Ще до того як Ейнштейн припустив, що час відносно і гнучко, людство вже замислювалося про подорожі в часі. Герої науково-фантастичних творів здійснюють такі переміщення завдяки своїм надздібностями, але частіше використовують пристрій, відоме як «машина часу».

Фізики з США і Канади запропонували свою ідею, якою могла б бути реальна машина для подорожей між минулим і майбутнім з математичної точки зору.

Викривлений простір-час. © Interior Design | Shutterstock

«Люди думають про подорожі в часі як про щось фантастичному, і ми не виняток. Але математично це можливо »

Поділ простору на три виміри згодом в окремому вчений називає неправильним. Чотири виміри, за його словами, повинні бути представлені одночасно, коли різні напрямки пов'язані, як просторово-часової континуум. Виходячи з теорії Ейнштейна, кривизна простору-часу становить орбіти планет. У «рівному» просторі-часі планети і зірки рухалися б по прямих лініях.

Модель машини часу використовує кривизну простору-часу у Всесвіті, щоб зігнути час для пасажирів в коло замість прямої. Свого роду «бульбашка» або «ящик» просторово-часової геометрії несе в собі весь простір і час по замкнутій кругової траєкторії зі швидкістю в рази перевищує швидкість світла для отримання постійного прискорення. Фактично він переміщається «вперед», а потім «назад» у часі.

За деякими параметрами це нагадує міхур Алькубьерреі гіпотетичні замкнуті временіподобние криві (Англ. Closed timelike curve). Ось так ідея виглядає схематично.

Пасажир всередині міхура / машини часу - A. Зовнішній спостерігач - B. Стріла часу, яка при звичайних умовах (принаймні для нашого Всесвіту) завжди вказує вперед, перетворюючи минуле в сьогодення, представлена ​​чорними стрілками.

І людина A, і людина B будуть відчувати час по-різному, пояснюють дослідники:

«Що знаходиться всередині міхура А побачить, що події В періодично розвиваються, а потім реверсують. Спостерігач B побачить дві версії А в одному і тому ж місці, так як одні стрілки будуть обертатися за годинниковою стрілкою, а інші в зворотному напрямку».

Хоча можна описати цей тип подорожі в часі з використанням математичного рівняння, Тіппетт сумнівається, що хто-небудь коли-небудь побудує працездатну машину.

«Поки це неможливо, тому що нам потрібні матеріали, які ми називаємо екзотичної матерією, щоб згинати простір-час таким неймовірним чином. Але вони можуть бути відкриті в майбутньому ».

Машина часу отримала назву TARDIS (Англ. Traversable Acausal Retrograde Domain in Spacetime), Як в британському телесеріалі «Доктор Хто». Дослідження опубліковане в журналі Classical and Quantum Gravity.

Вчені підтвердили реальність подорожей у часі

Професор фізики і математики Колумбійського університету і співзасновник Всесвітнього наукового фестивалю Брайан Грінрозповів, що відомо вченим про подорожі в часі.

Дуже важливо, щоб ви розуміли, що існує два типи подорожей у часі, і вони радикально відрізняються. Подорож в майбутнє безумовно можливо. Ми знаємо, як це зробити, тому що Ейнштейн показав нам спосіб більш ста років тому. Дивно, як мало людей знають про це. Він показав, що якщо ви вийдете в космос і полетите зі швидкістю, близькою, то наші дні йтимуть повільніше. Таким чином, коли ви повернетеся, на Землі вже буде далеке майбутнє.

© andrey_l | Shutterstock

Він також показав, що якщо ви зависне поруч з досить потужним джерелом гравітації - нейтронної зіркоюабо чорною дірою - і наблизитися до краю цього об'єкта на безпечну відстань, час для вас також буде сповільнюватися по відношенню до всього іншого. І потім, коли ви повернетеся на Землю, то знову опинитеся в далекому майбутньому.

У цьому немає ніяких сумнівів. Будь-фізик, який знає, про що йде мова, погодиться з цим. Але інший вид подорожі в часі - подорож в минуле за допомогою машини часу - це вже тема для дискусій, і більшість вчених вважає це неможливим.

Основна концепція машини часу, якої зазвичай приділяють увагу під час обговорення подорожей в минуле, пов'язана з так званими червоточинами, або Кротова норами. Грубо кажучи, це міст з одного місця в інше або тунель, який пропонує вам найкоротший шлях для переходу. Ейнштейн виявив це явище в 1935 році, але згодом зрозумів, що якщо ви маніпулюєте отворами в червоточині - наближаєтеся до чорної діри або переміщується на високій швидкості - тоді час в двох отворах цього тунелю буде йти з різною швидкістю, Так що ви більше не будете просто переходити з одного місця в космосі до іншого. Якщо ви пройдете через цей тунель, ви перейдете з одного моменту часу до іншого моменту часу. Дотримуючись одним шляхом, ви підете в минуле, а іншим - навпаки, в майбутнє.

Але ми не знаємо, наскільки вони реальні і чи зможете ви пройти через них. Таким чином, тут є всілякі невизначеності. Більшість вчених вважає, що у вас не вийде потрапити через червоточину в минуле, але з іншого боку, це все ще не виключено.

Всесвіт може бути голограмою

Ідея про те, що Всесвіт може бути гігантською голограмою - двомірної реальністю, яка тільки здається тривимірної, - вже давно витала в науковому співтоваристві. Не так давно команда австрійських дослідників зробила математичні розрахунки, щоб довести, що такий сценарій не настільки неправдоподібний, як здається. Результати розрахунків були опубліковані в журналі Physical Review Letters.

© Technische Universität Wien

Гіпотеза про те, що наш всесвіт - тривимірна проекція на плоскій поверхні в космічному просторі, - сходить до голографічного принципу. Згідно з концепцією, викладеною в 1990-х рр. фізиками Герардом 'т Хоофті Леонард Сасскінд, Вся інформація, необхідна для повного описуобласті космосу, може бути закодована в двох вимірах.

Щоб довести таке сміливе припущення, потрібно, щоб існувало явище, чия фізика описувалася б і квантової теоріїполя, і в теорії квантової гравітації плоского простору, а відповідні розрахунки були вірними.

В ході недавнього дослідження вчені підрахували натуральні показники ентропії квантової заплутаності - зачеплення між молекулами (процесу зв'язування частинок і їх впливу один на одного) в квантовій системі - і виявили, що значення ентропії заплутаності було одним і тим же і в квантової гравітації плоского простору, і в двовимірної квантової теорії поля.

Це означає, що галографічний принцип можна застосувати до нашого Всесвіту, яка, отже, теоретично може бути гігантською голограмою. Що, звичайно, не означає, що вона нею є - просто тепер виключити такий стан справ стало складніше.

Розроблено систему комп'ютерного моделювання Всесвіту

Група британських і нідерландських астрономів розробила систему комп'ютерного моделювання Всесвіту. Завдяки цьому вчені зможуть вивчити розвиток галактик і зрозуміти, яким чином розширюється Всесвіт.

© Maria Starovoytova | Shutterstock.com

Система під назвою EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments - Еволюція і фомірованіе галактик і оточуючих областей)призначена для створення комп'ютерних моделей галактик, маса, розмір і вік яких схожі з галактиками, які спостерігаються в реальному Всесвіту. Про це повідомляє "РІА Новини". Стаття, що описує результати роботи вчених, буде опублікована в січні 2015 року в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Нагадаємо, що недавно фахівці НАСА оприлюднили знімки злиття галактик NGC 2207 та IC 2163, отримані за допомогою устаткування американської рентгенівської обсерваторії «Чандра». Зливаються галактики розташовані в сузір'ї великого Псана відстані в 130 мільйонів світлових років від Землі. За останні 15 років в них було зафіксовано три вибухи наднових.

Крім того, космічне наукове співтовариство стурбоване відкриттям незвичайної спіральної галактики, Що містить величезні потоки елементарних частинок, Які спрямовуються назовні майже зі швидкістю світла.

Загальна оцінка матеріалу: 4.8

АНАЛОГІЧНІ МАТЕРІАЛИ (за влучним):

Історія посадок на Марс тільки починається Як влаштовано сімейство ракет «Ангара» Невідома рукопис Нікола Тесла

Фізик-теоретик Бен Тіппета з Університету Британської Колумбії разом з астрофізиком Університету Меріленда Девідомом цзан створили, за їхніми словами, працюючу математичну модель «машини часу», що використовує принцип викривлення простору-часу Всесвіту. Дослідження і висновки вчених були опубліковані в журналі Classical and Quantum Gravity.

Вчені на підставі загальної теорії відносності вивели математичну модель, яку вони назвали TARDIS або Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time ( «Прохідні аказуальние ретроградні зони в просторі-часі»). Але не поспішайте радіти можливості відвідати в минулому вашу давно почівшую бабусю, відзначають вчені. Є проблема, яка не дозволяє перевірити вірність їх математичної моделі, але про це пізніше.

«Люди думають про подорожі в часі як про фантастику. Насправді, ми вважаємо це неможливим тільки тому, що ми ще не намагалися це зробити насправді », - говорить фізик-теоретик і математик Бен Тіппета.

«Однак машина часу можлива, принаймні математично», - додає вчений.

В основі моделі вчених лежить ідея про наявність четвертого виміру Всесвіту, яким є час. У свою чергу це дозволяє припустити існування просторово-часового континууму, в якому різні напрямки простору і часу з'єднані тканиною Всесвіту.

Теорія відносності Ейнштейна пов'язує гравітаційні ефекти Всесвіту з викривленням простору-часу, феноменом, що стоять за еліптичними орбітами планет і зірок. При наявності «плоского» або НЕ викривленого простору-часу, планети рухалися б по прямій. Однак теорія відносності говорить, що геометрія простору-часу стає викривленою в присутності дуже масивних об'єктів, змушуючи їх крутитися навколо зірок.

Тіппета і Цанг вважають, що зігнутим у Всесвіті може бути не тільки простір. Під дією об'єктом з великою масою зігнутим може бути і час. Як приклад вони наводять простір близько чорних дір.

«Хід руху часу всередині простору-часу теж може бути зігнутим. Як приклад можна привести чорні діри. Чим сильніше ми до них наближаємося, тим повільніше для нас починає текти час », - каже Тіппета.

«Моя модель машини часу використовує викривлений простір-час, щоб час для пасажирів стало колом, а не прямий. І рух по цьому колу може відправити нас у часі назад ».

Для перевірки гіпотези вчені пропонують створити щось на зразок міхура, який зможе нести всіх, хто в ньому буде перебувати через час і простір по вигнутій траєкторії. Якщо ця бульбашка буде рухатися зі швидкістю вище, ніж швидкість світла (на думку вчених, це теж математично можливо), то це дозволить всім, хто буде знаходитися в міхурі, переміститися назад в часі.

Ідея стає більш зрозумілою, якщо поглянути на схему, запропоновану Тіппета. У ній два дійові особи: Один знаходиться всередині міхура / машини часу (людина А), другий - зовнішній спостерігач, що знаходиться за межами міхура (людина B).

Стріла часу, яке в звичайних умовах (тобто в нашому Всесвіті) завжди рухається вперед, в представленій схемі змушує минуле ставати справжнім (вказана чорними стрілками). За словами вченого, кожен з цих людей буде по-різному відчувати рух часу:

«Усередині міхура об'єкт А побачить, що події B періодично змінюються, а потім реверсують. Що знаходиться зовні міхура спостерігач B побачить, що дві версії A виходять з одного і того ж місця розташування: годинна стрілкаповертається вправо, а інша - вліво ».

Іншими словами, зовнішній спостерігач побачить дві версії об'єктів всередині машини часу: одна версія буде розвиватися вперед в часі, інша - назад.

Звучить все, звичайно, дуже цікаво, проте Тіппета і Цзан кажуть, ми не досягли такого рівня технологій, щоб цю гіпотезу можна було перевірити на практиці. У нас просто немає відповідних для будівництва такої машини часу матеріалів.

«Хоча з математичної точки зору це може спрацювати, побудувати таку машину для переміщення всередині простору-часу ми не можемо, оскільки не володіємо потрібними для цього матеріалами. А матеріали тут будуть потрібні екзотичні. Вони дозволять викривити простір-час. На жаль, наука поки що не винайшла нічого подібного », - каже Тіппета.

Ідея Тіппета і Цзана перегукується з ще однією ідеєю машини часу, так званим міхуром Алькубьерре, в основі якого теж повинні використовуватися екзотичні матеріали для переміщення в просторі і часі. Тільки в цьому випадку мова йде не про круговому русі в поле простору-часу, а про рух шляхом стиснення простору перед собою і розширення його позаду.

Фізики з Квінслендського університету в Австралії поставили перед собою завдання
змоделювати комп'ютерний експеримент, який доведе можливість подорожей у часі на квантовому рівні, передбачену ще в 1991 році.

Їм вдалося змоделювати поведінку окремого фотона, який проходить через Кротова нору в просторі-часі в минуле і входить у взаємодію з самим собою.

Така траєкторія частки називається замкнутої временіподобной кривої - фотон повертається у вихідну просторово-часову точку, тобто його світова лініястає замкненою.

Дослідники розглянули два сценарії. У першому з них частка проходить через кротовину, повертаючись в своє минуле, і взаємодіє сама з собою. У другому ж сценарії фотон, навічно укладений в замкнуту временіподобную криву, взаємодіє з іншого, звичайної часткою.

На думку вчених, їх робота внесе важливий вклад в об'єднання двох великих фізичних теорій, які до сих пір мали між собою мало що спільного: загальну теорію відносності (ЗТВ) Ейнштейна і квантову механіку.

Теорія Ейнштейна описує світ зірок і галактик, в той час як квантова механікадосліджує, в основному, властивості елементарних частинок, атомів і молекул.

- Мартін Рінгбауер, Квінслендський університет

ОТО Ейнштейна допускає можливість подорожі об'єкта назад в часі, який потрапляє при цьому в замкнуту временіподобную криву. Однак така можливість здатна викликати ряд парадоксів: мандрівник у часі може, наприклад, перешкодити зустрітися своїм батькам, а це унеможливить його власне поява на світ.

У 1991 році вперше було висунуто припущення, що подорож у часі в квантовому світі може виключити подібні парадокси, оскільки властивості квантових частинок точно не визначені, відповідно до принципу невизначеності Гейзенберга.

У комп'ютерному експерименті австралійських вчених вперше було вивчено поведінку квантових частинок в подібному сценарії. При цьому були виявлені нові цікаві ефекти, поява яких неможливо в стандартній квантовій механіці.

Наприклад, виявилося, що можливо точно виділити різні стани квантової системи, Що абсолютно виключено, якщо залишатися в рамках квантової теорії.

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

«Люди думають про подорожі в часі як про щось фантастичному. Ми звикли вважати, що це неможливо, так як ми не робимо цього, - розповів Бен Тіппетт(Ben Tippett), фізик-теоретик і математик з Університету Британської Колумбії в Канаді. - Але математично це можливо ».

Тіппета і його колега Девід Цанг створили математичну модель під назвою «Переміщувана акаузальним ретроградна область в просторі-часі» (Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time, TARDIS).

В якості основи для моделі Тіппета і Цанг використовували Загальну теорію відносності Ейнштейна. Теорія пов'язує гравітаційні ефекти у Всесвіті з деформацією простору-часу. Саме цим викривленням пояснюються зміщення орбіт планет, на які діє гравітація масивних космічних об'єктів.

Тіппетт і Цанг стверджують, що не тільки фізичний простір може бути зігнуто або скручене - час також можна викривити при близькості об'єктів з великою масою.

«Напрямок часу на поверхні простору-часу також демонструє спотворення. Відомо, що чим ближче до чорної діри ми знаходимося, тим повільніше плине час,- пояснює Тіппетт. - Моя модель машини часу використовує зігнуте простір-час, щоб замкнути в кільце криву часу ».

Дослідники описали машину часу як «бульбашка», в якому по колу в просторі-часі рухається «коробка» з спостерігачем. Швидкість коробки в рази перевищує швидкість світла, що дозволяє їй повертатися в минуле.

«Цей міхур зможе рухатися по круговій траєкторії спочатку вперед, а потім назад. Зовнішні спостерігачі зможуть бачити, як "мандрівники" розвиваються в зворотному напрямку: збирають шкаралупу яйця і відокремлюють вершки від кави ».


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

Дослідники описали, що будуть бачити спостерігачі всередині «бульбашки» і поза ним. Спостерігач всередині міхура спочатку зможе спостерігати розвиток подій в «звичайному» напрямку, а після - в зворотному. Спостерігач поза міхура буде бачити два варіанти розвитку подій всередині «машини» - і «пряме», і «зворотне».

«Хоча математично це можливо, поки побудувати машину простору-часу неможливо», - пишуть автори роботи. Для цього, на їхню думку, знадобиться «екзотична матерія», яка дозволить необхідним чином викривити простір-час. Її людині ще належить виявити.

Фізик-теоретик Бен Тіппета з Університету Британської Колумбії разом з астрофізиком Університету Меріленда Девідомом цзан створили, за їхніми словами, працюючу математичну модель «машини часу», що використовує принцип викривлення простору-часу Всесвіту. Дослідження і висновки вчених були опубліковані в журналі Classical and Quantum Gravity.

Вчені на підставі загальної теорії відносності вивели математичну модель, яку вони назвали TARDIS або Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time ( «Прохідні аказуальние ретроградні зони в просторі-часі»). Але не поспішайте радіти можливості відвідати в минулому вашу давно почівшую бабусю, відзначають вчені. Є проблема, яка не дозволяє перевірити вірність їх математичної моделі, але про це пізніше.

«Люди думають про подорожі в часі як про фантастику. Насправді, ми вважаємо це неможливим тільки тому, що ми ще не намагалися це зробити насправді », - говорить фізик-теоретик і математик Бен Тіппета.

«Однак машина часу можлива, принаймні математично», - додає вчений.

В основі моделі вчених лежить ідея про наявність четвертого виміру Всесвіту, яким є час. У свою чергу це дозволяє припустити існування просторово-часового континууму, в якому різні напрямки простору і часу з'єднані тканиною Всесвіту.

Теорія відносності Ейнштейна пов'язує гравітаційні ефекти Всесвіту з викривленням простору-часу, феноменом, що стоять за еліптичними орбітами планет і зірок. При наявності «плоского» або НЕ викривленого простору-часу, планети рухалися б по прямій. Однак теорія відносності говорить, що геометрія простору-часу стає викривленою в присутності дуже масивних об'єктів, змушуючи їх крутитися навколо зірок.

Тіппета і Цанг вважають, що зігнутим у Всесвіті може бути не тільки простір. Під дією об'єктом з великою масою зігнутим може бути і час. Як приклад вони наводять простір близько чорних дір.

«Хід руху часу всередині простору-часу теж може бути зігнутим. Як приклад можна привести чорні діри. Чим сильніше ми до них наближаємося, тим повільніше для нас починає текти час », - каже Тіппета.

«Моя модель машини часу використовує викривлений простір-час, щоб час для пасажирів стало колом, а не прямий. І рух по цьому колу може відправити нас у часі назад ».

Для перевірки гіпотези вчені пропонують створити щось на зразок міхура, який зможе нести всіх, хто в ньому буде перебувати через час і простір по вигнутій траєкторії. Якщо ця бульбашка буде рухатися зі швидкістю вище, ніж швидкість світла (на думку вчених, це теж математично можливо), то це дозволить всім, хто буде знаходитися в міхурі, переміститися назад в часі.

Ідея стає більш зрозумілою, якщо поглянути на схему, запропоновану Тіппета. У ній дві дійові особи: один знаходиться всередині міхура / машини часу (людина А), другий - зовнішній спостерігач, що знаходиться за межами міхура (людина B).

Стріла часу, яке в звичайних умовах (тобто в нашому Всесвіті) завжди рухається вперед, в представленій схемі змушує минуле ставати справжнім (вказана чорними стрілками). За словами вченого, кожен з цих людей буде по-різному відчувати рух часу:

«Усередині міхура об'єкт А побачить, що події B періодично змінюються, а потім реверсують. Що знаходиться зовні міхура спостерігач B побачить, що дві версії A виходять з одного і того ж місця розташування: годинна стрілка повертається вправо, а інша - вліво ».

Іншими словами, зовнішній спостерігач побачить дві версії об'єктів всередині машини часу: одна версія буде розвиватися вперед в часі, інша - назад.

Звучить все, звичайно, дуже цікаво, проте Тіппета і Цзан кажуть, ми не досягли такого рівня технологій, щоб цю гіпотезу можна було перевірити на практиці. У нас просто немає відповідних для будівництва такої машини часу матеріалів.

«Хоча з математичної точки зору це може спрацювати, побудувати таку машину для переміщення всередині простору-часу ми не можемо, оскільки не володіємо потрібними для цього матеріалами. А матеріали тут будуть потрібні екзотичні. Вони дозволять викривити простір-час. На жаль, наука поки що не винайшла нічого подібного », - каже Тіппета.

Ідея Тіппета і Цзана перегукується з ще однією ідеєю машини часу, так званим міхуром Алькубьерре, в основі якого теж повинні використовуватися екзотичні матеріали для переміщення в просторі і часі. Тільки в цьому випадку мова йде не про круговому русі в поле простору-часу, а про рух шляхом стиснення простору перед собою і розширення його позаду.