Путешествия во времени: как ученые решили парадокс убитого дедушки?
Писатели и кинематографисты часто поднимают тему путешествий во времени. Чаще всего речь идет о парадоксе убитого дедушки, который ярко иллюстрирует логические противоречия, возникающие при вмешательстве во временные линии.
Так, в фильме «Довод» Нейл часто напоминает о последствиях, которые могут возникнуть из-за непосредственного контакта с прошлым. А в первой части трилогии «Назад в будущее» Марти Макфлай оказывается на грани того, чтобы предотвратить встречу своих родителей, что ставит под угрозу его существование. Рассказываем, что представляет из себя парадокс убитого дедушки и как ученые его решили.
В чем заключается парадокс убитого дедушки?
Предположим, вы возвращаетесь в прошлое и убиваете своего дедушку до того, как он стал родителем ваших мамы или папы. В этом случае они просто не родятся, а значит, и вы не появитесь на свет. Однако, если вас не существует, то некому вернуться в прошлое и совершить убийство дедушки, что создает логическое противоречие.
Согласно этой модели, время представляет собой жестко предопределенную последовательность событий, где прошлое, настоящее и будущее неизменны. Это означает, что любые попытки изменить прошлое уже учтены в самой истории. Например, если вы вернетесь назад во времени, ваши действия станут частью уже существующей временной линии, и вы не сможете изменить исход событий. Таким образом, парадокс дедушки не возникает, поскольку любые действия путешественника во времени согласуются с уже установленной историей.
Можно ли изменить прошлое без последствий?
С точки зрения классической логики, любое вмешательство в прошлое должно неизбежно приводить к изменениям в будущем, что порождает парадоксы. Однако современные теории квантовой физики предлагают альтернативные подходы к пониманию этой проблемы.
Один из возможных вариантов объяснения основан на интерпретации «многих миров». Согласно этой теории, каждое возможное событие реализуется в отдельной вселенной. Это означает, что если человек путешествует в прошлое и изменяет его, он не корректирует свою исходную временную линию, а создает новую реальность, где последствия его действий будут ощутимы. Однако его изначальная временная линия остается неизменной, а сам путешественник продолжает существовать так, как если бы изменений не происходило. В таком случае прошлое действительно можно изменить без последствий для исходной реальности.
Еще один возможный вариант решения проблемы связан с концепцией «замкнутых времениподобных кривых» (closed timelike curves, CTC). В этой модели предполагается, что время может искривляться таким образом, что создаются петли, позволяющие перемещаться в прошлое без возникновения логических противоречий. В таком случае любые изменения прошлого либо изначально предопределены, либо происходят в рамках системы, где все события уже учтены, а потому не могут повлиять на будущее неожиданным образом.
Как ученые решили парадокс дедушки?
В 1980-х физик Игорь Новиков предложил принцип самосогласованности. Он основывается на концепции геодезических линий, которые описывают кривизну пространства-времени (подобно тому, как в общей теории относительности Эйнштейна описывается кривизна пространства). Новиков предположил, что в случае путешествий во времени могут существовать замкнутые кривые, по которым время течет циклически.
Этот принцип подразумевает, что любые действия, предпринимаемые путешественником во времени, должны быть самосогласованными и не могут нарушать причинно-следственные связи. Например, если вы решите убить своего дедушку, то непременно столкнетесь с физическими и метафизическими преградами, которые помешают вам это сделать. Это может проявляться в том, что в момент попытки убийства ваши действия каким-то образом будут изменены, чтобы избежать парадокса.
В 2014 году группа ученых из Университета Квинсленда провела эксперимент, моделируя ситуацию, аналогичную временным парадоксам. Они рассмотрели сценарий, в котором субатомная частица должна была вернуться назад во времени, чтобы активировать переключатель, обеспечивающий ее собственное существование. Если бы он не сработал, то частица никогда бы не возникла, что привело бы к логическому противоречию. Чтобы проверить эту модель без реальной машины времени, исследователи использовали пару фотонов, создавая условия, эквивалентные путешествию во времени. В результате эксперимент показал, что вероятности событий распределяются таким образом, чтобы избежать логического конфликта, подтверждая модель консистентности Дэвида Дойча о самосогласованных временных линиях.
В 2024 году физик Лоренцо Гавассино предложил альтернативное объяснение, основанное на квантовой механике и термодинамике. Он изучил поведение конечных квантовых систем, движущихся по замкнутым времениподобным кривым, которые позволяют объекту вернуться в исходную точку в пространстве-времени. Оказалось, что в таких системах неизбежно происходит самосогласованность, исключающая возможность логических противоречий. Используя теорему Вигнера и унитарные преобразования, физик доказал, что энергетические уровни замкнутой системы подвергаются дискретизации, принимая строго определенные значения. Это исключает возможность случайных изменений, которые могут нарушить причинно-следственные связи.
Помимо этого, физик исследовал термодинамическое поведение системы и обнаружил, что на определенном участке временной кривой энтропия достигает максимума, а затем неизбежно снижается, пока система не вернется в свое первоначальное состояние. Это согласуется с теоремой Пуанкаре о возврате, согласно которой в конечных гамильтоновых системах любое начальное состояние через достаточно большой временной промежуток должно повториться. На практике это означает, что любые изменения, внесенные в прошлом, автоматически стираются к концу временного цикла. Например, если путешественник во времени попытается убить своего предка, то к моменту возвращения на начальную точку временной кривой последствия этого действия исчезнут, и его собственное существование не будет поставлено под угрозу. Память путешественника также подвергнется «перезагрузке», поскольку воспоминания зависят от физических процессов в мозге, а вся система должна вернуться в исходное состояние.
