді вчений благополучно доживе до майбутнього, сяде в машину часу, потрапить на вечірку і вб'є самого себе в минулому? .. Це справжній король всіх темпоральних парадоксів, і для вирішення його придумано кілька можливостей.

Одна з цих можливостей була сформульована в 1990 році Ігорем Новіковим в рамках відомого «принципу самосогласованності». Він каже, що порушити природний плин речей в тимчасовій петлі неможливо, оскільки ймовірність будь-яких подій, які ведуть до цього, швидко наближається до нуля. Інакше кажучи, «що було - то вже відбулося», і все вже вписано в історію Всесвіту. Навіть якщо Хокінг з майбутнього вирішить знищити самого себе в минулому, у нього нічого не вийде по самим різним - будь-яким - причин. Сама суть речей не дозволить йому зробити вбивство, що порушує закони не тільки людські, але і фізичні.

Інший варіант пропонує теорія про існування незліченних «паралельних» всесвітів, в яких реалізуються всі можливі сценарії. Час нескінченно гілкується в кожному імовірнісний подію, і всі вони відбуваються насправді, тільки в різних світах. У деяких з цих всесвітів Стівен Хокінг особисто бере участь у створенні машини часу і відвідує свою вечірку в 2009 році. Десь він конфліктує з собою минулим, а десь підказує собі ідею «Теорії всього». Шкода, що сталося це, мабуть, не в нашому світі. Або? ..

Стаття «Машини часу, або Хокінг проти Хокінга» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №10, Грудень 2015 ).