Что есть время? Возможны ли путешествия во времени?

Время – это видимое развитие событий от прошлого к будущему. Хотя невозможно полностью определить природу времени, у всех нас есть много общих переживаний, связанных временем: причины естественным образом ведут к следствиям, мы помним прошлое, но не будущее, и эволюция времени кажется непрерывной и необратимой.

ОТНОСИТЕЛЬНО ЛИ ВРЕМЯ?

Специальная теория относительности Эйнштейна показала, что ощущение течения времени зависит от наблюдателя и его ситуации. Ранее работы Исаака Ньютона предполагали существование «главных часов», которые синхронизировали время во всей Вселенной.

На самом деле не предполагалось, что эти часы существуют, но концепция позволяла работать уравнениям Ньютона. Согласно Интернет-энциклопедии философии, ключевая идея заключалась в том, что все наблюдатели могли прийти к согласию относительно одного и того же момента времени .

Однако, опираясь на предшествующие ему работы, Эйнштейн обнаружил, что течение времени относительно. В специальной теории относительности движущиеся часы идут медленно; чем быстрее вы перемещаетесь в пространстве, тем медленнее вы продвигаетесь во времени. Чем ближе вы приближаетесь к скорости света, тем сильнее становится этот эффект.

За десятилетия, прошедшие с тех пор, как Эйнштейн впервые предложил эту концепцию, физики провели многочисленные измерения, демонстрирующие этот эффект. Атомные часы на борту реактивного самолета тикают медленнее, чем на земле.

Субатомная частица, называемая мюоном, не существует достаточно долго, чтобы добраться из атмосферы, где она генерируется, когда космические лучи сталкиваются с молекулами воздуха, на землю. Но поскольку мюоны движутся со скоростью, близкой к скорости света, с нашей точки зрения кажется, что они существуют дольше, что позволяет им завершить свое путешествие.

Когда Эйнштейн разработал свою общую теорию относительности, он распространил эту концепцию, известную как «замедление времени», на ситуации, связанные с гравитацией.

Наличие сильной гравитации также замедляет течение времени, поэтому часы в сильном гравитационном колодце (например, на поверхности Земли или вблизи черной дыры) будут идти медленнее, чем часы в центре космоса. 

ВОЗМОЖНЫ ЛИ ПУТЕШЕСТВИЯ ВО ВРЕМЕНИ?

Путешествие во времени в будущее не просто разрешено — оно обязательно. Действительно, с каждой секундой все мы движемся вперед, в свое собственное будущее. Будущее неизбежно, и от него невозможно убежать. Но реальность относительности ясно дает понять, что «прыгать» вперед во времени вполне допустимо.

Если близнец стартует на ракетном корабле и проведет несколько лет в путешествии со скоростью, близкой к скорости света, по возвращении на Землю он состарится меньше, чем его земной близнец.

Хотя на космическом корабле могло пройти всего несколько лет, на Земле могли пройти десятилетия или даже столетия, в зависимости от того, как быстро летела ракета, согласно журналу Cosmos.

В реальном примере астронавт НАСА Скотт Келли провел на несколько миллисекунд меньше времени, чем его близнец Марк (Скотт также на шесть минут моложе), благодаря тому, что провел больше времени в космосе, путешествуя со скоростью около 17 500 миль в час (28 100 км). /h), согласно дочернему сайту Live Science Space.com.

Но путешествия во времени в прошлое, по-видимому, запрещены — по крайней мере, во всех когда-либо проводившихся экспериментах и ​​наблюдениях. Во-первых, эта возможность поднимает всевозможные неудобные вопросы, такие как знаменитый парадокс дедушки, который спрашивает, что произойдет, если вы вернетесь в прошлое и убьете своего собственного дедушку: вас бы не существовало, поэтому вы не смогли бы вернуться назад. вовремя совершить поступок.

Во-вторых, в физике не существует известного механизма, позволяющего путешествовать назад во времени. Хотя определенные ситуации путешествия во времени могут быть сконструированы в общей теории относительности, для этих ситуаций требуются сущности, которые, кажется, не существуют в нашей Вселенной (например, материя с отрицательной массой или бесконечно длинные цилиндры).

Однако в настоящее время у физиков нет полного понимания того, почему путешествия во времени в прошлое запрещены.

МОЖНО ЛИ ПОВЕРНУТЬ ВРЕМЯ ВСПЯТЬ?

Почти все законы и уравнения, которые физики используют для понимания мира природы, симметричны во времени. Это означает, что их можно отменить без изменения каких-либо результатов.

Например, если вы будете смотреть видео о том, как мяч поднимается в воздух и снова падает, без какого-либо другого контекста, вы не сможете сказать, воспроизводилось ли видео вперед или назад.

Тем не менее, есть один аспект физики, который, кажется, уважает течение времени: концепция энтропии, которая является мерой беспорядка в системе. Согласно второму закону термодинамики, энтропия в замкнутой системе всегда возрастает, и эту эволюцию нельзя повернуть вспять.

Согласно Стэнфордской энциклопедии философии, физики не знают, порождает ли рост энтропии «стрелу» времени или это просто совпадение.

ВРЕМЯ ДИСКРЕТНО ИЛИ НЕПРЕРЫВНО?

Почти все физические теории рассматривают время как континуум, и именно так мы воспринимаем течение времени. Не существует наименьшей «единицы» течения времени. Все события плавно перетекают без перерыва или икоты в следующее.

Однако одна теория квантовой гравитации, называемая петлевой квантовой гравитацией, предполагает существование наименьшей возможной единицы пространства-времени. Эта единица будет представлять наименьшее возможное расширение пространства и продолжительность времени.

В этой теории то, что мы воспринимаем как гладкое, непрерывное время, на самом деле является заикающимся, остановленным движением от прошлого к будущему. Но поскольку это происходит в течение невероятно короткого промежутка времени, оно кажется непрерывным, как кадры фильма, сливающиеся вместе, согласно статье 1998 года физика Карло Ровелли в журнале Living Reviews of Relativity.

ВРЕМЯ РЕАЛЬНО?

Ученые, философы и другие размышляли о природе времени. И хотя мы многое узнали о времени, например о реальности замедления времени и возможной связи между временем и энтропией, мы не смогли дать полного описания того, что такое время.

Некоторые философы и физики утверждали, что то, что мы воспринимаем как время, — это всего лишь иллюзия, артефакт нашего сознания. С этой точки зрения течение времени нереально; прошлое и будущее уже существуют в своем полном объеме, точно так же, как уже существует все пространство.

По словам физика Шона Кэрролла, то, что мы ощущаем как течение времени, является побочным продуктом того, как работает наш мозг, когда мы обрабатываем сенсорную информацию из окружающей среды.