Физика времени; СТО, ОТО, время и сверхсвет

Возникает резонный вопрос: а что думает на этот счёт физика? Возможны ли вообще путешествия во времени? Реальны ли? А как насчёт петель? Насчёт всей этой красивой философии, надуманной пафосные мудрецами? Что же, начнём по порядку. Во-первых, что касается реальности путешествий во времени. Никаких свидетельств путешествий во времени найдено не было. Люди, утверждающие, что они путешественники в прошлое, ничем доказать это не смогли, зато находятся доказательства обратного. Физических процессов, нарушающих стрелу времени (направление из прошлого в будущее) в замкнутой системе – не обнаружено. Единственным таковым может являться «виртуальный», связанный с интерпретацией квантовой механики с помощью волны-пилота Бома. Но в любом случае речь не идёт даже о передаче информации (чистом пророчестве), не говоря уж о переносе вещи в прошлое – ничего подобного данная теория не предусматривает. Да, кстати, информация и материя, согласно современным физическим представлениям, друг от друга не отделимы. Т.е. нельзя переносить информацию, не задействовав при этом материю. Собственно, перенос информации, взаимодействие – это всё и составляет причинные связи. На взаимодействия (или же на перенос информации – одно неотделимо от другого, помним!) специальная теория относительности (СТО) накладывает следующее ограничение: оно невозможно быстрее, чем скорость света в вакууме (вне вакуума свет распространяется медленней: чем-то напоминает разницу в скорости звука в зависимости от среды). Нет никаких свидетельств того, что скорость света менялась за время эволюции вселенной. СТО конструкционно истекает из классической (т.е. даже не квантовой!) электродинамики, и фактически нарушение СТО в данном аспекте (превышение скорости света для взаимодействий) означает, что не работает и классическая электродинамика – в том числе биохимия живых тел, оптика и т.д. Имейте это в виду, если создаёте фантастические миры с неработающей СТО. Почему нам важна предельная скорость распространения взаимодействий-информации? Ну да, во-первых, это именно та штука, которая формирует «причинность» и, например, позволяет без парадокса путешествовать во времени. Если мы окажемся «достаточно далеко» от места-момента нашего старта, то никакой петли просто не возникнет. Это «достаточно далеко» называется «пространственноподобный интервал в пространстве Минковского». Представьте себе всю область во времени, которую можно достичь из данной точки, имея скорость света – это-то и будет так называемый «световой конус». Всё, что вне светового конуса – вне любой возможной причинной связи с нашим пробным объектом и соединено с ним пространственноподобным интервалом геометрически. В сущности, пространственноподобные интервалы разделяют причинно не связанные области в пространстве-времени, а значит, прыгая между ними (в одну сторону, без цикла!) мы никогда не вызовем парадокса. Во-вторых, превышение скорости света в общем случае ведёт к возможности путешествия во времени. И нарушению причинности. Здесь я на всякий случай замечу, что путешествие во времени всегда ведёт к нарушению причинности, но не всегда к парадоксу. Обратное неверно: нарушение причинности не обязательно должно происходить из-за путешествия во времени. Возвращаясь к сверхсвету, констатирую следующее: если у нас есть «достаточно свободный» способ путешествия быстрее света, то мы можем вернуться и назад во времени, пролетев определённым образом туда и обратно. Насколько свободным должен быть наш способ сверхсвета? Ну, существуют определённые математические ограничения. В частности, если у нас есть «сверхсветовой переход» (см., например, сеть ретрансляторов игры Mass Effect, врата сериал «Звёздные врата», проходимые «кротовые норы» и пр.), то риск нарушения причинности будет только в том случае, если скорость света «внутри врат» (т.е. скорость, с которой свет путешествует сквозь врата), помноженная на скорость концов врат друг относительно друга больше квадрата обычной скорости света в вакууме: v_relative * c_inner > c^2 Это строгое ограничение, выводящееся из преобразований Лоренца, составляющих, собственно, базис СТО. Однако не обязательно, что нарушающий его сверхсвет даст возможность путешествовать во времени. Насколько я понимаю, дальше понадобится много считать, опираясь на параметры конкретного сверхсвета. Тем не менее, СТО позволяет определённого формата космооперу. Ну а по расчётам физика Стивена Хокинга более слабое условие звучит так: если мы можем ввести «глобальное время» в нашем пространстве-времени, то никаких «замкнутых времениподобных кривых» не будет. Иначе говоря, никаких временных петель и никаких парадоксов. Между прочим, даже более сильное условие из формулы выше позволяет, путешествовать быстрее скорости света в 3000 раз. Немало, а? К Проксиме Центавра за полдня! Зачем вообще понадобились эти расчёты? Разве сама по себе СТО не постулирует (и экспериментальных опровержений нет) отсутствие сверхсвета? Да, постулирует. Однако физические теории устаревают, пусть и странным образом. Обыкновенно на смену хорошо работающей в некоторой области теории приходит также хорошо работающая, но в более широкой области. Так, СТО Эйнштейна заменила механику Ньютона для высоких скоростей – но в области скоростей низких расхождение между теориями минимально. А ОТО (общая теория относительности) также Эйнштейна – заменила СТО тем, что учитывает ещё и гравитацию, т.е. будет работать и в области сильной гравитации. И ОТО настолько странная штука, что не запрещает путешествия во времени, более того, есть модели, построенные согласно ОТО, в которых путешествовать можно и быстрее света, и назад во времени. Несмотря на множество трудов учёных в области квантовой гравитации, на сей момент этой самой теории квантовой гравитации не существует, а значит, ОТО является актуальной физической теорией. Проще говоря, актуальная физика не запрещает ни сверхсвет, ни путешествия во времени. Живите теперь с этим. Что ещё следует заметить, помимо связи сверхсвета и путешествий во времени? Как насчёт времени в физики, что это вообще такое? Вопросами пространства-времени занимаются как раз СТО и ОТО. СТО говорит нам о том, что пространство и время не существуют отдельно и связаны в единое пространство-время. Это не интуитивное 4-мерное геометрическое пространство, которое сразу представляется при этих словах. Это т.н. пространство Минковского – псевдоевклидово, изображается оно так же, как евклидово, но переходы между системами координат внутри происходят контринтуитивно из-за того, собственно, что пределом скорости (а скорость есть отношение пространственного интервала к временному) является скорость света. Значит ли единство пространства-времени, что верен на самом деле этернализм, который и представляет время как единый блок – собственно, как временное измерение? Нет, не значит. Теория относительности, я подчеркну – относительности! – подразумевает, что пространство-время выглядит по-разному с точки зрения наблюдателей, движущихся с разной скоростью и в разных точках пространства-времени. И при этом все эти наблюдатели (в физике они называются системами отсчёта, и в СТО рассматриваются инерциальные, т.е. движущиеся с постоянной скоростью, но без ускорения) равноправны. Ну а «выглядит» означает, в сущности, взаимодействие. Взаимодействие разных наблюдателей – и здесь под наблюдателями мы подразумеваем любые объекты, ко взаимодействию способные. Более того, от смены наблюдателя меняется даже сам вакуум – т.н. нулевое поле. Если вы движетесь очень быстро, то вакуум «становится горячим» для вас! Этернализм подразумевает единство времени как одного большого блока. Но СТО – нет! Для разных наблюдателей время друг относительно друга течёт по-разному в зависимости от их относительной скорости! Вплоть до того, что для достаточно удалённых (вновь см. «пространственноподобный интервал») наблюдателей порядок событий может быть обратным! Сами по себе причинно-следственные связи не меняется нигде, поэтому «плавает» порядок событий, не связанных с наблюдателем причинно. А ход времени для достаточно быстрого наблюдателя и вовсе замедляется, причём чем ближе к скорости света, тем сильнее, вплоть до «бесконечности». Что, кстати, означает, что для фотона, частицы света, проходит буквально ноль времени между его излучением и поглощением! ОТО добавляет к этому всему замедление времени близ массивных тел от самой гравитации и всевозможные экзотические искривления пространства, начиная с действительно существующих вращающихся чёрных дыр и заканчивая всякой ненайденной в реальном мире экзотикой вроде «космических струн» или «двигателей Алькубьерре». Правильно подобранная экзотика позволяет и сверхсвет, и путешествия во времени. Соответствует ли это философии этернализма? Сложный вопрос. Я склоняюсь к мнению, что соответствует частично. Даже если у нас вдруг не получается «нарисовать» единый «график» эволюции материи в пространстве-времени, то можно перейти на ту точку зрения, что весь мир вокруг нас представляет собой набор симметрий-асимметрий (описуемых математикой; поэтому, кстати, математика и работает – это язык описания симметрий-асимметрий, а наш мир из них и состоит… и более из ничего, на мой взгляд), то можно говорить о мире как о некоей «математической мозаике». Если и на этом уровне не получится ввести время как некоторое направление во всей мозаике разом, то сделать это на каждом отдельном кусочке мозаики определённо будет можно. Соответствует ли СТО и ОТО философии презентизма? Думаю, что так же частично. Нам понадобится уточнить, а чем является тот самый «срез времени», который есть настоящее. И если мы привяжем его к пути наблюдателя в пространстве Минковского (он называется «мировая линия»), то получим нечто, вполне себе соответствующее духу презентизма. Просто надо будет признать, что таких срезов может быть много. Но поскольку каждый человек, каждый разум, каждый прибор одновременно может находиться только в одном срезе, одной _собственной_ системе отсчёта (потому что объект не может двигаться одновременно с разным вектором скорости – будет логическое противоречие; о логических противоречиях мы поговорили выше), то нет никаких причин, почему бы презентизм не заработал. Правда, придётся дополнить его тем, что срез будет не только временным, но и пространственным. Если задуматься над принципом, лежащим в основании презентизма, что то, с чем мы не можем взаимодействовать, не является реальным, то получим довольно любопытные следствия, например, о том, что достаточно удалённые от нас штуки (вновь см. пространственноподобный интервал) не будут реальными. И действительно, если даже порядок некоторых событий внутри них можем просто сменой своей скорости менять… Растущий блок как синтез презентизма и этернализма тоже применим частично. Более того, он в чём-то более применим потому, что прошлое и будущее в реальности асимметрично, вселенная эволюционирует линейно (см. инфляция, энтропия, стрела времени), а не периодически, в то время как этернализм и презентизм считают прошлое и будущее равноправными (равноправно существующими для этернализма и равноправно не существующими для презентизма). Что касается физических вопросов к самой машине времени, то… ну, о потенциальных машинах времени я говорил выше: ничего подобного в природе не найдено, но не значит, что не может быть найдено позже. Я бы сказал, что это скорее маловероятно, но чёрные лебеди на то и чёрные лебеди, чтобы ошеломлять и опровергать представления о вероятностях. Среди физиков существует две позиции против машины времени. И здесь мы плавно переходим к временным механикам.