Время и машина времени

Что мы знаем о времени? Только ли то, что ему подвластны любые изменения и разрушения? Что оно неумолимо равномерно течет от одного горизонта бытия к другому, составляя в своем движении секунды, столетия, вечность?

Время выражает последовательную смену явлений и состояний материальных объектов, продолжительность их существования. Обладает свойствами:

• непрерывности;

• одномерности;

• однородности (следствие – закон сохранения энергии);

• анизотропности (направленности хода из прошлого в будущее);

• необратимости; следствие – необратимость тепловых процессов, закон возрастания энтропии.

В своей работе я хочу обобщить сведения о времени, о возможности строительства машины времени.

2. Время

Выдающийся ученый Николай Александрович Козырев посвятил Времени много работ, он провел ряд экспериментов, в которых показал, что Время обладает различными свойствами. В работах «Время и жизнь», «О воздействии времени на вещество» Козырев писал:

1. Время - явление природы с разнообразными свойствами, которые могут быть изучены лабораторными опытами и астрономическими наблюдениями.

2. Время, кроме пассивного свойства «длительности», измеряемого часами, обладает еще активными свойствами, благодаря которым время может воздействовать на ход событий.

3. Активные или физические свойства времени могут противодействовать обычному ходу процессов, ведущему к разрушению организованности, и поэтому быть началом, противодействующим смерти систем. Поэтому свойства времени и должны иметь особенное значение в биологических процессах.

4. Активные свойства времени — его течение и плотность — связывают весь Мир в единое целое и могут осуществлять воздействие друг на друга явлений, между которыми нет прямых материальных связей, что может объяснить факты взаимодействия биологических объектов, находящихся на большом удалении или изолированных друг от друга

Любая физическая система, и в частности вещество, с течением времени теряет свою первоначальную организованность, разрушается и стареет. Течение процесса должно совпадать с направленностью времени. Если время дополняет трехмерное пространство до четырехмерного многообразия, то течение времени настоящим моментом лишь обнаруживает события, уже существующие в будущем, при сохранении всего, что отодвигается в прошлое. В таком четырехмерном мире все, что должно быть в соответствии с законами Природы. Поэтому все события в четырехмерном мире должны уже существовать в соответствии со вторым началом термодинамики и выглядеть веером, расходящимся в сторону будущего, т. е. положительного направления оси времени. Скорее всего, это означает, что чисто геометрическое представление о времени является недопустимо упрощенным. Пространство же может обладать не только геометрическими свойствами, т. е. быть пустым, но у него могут быть и физические свойства, которые мы называем силовыми полями. Поэтому совершенно естественно полагать, что у времени могут быть и физические свойства. Благодаря этим свойствам время может воздействовать на физические системы, на вещество и становиться активным участником Мироздания.

Многочисленные лабораторные опыты показали, что у времени помимо пассивного свойства длительности существуют еще и активные свойства: направленность хода и плотность, определяющая степень его активности. В результате время не только открывает возможности для развития процессов, но как некоторая физическая реальность может воздействовать на них и на состояние вещества. При этом происходит взаимодействие, ведущее к тому, что и сама плотность времени будет изменяться под воздействием происходящих вблизи процессов. Через это изменение свойств времени может осуществляться связь между процессами. Изменение состояния и свойств вещества может происходить не только со временем, но и под действием времени на него.

Т. е. время помимо пассивного, геометрического свойства, измеряемого часами, обладает еще и активными, физическими свойствами, благодаря которым время может взаимодействовать с материальными системами и препятствовать переходу их в равновесное состояние. Таким образом, время оказывается явлением Природы, а не просто четвертым измерением, дополняющим трехмерное пространство. Ход времени неразрывно связан с причинностью, являющейся важнейшим свойством Мира.

Звезды не охлаждаются до равновесия с окружающим пространством, потому что этому препятствует текущее время. Значит, огромные массы вещества звезд перерабатываю время и превращают его в излучение. Наблюдая звезды в небе, мы видим не проявление разрушительных сил Природы, а проявление творческих сил, приходящих в Мир через время. Поэтому и энергию, которую дают ветер, течение воды или даже внутреннее тепло Земли, через Солнце или Землю приносит нам время.

3. Кротовые норы

Крупномасштабная ячеистая структура Метагалактики состоит из гигантских волокноподобных элементов, образованных сверхскоплениями галактик и пустотами ("кавернами") между ними размерами до 300 Мпк, ограниченных "стенками" из галактик толщиной до 10 Мпк.

Согласно эйнштейновской теории тяготения — общей теории относительности (ОТО) четырехмерное пространство-время, в котором мы живем, искривлено, а знакомая всем гравитация и есть проявление такого искривления.

Рис. 1 Кротовые норы (каверны)

Материя «прогибает», искривляет пространство вокруг себя, и — чем она плотнее, тем сильнее искривление. Многочисленные альтернативные теории тяготения, счет которым идет на сотни, отличаясь от ОТО в деталях, сохраняют главное — идею кривизны пространства-времени. И если пространство кривое, то почему бы ему не принять, к примеру, форму трубы, накоротко соединяющей области, разделенные сотнями тысяч световых лет, или, допустим, далекие друг от друга эпохи

Такого рода пространственные структуры позднее получили название «кротовые норы».

4. Проекты машины времени.

Роман Герберта Уэллса "Машина времени", как сейчас становится понятным, внедрил в сознание многих людей идею о реальности проекта создания устройства, способного перемещать людей как в прошлое, так и в будущее.

В данном разделе я хочу рассмотреть возможность строительства машины времени и ее перемещения внутри кротовых нор.

4. 1. Машина времени Курта Геделя

В 1949 году благодаря математику Курту Геделю был открыт механизм, на основе которого возможно осуществится работа машины времени.

Материальная частица описывается в теории относительности траекторией, называемой мировой линией. Мировая линия состоит из событий. Событие - это точка, мировая точка, в пространстве-времени. Само пространство-время нечто иное как множество, многообразие всех событий во Вселенной. В каждой мировой точке пространства-времени задан световой конус, состоящий из двух половин: конуса прошлого и конуса будущего. Мировая линия материальной частицы должна всегда находиться внутри светового конуса . На каждой мировой линии течет собственной время, идут собственные часы. Наклон и угол раствора этих конусов определяют кривизну пространства-времени, которой в классической физике Ньютона соответствуют гравитационные поля материальных тел.

Гравитационные поля могут в определенных случаях допускать так называемые временные петли, или, как их называли раньше, замкнутые гладкие времениподобные мировые линии. Чтобы понять как они возникают, надо на нарисовать окружность, которая всегда лежит внутри соответствующим образом наклоненных световых конусов. Это и есть машина времени. Машина времени естественная, природная, если мы найдем где-то гравитационное поле, порождающее нужный наклон конусов, т. е. нужное искривление пространства-времени. Человеку пока не приходилось в своей практической деятельности сталкиваться с такими полями. Но это не значит, что они не существуют. Открытие Геделя как раз и заключалось в том, что он предложил модель Вселенной, где есть место для машины времени, и эта модель вытекала из уравнений Эйнштейна.

Гедель считал, что основным препятствием для путешествий в прошлое являются практические трудности, стоящие на пути реализации подобных проектов.

Итак, природная машина времени требует либо ее разгона до околосветовых скоростей, либо она начинает работать в областях, где не выживает человеческий организм. Как видим, Гедель был прав, говоря о практических трудностях на пути реализации проекта машины времени.

4. 2. Машина времени Кипа Торна

Какова другая трудность, о которой, как говорилось выше, надо забыть? Речь идет о необходимости для запуска машины времени разогнать один конец B кротовой норы до околосветовой скорости, притормозить, вновь разогнать в обратном направлении, вновь притормозить, нырнут в нору, выскочить на другом конце A и, наконец, как можно быстрее домчаться во внешнем пространстве до конца B. Это приведет, по мнению многих физиков, к появлению временной петли.

На чем основан механизм работы машины времени Торна? На двух предположениях. Первое связано с небольшой (внутренней) длиной кротовой норы, т. е. трехмерной ручки, и близостью концов A и B до и после движения конца B. Второе - с тем, что внутренняя геометрия кротовой норы в процессе запуска машины времени остается неизменной. Поэтому часы, находящиеся на конце A, если смотреть через кротовую нору, остаются синхронно идущими с часами, находящимися и движущимися на конце B. В таком случае, полетав с концом B, нырнув в кротовую нору, выйдя через через A и подлетев к B по внешнему пространству получим временную петлю, т. е. машина времени свершит свою работу.

Поскольку продвигаясь от B к A через короткую кротовую мы имеем дела с синхронно идущими часами, то подойдя к концу A имеем практически ту же отметку часов, что и на конце B, а значит гораздо раннюю, отвечающую прошлому конца A, чем показывают часы все время остававшиеся на конце A, пока шли все описанные только что действия .

Предложенный механизм работы машины времени вызывает ряд возражений, заставляющих усомниться в реализации данного проекта Торна.

Из сказанного выше видно, что возражение вызывает не использование 3-мерных кротовых нор как машины времени, а то, что за счет простого механического движения одного конца норы пытаются добиться появления временной петли. Временная петля - это свойство искривленного пространства-времени. Можно изменить его топологию, получить кротовую нору. Но это означает и соответствующее изменение наклона световых конусов. Световые конуса должны быть наклонены так, чтобы войдя в нору можно было выйти в прошлом другого конца, т. е. на выходе из норы. Это деятельность направленная на изменение стрелы потока времени во Вселенной. Очень наглядно видно как в норе время должно течь в противоположном направлении видно на рис. 5. Стрела времени в норе (стрелка у пунктирной линии) направлена вниз, тогда как поток времени во Вселенной - вверх. Единое направление потока времени в области, где должна быть запущена в действие машина времени может быть разрушено (и должно, раз появляются временные петли), но это происходит при рождении кротовой норы, а никак ни за счет кинематических процедур с готовой кротовой норой.

4. 3. Машина времени как 4-мерная кротовая нора

Представим, что от трехмерного пространства, в котором мы с вами живем, отрывается кусочек, содержащий некоторый предмет. Тогда он растворится, исчезнет прямо на глазах, ибо свет от него не будет уже доходить до нас. Слившись вновь с пространством, материализуется, возникнет из ничего.

Отрыв куска пространства - это образование четырехмерной "кротовой норы в пространстве-времени, а не трехмерной, о чем говорилось в п. 2.

Возникают два вопроса, на которые нужно ответить:

1) Можно ли оторвать кусок пространства?

2) Если можно, то как его потом "прилепить" к нужному месту в прошлом так, чтобы образовалась временная петля? Ведь оторвавшийся кусок пространства сам живет во времени, двигаясь в направлении Стрелы или Потока Времени, указанного нашей Вселенной изначально, с момента ее зарождения? Ранее мы уже выражали сомнение в возможности человека изменять направление Стрелы времени.

Тем не менее на оба вопроса можно ответить положительно.

Пространство, являющееся трехмерной поверхностью в пространстве-времени, характеризуется кривизной. Пространство с течением времени может менять свою геометрию, например, расширяться, и, следовательно, изменять свою кривизну. С точки зрения общей теории относительности геометрия пространства определяется распределение материи.

А как быть с необходимостью разрушать направление Стрелы времени? Выход из этого затруднения видится в том, что надо использовать 5-мерные теории пространства-времени, поскольку в таком случае возможен ответ на следующий вопрос: нельзя ли выйдя по 4-мерной кротовой норе в 5-е измерение по естественной Стреле времени, задаваемой обобщенными 5-мерными световыми конусами просто "натолкнуться" на прошлое? Можно. Для этого, 4-мерное пространство-время должно быть свернуто в виде пружины в 5-мерном пространстве-времени, бесконечно наматываясь на само себя. Такое 4-мерное пространство-время математики называют пружинным слоем.

Другими словами, в 4-мерном пружинном пространстве-времени существуют события, принадлежащие "Настоящему", сколь угодно близко с точки зрения 5-мерного пространства, от которых в 5-мерном мире лежат события из сколь угодно далекого Будущего (или Прошлого). Движение вдоль пятой координаты в направлении, задаваемом некоторым вектором gamma^A приводит к бесконечному "протыканию" физического 4-мерного пространства-времени в точках будущего или прошлого. Прошлое находится буквально рядом, его не надо долго искать в недрах 5-мерного мира. Метрическая степень близости Прошлого характеризуется вектором gamma^A и связана она со скалярным и электромагнитным полями, как это вытекает из 5-мерной теории электрогравитации.

Интересно, что существует естественное препятствование проникновению в "ближайшее" Прошлое, поскольку 5-мерные световые конусы не могут быстро.

Гедель тысячу раз был прав, говоря о затруднениях при реализации путешествий в прошлое. Машина времени не просто мечта. Это бесконечный путь познания Времени. Мы же только в его начале.

5. Выводы.

В своей работе я попытался разобраться, что же такое Время и как можно создать машину времени.

Академик Новиков сравнивает поток времени с течением реки. Вдали от сильных гравитационных полей время, подобно воде в свободной реке, течет одинаково во всем пространстве от прошлого к будущему. В сильном магнитном поле тяготение пространство-время может быть сильно искривлено, подобно тому, как вода в реке, встречая препятствия, сильно искривляет свое тяготение.

Тяготение – очень таинственное и до сих пор не разгаданное свойство материи. Концепция теоретической физики связывает тяготение с геометрическими свойствами пространства и времени. Вероятно, связь тяготения с временем очень глубокая, и изменение физических свойств времени может привести к изменению сил тяготения между телами. Значит, и мечту о плавном космическом полете, освобожденном от сил тяготения, не следует считать совершенно абсурдной!

В своей работе я рассказал, что под действием сильного гравитационного поля может возникнуть «туннель в суперпространстве» возникнет «петля хода времени».

В настоящее время ученые работают над поиском «кротовых нор» и возможно в скором времени мы начнем практическое применение свойств «кротовых нор».