Временная механика

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.

Простые механики

Два соображения, одно более физическое, другое скорее логическое, совсем запрещают машины времени.

Первое соображение отлично иллюстрируется идеей о самоусиливающемся потока фотонов. Допустим, у нас есть машина времени. Сделаем так, чтобы она работала в совсем недалёкое прошлое. Пустим по ней поток света так, чтобы свет из машины закольцовывался и вновь попадал в эту же самую машину. Если правильно всё спроектировать, то усиливать свет можно было бы до бесконечности! Конечно, нет. Рано или поздно интенсивность света достигла бы границы, на которой он бы сжёг машину времени. Соображения подобного характера распространяются и на любую другую прошедшую сквозь машину времени, попавшую в причинную петлю материю.

Более того, среди физиков есть мнение, что попытка «докрутить» потенциально машинно-временной процесс до актуальной машины времени приведёт к подобным разрушительным процессам. Машину времени (процесс переноса во времени) не получится создать, потому что она сама же себя разрушит в момент создания и/или попытки ей воспользоваться. Из-за чисто физических соображений. Например, согласно гипотезе о защите хронологии Стивена Хокинга (ага, снова его) любая замкнутая времениподобная кривая должна проходить через горизонт событий чёрной дыры (откуда, в общем-то, нельзя вернуться).

Логическое рассуждение следующее. Если машина времени существует, то где все путешественники во времени? Все петли? Если путешествие во времени возможно, то реальность будет часто меняться, так? Но наша реальность не менялась. Она стабильна, нет никаких следов внесённых изменений. Следовательно, наша реальность такова, что машина времени в ней создана не будет. Это рассуждение по-прежнему базируется на физических представлениях о реальности, а не о фантастических расширениях, внутри них оно слабо применимо. Частный случай рассуждения: даже если я очень сильно хочу через машину времени попасть вот в этот момент, но вокруг никого не вижу, значит, машина времени в этот момент меня не перенесёт. Ну а поскольку я существую, то и в момент для убийства своего дедушки, мамы или даже себя-ребёнка она меня тоже не перенесёт. Или перенесёт, но так, что я не буду замечен и не убью дедушку. Думаю, принцип вам понятен: самоотрицающие возможности... ну, отсутствуют, на то они и самоотрицающие. Всё просто.

Как мы уже разобрались, парадокс представляет собой сочетание (дизъюнкцию, одновременность, логическое «и») двух противоречащих друг другу реальностей. Первый способ избавиться от временного парадокса мы разобрали — это отрицание самих путешествий во времени или очень строгие ограничения на них, не позволяющие приблизиться к ситуации, инициирующей парадокс. Добавить можно только что грубый вариант с другой физикой — мы можем отказаться от ОТО (разрешающей путешествия во времени), но оставить СТО. При сильном желании можно отказаться и от СТО, но тогда, см. выше, придётся для электродинамики оставить «свою мини-СТО», т.е. получить мир с двумя и более разными механиками, кинематиками, статиками и пр.

Второй способ — это избавиться от _двух_ реальностей, оставив лишь одну. Здесь у нас два пути: или мы можем запретить менять время на уровне физического (или логического) закона, и тогда останется реальность, собственно, образующая петлю без парадоксов. Для этого нам понадобится этернализм и принцип самосогласованности Новикова — название говорит само за себя. Подразумевается, что время (понимаемое этерналистски) самосогласовано как целое. В нём нет противоречий. Поэтому вне зависимости от того, что попытается сделать путешественник во времени (понимаемый в широком смысле — это ведь не обязательно человек, может быть вещь или информация, даже просто один фотон), он не может поменять события будущего через прошлое. При приближении к дедушке у него подвернётся нога. Или он перепутает настоящего дедушку и похожего на него человека. «Рябь» следствий от путешественника погаснет ровно настолько, чтобы привести к будущему, которой этот путешественник и видел.

Здесь интересно заметить, что «видел» не значит «видел правду», без искажений. Джоан Роулинг иллюстрирует принцип самосогласованности в третьей книге поттерианы: Гарри думал, что дементоров отогнал его отец, но на самом деле это был он сам, прибывший из прошлого. Таким образом, вмешательство Гарри-будущего было изначально согласовано с тем, что видел Гарри-прошлый. То есть, при всей «негибкости» принципа Новикова, авторы ФиФ могут опираться на гибкость человеческого восприятия, на широту его незнания, на локальные аналоги криптоистории... а иногда эту самую криптоисторию писать. Чем меньше знает герой о мире вокруг и его истории, тем больше гибкости, возможностей и интересных ходов предоставляет принцип самосогласованности. И именно он «работает» внутри парадоксов второго типа, однако, никак не объясняя их возникновение.

Сюда же можно отнести самосогласующиеся пророчества, которые приводят не только к событиям, в них описанным. Отдельно поясню, что (истинные, а не просто расчёты/предсказания/прогнозы) пророчества представляют собой очень любопытную временную механику, когда вместо того, чтобы из будущего отправлять что-то в прошлое, мы из прошлого забираем что-то в будущем (в данном случае — информацию). Принцип возникновения парадоксов и петель точно такой же, просто перемещение инициировано не из будущего, а из прошлого. Путешественником во времени будет то, что из будущего забирают.