Время, время, ты куда летишь?..

Путешествия во времени — один из китов фантастики. Тема настолько благодатная, что ее эксплуатировали с очень давних времен. Герой «Махабхараты» Какудми поднимается на небеса, встречается там с Брахмой, а по возвращении обнаруживает, что все, кого он знал, умерли — на Земле прошло уже много-много лет. Хотя сам термин «путешествие во времени» появляется в Оксфордском словаре только в 1914 году под влиянием вышедшей в 1895-м «Машины времени» Герберта Уэллса. Годы идут, а мы все еще не можем вернуться в прошлое и попросить того человека не готовить эту летучую мышь. Да и сможем ли когда-нибудь?

Физике все равно

Чтобы понять, как перемещаться во времени, нужно определиться с тем, что такое время и в какую сторону оно течет. В классической физике время — это абсолютная величина, характеристика нашего мира, которая определяется какой-то периодической сменой событий: например один оборот Луны вокруг Земли — это сутки, а Земли вокруг Солнца — год.

В теории относительности время постулируется как одно из измерений нашего пространства-времени — соответственно, оно теряет свою абсолютность, как это было в классической физике. В специальной теории относительности ход времени зависит от выбранной системы отсчеты. И те события, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, могут быть неодновременными в другой, которая двигается относительно первой. На практике это означает, что чем выше скорость объекта, тем медленнее течет для него время. Это воплощается в известном парадоксе близнецов: если один брат-близнец останется на Земле, а другой отправится в путешествие на скорости, близкой к скорости света, то по возвращении первый окажется старше второго. Это явление было проверено в эксперименте Хафеле — Китинга. В 1971 году физики дважды (сначала с запада на восток, затем с востока на запад) облетели вокруг Земли с четырьмя комплектами цезиевых атомных часов на борту. После приземления их показания сравнили с часами, которые оставались на поверхности Земли в Военно-морской лаборатории США. В итоге часы, летевшие на восток, шли медленнее, чем те, что остались на Земле, а летевшие на запад, — быстрее. Пусть эффект исчислялся наносекундами, но предсказание специальной теории относительности было подтверждено.

В общей теории относительности свойства пространства-времени изменяются под воздействием поля тяготения. Чем ближе объект находится к массивному телу, тем медленнее для него течет время (вспомним «Интерстеллар» и планету на орбите черной дыры Гаргантюа — час на этой планете был равен семи годами вне ее). Кстати, этот эффект играл роль и в эксперименте Хафеле — Китинга: часы, которые находились ближе к Земле, шли медленнее, чем путешествовавшие на самолете.

Удивительно, но для большинства физических процессов не имеет никакого значения, в какую сторону движется время — они остаются неизменными вне зависимости от того, что мы принимаем за прошлое, а что — за будущее. Но ведь мы точно осознаем, где прошлое, а где будущее. Как это получается?

Возможно, время вообще существует только в нашем сознании, и это чисто умозрительное представление о происходящем вокруг нас. Впрочем, есть и объективные «свидетельства» того, что время течет в определенном направлении. Одно из таких «свидетельств» — термодинамическая стрела времени. Второе начало термодинамики говорит, что в замкнутой системе энтропия, то есть мера беспорядка, не уменьшается. Например, стекло можно разбить, и по нему разойдутся трещины — из упорядоченной структуры стекло становится хаотичным. Обратно оно целым стать само по себе не может. Смешанные соль и сахар не разделятся самостоятельно, чтобы отделить горох от чечевицы нужно приложить энергию. Из второго начала  следует и то, что следствие всегда идет после причины: сначала идет дождь, а потом асфальт становится мокрым.

Путешествия во времени нарушали бы второе начало термодинамики — однако кто сказал, что их в принципе нельзя нарушать? Второе начало — это не фундаментальный закон Вселенной, а скорее статистический: «хаотических» состояний намного-намного больше, чем упорядоченных, поэтому вероятность того, что система приобретет неупорядоченное состояние намного выше, чем обратного.

Теория и практика

В 1947 году математик Курт Гёдель нашел такое решение уравнений Эйнштейна, которые предполагают существование закольцованной вселенной. Это значит, что и время, как одно из измерений, в такой вселенной закольцовано. Если космонавта совершит путешествие в таком пространстве, то он может попасть в свое прошлое. Нет никаких доказательств того, что на практике наша Вселенная устроена именно таким образом. Ценность работы Гёделя в том, что она показала, что возможность путешествия во времени не противоречит постулатам общей теории относительности.

Общая теория относительности предлагает и другой гипотетический способ перемещения во времени — кротовые норы, или червоточины. Это снова же гипотетические области пространства-времени, которые соединяют две его точки как бы «тоннелем». Авторитетные физики, например Стивен Хокинг, считают такие объекты лучшими кандидатами на роль «машины времени». Впрочем, во-первых, экспериментально червоточины не обнаружены. Во-вторых, мы не знаем, получится ли через них в принципе путешествовать, возможны ли они размеров, достаточных для пилотируемого аппарата, и не погибнет ли человек от такого трипа.

Вариант использования постулатов общей теории относительности в народном хозяйстве предложил астрофизик Рон Малетт. Он предложил «сворачивать» пространство-время при помощи кольцевого лазера — и таким образом получить своеобразный тоннель, по которому можно будет перемещаться в прошлое. Хотя на практике построить подобное устройство мы не можем, в теории оно работоспособно.

В 2019 году группа исследователей из России, Швейцарии и США смогла побороть второе начало термодинамики. Они использовали квантовый компьютер, с помощью которого создали систему из двух или трех кубитов. В этой системе энтропия возрастала, однако с помощью специальной программы ученые на мгновенье смогли вернуть ее в первоначальное состояние. То есть, с точки зрения термодинамики, отправить в прошлое и уменьшить энтропию. Эксперимент оказался успешным в 80 процентах случаев для системы из двух кубитов и в 50 процентах — для системы из трех.

Принципиально никакая физическая теория не запрещает путешествия во времени. Но на практике мы вряд ли подошли хоть чуть-чуть к созданию прибора вроде «ДеЛореана» дока Брауна. Вполне возможно, что перемещения в прошлое или будущее так навсегда и останутся только на страницах фантастических книг.