Какво казва науката

Възможността за скок напред и назад във времето отдавна вълнува както писателите на научна фантастика, така и физиците. Но наистина ли е възможно да пътуваме в миналото и в бъдещето?

Doctor Who е може би една от най-известните истории, посветени на тази тема. Заедно с "Машината на времето" с Гай Пиърс и Джеръми Айрънс и "Завръщане в бъдещето" с Майкъл Дж. Фокс и Кристофър Лойд, сериалът изследва изкушенията и парадоксите на посещението в миналото и на пътешествията в бъдещето.

Снимка: ТАРДИС – усъвършенстван апарат от Doctor Who, който може да се придвижва навсякъде във времето и пространството, iStock

Възможно ли обаче някога да построим машина на времето и да пътуваме в далечното минало или в бъдещето? За да отговорим на този въпрос, трябва да разберем как всъщност работи времето, а физиците все още не са сигурни в това. 

Въпреки че много хора са очаровани от идеята да променят миналото или да видят бъдещето,  никой никога не е успявал наистина да направи това, което се случва във фантастичните филми и сериали. Нито пък е успявал да предложи метод за изпращане на човек във времето.

Кадър: Автомобилът от "Завръщане в бъдещето", с който героите пътуват във времето 

Физикът Стивън Хокинг пише в книгата си „Черни дупки и бебешки вселени“: „Най-доброто доказателство, което имаме, че пътуването във времето не е възможно и никога няма да бъде, е, че няма нахлуване на орди туристи от бъдещето“.

Теорията на относителността и пътуване в бъдещето

Теорията на Алберт Айнщайн за относителността, която описва пространството, времето, масата и гравитацията, сочи, че времето не тече еднакво навсякъде – то може да се ускорява или забавя в зависимост от условията.

„Тук идва пътуването във времето, което е научно обосновано и има реални последици“, казва астрофизикът Ема Озбърн от Университета в Йорк, Великобритания.

Например времето тече по-бавно, ако се движите с висока скорост, макар че ефектът става значим само при скорост, близка до тази на светлината. Така се стига до т.нар. парадокс на близнаците. Става дума за двамата братя астронавтите Скот и Марк Кели. По време на историческа едногодишна мисия, започнала през март 2015 г. и завършила през март 2016 г., NASA проведе проучване за въздействието на космическите полети върху човешкото тяло. В него участват двамата едноячни близнаци Скот и Марк. Скот Кели прекарва една година в ниска околоземна орбита на борда на Международната космическа станция, докато Марк Кели остава на Земята.

Данните от проучването сочат, че Скот е претърпял генетични промени, което се отразява на процесите в организма. Тези изменения засягат генната експресия и теломерите.

Теломерите са части от повтарящи се ДНК последователности в края на хромозомата. Те предпазват краищата на хромозомите от разнищване или заплитане. Всеки път, когато клетката се дели, теломерите стават малко по-къси. В крайна сметка те стават толкова къси, че клетката вече не може да се дели успешно и умира. Скот е претърпял промяна в динамиката на дължината на теломерите по време на полета си.

Генната експресия е процесът, чрез който нашата ДНК инструктира клетките на тялото да произвеждат ценни компоненти като протеини, които се използват за изграждане и възстановяване на тъкани. Марк е преживял промени в генната експресия на Земята, но не същите като Скот в космоса.

Най-общо казано, Скот е остарял по-бавно от Марк.

„Ако пътувате в Космоса и се върнете на Земята, всъщност сте по-млад от брат си близнак“, казва Влатко Ведрал, квантов физик от Оксфордския университет във Великобритания. 

Подобен ефект има и при силна гравитация – времето тече по-бавно в интензивно гравитационно поле, например - близо до черна дупка. Този ефект на гравитацията върху времето е част от сюжета на филма „Интерстелар“.

„Главата ви остарява по-бързо от краката, защото гравитацията на Земята е по-силна при краката“, обяснява Озбърн.

В ежедневието тези ефекти са незабележими, но влияят върху спътниците, които използваме за GPS.

„Часовниците в орбита вървят по-бързо от тези на Земята и постоянно се коригират. Иначе Google Maps щеше да греши с около 10 км на ден“, казва Озбърн. 

Следователно, според относителността, пътуване в бъдещето е възможно и не е нужна „машина на времето“ в класическия смисъл. Нужно е или движение с близка до светлинната скорост, или престой в силно гравитационно поле. И в двата случая субективно ще мине кратко време за пътешественика, докато за останалата Вселена ще са изминали десетилетия или векове.

♦ Съществуват и други научни теории за пътуването във времето, включително някои странни физични закони, които възникват около червееви дупки, черни дупки и Струнната теория. 

Пътуването в миналото изглежда далеч по-трудно

„Може да е възможно, а може и да не е. В момента нямаме достатъчно знание, а може би дори и правилната теория, за да кажем със сигурност“, казва Барак Шошани, теоретичен физик от Университета Брок в Канада. 

♦ Една възможност е създаването на т.нар. затворена времеподобна крива – път през пространство-времето, който връща обратно към себе си. Така човек би се върнал в момента и на мястото, от коeто е тръгнал. Такава математическа конструкция е публикувана още през 1949 г. от логика Курт Гьодел. Но досега няма доказателство, че подобно нещо може да съществува във Вселената.

Също така изобщо не е ясно как бихме могли да създадем подобно нещо.

„Дори да имахме много по-големи технологични възможности, отколкото имаме в момента, изглежда малко вероятно да можем да създаваме затворени времеподобни криви нарочно“, казва Емили Адлам, философ в университета Чапман в Калифорния, САЩ.

Дори и да можехме, казва Ведрал, не бихме искали. „Буквално ще повтаряме едно и също нещо отново и отново“, обяснява той.

♦ В подобен дух, в изследване от 1991 г., физикът Ричард Гот представя математическо описание на необичаен сценарий, при който две космически струни се движат една покрай друга в противоположни посоки. Според неговите изчисления това би създало затворени времеподобни криви, увиващи се около струните.

Звучи добре, но къде бихме могли да открием чифт космически струни? Според някои теории това са хипотетични явления, които може да са се образували в много ранната Вселена. Никоя от тях никога не е била открита.

„Нямаме никаква причина да вярваме, че съществуват космически струни“, казва Мак. Дори и да съществуват, би било невероятен късмет да открием две, движещи се паралелно.

♦ Съществува и друго явление, което на пръв поглед е възможно от Теорията на относителността - червеевите дупки, наречени още ​​"мостове на Айнщайн-Розен". На теория е възможно пространство-времето да се сгъва като лист хартия, което позволява да се проправи тунел, за да се създаде пряк път между две широко разделени точки.

„Червеевите дупки са теоретично възможни в Общата теория на относителността“, казва Ведрал.

Въпреки това, проблемите отново бързо се натрупват. Първо, нямаме доказателства, че червеевите дупки действително съществуват. „Математически е доказано, че те могат да съществуват, но дали съществуват физически е друг въпрос“, казва Осбърн.

Нещо повече, ако червееви дупки съществуват, те ще бъдат изключително краткотрайни. „Често се описват като две черни дупки, които са се съединили една с друга“, казва Осбърн. Това означава, че една червеева дупка би имала невероятно интензивно гравитационно поле. „Тя би се сринала под действието на собствената си гравитация.“

Истинските червееви дупки също биха били микроскопично малки. Затова не би било възможно да се прокара през тях човек или дори бактерия.

На теория и двата проблема могат да бъдат решени, но това изисква огромно количество  отрицателна енергия. Това е нещо, което може да се случи в абсолютно миниатюрен мащаб, в пространства, по-малки от атомите. Енергийното поле трябва да има цялостна положителна енергия, но в него може да има малки джобове от отрицателна енергия, казва Осбърн.

„Това, което бихте искали, е тези малки джобове от локално отрицателна енергия да се разширят“, казва тя. „Не мисля, че това е възможно по никакъв начин“.

Теория на безкрайния цилиндър

Астрономът Франк Типлер предлага механизъм (известен като цилиндър на Типлер), при който човек може да вземе материя, която е 10 пъти по-голяма от слънчевата маса, след което да я навие в много дълъг, но много плътен цилиндър. Институтът Андерсън, организация за изследвания на пътуването във времето, описва цилиндъра като „черна дупка, преминала през фабрика за спагети“.

След като завърти тази черна дупка с няколко милиарда оборота в минута, космически кораб наблизо – следвайки много прецизна спирала около цилиндъра – би могъл да пътува назад във времето по „затворена, подобна на времето крива“, сочат от Института. 

Основният проблем е, че за да се превърне цилиндърът на Типлер в реалност, той ще трябва да бъде безкрайно дълъг или да е направен от някакъв неизвестен вид материя. Поне в обозримо бъдеще това е извън нашия обсег.

Времеви понички

Теоретичният физик Амос Ори от Технологичния институт Технион-Израел в Хайфа, Израел, предлага модел за машина на времето, направена от изкривено пространство-време - вакуум с форма на поничка, заобиколен от сфера от нормална материя.

„Машината е самото пространство-време“, казва Ори пред Live Science. „Ако създадем област с изкривяване като това в пространството, което би позволило на времевите линии да се затворят сами в себе си, това би могло да даде възможност на бъдещите поколения да се върнат, за да посетят нашето време“.

Квантова механика 

Какво става, ако се обърнем към другата теория за Вселената – квантовата механика?

Докато Теорията на относителността описва поведението на големи обекти като хора и галактики, квантовата механика описва много малките – частици, по-малки от атомите, като електрони и фотони. 

Едно от странните наблюдения, произтичащи от изучаването на квантовата област, е нелокалността. Промяната в състоянието на частица на едно място може мигновено да повлияе на друга „заплетена“ частица някъде другаде – нещо, което Айнщайн нарича „призрачно действие на разстояние“. Това е „доказано експериментално многократно“ в изследвания, носители на Нобелова награда, казва Адлам.

„Много физици са недоволни от възможността за нелокалност“, казва Адлам. Това е така, защото за да бъде ефектът мигновен, информацията трябва да се предава от място на място по-бързо от скоростта на светлината. Това се предполага, че е невъзможно.

Дори ако ретрокаузалността (теоретична концепция, при която бъдещи събития могат да повлияят на минали събития, обръщане на традиционната идея за причина и следствие) е реална, тя вероятно няма да ни помогне да станем Повелители на времето. „Ретрокаузалността не е съвсем същото като пътуването във времето“, казва Адлам.

От една страна, нашите наблюдения за нелокалност са включвали малък брой частици. Човек или дори нещо по-малко като лист хартия би било огромно предизвикателство.

Дори не е възможно да се изпрати съобщение в миналото. Ретропричинността е много специфично скрита от начина, по който е приложена, казва Адлам. 

Това се разбира най-добре, като се обмисли един експеримент. Да предположим, че Адам провежда измерване в лабораторията. Резултатът, който получава обаче, зависи от измерване, което Бет прави по-късно. С други думи, експериментът на Бет в бъдеще контролира резултата от експеримента на Адам в миналото. Това обаче работи само, ако експериментът на Бет унищожи всички записи за това, което Адам е направил и видял.

„В известен смисъл бихте изпратили сигнал към миналото, но само като унищожите всички записи за всичко, което се е случило“, казва Адлам. „Няма да можете да използвате това на практика, защото непременно трябва да унищожите записите за успеха и изпращането на този сигнал“.

Какви са изводите

Пътуването във времето отдавна заема важно място в художествената литература. Още от „Махабхарата“ - древна санскритска епична поема, съставена около 400 г. пр.н.е., хората са мечтали да изкривяват времето, казва пред Live Science Лиза Яшек, професор по научна фантастика в Технологичния институт на Джорджия в Атланта. 

Снимка: iStock

Според сегашното ни разбиране пътуване в бъдещето е възможно, но пътуване в миналото - вероятно не. Единствената „вратичка“ е, че нашите теории са непълни – общата теория на относителността и квантовата механика работят отлично поотделно, но са несъвместими. Това подсказва, че е нужна по-дълбока теория, която да ги обедини.

Разбира се, има и друг поглед върху темата: докато четяхте тази статия, вече сте пропътували около седем минути в бъдещето.

Източник: Би Би Си, Space.com, NASA

Последвайте ни