Физик полагает, что ему удалось решить знаменитый «парадокс дедушки» и доказать, что путешествия во времени в прошлое не исключены с точки зрения определенной области физики.
Но сначала: что такое «парадокс дедушки»? В отличие от более сложного «парадокса загрузки», «парадокс дедушки» легко объяснить. Представьте, что у вас есть машина времени, и вы отправляетесь в прошлое, чтобы убить собственного деда до того, как он завел детей. Если вы преуспеете, то ваш родитель не родится, а значит, не родитесь и вы, чтобы вернуться в прошлое и совершить это убийство.
Этот мысленный эксперимент подчеркивает, что путешествия во времени в прошлое кажутся невозможными, поскольку создают противоречия. Исходя из этого, Стивен Хокинг (Stephen Hawking) выдвинул гипотезу защиты хронологии, предполагая, что в природе существуют законы, еще не открытые, которые предотвращают такие путешествия.
Тем не менее, с точки зрения современной физики, путешествия во времени в прошлое пока не исключены. Например, согласно работам Эйнштейна (Einstein), возможно существование «замкнутых времениподобных кривых» — областей пространства-времени, настолько искривленных (естественным образом или искусственно, например, вокруг сверхмассивной черной дыры), что объект или наблюдатель, перемещаясь по ним, возвращается в точку своего исходного положения.
«Принято считать, что во Вселенной с замкнутыми времениподобными кривыми (ЗВК) можно путешествовать в прошлое. На первый взгляд это очевидно: если кривая достаточно велика, ее можно представить как траекторию гипотетического космического корабля, пересекающего пространство-время», — пишет в своей новой работе Лоренцо Гавассино (Lorenzo Gavassino), физик из Вандербильтского университета.
«Если эта кривая образует замкнутую петлю, корабль возвращается в свою исходную точку — в свое прошлое. Однако, чтобы подтвердить, что это действительно путешествие в прошлое, необходимо понять, что происходит с пассажирами (т.е. макроскопическими системами частиц) во время этого кругового путешествия.»
Законы физики в большинстве случаев симметричны во времени, то есть они работают одинаково, даже если «перемотать» события назад. Однако это не относится ко второму закону термодинамики — статистическому закону Вселенной. Если говорить просто, всё в мире стремится к хаосу. Тепло переходит от горячих объектов к холодным, а в замкнутой системе энтропия (меру беспорядка) можно только увеличить. Второй закон термодинамики показывает нам «стрелу времени». Если вы видите, что система становится всё более хаотичной, это верный признак того, что она движется вперёд во времени. И, конечно, нельзя «разварить» сваренное яйцо.
В своей работе Гавассино рассмотрел термодинамические процессы, происходящие при пересечении ЗВК. Энтропия в ходе путешествия должна увеличиваться, но для сохранения консистентности Вселенной она должна вернуться к состоянию до входа в замкнутую кривую. На примере нестабильной частицы, движущейся внутри космического корабля, Гавассино показывает, что законы физики требуют, чтобы частица вернулась в своё начальное состояние.
«Как и ожидалось, частица спонтанно распадается близко к моменту τ=0 и остаётся в распавшемся состоянии почти на протяжении всего путешествия. Однако, приближаясь к началу петли, частица самопроизвольно восстанавливается за то же время, что понадобилось для её распада», — поясняет он.
Гавассино также утверждает, что энтропия достигает максимума в определённой точке, после чего «второй закон термодинамики начинает действовать в обратную сторону». Однако есть нюанс: путешественники утратят все воспоминания о событиях, произошедших в замкнутой кривой.
«Память можно представить как результат взаимодействия, когда объект оставляет следы своего начального состояния в более позднем состоянии «хранителя памяти», будь то прибор или живое существо», — пишет он.
Согласно расчётам, любая память, накопленная в ЗВК, будет стерта из-за рецидива Пуансо к моменту завершения петли. Вселенная вернет путешественников к их изначальному состоянию, сохранив энтропию. Таким образом, в контексте «парадокса дедушки» Вселенная сама обеспечит свою консистентность, возвращая путешественников во времени к исходным условиям.
«В прошлом большинство физиков и философов считали, что если путешествия во времени возможны, природа всегда найдет способ предотвратить противоречия, — заявил Гавассино. — Принцип самосогласованности подразумевает, что все должно складываться в логически непротиворечивую историю. Моя работа впервые выводит этот принцип непосредственно из законов квантовой механики.»
Тем не менее, Гавассино не считает свою работу доказательством существования замкнутых времениподобных кривых.
«Скорее, это указывает на то, что в гипотетической Вселенной с ЗВК путешествия во времени выглядели бы не так, как их изображают в научной фантастике. На таких кривых тепловые флуктуации разрушают причинно-следственные связи и стирают все воспоминания, — заключает он. — Как это часто бывает, природа оказывается креативнее нас.»
Статья была опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.
