Ученые-физики доказали возможность создания машины времени. Ученые создали математическую модель машины времени Вселенная может быть голограммой

Еще до того как Эйнштейн предположил, что время относительно и гибко, человечество уже задумывалось о путешествиях во времени. Герои научно-фантастических произведений совершают такие перемещения благодаря своим сверхспособностям, но чаще используют устройство, известное как «машина времени».

Физики из США и Канады предложили свою идею, какой могла бы быть реальная машина для путешествий между прошлым и будущим с математической точки зрения.

Искривленное пространство-время. © Interior Design | Shutterstock

«Люди думают о путешествиях во времени как о чем-то фантастическом, и мы не исключение. Но математически это возможно»

Разделение пространства на три измерения со временем в отдельном ученый называет неверным. Четыре измерения, по его словам, должны быть представлены одновременно, когда разные направления связаны, как пространственно-временной континуум. Исходя из теории Эйнштейна, кривизна пространства-времени составляет орбиты планет. В «ровном» пространстве-времени планеты и звезды двигались бы по прямым линиям.

Модель машины времени использует кривизну пространства-времени во Вселенной, чтобы согнуть время для пассажиров в круг вместо прямой. Своего рода «пузырь» или «ящик» пространственно-временной геометрии несет в себе все пространство и время по замкнутой круговой траектории со скоростью в разы превышающей скорость света для получения постоянного ускорения. Фактически он перемещается «вперед», а затем «назад» во времени.

По некоторым параметрам это напоминает пузырь Алькубьерре и гипотетические замкнутые времениподобные кривые (англ. closed timelike curve) . Вот так идея выглядит схематически.

Пассажир внутри пузыря/машины времени - A. Внешний наблюдатель - B. Стрела времени, которая при обычных условиях (по крайней мере для нашей Вселенной) всегда указывает вперед, превращая прошлое в настоящее, представлена черными стрелками.

И человек A, и человек B будут испытывать время по-разному, объясняют исследователи:

«Находящийся внутри пузыря А увидит, что события В периодически развиваются, а затем реверсируются. Наблюдатель B увидит две версии А в одном и том же месте, так как одни стрелки будут вращаться по часовой стрелке, а другие в обратном направлении».

Хотя можно описать этот тип путешествия во времени с использованием математического уравнения, Типпетт сомневается, что кто-нибудь когда-нибудь построит работоспособную машину.

«Пока это невозможно, потому что нам нужны материалы, которые мы называем экзотической материей, чтобы сгибать пространство-время таким невероятным образом. Но они могут быть открыты в будущем».

Машина времени получила название TARDIS (англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime) , как в британском телесериале «Доктор Кто». Исследование опубликовано в журнале Classical and Quantum Gravity .

Ученые подтвердили реальность путешествий во времени

Профессор физики и математики Колумбийского университета и соучредитель Всемирного научного фестиваля Брайан Грин рассказал, что известно ученым о путешествиях во времени.

Очень важно, чтобы вы понимали, что существует два типа путешествий во времени, и они радикально отличаются. Путешествие в будущее определенно возможно. Мы знаем, как это сделать, потому что Эйнштейн показал нам способ более ста лет назад. Удивительно, как мало человек знают об этом. Он показал, что если вы выйдете в космос и полетите с околосветовой скоростью, то ваши часы будут идти медленнее. Таким образом, когда вы вернетесь, на Земле уже будет далекое будущее.

© andrey_l | Shutterstock

Он также показал, что если вы зависнете рядом с достаточно мощным источником гравитации - нейтронной звездой или черной дырой - и приблизитесь к краю этого объекта на безопасное расстояние, время для вас также будет замедляться по отношению ко всему остальному. И затем, когда вы вернетесь на Землю, то снова окажетесь в далеком будущем.

В этом нет никаких сомнений. Любой физик, который знает, о чем идет речь, согласится с этим. Но другой вид путешествия во времени - путешествие в прошлое посредством машины времени - это уже тема для дискуссий, и большинство ученых считает это невозможным.

Основная концепция машины времени, которой обычно уделяют внимание при обсуждении путешествий в прошлое, связана с так называемыми червоточинами, или кротовыми норами. Грубо говоря, это мост из одного места в другое или туннель, который предлагает вам кратчайший путь для перехода. Эйнштейн обнаружил это явление в 1935 году, но впоследствии понял, что если вы манипулируете отверстиями в червоточине - приближаетесь к черной дыре или перемещаетесь на высокой скорости - тогда время в двух отверстиях этого туннеля будет идти с разной скоростью, так что вы больше не будете просто переходить из одного места в космосе к другому. Если вы пройдете через этот туннель, вы перейдете из одного момента времени к другому моменту времени. Следуя одним путем, вы отправитесь в прошлое, а другим - наоборот, в будущее.

Но мы не знаем, насколько они реальны и сможете ли вы пройти через них. Таким образом, здесь есть всевозможные неопределенности. Большинство ученых считает, что у вас не получится попасть через червоточину в прошлое, но с другой стороны, это все еще не исключено.

Вселенная может быть голограммой

Идея о том, что Вселенная может быть гигантской голограммой - двухмерной реальностью, которая только кажется трехмерной, - уже давно витала в научном сообществе. Не так давно команда австрийских исследователей сделала математические расчеты, чтобы доказать, что такой сценарий не настолько неправдоподобен, как кажется. Результаты расчетов были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

© Technische Universität Wien

Гипотеза о том, что наша вселенная - трехмерная проекция на плоской поверхности в космическом пространстве, - восходит к голографическому принципу. Согласно концепции, изложенной в 1990-х гг. физиками Герардом ’т Хоофтом и Леонардом Сасскиндом , вся информация, необходимая для полного описания области космоса, может быть закодирована в двух измерениях.

Чтобы доказать такое смелое предположение, требуется, чтобы существовало явление, чья физика описывалась бы и квантовой теории поля, и в теории квантовой гравитации плоского пространства, а соответствующие расчеты были верны.

В ходе недавнего исследования ученые подсчитали натуральные показатели энтропии квантовой запутанности - зацепления между молекулами (процесса связывания частиц и их воздействия друг на друга) в квантовой системе - и обнаружили, что значение энтропии запутанности было одним и тем же и в квантовой гравитации плоского пространства, и в двумерной квантовой теории поля.

Это значит, что голографический принцип применим к нашей Вселенной, которая, следовательно, теоретически может быть гигантской голограммой. Что, конечно, не значит, что она ею является - просто теперь исключить такое положение дел стало сложнее.

Разработана система компьютерного моделирования Вселенной

Группа британских и нидерландских астрономов разработала систему компьютерного моделирования Вселенной. Благодаря этому ученые смогут изучить развитие галактик и понять, каким образом расширяется Вселенная.

© Maria Starovoytova | Shutterstock.com

Система под названием EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments - Эволюция и фомирование галактик и окружающих областей) предназначена для создания компьютерных моделей галактик, масса, размер и возраст которых сходны с галактиками, наблюдаемыми в реальной Вселенной. Об этом сообщает «РИА Новости» . Статья, описывающая результаты работы ученых, будет опубликована в январе 2015 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Напомним, что недавно специалисты НАСА обнародовали снимки слияния галактик NGC 2207 и IC 2163, полученные при помощи оборудования американской рентгеновской обсерватории «Чандра». Сливающиеся галактики расположены в созвездии Большого Пса на расстоянии в 130 миллионов световых лет от Земли. За последние 15 лет в них были зафиксированы три взрыва сверхновых.

Кроме того, космическое научное сообщество встревожено открытием необычной спиральной галактики, содержащей огромные потоки элементарных частиц, которые устремляются наружу почти со скоростью света.

Общая оценка материала: 4.8

АНАЛОГИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ПО МЕТКАМ):

История посадок на Марс только начинается Как устроено семейство ракет «Ангара» Неизвестная рукопись Никола Тесла

Физик-теоретик Бен Типпет из Университета Британской Колумбии вместе с астрофизиком Университета Мэриленда Дэвидомом Цзаном создали, по их словам, работающую математическую модель «машины времени», использующую принцип искривления пространства-времени Вселенной. Исследование и выводы ученых были опубликованы в журнале Classical and Quantum Gravity.

Ученые на основании общей теории относительности вывели математическую модель, которую они назвали TARDIS или Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time («Проходимые аказуальные ретроградные зоны в пространстве-времени»). Но не спешите радоваться возможности посетить в прошлом вашу давно почившую бабушку, отмечают ученые. Есть проблема, которая не позволяет проверить верность их математической модели, но об этом позже.

«Люди думают о путешествиях во времени как о фантастике. На самом деле, мы считаем это невозможным только потому, что мы еще не пытались это сделать на самом деле», - говорит физик-теоретик и математик Бен Типпет.

«Однако машина времени возможна, по крайней мере математически», - добавляет ученый.

В основе модели ученых лежит идея о наличии четвертого измерения Вселенной, которым является время. В свою очередь это позволяет предположить существование пространственно-временного континуума, в котором различные направления пространства и времени соединены тканью Вселенной.

Теория относительности Эйнштейна связывает гравитационные эффекты Вселенной с искривлением пространства-времени, феноменом, стоящим за эллиптическими орбитами планет и звезд. При наличии «плоского» или не искривленного пространства-времени, планеты двигались бы по прямой. Однако теория относительности говорит, что геометрия пространства-времени становится искривленной в присутствии очень массивных объектов, заставляя их крутиться вокруг звезд.

Типпет и Цанг считают, что изогнутым во Вселенной может быть не только пространство. Под действием объектом с большой массой изогнутым может быть и время. В качестве примера они приводят пространство около черных дыр.

«Ход движения времени внутри пространства-времени тоже может быть изогнутым. В качестве примера можно привести черные дыры. Чем сильнее мы к ним приближаемся, тем медленнее для нас начинает течь время», - говорит Типпет.

«Моя модель машины времени использует искривленное пространство-время, чтобы время для пассажиров стало кругом, а не прямой. И движение по этому кругу может отправить нас во времени назад».

Для проверки гипотезы ученые предлагают создать нечто вроде пузыря, который сможет нести всех, кто в нем будет находиться через время и пространство по изогнутой траектории. Если этот пузырь будет двигаться со скоростью выше, чем скорость света (по мнению ученых, это тоже математически возможно), то это позволит всем, кто будет находиться в пузыре, переместиться назад во времени.

Идея становится более понятной, если взглянуть на схему, предложенную Типпетом. В ней два действующих лица: один находится внутри пузыря/машины времени (человек А), другой - внешний наблюдатель, находящийся за пределами пузыря (человек B).

Стрела времени, которое в обычных условиях (то есть в нашей Вселенной) всегда движется вперед, в представленной схеме заставляет прошлое становиться настоящим (указана черными стрелками). По словам ученого, каждый из этих людей будет по-разному ощущать движение времени:

«Внутри пузыря объект А увидит, что события B периодически меняются, а затем реверсируются. Находящийся снаружи пузыря наблюдатель B увидит, что две версии A выходят из одного и того же местоположения: часовая стрелка поворачивается вправо, а другая - влево».

Другими словами, внешний наблюдатель увидит две версии объектов внутри машины времени: одна версия будет развиваться вперед во времени, другая - назад.

Звучит все, конечно, очень интересно, однако Типпет и Цзан говорят, мы не достигли такого уровня технологий, чтобы эту гипотезу можно было проверить на практике. У нас просто нет подходящих для строительства такой машины времени материалов.

«Хотя с математической точки зрения это может сработать, построить такую машину для перемещения внутри пространства-времени мы не можем, поскольку не обладаем нужными для этого материалами. А материалы здесь потребуются экзотические. Они позволят искривить пространство-время. К сожалению, наука пока еще не изобрела ничего подобного», - говорит Типпет.

Идея Типпета и Цзана перекликается с еще одной идеей машины времени, так называемым пузырем Алькубьерре, в основе которого тоже должны использоваться экзотические материалы для перемещения в пространстве и времени. Только в этом случае речь идет не о круговом движении в поле пространства-времени, а о движении путем сжатия пространства перед собой и расширения его позади.

Ранее:

Физики из Квинслендского университета в Австралии поставили перед собой задачу
смоделировать компьютерный эксперимент, который докажет возможность путешествий во времени на квантовом уровне, предсказанную еще в 1991 году.

Им удалось смоделировать поведение отдельного фотона, который проходит через кротовую нору в пространстве-времени в прошлое и входит во взаимодействие с самим собой.

Такая траектория частицы называется замкнутой времениподобной кривой – фотон возвращается в исходную пространственно-временную точку, т.е. его мировая линия становится замкнутой.

Исследователи рассмотрели два сценария. В первом из них частица проходит через кротовину, возвращаясь в свое прошлое, и взаимодействует сама с собой. Во втором же сценарии фотон, навечно заключенный в замкнутую времениподобную кривую, взаимодействует с другой, обычной частицей.

По мнению ученых, их работа внесет важный вклад в объединение двух великих физических теорий, которые до сих пор имели между собой мало что общего: общую теорию относительности (ОТО) Эйнштейна и квантовую механику.

Теория Эйнштейна описывает мир звезд и галактик, в то время как квантовая механика исследует, в основном, свойства элементарных частиц, атомов и молекул.

– Мартин Рингбауэр, Квинслендский университет

ОТО Эйнштейна допускает возможность путешествия объекта назад во времени, который попадает при этом в замкнутую времениподобную кривую. Однако такая возможность способна вызвать ряд парадоксов: путешественник во времени может, например, помешать встретиться своим родителям, а это сделает невозможным его собственное появление на свет.

В 1991 году впервые было выдвинуто предположение, что путешествие во времени в квантовом мире может исключить подобные парадоксы, поскольку свойства квантовых частиц точно не определены, согласно принципу неопределенности Гейзенберга.

В компьютерном эксперименте австралийских ученых впервые было изучено поведение квантовых частиц в подобном сценарии. При этом были выявлены новые интересные эффекты, появление которых невозможно в стандартной квантовой механике.

Например, оказалось, что возможно точно выделить различные состояния квантовой системы, что совершенно исключено, если оставаться в рамках квантовой теории.

Источники:
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/aa6549/meta;jsessionid=F0836BB9CB9CAE5578D9E6B7E07F4CF5.c1.iopscience.cld.iop.org

Это копия статьи, находящейся по адресу Перемещения во времени возможны теоретически, но человечество пока не располагает необходимыми материалами для постройки «машины времени». Научная работа об этом опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity, кратко о теории рассказывает сайт Phys.org .

«Люди думают о путешествиях во времени как о чем-то фантастическом. Мы привыкли считать, что это невозможно, так как мы не делаем этого , — рассказал Бен Типпетт (Ben Tippett), физик-теоретик и математик из Университета Британской Колумбии в Канаде. — Но математически это возможно».

Типпет и его коллега Дэвид Цанг создали математическую модель под названием «Перемещаемая акаузальная ретроградная область в пространстве-времени» (Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time, TARDIS).

В качестве основы для модели Типпет и Цанг использовали Общую теорию относительности Эйнштейна. Теория связывает гравитационные эффекты во Вселенной с деформацией пространства-времени. Именно этим искривлением объясняются смещения орбит планет , на которые действует гравитация массивных космических объектов.

Типпетт и Цанг утверждают, что не только физическое пространство может быть изогнуто или скручено — время также можно искривить при близости объектов с большой массой.

«Направление времени на поверхности пространства-времени также демонстрирует искажение. Известно, что чем ближе к черной дыре мы находимся, тем медленнее течет время, — объясняет Типпетт. — Моя модель машины времени использует изогнутое пространство-время, чтобы замкнуть в кольцо кривую времени».

Исследователи описали машину времени как «пузырь», в котором по кругу в пространстве-времени движется «коробка» с наблюдателем. Скорость коробки в разы превышает скорость света, что позволяет ей возвращаться в прошлое.

«Этот пузырь сможет двигаться по круговой траектории сначала вперед, а потом назад. Внешние наблюдатели смогут видеть, как „путешественники“ развиваются в обратном направлении: собирают скорлупу яйца и отделяют сливки от кофе».

Изображение: B. K. Tippett et. al. / sciencealert.com

Исследователи описали, что будут видеть наблюдатели внутри «пузыря» и вне его. Наблюдатель внутри пузыря сначала сможет наблюдать развитие событий в «обычном» направлении, а после — в обратном. Наблюдатель вне пузыря будет видеть два варианта развития событий внутри «машины» — и «прямое», и «обратное».