Часть 1: Подход к главному вопросу
Разобравшись с фундаментальными понятиями, сущностью и некоторыми парадоксами времени, мы, наконец, подошли к самому интригующему вопросу: возможно ли путешествие во времени в принципе? Давайте разберемся, что говорит об этом современная научная картина мира.
Возможно ли переместиться в будущее или прошлое? Сразу оговоримся: в научном контексте речь обычно идет о полете на космическом корабле со скоростью, близкой к световой. Вернувшись из такого путешествия, можно обнаружить, что на Земле прошло значительно больше лет, чем на борту. Например, пробыв в полете 10 лет, космонавт может вернуться в мир, где минуло столетие. Этот эффект часто интерпретируют как «путешествие в будущее».
Именно в таком, строго ограниченном, смысле современная физика допускает перемещение вперед по временной шкале.
Что касается путешествия в прошлое, то оно считается принципиально невозможным, так как порождает логические противоречия, нарушающие причинно-следственные связи. Классический пример — «парадокс убитого дедушки»: отправившись в прошлое до своего рождения и помешав встрече родителей, путешественник делает собственное существование невозможным.
Научное объяснение запрета на путешествия в прошлое
Существует и более строгая, физическая формулировка, объясняющая, почему возврат в прошлое невозможен.
В мире Эйнштейна–Минковского время и пространство являются равноправными координатами. Мы постоянно и без особых трудностей возвращаемся в покинутые точки пространства. Однако за это возвращение, как и за любое движение вперед, мы платим временем. Мы можем вернуться «туда же», но не «тогда же» — мы оказываемся в той же точке, но в более поздний момент, то есть в другой точке пространства-времени. Если бы теоретически можно было двинуться назад по временной оси, за это тоже пришлось бы заплатить — но уже пространством. То есть мы оказались бы в иной точке Вселенной, возможно, в открытом космосе или внутри какого-либо объекта, что привело бы к немедленной гибели.
Реальность путешествия в будущее: детали и условия
Теперь вернемся к вопросу о реальности путешествия в будущее на космическом корабле.
Для получения заметного временного «выигрыша» необходимо двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Для достижения такой скорости требуется длительное ускорение, обеспечиваемое двигателями. Как долго нужно ускоряться? Может показаться, что для этого потребуются миллионы лет.
Однако расчеты на основе теории относительности показывают, что если ускоряться с комфортным для человека ускорением, равным земной силе тяжести, в течение 3,5 лет по корабельным часам, то на Земле пройдет уже 15 лет. При еще более высоких скоростях разница становится колоссальной. Например, если для экипажа пройдет 10 лет ускоренного полета, то на родной планете минует целых 11 500 лет!
Таким образом, с точки зрения продолжительности человеческой жизни такое путешествие представляется долгим, но теоретически осуществимым.
Представьте ракету, улетающую от Земли с экипажем и оборудованием. Поскольку все физические и биологические процессы на борту замедляются одинаково, пассажиры не заметят ничего необычного в течении своего времени. Они будут жить по привычному распорядку: просыпаться, работать, отдыхать, стареть в нормальном темпе. Тридцатилетний человек через 10 лет полета станет сорокалетним. Лишь сравнение с земными часами покажет, что за эти 10 «корабельных» лет на Земле прошло, например, 20 или даже тысячи лет.
Обратите внимание: Сколько мы потратили на наше двухнедельное путешествие в Паттайю. Делюсь бюджетом поездки.
Несмотря на парадоксальность, в этом выводе нет явного логического противоречия.Действительно, если рассматривать «путешествие в будущее» в таком ключе, оно выглядит возможным. Однако, я снова подчеркну, что это перемещение происходит не в некоем абстрактном «Времени», а в пространстве, и является следствием релятивистского замедления всех процессов на ускоряющемся корабле. Ключевую роль играет именно ускорение и связанные с ним физические перегрузки, воздействующие на материю.
Парадокс близнецов и роль ускорения
Представим, что после долгого полета ракета возвращается на Землю. Кто из двух братьев-близнецов окажется старше: оставшийся дома или путешественник? Ответ, подтверждаемый теорией, однозначен: старше будет брат, который не покидал Землю.
Это объясняется тем, что на протяжении путешествия братья не всегда движутся друг относительно друга равномерно. Полет обязательно включает этапы разгона и торможения. На этих участках ситуация для братьев перестает быть симметричной.
В физике выделяются особые, так называемые «инерциальные системы отсчета». Их определяющее свойство: тело, на которое не действуют внешние силы, в такой системе сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
«Ускоренные системы» движутся с ускорением относительно инерциальных. Земля с высокой точностью является инерциальной системой. А ракета, которая то разгоняется, то тормозит — нет. В этой асимметрии и кроется разгадка парадокса. Брат-путешественник часть времени находится в ускоренной системе отсчета.
Специальная теория относительности работает только с инерциальными системами и равномерным движением. Ускоренное движение описывает уже общая теория относительности.
Ее вывод для нашего случая таков.
В периоды ускорения и торможения ракеты время на ее борту течет медленнее, чем на Земле. При подсчете общего времени путешествия этими интервалами пренебречь нельзя. Это может показаться странным, ведь фазы ускорения можно сделать очень короткими по сравнению с долгим равномерным полетом. Однако, согласно общей теории относительности, величина эффекта замедления времени в ускоряемой системе зависит от расстояния до часов в инерциальной системе. Чем дальше ускоряемые часы от инерциальных, тем сильнее эффект.
Критический взгляд на зависимость от расстояния
А вот с этим утверждением можно поспорить. Причем здесь расстояние, если земные и бортовые часы были идеально синхронизированы непосредственно на Земле перед стартом? Безусловно, если бы синхронизацию проводили на расстоянии в миллион километров, разница в показаниях составила бы те самые несколько секунд, необходимые свету на преодоление этого расстояния. Но это не основание для того, чтобы ставить величину релятивистского замедления времени на борту в прямую зависимость от увеличивающегося расстояния между системами. Мы можем говорить о накоплении разницы в ходе часов только как о следствии ускоренного движения одной из систем. Иными словами, чем дольше длится ускоренное движение часов относительно инерциальной системы, тем больше итоговый эффект, а не чем дальше они улетели.
Другие статьи по этой теме читайте в одноимённой книге на сайте:
https://author.today/work/121375
Больше интересных статей здесь: Путешествия.
Источник статьи: Теория безвременья 7. Путешествие во "времени" 1.