В современной науке путешествия во времени перестали быть исключительно прерогативой научной фантастики. На очередном выпуске шоу StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и физик-теоретик Брайан Грин обсудили, как специальная и общая теории относительности Эйнштейна превратили фантазии Чарльза Диккенса и Герберта Уэллса в математически обоснованные сценарии.
🕰️ От Диккенса до Эйнштейна: как изменилось восприятие времени 4:31
До появления работ Альберта Эйнштейна в начале XX века господствовало ньютоновское представление о времени как о чем-то универсальном и одинаковом для всех наблюдателей . Брайан Грин отмечает, что человечество всегда обладало воображением, позволяющим мысленно переноситься в прошлое или будущее, однако именно Эйнштейн показал: время — это индивидуальный опыт .
Согласно специальной теории относительности (1905 год) и общей теории относительности (1916 год), время течет с разной скоростью в зависимости от двух ключевых факторов:
- Скорость движения: чем быстрее объект перемещается в пространстве, тем медленнее для него течет время относительно неподвижного наблюдателя .
- Гравитация: чем сильнее гравитационное воздействие (например, вблизи массивной планеты или черной дыры), тем сильнее замедляется ход времени .
🛰️ Гравитация против скорости: парадокс GPS-спутников 7:44
Одним из самых наглядных доказательств правоты Эйнштейна являются спутники глобального позиционирования (GPS). Нил Деграсс Тайсон и Брайан Грин подчеркивают, что работа этих устройств требует постоянной корректировки времени, так как в космосе действуют сразу два конкурирующих эффекта :
- Эффект скорости: Спутники движутся со скоростью несколько миль в секунду относительно поверхности Земли. Из-за этого их часы должны отставать от земных.
- Эффект гравитации: На высоте геостационарной орбиты земное притяжение слабее, чем на поверхности. Это заставляет часы на спутниках идти быстрее.
Брайан Грин уточняет, что в случае с земными спутниками гравитационный эффект «побеждает»: время на орбите течет быстрее . Без учета этих поправок навигационные системы в смартфонах выдавали бы ошибки в километры уже через несколько часов работы . В качестве исторического примера Грин приводит эксперимент Хафеле — Китинга 1971 года (в транскрипте упоминается как эксперимент на самолете Pan Am), когда атомные часы на борту самолета и на земле зафиксировали разницу, точно соответствующую предсказаниям физиков .
🚫 Парадоксы прошлого: можно ли убить собственного дедушку? 11:41
Если путешествие в будущее физически возможно (достаточно двигаться очень быстро или посидеть у черной дыры), то возвращение в прошлое создает логические тупики. Брайан Грин выделяет два основных подхода физиков к решению «парадокса дедушки» (или сценария, в котором путешественник пытается предотвратить собственное рождение) :
- Гипотеза самосогласованности (Immutable Timeline): По мнению Грина, если вы отправитесь в прошлое, вы обнаружите, что всегда были его частью. Ваши действия в прошлом — это именно те события, которые в итоге привели к вашему рождению и решению отправиться в путешествие . В этой модели время неизменно, а свобода воли в традиционном понимании отсутствует .
- Гипотеза Мультивселенной: Путешественник попадает не в свое прошлое, а в прошлое параллельной вселенной . Там он может совершать любые действия — это не вызовет парадокса в его «родном» мире, так как это разные ветки реальности .
Нила Деграсса Тайсона заинтересовала концепция неизменности событий. Он привел пример с отправкой сообщения самому себе в прошлое (с помощью гипотетических тахионов), чтобы не поскользнуться на банановой кожуре. Грин парировал: в самосогласованной модели само получение сообщения отвлечет вас так, что вы именно из-за него и поскользнетесь .
🎬 Голливуд на службе науки: от «Интерстеллара» до «Радиоволны» 25:32
Собеседники обсудили, какие фильмы наиболее достоверно передают физику времени. Брайан Грин выделил картину Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014) . Благодаря участию физика Кипа Торна (лауреата Нобелевской премии), в фильме точно показано замедление времени вблизи черной дыры: пока герой Мэттью Макконахи проводит на планете Миллер около часа, для его коллеги на орбитальном корабле проходят десятилетия .
Также Грин упомянул свою эпизодическую роль в фильме «Радиоволна» (Frequency, 2000), где консультировал создателей по вопросам связи через время . Однако Грин с иронией отметил, что грим «состаренного физика» для съемок был для него пугающим опытом, похожим на погребение заживо .
🌌 Черные дыры и «теория IKEA» 39:54
Обсуждая перемещение материи и информации во времени, участники затронули вопрос испарения черных дыр. Долгое время Стивен Хокинг считал, что информация, попавшая в черную дыру, исчезает навсегда. Однако, как отмечает Грин, струнные теоретики убедили научное сообщество в обратном .
По мнению физика, информация всегда переносится частицами. Если стул (например, из IKEA) попадет в черную дыру и превратится в элементарные частицы, а затем черная дыра испарится, то теоретически, измерив характеристики вылетающих частиц, можно полностью реконструировать этот стул . Чак Найс в шутку назвал это «гипотезой IKEA», предположив, что черные дыры — это просто очень сложные мебельные склады .
☄️ Тахионы и границы времени: что было до Большого взрыва? 48:40
В завершение дискуссии физики обсудили возможность существования тахионов — гипотетических частиц, движущихся быстрее света. Брайан Грин напомнил о ложной сенсации 10-летней давности, когда в Италии якобы обнаружили нейтрино, превысившие скорость света . Причиной ошибки оказался плохо закрепленный оптоволоконный кабель .
На вопрос о том, можно ли отправиться во времена «до» Большого взрыва, Грин привел знаменитую аналогию Стивена Хокинга:
«Спрашивать, что было до Большого взрыва — это все равно что спрашивать, что находится севернее Северного полюса» .
Если Большой взрыв — это момент возникновения самого времени, то понятия «до» просто не существует . Впрочем, Брайан Грин добавил, что альтернативные теории (например, циклическая модель или Мультивселенная) допускают существование других пространственно-временных структур, предшествовавших нашей, где наше время уже не имеет силы .
