published on according to the materials
Квантовая механика – вот ваше решение.
На днях в ленте научных новостей появился заголовок: мол якобы один студент доказал, что путешествие во времени возможно без парадоксов.
Естественно, такая статья не может не заинтриговать. Заголовок оказался типичным кликбейтом: в статье не доказывали, что путешествия во времени возможны. В ней выдвигались предположения, что парадоксов можно избежать.
Основная мысль заключалась в следующем: если «процесс», например человек, существует как в прошлом, так и в будущем (как в любом парадоксе), то он может проводить «произвольные локальные операции» – короче говоря, делать все, что хочет в определенное время и место без противоречий. В статье ссылались на другие исследования – значит, есть все основания ей верить. Но это вряд ли сценарий «Назад в будущее».
В основе истории «Прибытия» Теда Чанга – одного из лучших и самых эрудированных писателей-фантастов – под названием «Торговец и ворота алхимика» лежит идея путешествия во времени, когда мы не вольны делать собственный выбор, хотя даже об этом не подозреваем. Согласно сюжету, алхимик, живущий в Багдаде, владеет порталом, который может переносить его в будущее или прошлое. Таким образом, проход через него с одной стороны может перенести на 20 лет в прошлое, а вход с другой – на 20 лет в будущее.
Чанг исследует, как люди могут путешествовать в свое собственное прошлое или будущее и, кажется, свободно принимать решения, в то время как все, что происходит, неизбежно. Получается, свобода выбора – это иллюзия. Чанг применяет классический прием, который на протяжении десятилетий использовали писатели о путешествиях во времени: Вселенная предотвращает парадоксы, влияя на обстоятельства, которые от нас не зависят.
Например, если вы вернетесь во времени, чтобы попытаться спасти умершего (или убить того, кто жил), Вселенная помешает вам это сделать.
Таким образом, получается, что в целом свобода воли возможна, но в то же время вы являетесь частью сложной динамической системы, и всякий раз, когда вы принимаете решение, оно имеет последствия как в прошлом, так и в будущем. Если вы перенесетесь в прошлое, то можете делать то, что хотите, но Вселенная пресечет все, что вы хотите изменить. В этом и будет парадокс.
Так это правда?
Кадр из фильма «Довод»
Было бы интересно взглянуть на вопрос, используя что-то попроще, чем люди. Как насчет шаров? Например, бильярдных.
В 1991 году Эчеверрия, Клинкхаммер и в будущем лауреат Нобелевской премии Кип Торн из LIGO-fame опубликовали статью «Биллиардные шары в пространстве-времени червоточин с замкнутыми временеподобными кривыми: Классическая теория». Они предположили: что бы случилось, если бы существовал особый вид бильярдного стола, где лузы были бы червоточинами, которые заставляли бы шары возвращаться во времени?
Ученые хотели изучить, имеют ли решение динамические уравнения для бильярдного шара, путешествующего через червоточину в свое собственное прошлое. Если решения нет, то физически путь невозможен.
Другая цель работы заключалась в исследовании того, существует ли уникальное решение: может ли шар следовать только по одному пути, учитывая его начальную скорость и положение. Если решение не уникально – значит, оно плохо определено, и помимо него существует множество других возможных решений. В этом случае нужно добавить некоторое условие, чтобы еще больше его ограничить или обнаружить логическое противоречие в настройке.
Червоточина, которая позволяет объекту путешествовать из будущего и влиять на свое собственное прошлое, называется замкнутой временной кривой (на английском – CTC). Это линии в рамках общей теории относительности Эйнштейна, которые допускают парадоксы. Конечно, могут существовать и другие виды червоточин. Одни затрачивают так много времени, что в итоге вы так и не перемещаетесь в прошлое полностью, даже если ваша голова уже там. Другие могут завести вас так далеко, что вы не сможете вернуться, чтобы взаимодействовать с самими собой.
Если у вас нет CTC, существует только одно решение любой заданной проблемы начального значения. Это базовая физика средней школы.
Если CTC есть – произойдет кое-что интересное.
Рассмотрим ситуацию, когда у вас есть шар, который сталкивается со своей прошлой версией. По сути, в ваших предположениях для первоначальных условий вы подразумевали, что столкновения не было. В то время как одно, конечно, все-таки было. Так разве это не создает логическое противоречие, которое должно предотвратить решение?
Оказывается, нет.
Авторы исследования называют эти самовзаимодействующие траектории (линии) опасными. Ученые полагали, что эти траектории не будут иметь решений (то есть будут невозможными). Но при проведении расчетов они получили бесконечное количество решений! Это значит, что если происходит самостолкновение – существует бесконечное количество траекторий для каждого набора начальных условий.
Очевидно, что одна из проблем, представляющих наибольший интерес, называется самонесогласованным решением. В этом случае шар входит в червоточину, затем вновь появляется и сбивает себя, чтобы в конце концов не попасть в червоточину. Что тогда происходит?
Бесконечное количество решений указывает на то, что проблема не очень хорошо поставлена, а значит, в ее настройках что-то не так.
Авторы показали, что проблема заключается в классической механике. Ньютоновская механика – это лишь приближение к квантовой механике, которое предполагает, что каждый объект следует не по одному пути через пространство и время, а их множеству. И, скорее всего, все они влияют на каждое измерение.
В этом случае проблема решается, потому что вы можете просто назначить различные вероятности различным квантовым траекториям в зависимости от самовзаимодействия. Самостолкновение, которое создает парадокс, просто увеличивает вероятность того, что пути не попадают в червоточину, но не устраняют те, которые в нее ведут. Аналогичным образом, само столкновение – это лишь вероятность. В квантовой механике нет ничего конкретного.
Заблуждение заключается в том, что многомировая интерпретация квантовой механики разрешает парадокс. То есть когда вы создаете парадокс, вы просто меняете другой мир, который отличается от того, что вы оставили. Но, оказывается, квантовая механика сама решает этот вопрос. Точнее, интерпретация квантовой механики указывает на то, как понимать решение.
Дело в том, что квантовая механика допускает классически противоречивые вещи независимо от того, как вы их интерпретируете. Парадоксы влияют на форму квантовой волновой функции (квантовое состояние шара), но не нарушают никаких законов.
Таким образом, проблема ничем не отличается от знаменитого двухщелевого опыта, в котором отдельные частицы взаимодействуют друг с другом. Полученная интерференциальная картина – это решение аналогичного парадокса в пространстве, а не во времени.
В квантовой теории, когда вы делаете измерение, подобное наблюдению за положением бильярдного шара, вы получаете ответ, но не можете приписать четкую классическую траекторию к его причине. Скорее, вы должны суммировать все возможные траектории, которые могли бы этому способствовать. В этом случае непоследовательность ликвидируется, так как есть траектории, которые попадают в червоточину, и те, которые не существуют одновременно.
Таким образом, проблема с тем, как мы понимаем парадокс дедушки, коренится в нашем ошибочном предположении о том, что реальность имеет единое, последовательное состояние. Это классическое предположение, которое не имеет смысла в контексте квантовой механики и многомировой интерпретации. Они исключают противоречия.
Значит ли это, что мы можем вернуться в прошлое?
Кадр из фильма «Довод»
Не с той физикой, которую мы знаем. И хотя СТС и возможны в теории относительности Эйнштейна, мы не знаем материю или энергию, которая позволила бы человеку или любому макроскопическому объекту путешествовать в прошлое (или передвигаться быстрее света).
Мы не могли бы держать такую червоточину открытой без какой-либо материи или энергии, которую еще не обнаружили и которая нарушает определенные принципы квантовой физики (в частности, ахрональную версию усредненного нулевого энергетического условия).
Так что в ближайшее время не стоит надеяться на появление машины времени. Но будьте уверены: парадокс дедушки – парадокс лишь в том, как мы воспринимаем реальность в классических, а не квантовых терминах.
Обложка: shutterstock.com
Источник статьи: Paradox free time travel is possible
Комментарии (0)