Математически доказана возможность путешествий во времени

Возможность путешествий во времени завораживала человечество на протяжении столетий, подпитывая как литературное воображение, так и научные дебаты. В новой статье, опубликованной в Classical and Quantum Gravity, физик Лоренцо Гавассино исследует термодинамические и квантовые основы, которые поддерживали бы жизнь и физические процессы во вселенной с замкнутыми времениподобными кривыми (closed timelike curve, CTC). С помощью строгого анализа автор представляет удивительный сценарий, который объединяет квантовую механику и теорию относительности, чтобы продемонстрировать, что путешествие во времени будет кардинально отличаться от того, что изображает художественная литература.

Проще говоря, CTC — это путь в пространстве-времени, который позволяет объекту вернуться в исходную точку на его собственной временной шкале. Во вселенной, описываемой общей теорией относительности Эйнштейна, эти кривые могут возникать в определенных моделях, таких как вселенные типа Гёделя (по имени австрийского ученого Курта Гёделя). В них геометрия пространства-времени обладает необычными свойствами, которые допускают существование круговых путей, где время течет как замкнутое измерение.

Лоренцо Гавассино использует эту структуру для анализа того, что происходит, когда физическая система, например космический корабль, путешествует в CTC. По словам автора, термодинамические и квантовые последствия такого путешествия порождают захватывающие явления, такие как спонтанная инверсия энтропийной стрелы времени и невозможность классических парадоксов, таких как встреча с более молодыми версиями себя.

Ключевым столпом работы Лоренцо Гавассино является принцип самосогласованности. Этот принцип гласит, что во вселенной с CTC все события должны происходить таким образом, чтобы не создавать противоречий. Это устраняет известные парадоксы, такие как «парадокс дедушки» — когда путешественник во времени может предотвратить собственное рождение, изменив прошлое. По мнению Гавассино, законы квантовой механики автоматически гарантируют эту самосогласованность.

В статье математически показано, что любая квантовая система, движущаяся в CTC, должна вернуться в исходное состояние после завершения цикла. Этот результат, выведенный из фундаментальных теорем, таких как теорема Вигнера, устанавливает, что уровни энергии системы в CTC дискретизируются спонтанно. Это означает, что возможные энергии системы квантуются, разделяясь точными интервалами, которые зависят от продолжительности временной кривой.

Термодинамика, и в частности энтропия, играет центральную роль в анализе Лоренцо Гавассино. Энтропия, мера беспорядка в системе, имеет тенденцию увеличиваться со временем, отмечая разницу между прошлым и будущим. Однако в CTC энтропия должна вернуться в исходное состояние, когда цикл завершен, что подразумевает спонтанное изменение направления стрелы времени.

Автор иллюстрирует это явление простой моделью: нестабильная частица, которая распадается на более легкие частицы, проходя через CTC. Хотя это статистически невероятно, квантовые законы диктуют, что после завершения цикла легкие частицы должны спонтанно рекомбинировать, чтобы снова сформировать исходную частицу, тем самым обращая энтропийный процесс.

Одним из самых интригующих аспектов работы является идея о том, что биологические и психологические процессы, такие как формирование воспоминаний, также подвержены влиянию свойств CTC. Гавассино утверждает, что любое воспоминание или запись, созданные во время путешествия, должны быть стерты до того, как система вернется в исходное состояние. Этот процесс гарантирует отсутствие противоречий во временной шкале, но он также поднимает глубокие вопросы о природе причинности и личной идентичности во вселенной с путешествиями во времени.

Кроме того, автор вводит концепцию «события минимальной энтропии», точки в CTC, где энтропия самая низкая и где порядок в системе, по-видимому, возникает спонтанно без всякой видимой причины. По словам Лоренцо Гавассино, это событие бросает вызов нашим макроскопическим представлениям о причинности, поскольку сложные структуры, такие как мозг или книги, могут появляться «из ниоткуда» в этих точках из-за статистических флуктуаций.

Распространенный вопрос в научной фантастике — возможно ли встретить более молодую версию себя во время путешествия во времени. По словам ученого, квантовые и термодинамические законы делают этот сценарий крайне маловероятным. Любая «будущая версия» путешественника во времени, появляющаяся в CTC, в лучшем случае будет иллюзорной копией или «клоном», созданным статистическими флуктуациями, а не прямым причинно-следственным продолжением самого путешественника.

Хотя новая статья напрямую не отстаивает существование CTC, она предлагает захватывающий взгляд на то, как они могли бы функционировать в гипотетической вселенной. Помимо математических сложностей, его работа подчеркивает способность современной физики решать вопросы, которые когда-то, казалось, относились только к философии или фантастике.

Основная мысль автора ясна: если бы путешествия во времени были возможны, они бы не были похожи на популярные представления, которые имеют место в литературе или кино. Вместо этого они бы подчинялись строгим правилам квантовой механики и термодинамики, с последствиями столь же странными, сколь и удивительными.

В конечном счете, время — это не просто линейное измерение, которым мы можем манипулировать по своему желанию, но сущность, глубоко переплетенная с фундаментальными законами Вселенной.