Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности
Шрифт:
Загадки путешествия во времени
Не отрицается, что жизнь была бы другой, если телепортация макроскопических объектов была бы столь же легкой, как вызов FedEx (крупнейшего мирового перевозчика разнообразных грузов) или запрыгивание в вагон метро. Несбыточные или невозможные путешествия стали бы достижимыми, а концепция путешествия через пространство была бы революционизирована до такой степени, при которой скачок в удобстве и практичности ознаменовал бы фундаментальный сдвиг в мировоззрении.
Даже при этих условиях влияние телепортации на наше восприятие вселенной бледнеет в сравнении с потрясением, которое могло бы быть произведено достижением путешествий через время по желанию. Каждый знает, что при достаточном усилии и желании мы можем, по крайней мере, в принципе, переместиться отсюда туда. Хотя имеются технологические ограничения на наши путешествия через пространство, внутри них границы наших путешествий регулируется нашим выбором и прихотью. Но перемещаться от сейчас в тогда? Наши ощущения подавляюще свидетельствуют, что это возможно, по большей части, одним путем: мы должны дожидаться этого – секунда должна следовать за секундой, когда тик за тиком "сейчас" методично движется
Если бы мы были в состоянии плавать во времени так же легко, как мы плаваем в пространстве, наше мировоззрение не только изменилось бы, оно подверглось бы самому драматическому сдвигу в истории нашего вида. В свете такого несомненного потрясения, я часто поражался тому, как несколько людей осознали, что теоретические основы для одного вида путешествий во времени – путешествия во времени в будущее – имели место с ранних годов последнего столетия.
Когда Эйнштейн открыл природу пространства-времени СТО, он оформил программу для быстрого продвижения в будущее. Если вы хотите увидеть, что случится с планетой Земля через 1 000 или 10 000 или 10 миллионов лет в будущем, законы эйнштейновской физики говорят вам, как этого достичь. Вы строите транспортное средство, чья скорость может достичь, скажем 99,9999999996 процента от скорости света. На полной мощности вы направляетесь наружу в глубокое пространство на день, или десять дней, или на немногим более двадцати семи лет в соответствии с часами на вашем корабле, затем резко поворачиваете назад и направляетесь к Земле, опять на полной мощности. К вашему возвращению по земному времени истечет 1 000, или 10 000, или 10 миллионов лет. Это является необсуждаемым и экспериментально проверенным предсказанием СТО; это пример замедления времени при повышении скорости, описанный в Главе 3. [8] Конечно, поскольку корабли с такой скоростью находятся за пределами того, что мы можем построить, никто не проверил это предсказание буквально. Но, как мы обсуждали ранее, исследователи подтвердили предсказанное замедление времени на коммерческом авиалайнере, путешествующем с малой долей скорости света, точно так же, как на элементарных частицах вроде мюонов, носящихся через ускорители с очень близкой к световой скоростью (стационарный мюон рападается на другие частицы примерно в течение двух миллионных долей секунды, но чем быстрее он движется, тем медленее тикают его внутренние часы, и тем дольше мюон остается целым). Имеются все основания быть уверенным и нет никаких оснований не верить, что СТО точна и ее стратегия достижения будущего будет работать, как предсказано. Технология, а не физика, удерживает каждого из нас привязанным к этой эпохе.*
8. Один аспект замедления времени при возрастании скорости, который мы не обсуждали в Главе 3, но который будет играть роль в этой главе, это так называемый парадокс близнецов. Проблема проста по постановке: если вы и я двигаемся относительно друг друга с постоянной скоростью, я буду думать, что ваши часы идут медленнее, чем мои. Но поскольку вы так же уверены, как и я, что вы остаетесь в покое, вы будете думать, что движущимися часами являются мои часы, а потому именно они идут медленно. То, что каждый из нас думает, что другие часы идут медленнее, может показаться парадоксальным, но на самом деле парадокса нет. При постоянной скорости наши часы будут продолжать расходиться все дальше, а потому не позволят прямое, лицо к лицу сравнение, чтобы определить, какие "на самом деле" идут медленнее. А все другие косвенные сравнения (например, мы сравниваем времена на наших часах по телефонному звонку) возникают с некоторым прошедшим временем при некотором пространственном разделении, что с необходимостью вводит в игру усложнения понятий "сейчас" для различающихся наблюдателей, как в Главах 3 и 5. Я не хочу проходить через эти усложнения здесь, но когда эти усложнения СТО вставлены в анализ, противоречия между каждым из нас, декларирующим, что другие часы идут медленнее, исчезают (см., например, E. Taylor and J. A. Wheeler, Spacetime Physics для полного, формального, но элементарного обсуждения). Пусть, например, вы затормозились, остановились, развернулись и направились назад ко мне, так что мы можем сравнить наши часы лицом к лицу, устранив усложнения разных понятий настоящего. При нашей встрече чьи часы будут опережать, а чьи отставать? Это и есть так называемый парадокс близнецов: если вы и я близнецы, то, когда мы снова встретимся, будем ли мы одинакового возраста или один из на будет выглядеть старше? Ответ такой, что мои часы опередят ваши, – если мы близнецы, я буду выглядеть старше. Имеется много способов объяснить, почему, но простейший сводится к замечанию, что когда вы изменяете свою скорость и ощущаете ускорение, симметрия между нашими точками зрения теряется, – вы определенно можете утверждать, что вы двигались (поскольку, например, вы чувствовали это – или, используя обсуждение Главы 3, в отличие от меня, ваше путешествие через пространство-время происходило не по прямой линии), а потому ваши часы шли медленнее, чем мои. Для вас истекло меньше времени, чем для меня.
(*)"Хрупкость человеческого тела является другим практическим ограничением: ускорение, требуемое для достижения таких высоких скоростей в разумный промежуток времени находится далеко за пределами того, что тело может выдержать. Отметим также, что замедление времени дает, в принципе, стратегию, для достижения удаленных мест в пространстве. Если ракета покидает Землю и направляется к галактике Андромеды, двигаясь со скоростью в 99,999999999999999999 процентов от скорости света,
Более тяжелая проблема, однако, возникает, когда мы думаем о другом виде путешествия во времени, путешествии в прошлое. Нет сомнений, вы знакомы с некоторыми из них. Например, имеется стандартный сценарий, в котором вы отправляетесь в прошлое и предотвращаете ваше собственное рождение. Во многих фантастических описаниях это достигается с применением насилия; однако любое менее радикальное, но столь же эффективное воздействие – такое как предотвращение встречи ваших родителей – может быть проделано так же легко. Парадокс ясен: если вы никогда не рождались, как вы могли появиться и, в особенности, как вы могли отправиться в прошлое и предотвратить встречу ваших родителей? Для путешествия в прошлое и удержания ваших родителей в отдалении друг от друга вы должны были родиться; но если вы родились, отправились в прошлое и удержали ваших родителей в отдалении, вы не смогли бы родиться. Мы неосторожно попали в логический тупик.
Сходный парадокс, предложенный философом из Оксфорда Майклом Дамметтом и модифицированный его коллегой Дэвидом Дойчем, дразнил разум слегка отличающимся, возможно, даже более сбивающим с толку образом. Вот одна из версий. Представим, что я построил машину времени и преместился на десять лет в будущее. После короткого ланча в Tofu-4-U (сеть, которая обошла МакДоналдс после того, как великая пандемия коровьего бешенства придавила публичное увлечение чизбургерами) я нашел ближайшее интернет-кафе и смог посмотреть онлайн, какие достижения были сделаны в теории струн. И получил роскошный сюрприз. Я прочитал, что все открытые задачи в теории струн были решены. Теория была полностью разработана и успешно использована для объяснения всех известных свойств частиц. Неопровержимые доказательства для дополнительных размерностей были найдены, и предсказания теории о свойствах суперсимметричных партнеров частиц – их массах, электрических зарядах и так далее – были уже в точности подтверждены Большим Адронным Коллайдером. Больше не осталось никаких сомнений: теория струн является единой теорией вселенной.
Когда я немного глубже посмотрел, кто ответственен за такие великие достижения, я был удивлен куда больше. Прорывную статью написала годом раньше никто иной как Рита Грин. Моя мать. Я был шокирован. Это не означает неуважение: моя мать замечательная личность, но она не ученый, не может понять, почему кое-кто становится ученым и, например, прочитала только несколько страниц Элегантной вселенной перед тем, как закрыть книгу, сказав, что от нее разболелась голова. Так как же она могла написать ключевую статью по теории струн? Ну, я прочитал ее статью онлайн, был поражен простыми, однако глубоко проницательными обоснованиями и увидел в конце, что она благодарит меня за несколько лет интенсивных инструкций по математике и физике после семинара Тони Роббинса*, склонившего ее к преодолению своих опасений и нашедшего внутри нее физика. Черт, думаю я. Она просто записалась на этот семинар, когда я отправился в мое путешествие в будущее. Мне лучше направиться назад в мое собственное время, чтобы начать инструкции.
(*)"Известный в США отец-основатель индустрии "живого кучинга" (оно же нейролингвистическое программирование, оно же мотивационный тренинг) – лекционных курсов, призванных вскрыть внутренний потенциал слушателей, помочь им преодолеть страхи и в итоге добиться успеха вне зависимости от области деятельности. – (прим. перев.)"
Итак, я возвращаюсь во времени, чтобы преподавать моей матери теорию струн. Но дело движется плохо. Проходит год. Затем второй. И хотя она сильно старается, она все еще не постигает теории. Я начинаю волноваться. Мы стоим перед теорией вторую пару лет, но прогресс минимален. Теперь я на самом деле разволновался. Больше не остается времени перед тем, как предполагается, что появится ее статья. Как она может написать ее? Наконец, я принимаю большое решение. Когда я читал ее статью в будущем, она произвела на меня такое впечатление, что я запомнил ее слово в слово. Так что вместо того, чтобы заставить мою мать совершить открытие самостоятельно, – что выгядит все менее и менее вероятным, – я скажу ей, что ей написать, удостоверившись, что она включит в текст в точности все, что я запомнил, читая ее статью. Она опубликует статью, что немедленно вызовет мировой пожар в физике. Все, о чем я прочитал во время моего пребывания в будущем, произойдет.
Теперь имеется головоломная проблема. Кто должен был подсказать переворачивающую основы статью моей матери? Определенно не я. Я изучил результаты, прочитав их в ее статье. Однако, как моя мать могла получить результат, когда она написала только то, что я ей сказал? Конечно, проблема здесь на самом деле не только в подсказке, – проблема в том, откуда взялось новое знание, новое прозрение и новое понимание, представленное в статье моей матери. На кого я могу указать и сказать: "Этот человек или этот компьютер явился источником новых результатов"? У меня озарения не было, не было его и у моей матери, это не касалось никого другого, и мы не использовали компьютер. Тем не менее, как-то все эти замечательные результаты оказались в ее статье. Очевидно, в мире, который позволяет путешествие как в будущее, так и в прошлое, знания могут материализоваться из разреженного воздуха. Хотя это не совсем уж так парадоксально, как предотвращение вашего собственного рождения, это безусловно странно.
Что мы можем сделать с таким парадоксом и странностью? Должны ли мы заключить, что раз уж путешествия во времени в будущее допускаются законами физики, любая попытка вернуться в прошлое должна провалиться? Некоторые определенно думают так. Но, как мы сейчас увидим, имеются пути в обход сложной проблемы, на которую мы натолкнулись. Это не означает, что путешествия в прошлое возможны, – это отдельная проблема, которую мы коротко рассмотрим, – но это показывает, что путешествия назад во времени не могут быть просто исключены обращением к загадке, которую мы только что обсудили.