Простые математические вычисления исключают возможность путешествий во времени 

Фото из открытых источников

Путешествие во времени — это мечта, которую разделяет практически каждый из нас. Существует множество гипотетических идей о путешествиях во времени, включая проходимые червоточины, поддерживаемые открытыми неоткрытыми экзотическими состояниями материи, и ракету, которая пролетает миллиарды световых лет вокруг вращающейся Вселенной, чтобы в итоге вернуться в ее прошлое.

Однако новое исследование представляет собой удивительно простое численное обоснование для исключения замкнутых временных петель в широком классе возможных вселенных, основанное на одном-единственном математическом доказательстве.

В еще не прошедшей рецензирование работе, опубликованной в репозитории препринтов arXiv, физик Хуншэн Чжан из Цзинаньского университета в Китае переосмыслил давно известное уравнение, чтобы предложить новый численный запрет на путешествия во времени.

В исследовании использовалось «нулевое эйкональное уравнение» — старый инструмент для изучения распространения света, — что привело к удивительным результатам.

«Во-первых, теорема требует очень мало усилий. Доказательство занимает всего три строки и использует лишь один факт о направлениях: направление, подобное направлению света, никогда не может быть перпендикулярно направлению движения путешественника во времени», — сказал Чжан. «Из этого уже следует, что определенная функция должна развиваться на протяжении любого возможного пути, поэтому ни один путь не может вернуться к своему исходному состоянию».

Таким образом, луч света никогда не может быть перпендикулярен (направлен) под углом 90 градусов к траектории любого объекта, движущегося во времени – например, частицы или путешественника во времени с блокнотом, полным выигрышных номеров лотереи, – а это значит, что определенная величина всегда увеличивается на протяжении их пути, поэтому они никогда не смогут вернуться назад.

Иными словами, в таких вселенных возможно только движение вперед. Как будто едешь по бесконечной улице с односторонним движением, без подъездных дорог, разворотов или даже широкой обочины, где можно было бы остановиться и совершить хитрый (незаконный) разворот.

И, по сути, это и есть основа путешествий во времени, которые имеют совершенно разные определения в зависимости от того, говорим ли мы о науке или научной фантастике:

«Люди ожидают, что для результата исследования путешествий во времени потребуется сложная техника, энергетические условия, квантовые эффекты, возможно, сингулярность. Но ничего из этого не нужно. Весь контент — это просто ведение учета направлений», — добавляет Чжан.

Используемая в данной работе модель уравнений предлагает четвертое семейство критериев для предотвращения замкнутых временных петель, дополняющее следующие три семейства: 

Во-первых, критерий временной функции гласит, что временные петли исключаются, если можно определить универсальные часы, которые всегда тикают вперед по каждому возможному пути.

Во-вторых, критерии энергетического состояния требуют, чтобы энергия и гравитация действовали неотрицательным образом, что исключает путешествия во времени, поскольку для этого потребовалась бы отрицательная энергия или «экзотическая материя».

В-третьих, топологические критерии касаются формы и связности пространства-времени, связывая временные петли со структурой границы, где начинается область путешествия во времени.

К счастью, эта работа добавляет еще один инструмент в арсенал теоретиков, занимающихся изучением путешествий во времени, позволяя относительно простым алгебраическим способом исключить численные сценарии путешествий во времени без сложных математических вычислений, учитывающих Вселенную в целом и ее хаос.

Ещё одно неожиданное открытие заключается в том, что для создания замкнутой временной петли необходимо найти способ превратить часть Вселенной в чуррос.

«Поэтому удивительно, что вопрос о причинно-следственной структуре всей Вселенной сводится к одному скалярному уравнению, и виновником является не манипуляция, а искажение фактов», - говорит автор исследования.

Действительно, это один из двух путей выхода, позволяющих существовать временным петлям, поскольку «достаточное условие полезно только в том случае, если мы знаем, как оно может нарушиться». 

Как и предполагалось, оба способа побега в основном основаны на сворачивании пространства-времени само на себя для создания петли. Это может происходить локально, например, вокруг массивной вращающейся черной дыры, которая превращает пространство-время в крендель, или если топологическая структура Вселенной каким-то образом сворачивается сама на себя.

В целом, эта работа разделяет Вселенную на основе света, а не моментов пространства-времени, что обходит стороной наше понимание времени.

«Можно с уверенностью сказать, что мы рассекаем пространство-время светом, а не пространством. Но эти рассечения — не пути света; это поверхности, которые сам свет может занимать. Почему это помогает? Для обычного среза пространства необходимо выбрать момент времени, моменту времени нужны часы, а часам нужен наблюдатель. Для среза света ничего из этого не требуется. Он определяется исключительно геометрией», — объясняет Чжан.

Наконец, это предлагает мысленно-математический эксперимент, оказавший значительное влияние на всю историю науки, позволяющий нам исследовать сложные принципы, определяющие наше существование и возможности.

Но, как всегда, последнее слово остается за Вселенной, заключает Чжан: «Это не говорит нам о том, допускает ли природа что-либо из этого. Этот вопрос остается открытым, и именно на него я больше всего хотел бы получить ответ».

Но мы на шаг ближе: «Если вы хотите машину времени, теперь вы точно знаете, что нужно сломать».