Фильм Кристофера Нолана «Довод» вызвал у зрителей самые разнообразные эмоции – от недоумения до любопытства. Долгие годы именитые ученые рассуждали о теоретической возможности перемещения во времени. Однако до сих пор человечество так и не приблизилось к реализации. О существующих теориях и концепциях, показанных в фильме «Довод», рассказывает ведущий отечественный физик-теоретик Сергей Красников.
Сергей Владиленович Красников − доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики звезд Пулковской обсерватории.
− Сергей Владиленович, понравился ли вам фильм Кристофера Нолана «Довод»?
− Не понравился. Вводить машину времени ради пары кадров с дерущимися контрамотами – это палить из пушки по воробьям. В целом мне нравится жанр экшена, но, по-моему, «Довод» − это плохой экшен.
− Насколько реализуема с точки зрения физики идея инверсии, которая описана в этом фильме?
− На этот вопрос сложно ответить, потому что автор фильма не представил – собственно, это и не его обязанность – никакой конкретной концепции, с которой можно было бы спорить или наоборот соглашаться. Он лишь намекнул, что в его Вселенной есть путешествия во времени, а точнее некая инверсия времени, которая позволяет перемещаться в прошлое. Но по факту Нолан эту мысль никак не развивает, а использует ее как «подачку» для зрителя. И это, честно говоря, раздражает. Режиссер вводит в фильм достаточно интересные идеи, но использует их в качестве необязательного «довеска». По-моему, это несколько обесценивает всю затею.
В «Интерстелларе», например, я понимаю, для чего понадобилась черная дыра, относительность времени и прочее. А в «Доводе», мне кажется, ничего нового нет, поскольку на подобном уровне фильмы о путешествиях во времени снимают уже лет 50.
В целом машина времени – объект вполне изучаемый, и про него можно много чего сказать, и уже было сказано в различных произведениях. Зачем усложнять сюжет идеей инверсии, мне непонятно.
− А в физике инверсия встречается?
− Ее никто не называет инверсией, насколько мне известно. По сути то, что Нолан называет инверсией – в физике известно, как изменение направления стрелы времени.
В области физики времени есть представление о стреле времени. Скажем, чашка может упасть со стола и разбиться на 1000 кусочков, при этом кусочки не могут заново стать целой чашкой и вернуться на стол. И если бы что-то эволюционировало во времени в другом направлении, иначе говоря, ориентировало бы эту самую стрелу времени в своей окрестности в противоположную сторону, мы бы получили лишь малую часть того, что можно назвать обращением времени.
Автор фильма явно что-то слышал об этом явлении, но взял за основу разные несочетающиеся элементы. Например, герою объясняют, что, когда он бежит назад во времени, то ветер дует ему в спину. Это противоречит не какой-то высокой науке или сложной, заумной физике, а простым рассуждениям на пальцах. И таких нестыковок много.
Если бы каким-то образом стрела времени вокруг чашки поменяла свое направление, то эта чашка эволюционировала бы как контрамот. Она бы подпрыгивала, собираясь из осколков, и нагревалась вместе с чаем.
Контрамоция (лат. соntra против + лат. motio движение) − изобретённый братьями Стругацкими термин для обозначения обратного движения во времени. В повести «Понедельник начинается в субботу», в котором повествование ведется от лица Александра Привалова − ленинградского программиста – указано, что «Контрамоция – это, по определению, движение по времени в обратную сторону. Как нейтрино. Но вся беда в том, что, если бы попугай был контрамотом, он летал бы задом наперед и не умирал бы на наших глазах, а оживал бы… А вообще-то идея хорошая. Попугай-контрамот действительно мог бы знать кое-что о космосе. Он же живет из будущего в прошлое. А контрамот-Янус действительно не мог бы знать, что происходило в нашем «вчера». Потому что наше «вчера» было бы для него «завтра». – Прим. НР).
Проблема в том, что это не решается эксплуатацией обычных известных нам законов, громко скажем, законов природы. Потому что направление стрелы времени – это не вопрос отдельного свойства предмета или свойства прибора. И даже не следствие отдельного открытого физического закона. Мы отлично знаем, почему чашка разбивается, а чай в ней остывает. За это ответственно второе начало термодинамики. Вот чего мы не знаем, так это того, что вызвало этот второй закон. Это, насколько мне известно, совершенно необъяснимая вещь. Поэтому он сформулирован как отдельный закон природы, а вопрос его происхождения остается открытым.
Вернемся к чашке, вокруг которой стрела времени направлена противоположно нашей. Не выясняя почему и как это произошло, мы всё же сможем сказать, как чашка будет эволюционировать. Это совсем не похоже на то, как ведут себя бойцы у Нолана. Проще говоря, при беге в инверсии ветер будет дуть им в лицо.
Но самый интересный аспект связан с взаимодействием предмета, у которого стрела времени направлена в одну сторону, с предметом, у которого она направлена в другую. Я и сам провел долгие месяцы, размышляя над этим вопросом: может ли лев съесть контрамот? И здесь всё не так очевидно.
К сожалению, на это явление мы не можем повлиять путем построения каких-то приборов. Законы природы сформулированы, они симметричны. А влиять на начальные данные мы не в состоянии. Мы можем заставить чашку возникнуть на месте осколков? Теоретически мы можем взять каждый осколок и приклеить его к другому, но это уже не будет предметом нашего разговора.
− Правильно ли я понимаю, что обратная энтропия, которая фигурирует в фильме Нолана, нарушает закон термодинамики и не может существовать в реальности?
− Я бы сказал осторожнее. «Обратная энтропия» в интерпретации Нолана существовать не может, поскольку это просто нелогично. Но может ли существовать область, в которой стрела времени направлена противоположно нашей – я бы сказал так: закона природы, который запрещает это, нет. Просто представим себе достаточно изолированную от нас галактику, в которой стрела времени направлена противоположно нашей. С нашей точки зрения, поведение этой галактики будет совершенно противоестественным. Все фотоны будут слетаться к звездам и гибнуть в темноте. И хотя все уравнения движения будут соблюдены, выглядеть это будет, как полное чудо, без беготни и драк.
Нам по факту не о чем спорить с контрамотами. Мы живем в абсолютно разных мирах, для которых нет простых законов взаимодействия. Суммарный мир был бы гораздо более причудливым, чем у Нолана. При этом приключения в нем совершенно другого свойства.
В момент возникновения Вселенной начальные данные были такими, что стрела времени была направлена или в одну сторону, или в другую. Обитателю Вселенной, для которого стрела времени с самого начала направлена в сторону его будущего, все кажется логичным и последовательным. Время для него течет от прошлого к будущему.
А жизнь во Вселенной, где стрела времени была фиксирована начальными условиями противоположным образом, кажется нашему наблюдателю совершенно дикой и противоестественной. При этом он не может сказать «здесь нарушается закон природы», потому что вся механика обратима. Дождь, который идет снизу вверх, круги, собирающиеся по воде в капельки, и капельки, взлетающие вверх в облако, удивят наблюдателя. Он решит, что это чудо. Но все эти «чудеса» не нарушают законов механики. По законам механики камень движется симметрично, как он падает вниз, так он взлетает наверх. Всё чудо упирается только в заданные начальные условия. А почему они заданы именно так, до сих пор неизвестно.
− В фильме также упоминается теория одноэлектронной Вселенной Фейнмана-Уиллера. Согласно теории, позитрон – это электрон, движущийся назад во времени. И в фильме, как я поняла, это реализовано в тот момент, когда главный герой, взаимодействует с самим собой в инверсии.
− Действительно, Нолан попытался изобразить данную концепцию таким образом. Но мне лично теория одноэлектронной Вселенной кажется остроумной, и только. Насколько мне известно, ее не удалось развить до полноценной научной идеи.
Какой смысл мы вкладываем в высказывание, что позитрон движется назад во времени? Тот ли это смысл, который мы придаем словам «машина времени», «путешествие во времени», «движение во времени»? Думаю, что движение электрона вспять во времени, которое рассматривали Уиллер и Фейнман, и концепция путешествия во времени – это две совершенно разные и, на мой взгляд, не связанные концепции. От того, что мы в некотором выражении меняем букву «t» на букву «-t», говоря об изменении знака времени, мы не приблизимся к реализации путешествия во времени. Подобные формулы никак с этим не связаны.
Но если вместо электрона мы возьмем сложную макроскопическую систему, а буквой «t» обозначим энтропию, тогда (если эта система ведет себя как электрон) мы вполне придем к нолановской трактовке в фильме «Довод»: пули пробивают ветровое стекло до выстрела.
Если же мы допускаем, что второе начало термодинамики работает, и локально все законы соблюдаются, то мы приходим к настоящей машине времени, идею которой выдвинули в 80-е годы прошлого века Кип Торн и Майкл Моррис.
− В чем ее суть?
− Речь о некой воображаемой ситуации, которую мы бы называли путешествием во времени, но которая не требует манипуляций со стрелой времени. Наиболее известный вариант – это машина времени, образованная движущейся кротовой норой или «червоточиной». Именно благодаря этой концепции уже в наше время возродился интерес к машинам времени.
Идея предполагает, что если мы возьмем две кротовые норы, которые можно заставить двигаться, то в некоторой 4-мерной области вокруг кротовины нам грозит нарушение причинности.
Позже было обнаружено, что этими вопросами задавался в свое время Эйнштейн, однако у него не было готового ответа. Но тем не менее, ему было интересно понять, какие физические соображения могут запретить нарушения причинности.
− Какие идеи рассматриваются научным сообществом сегодня?
− Всё преимущественно сводится к тому, о чем я упоминал. То есть к существованию машины времени, основанной на геометрических свойствах. Когда концепция пространства-времени только возникла в 20-е годы прошлого века, ее применяли исключительно к плоскому пространству-времени. В плоском пространстве-времени путешествовать быстрее света невозможно, как и путешествовать в прошлое. Долгие годы это оставалось общепринятым мнением. Люди, которые повторяли его из раза в раз, не обратили внимания, что 15 лет спустя была разработана Общая теория относительности, в которой геометрия нашего пространства-времени выглядит очень сложно. И в таком пространстве-времени даже сама постановка вопроса о путешествиях быстрее света или вспять во времени (эти проблемы тесно связаны) становится очень нетривиальной. Что значит путешествовать быстрее скорости света? Как вообще определить, что такое скорость света, если пространство-время искривлено, причем искривлено не статично?
Тогда возникло понимание, что если геометрия не статична, то почему топология должна быть постоянна? Почему бы не представить, что она тоже может меняться? А это и есть идея кротовой норы в первом приближении. Многие ученые, начиная с того же Уиллера, интересовались кротовыми норами и получали интересные результаты. Но все-таки в то время это было отчасти маргинальное занятие, поскольку предлагались довольно экзотические вещи для возникновения особенностей в топологии.
Если говорить о Торне, то он занялся вопросами существования машины времени при интересных обстоятельствах. Астроном Карл Саган попросил его дать научное обоснование для своей книги «Контакт». Саган обратился к Торну с вопросом, нет ли какого-нибудь научно приемлемого способа обойти световой барьер. Тогда Торн стал рассуждать, как бы могла выглядеть реальная кротовая нора, и какими свойствами она бы обладала.
В процессе поиска ответа на вопрос Сагана Торн с аспирантом Моррисом как бы задним числом наткнулись на очевидный факт: две кротовые норы, движущиеся навстречу друг другу, могут порождать машину времени. И поскольку такой именитый ученый занимался прежде маргинальным направлением, тема буквально «расцвела». И на сегодняшний день уже многое стало понятно.
− Когда мы говорим о путешествиях во времени, мы так или иначе сталкиваемся с парадоксами. И один из самых известных – парадокс убитого дедушки. Физик-теоретик Шон Кэрролл говорит о том, что такой парадокс в принципе невозможен, и что прошлое в данной концепции никак нельзя изменить. И даже если какой-то гипотетический внук захочет вернуться в прошлое и убить своего дедушку, ему помешает все что угодно, и он не сможет реализовать свой ужасный план. Как вы объясняете данный парадокс?
− Я согласен с Кэрроллом. Действительно, изменить прошлое, как и будущее, нельзя. И это не глубокое умозаключение, это совершенно тривиальное соображение. Если вы в состоянии изменить что-то, вернувшись, как вы думаете в прошлое, то это уже не машина времени, а вы попали не в прошлое, а в другой мир.
Слева: схема «парадокса дедушки». Кроме области, составляющей машину времени, время направлено снизу вверх.
Справа: упрощенный вариант того же парадокса. Плоскость разрезана вдоль пунктирных отрезков и верхний берег каждого разреза склеен с нижним берегом другого
− А что если других миров не существует?
− Хорошо. Представим мир, в котором нарушена причинность, и есть машина времени. Получится ли внуку убить деда? Если внук достаточно злобный и достаточно меткий, почему нет? По факту парадокса нет, есть недоумение в том, как объяснить постоянные неудачи внука?
Тут я горжусь тем, что сформулировал объяснение. Оно зависит от того, какую из 2-х разновидностей парадокса мы обсуждаем. Первая о мире, где уже существует машина времени, где живет внук, который взрослеет и решает: «Убью-ка я дедушку». Это одна история.
Вторая ситуация – при которой в вашем распоряжении есть кротовая нора, но машины времени еще нет. Внук взрослеет и решает: «А убью-ка я кого-нибудь». Он создает из кротовой норы машину времени, заходит в нее и находит себя в момент, когда он только входил в машину времени, и стреляет. Эти два парадокса различны в том, что в первом случае у вас есть насилие над свободой воли. То есть внук почему-то не может убить дедушку, а мы не понимаем почему. Во втором случае все решения об убийстве приняты в момент, когда машины времени еще нет. А значит, ничего специфически антропогенного в данном случае не существует. Внука можно заменить на любого другого человека или на робота. И это никак не связано со свободой воли.
Поэтому решаются эти парадоксы по-разному. История с всегда существовавшим внуком (первый случай) решается очень просто. Начну с того, что жизнь внутри машины времени – не сахар. Вполне возможно там и обычная материя существовать не может. Но тогда вы скажете: «Но ведь есть же вероятность, что там возникнет человечество. Она очень маленькая, но она есть». Я соглашусь: «Хорошо, но какова вероятность, что в этой Вселенной возникнет кровожадный внук?» Вы говорите: «Ничтожно мала, но ведь не ноль». Я скажу: «А раз вы признаете, что существование требуемого внука крайне маловероятно, то что же удивляться, что нам найти такого не удалось». В моей книге этому посвящена целая глава, поэтому подробности можно найти в ней. В данном случае важно понять, что парадокса на самом деле нет. Есть лишь странная ситуация, которая не возникает независимо. Ее создает тот, кто задает вопрос. Проще говоря, мы взяли набор неправдоподобных предположений и получили неправдоподобное следствие. Так и должно быть.
− А как быть со вторым случаем?
− Уточню, что как бы вы ни воздействовали на геометрию нашей Вселенной, вы не можете заставить ее сформировать машину времени. Она, машина времени, может возникнуть, а может не возникнуть. Поэтому вы наточили нож, зарядили пистолет, подготовились изо всех сил. Взяли кротовые норы, двигаете их устья навстречу друг другу с тем, чтобы в момент возникновения норы, вы сразу туда направились, а она возникает через год и в другом месте.
− Интересно.
− И, более того, доказуемо.
− Каким образом?
−Это вообще предмет моей безумной гордости, поскольку я сформулировал и доказал геометрическую теорему. Суть заключается в том, что если до какого-то момента не существовало замкнутых времениподобных кривых, то они и не обязаны появиться позже.
− Расскажите подробнее о предложенной вами идее трубы Красникова и о дальнейших дополнениях ученых, которые впоследствии предложили модель, состоящую из двух труб.
− На самом деле от модели из двух труб я всегда старался убежать. Две трубы вы используете если сами стремитесь сделать машину времени. Но представьте, что вы простой прагматичный космонавт, который хочет вернуться из своей экспедиции как можно быстрее, но не хочет при этом возникновения паразитных машин времен с кровожадными братьями. Так вот труба Красникова – это некое геометрическое явление, которое позволяет без нарушения причинности осуществлять «сверхсветовые» путешествия. Представьте, что вы летите на обычном фотонном звездолете, чей двигатель искажает пространство-время за вами. Ваш аппарат движется быстро, но не быстрее света. Изучив звезду в далекой галактике, вы решаете вернуться назад во времени. Например, вы улетели в 2000-м году. И с точки зрения земного наблюдателя оказались в далекой галактике в 3000-м году. Используя трубу Красникова, вы по итогу возвращаетесь в 2001-й год. Вы не создаете причинных петель, как было бы вернись вы в 1999, но в каком-то смысле превышаете скорость света. Хотя локально вы нигде ни разу не двигались быстрее света.
− Как это реализуется?
− Конечно, это чисто теоретическая модель. И при данном развитии техники она не реализуется.
Пока вы летите на вашем корабле от звезды к звезде, по пути вы взрываете звезды, «закручиваете», «завязываете» пространство-время. То есть вовлекаете очень могучие силы. Согласно уравнениям Эйнштейна, там, где образуются сильные поля, большие плотности и большие давления, геометрия пространства-времени меняется. Рассуждая гипотетически, можно представить себе, что пока вы летели, вы искривили пространство-время так, что образовался, условно говоря, тоннель, который по возвращении назад позволяет вам преодолевать расстояния за короткое время.
− Сможет ли человечество когда-нибудь создать подобные устройства или машины времени?
− Как оказалось, мы с простым вирусом справиться не можем, а тут звезды взрывать. Конечно, подобного механизма человечество создать не сможет. Ведь для этого потребуются действительно фантастически большие ресурсы. Но может ли дальнейшее развитие науки и техники привести к чему-то альтернативному, но более реалистичному? – хотелось бы верить.
− А как вы сами заинтересовались теориями времени и в итоге пришли к своим?
− Это всё книги. Первое, что я научился читать – были сказки, а второе – научная фантастика.
Фото на странице материала и на главной странице: neoleo3d / 123 RF
