Кротовые норы, белые дыры и крионика: топ-5 способов путешествовать во времени

Оказаться в прошлом или перенестись в далекое будущее – кто не мечтал о таком? В детстве многие из нас грезили путешествиями во времени, запоем читали Уэллса, Брэдбери, Воннегута и представляли, как может выглядеть таинственная машина времени – венец научной мысли.

Каждый уважающий себя писатель-фантаст хоть раз да использовал тему временны́х путешествий в своих работах. Способов, как можно преодолеть законы физики и перенестись в другую эпоху, за всю историю человечества было придумано множество – от машины времени и фантастических порталов в другие измерения до инопланетных артефактов и криогенной заморозки.

Тема замораживания человека с его последующим пробуждением много лет спустя – распространенный сюжет многих книг и фильмов. Правда, если какие-то герои сознательно шли на такие эксперименты, чтобы увидеть будущее, то персонаж Бернара Алана в комедии «Замороженный» вовсе не планировал пролежать подо льдом больше полувека.

Действие фильма разворачивается в 1970 году. Во время экспедиции в Гренландии обнаруживают тело человека, замороженного в куске льда. Рядом с ним находят обломки корабля, исчезнувшего в 1905 году. Замороженного везут во Францию, где учёным удается вернуть его к жизни. Профессор Лорьеба, специализирующийся на искусственном замораживании, выдвигает гипотезу, что пароход, на котором плыл человек из прошлого, перевозил жидкий глицерин. Во время путешествия корабль столкнулся с айсбергом, в результате мужчина был облит глицерином и мгновенно замерз. Глицерин же послужил защитным коконом, который не дал телу разложиться за 65 лет.
Спустя какое-то время удается установить личность замороженного: он оказывается дедом жены фабриканта Юбера де Тартаса (Луи де Фюнес). Последнего эта новость совсем не радует, ведь фирма, которой он руководит, принадлежит его жене Эдме, и появление нового родственника может поставить его позиции под угрозу. Однако Эдме настаивает на том, чтобы забрать деда к себе домой, и Юбер вынужден подчиниться. Но чтобы не травмировать дедушкину психику, его новоявленные родственники пытаются инсценировать вокруг него жизнь начала XX века. Однако в их планы вмешиваются непредвиденные обстоятельства.

Путешествия во времени (по крайней мере, пока) – лишь красивая фантазия человечества. Несмотря на это, ряд ученых всерьез занимаются этой проблемой, и история знает множество концепций перемещений во времени, каждая из которых способна вскружить голову. О самых известных мы расскажем далее.

Краткое введение

Для начала, чтобы не сбить читателя с толку, перечислим основные теоретически возможные способы путешествия во времени. Первый способ – физический, он основан на следствиях теории относительности Эйнштейна. Здесь возможны два варианта. Первый – движение со скоростью, близкой к скорости света: согласно специальной теории относительности, с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы движущихся объектов кажутся замедленными. Так, если замерить время на часах того, кто летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, и сравнить с часами человека, оставшегося на Земле, то часы путешественника будут отставать (этот мысленный эксперимент называется «парадокс близнецов»). Второй вариант физического перемещения во времени – нахождение в зоне сверхвысокой гравитации, например – вблизи горизонта событий черной дыры (вспоминается «Интерстеллар»).

Второй способ путешествий во времени – биологический. К этому типу как раз относится крионика, то есть технология заморозки человека и животных в надежде на то, что в будущем, когда технологии выйдут на новый уровень, их удастся оживить и при необходимости – вылечить.

Наконец, третий способ – квантовый. Пожалуй, он наиболее интересный и перспективный, поскольку квантовая физика – та область знания, которая сегодня дает нам больше вопросов, чем ответов, но если в будущем ученым удастся глубже проникнуть в природу ее законов, вполне возможно, мы научимся не только телепортировать информацию, но и перемещать физические объекты во времени и пространстве.

1. Кротовые норы Эйнштейна

Говоря о теории путешествий во времени, нельзя не упомянуть создателя теории относительности – великого Альберта Эйнштейна. Его теория не противоречит возможности перемещений во времени, и сам Эйнштейн любил повторять, что каждый является путешественником во времени, перемещаясь от прошлого к будущему.

«Инженер Вселенной», «новый Коперник» – каких только величественных прозвищ ему ни давали! И Альберт Эйнштейн заслужил каждое. Открытие общей теории относительности, сделанное им в 1915 году, произвело настоящую революцию в науке и в корне изменило взгляд людей на мироздание. Создав свою теорию, Эйнштейн дерзко поколебал прочный фундамент, на котором более 200 лет держалась вся физика. До этого любые движения материальных объектов и механизмы их взаимодействия друг с другом описывались исключительно тремя законами Ньютона. В классической механике все опирается на существование неподвижной системы отсчета – абсолютных и универсальных категорий пространства и времени. Но Эйнштейн показал, что время не является неизменной и постоянной величиной. Он первым представил мир как три измерения пространства и одно измерение времени, объединенные в одно четырехмерное пространство-время. Он также установил, что гравитация – не что иное как проявление кривизны пространственно-временного континуума: чем больше масса тела, тем сильнее его гравитационное поле, а оно в свою очередь влияет на темп времени.

Единственная универсальная постоянная по Эйнштейну – это скорость света. Она равняется 299 792 458 метрам в секунду. Ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света, а кроме того, он движется в вакууме всегда с одинаковой скоростью и независимо от наблюдателя.

Но ученый вывел и еще кое-что: он понял, что различные точки пространства-времени могут соединяться между собой короткими тоннелями. Физики называют их по-разному: мосты Эйнштейна – Розена, непроходимые червоточины Лоренца, червоточины Шварцшильда, но наиболее популярное название – кротовые норы, или кротовины.

Чтобы понять, что такое кротовая нора, лучше всего взять простой лист бумаги и нарисовать на противоположных концах точки. Представьте, что лист – это целая галактика, и чтобы добраться от одной точки до другой по прямой, понадобятся тысячи лет. Но если мы сложим лист пополам так, чтобы точки соприкоснулись, расстояние между ними уменьшится. Микроскопический «тоннель», образовавшийся между точками – это и есть кротовая нора, или червоточина.

Также различают проходимые и непроходимые кротовины. К последним относятся те червоточины, которые коллапсируют слишком быстро для того, чтобы наблюдатель или сигнал (скорость которого не превышает световую) успели добраться от одного входа до другого. Классический пример непроходимой кротовой норы – мост Эйнштейна – Розена. Эту идею Альберт Эйнштейн и израильский физик-теоретик Натан Розен выдвинули еще в 1935 году. Они предположили, что при определенных условиях возможно возникновение непрерывного канала между двумя областями пространства-времени. Такой узкий канал мог бы соединять находящиеся на любом расстоянии друг от друга отдельные части локального пространственно-временного континуума.

Но гораздо более интересны внутримировые кротовые норы, ведь именно с их помощью можно гипотетически совершать путешествия во времени. В теории это возможно, если один из входов в червоточину движется относительно другого, или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется. Ну а если совсем размечтаться, то с помощью кротовой норы можно было бы попытаться попасть из одной Вселенной в другую (именно эта вероятность отлично обыграна в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар»). Беда лишь в том, что, хотя существование кротовин не противоречит общей теории относительности, оно до сих пор не доказано. Даже самые светлые ученые умы не знают, как создать искусственную кротовую нору, а если бы и знали, то не смогли бы этого сделать. Ведь для того, чтобы создать червоточину, сквозь которую, как в том же «Интерстелларе», мог бы пролететь космический корабль, потребуется энергия миллионов звезд. Кроме того, чтобы кротовая нора была стабильна, горловина должна быть заполнена материей с отрицательной плотностью энергии, которая создавала бы сильное гравитационное отталкивание и препятствовала схлопыванию норы. Пока таких объектов в космосе мы не обнаружили, но с уверенностью можно сказать одно: открытие кротовых нор в природе или их создание в лаборатории означало бы настоящий переворот в физике.

2. Черные дыры Шварцшильда

Теория относительности Эйнштейна предполагает наличие во Вселенной еще одного любопытнейшего феномена – черных дыр. В отличие от кротовых нор, их существование доказано, и именно изучение черных дыр сегодня является одним из важнейших направлений в космологии и квантовой теории.

Теоретически возможность существования черных дыр следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна. Первое из них в 1916 году было получено немецким астрономом и физиком Карлом Шварцшильдом, оно называется метрика Шварцшильда. Это уравнение вполне точно описывает гравитационное поле уединенной невращающейся и незаряженной черной дыры, а также гравитационное поле снаружи от уединенного сферически симметричного массивного тела.

Существуют несколько разновидностей черных дыр. Они различаются наличием или отсутствием вращения, электрического заряда и других параметров. Считается, что черные дыры могут возникать при сжатии достаточно массивных звезд на конечной стадии их эволюции или при флуктуациях сверхплотной материи в ранней Вселенной. Давайте же выясним, что собой представляют эти удивительные объекты и как они связаны с перемещениями во времени.

В центре черной дыры пространство-время сильно искажается и даже разрывается. Эти центры называют сингулярностями. Все физические величины здесь приобретают бесконечные значения. Кроме того, с помощью черных дыр гипотетически можно проникнуть в другие измерения. Здесь мы вынуждены вновь обратиться к мосту Эйнштейна – Розена и подробнее рассмотреть механизм перехода из одного мира в другой. Только на этот раз мы будем руководствоваться не теорией относительности, а квантовой механикой.

Итак, согласно квантовой механике, мы можем переместиться в параллельный мир, совершив скачок через сингулярность в центре вращающейся черной дыры. Там слои Вселенной пересекаются и, как бы накладываясь друг на друга (вспоминаем лист бумаги и точки), образуют подпространственный переход (тоннель), в конце которого находится так называемая белая дыра.

Белая дыра – это теоретическая противоположность черной дыры. Вместо того, чтобы притягивать материю и свет из-за своей огромной гравитации, она их выталкивает. Если бы мы могли увидеть ее на расстоянии, это напоминало бы черную дыру, которая функционирует в обратном направлении: вещество и свет вырываются из нее наружу. Подобно тому, как ничто не может вырваться из горизонта событий черной дыры, ничто не может проникнуть за горизонт событий белой дыры.

Как полагают ученые, каждая черная дыра связана с белой дырой при помощи подпространственного перехода. Именно эти переходы и являются своеобразными машинами времени. При входе в сингулярность черной дыры пространство и время обращаются вспять, а при выходе через сингулярность белой дыры – вновь обретают свое привычное направление, но на этот раз мы оказываемся уже в ином времени – в прошлом или будущем, а то и вовсе в параллельном мире! От всего этого голова может пойти кругом, но давайте попробуем привести конкретный пример. Тем более что за нас это уже сделал Брюс Голдберг – автор книги «Пришельцы из Будущего: Теория и практика путешествий во времени» (явно вдохновленный работами трех талантливых американских ученых – Майкла Морриса, Кипа Торна и Ульви Юртсевера).

Если бы мы наблюдали за таким путешественником со стороны, нам бы казалось, что по мере приближения к сингулярности он движется все медленнее и медленнее. Это – движение назад во времени. Причина, по которой путь в недры черной дыры занимает так много времени, – горизонт событий. Когда мы пересекаем его, время для нас обращается вспять. Поскольку черная дыра из данного примера обладает вращением, у нее два горизонта событий – внешний и внутренний. Каждый из них изменяет направление течения времени.

Вращающаяся черная дыра позволяет проникнуть из нашего мира в любой другой параллельный мир. Но самым важным здесь является условие, которое, согласно Эйнштейну, невыполнимо: чтобы преодолеть горизонт событий, мы должны превысить скорость света. Так или иначе, возможно, в будущем человеку все же удастся создать такие технологии, которые позволят разгадать загадку черных дыр и обмануть время.

3. Теория струн и браны Стивена Хокинга

28 июня 2009 года известный на весь мир физик-теоретик Стивен Хокинг организовал, вероятно, самую необычную в мире вечеринку. Весь день он просидел за накрытым столом в комнате, украшенной воздушными шарами – Хокинг явно ждал гостей. Но в гости к ученому так никто и не пришел. Когда день подошел к концу, Хокинг разослал приглашения на праздник. Спустя три года, выступая на очередном научном симпозиуме, он заявил: «У меня есть экспериментальные доказательства того, что путешествие во времени невозможно». И рассказал об этом случае. Оказывается, Хокинг устраивал вечеринку специально для путешественников во времени, однако на нее никто и не явился.

Эксперимент получился забавным, и сам Хокинг неоднократно говорил о том, что, если кто-то подаст заявку на выделение гранта на исследование путешествий во времени, ему тут же откажут, а то и вовсе уволят. Несмотря на это, великий физик не отрицал возможность путешествий во времени и считал, что это очень серьезный вопрос, требующий научного подхода.

Как мы уже отмечали, кротовые норы (если даже они существуют) нестабильны – они возникают буквально на доли секунды, соединяя совершенно разные области пространства-времени, а потом вновь исчезают, и повлиять на это мы не в силах. Чтобы использовать кротовины для перемещений в пространстве и времени, их необходимо, во-первых, стабилизировать, а во-вторых – увеличить в размерах. И то, и другое потребует огромного количества энергии, которым человечество, скорее всего, никогда не будет обладать. Но и здесь ученые нашли лазейку.

Действительно, общая теория относительности никак не сочетается с квантовой физикой, и это является самой большой проблемой современной физики в целом. Чтобы совершать путешествия во времени, нужна другая теория описания Вселенной, которая будет учитывать квантовую природу материи и позволит нам выйти за пределы фундаментальных законов физики. Поиском такой теории, объединяющей квантовую механику с эйнштейновской теорией гравитации, физики занимаются до сих пор. Одним из главных кандидатов на эту роль является известная многим по научно-популярным книгам и фильмам теория струн (или М-теория).

Теоретически с помощью космических струн могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать во времени. Если приблизить одну струну к другой или подвести ее к черной дыре, в теории может образоваться целый массив замкнутых времениподобных кривых. Совершая тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

Но самая интересная и, пожалуй, главная особенность теории струн состоит в том, что она не работает в трех и даже четырех измерениях: космические струны могут вибрировать только в 10 либо в 26 измерениях. Струна может вибрировать двумя способами – по часовой стрелке и против нее. Вибрируя по часовой стрелке, она занимает 10-мерное пространство, против – 26-мерное. И никакое другое число измерений в математическую модель данной теории не укладывается. Нашему мозгу трудно это постичь, но, как полагают ученые, все измерения, которые находятся за пределами привычных нам, мы просто не можем увидеть – настолько они малы.

Как полагал ученый Эдвард Уиттен из Принстонского университета, развивший теорию струн, материя в форме частиц является ничем иным как модами струны (мода в физике – вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах). Каждой моде вибрации струны соответствует отдельная частица. Ни один электронный микроскоп, даже самый совершенный, не в состоянии передать, что исследуемые нами частицы на самом деле являются тонкой вибрирующей струной. А поскольку струна движется в пространстве-времени, она имеет способность разбиваться на меньшие струны или, объединяясь с другими струнами, образовывать струны большей длины.

Важность теории струн состоит в том, что она одновременно объясняет природу пространства-времени и материи. Некоторые ученые полагают, что, если мы научимся манипулировать космическими струнами – сближать, скручивать и сплетать их, мы сможем управлять и пространством-временем вокруг них. Тогда нам станут доступны полноценные перемещения в прошлое и будущее. Однако, несмотря на математическую строгость и целостность теории струн, экспериментально доказать ее пока невозможно.

4. Машины Торна и Типлера

Многие физики пытались решить уравнения Эйнштейна, чтобы приблизить разгадку путешествий сквозь время и пространство. Но мало кто предпринимал попытки построить настоящую машину времени или хотя бы представить, как она могла бы выглядеть в реальности. Впрочем, нашлись и такие энтузиасты, среди них – американские физики Кип Торн и Фрэнк Типлер.

Работа Торна в этой области вызывает истинное восхищение. Ученый выдвинул идею «обратимого подпространственного перехода», который позволил бы совершать путешествия в прошлое с максимальным комфортом. К примеру, Торн утверждает, что при пользовании его машиной времени вес путешественника во времени не будет превышать его обычный вес на Земле, подпространственный переход не закроется во время путешествия, а само путешествие займет не больше 200 дней.

Коллега Торна, Фрэнк Типлер, предложил другой подход. Его версия машины времени – это цилиндр, который вращается с большой скоростью и таким образом искривляет пространство-время. В машине времени Типлера объект проходит через черную дыру и возвращается в исходную точку в тот же момент времени, в который ее покинул. Физики называют это замкнутой времяподобной линией. Эта линия должна дважды пройти сквозь вращающуюся черную дыру. Машина времени Типлера делает движение путешественника во времени колебательным, благодаря чему он не разлагается на поток атомов во время прохождения через черную дыру.

Здесь важно отметить, что в модели с плоским пространством-временем необходимым условием путешествия во времени было движение со скоростью, превышающей скорость света. В искривленном пространстве-времени это условие отпадает. Кроме того, сегодня ученые подозревают, что в мире есть частицы (тахионы), которые движутся в пространстве быстрее света. Все это пока лишь догадки, но, возможно, со временем они подтвердятся и помогут нам больше узнать о Вселенной.

5. Крионика: градусник Бахметьева, глицерин и киборги

До этого мы говорили о путешествиях во времени лишь с точки зрения физики, теперь же обратимся к биологии, с которой мы начали обсуждение данной темы. Одной из теоретических концепций перемещений во времени вполне можно считать крионику. Так называют технологию сохранения тела человека в состоянии глубокой заморозки (криоконсервация) с целью его последующего оживления.

Криоконсервация в настоящее время активно применяется в сельском хозяйстве, научных экспериментах и, конечно, в медицине (заморозка крови, спермы, тканей, эмбрионов на ранних стадиях развития и т.д.). Несмотря на это, на сегодняшний день не зафиксировано ни одного случая успешной криоконсервации теплокровных животных, в том числе людей. Почему после заморозки невозможно воскреснуть, но некоторые люди все равно видят в этом секрет вечной жизни? Попробуем разобраться.

Ученым удалось найти решение – они придумали специальные криопротекторы, которые препятствовали образованию льда. Первым криопротектором был глицерин, это свойство в нем открыл русский биолог-экспериментатор Порфирий Бахметьев. Еще в начале XX века он увлекся криобиологией и стал изучать явления анабиоза при переохлаждении животных. Бахметьев создал первый термометр для измерения температуры у насекомых и на практике доказал, что выход из состояния анабиоза возможен, если жидкости в тканях пребывают в переохлажденном, но жидком состоянии.

Казалось бы, изобретение криопротекторов должно решить все проблемы, но нет: первые криоконсерванты оказались токсичными, и при разморозке выживали только 10% клеток. И лишь недавно группа ученых из Университета Орегона в США заявила, что им удалось повысить процент выживших клеток до 80%. В перспективе ученые надеются довести этот показатель до 99%. Проведя ряд экспериментов, они создали раствор глицерина и ряда минеральных солей, который оказался наименее токсичным для живых клеток.

Красивая идея: уснуть в настоящем и проснуться спустя много сотен, а то и тысяч лет в совершенно новом, неизведанном мире. Красивая и одновременно пугающая. Пока это лишь фантазия, но вы удивитесь, узнав, сколько людей уже заплатили баснословные деньги компаниям, готовым заморозить их тела (в некоторых случаях – отдельно мозг) после смерти, чтобы в будущем их вернули к жизни. Такие компании сейчас существуют во многих странах, причем некоторые действуют уже много лет – к примеру, американская фирма Alcor предлагает услуги криоконсервации с 1972 года. В России тоже есть такая фирма – «КриоРус». Она была основана в 2006 году. Ее клиенты (их здесь называют криопациентами) подписывают соглашение о проведение научного эксперимента по сохранению и оживлению человека. При этом компания не дает гарантий, что вы непременно оживете, но обязуется хранить ваше тело (или мозг) в течение 100 лет и продлевать этот срок каждые последующие 25 лет, если к этому времени технологии разморозки еще не будут созданы.

А что это, собственно, за технологии? Ученые видят это так. По их предположениям, технологии выращивания органов, регенеративной медицины и 3D-печати тканей выйдут на совершенно новый уровень, и можно будет создать заново или «отремонтировать» любой человеческий орган, в том числе мозг. Сделать это можно будет как с помощью методов наномедицины, когда молекулярные роботы проведут анализ повреждений, «подлатают» и оживят клетки мертвого органа. Второй способ, который применим именно для оживления мозга, предполагает его полное сканирование, то есть оцифровку личности и ее последующий перенос в цифровую форму или же печать копии мозга на биопринтере. Кроме того, не стоит забывать о технологиях клонирования и создания «киборгов» – здесь можно фантазировать бесконечно. Ну и, конечно, с точки зрения путешествий во времени, крионика нас сильно ограничивает: ведь мы не знаем, в каком моменте проснемся, в каком состоянии окажемся и проснемся ли вообще.

Вот, пожалуй, основные теории перемещений во времени, которые существуют на сегодняшний день. Наука движется вперед, так что будем продолжать мечтать и надеяться, что когда-нибудь – если не нам, то нашим внукам и правнукам – эти волшебные путешествия будут доступны.