Статьи
Статья

Новое исследование о путешествиях во времени разрушает иллюзию о свободе

В этом году вышло сразу два научных исследования, посвященных путешествиям во времени. Одно из них оспорило эффект бабочки (правда, только на квантовом уровне), другое — парадокс дедушки. Мы попросили прокомментировать выводы коллег доктора физико-математических наук, заведующего кафедрой физики колебаний физического факультета МГУ Сергея Петровича Вятчанина.

Флаг на ветру

Путешествие в прошлое с целью изменить неудовлетворительное положение дел в настоящем — основной прием научной и ненаучной фантастики. Этому посвящены «Терминатор», «Назад в будущее», «Гарри Поттер» и многие другие произведения, включая бесконечную макулатуру про «попаданцев». Часть научно-фантастических опусов строятся на так называемом эффекте бабочки, описанном в рассказе Рэя Брэдберри «И грянул гром»: даже малозначительное событие (например, случайно убитая бабочка) в прошлом может привести к масштабным последствиям в будущем.

Для начала зададимся главным вопросом: как можно осуществить путешествие во времени? Ответ ученых созрел в 1990-х годах: через кротовые норы (правда, их существование до сих пор не доказано). Первым о них написал Кип Торн — американский физик и астроном, получивший Нобелевскую премию по физике в 2017 году. Он выступил также консультантом при создании фильма «Интерстеллар», где развивается впечатляющая идея о кротовых норах.

«В принципе, такое путешествие через кротовую нору возможно, — рассказал нам Сергей Вятчанин. — Вы можете оказаться и в будущем, и в прошлом. В пространственно-временном континууме время будет идти по-другому».

Но если так, то возникает несколько трудноразрешимых проблем, и эффект бабочки — одна из них.

эффект бабочки

За этим словосочетанием стоит вполне реальная научная теория — теория хаоса. Сам термин «эффект бабочки» ввел в естественные науки американский математик и метеоролог Эдвард Лоренц в 1972 году. Его статья называлась «Предсказание: взмах крыльев бабочки в Бразилии вызовет торнадо в штате Техас».

Классический эффект бабочки связан с разными физическими системами, говорит Вятчанин: «Допустим, у вас есть начальные условия: качается маятник. Вы его отклонили сильнее или слабее, но все равно он вернулся к своему равновесию и замер. Но есть системы, которые динамически демонстрируют так называемый хаос. Когда вы немного изменяете изначальные условия, вы не можете предсказать траекторию и определить, где окажется система». В качестве примера он советует представить флаг на ветру. Никакие компьютеры и никакая наука не помогут узнать, в какую секунду в какой точке окажется кончик флага. Это неустойчивое движение.

Из-за неизвестных последствий воображаемое путешествие в прошлое выглядит очень опасным: одним неосторожным движением можно поменять свою судьбу и судьбу всего человечества. Например, вы нечаянно убили дедушку до того, как он стал отцом вашего отца (парадокс дедушки). А если этот дедушка был Гитлер, то вы заодно отменили Вторую мировую войну. Но в 2020 году эти известные парадоксы путешествия во времени вдруг пересмотрели. И чему теперь верить?

Эффект бабочки отменен?

Летом специалисты из Лос-Аламосской национальной лаборатории в США сообщили миру о том, что никакого квантового эффекта бабочки не существует. Они смоделировали путешествие во времени при помощи квантового компьютера IBM-Q, вносили изменения в прошлое и не обнаружили значительных перемен в будущем.

Эксперимент проводился с кубитами — наименьшими элементами для хранения информации в квантовом компьютере. В ходе исследования информация «путешествовала во времени» в моделируемое прошлое (кубиты пропускали через набор логических элементов, после чего они возвращались к своей первоначальной настройке). Один из кубитов был сильно поврежден — образно говоря, кто-то наступил на бабочку. Однако, когда все кубиты возвращались в «настоящее», они оставались неизменными, как будто ничего не было сломано.

«Мы обнаружили, что даже если "злоумышленник" внесет какие-то изменения в хаотичное состояние, повредив его, то мы все равно сможем легко восстановить всю полезную информацию, потому что это повреждение не увеличивается в процессе декодирования», — заявил один из авторов Бин Ян.

Физик-теоретик Николай Синицын отметил, что для квантового компьютера не существует проблем с имитацией процесса эволюции в противоположном направлении, поэтому нет проблем и с симуляцией процесса перемещения в прошлое. «Мы действительно можем увидеть, что происходит со сложным квантовым миром, если путешествуем назад во времени, вносим небольшие изменения, а затем возвращаемся назад», — говорит Николай Синицын.

«Мы обнаружили, что наш мир уцелеет. Это означает, что в квантовой механике не существует эффекта бабочки»

Впрочем, авторы оговорились, что, возможно, это открытие работает только в квантовом мире. «Мы обнаружили, что понятие хаоса в классической физике и в квантовой механике должно пониматься по-разному», — признался Николай Синицын.

«Это странное утверждение, — прокомментировал Сергей Вятчанин. — Есть принцип: квантовое поведение переходит в классическое поведение. То есть любой объект квантовый должен, когда квантовые особенности становятся менее видны, переходить в обычную классическую физику. А здесь получается разрыв, и это настораживает. У нас в классической механике есть динамический хаос, а в квантовой нет? Я бы над этим еще в носу поковырял и подумал».

Сергей Вятчанин считает, что не стоит делать поспешных выводов: «В этой статье идет речь о том, могут ли накапливаться маленькие возмущения, которые мы добавляем в состояние кубита. И авторы говорят: нет, они не накапливаются. Но если я прав, то этот эффект бабочки характерен для специфических систем — тех, которые демонстрируют динамический хаос. Однако говорить, что это отрицает сам эффект бабочки, я бы, пожалуй, не стал».

Когда дедушку невозможно убить

Можно ли творить что угодно в прошлом и избежать парадокса дедушки? Есть ли у человека свобода воли и какова будет расплата за нее? Ведь если путешественник во времени убьет своего предка до того, как он оставил потомство, он предотвратит свое рождение? Но ведь на самом деле он родился и живет. Как объяснить такое противоречие?

На эти вопросы недавно ответили австралийские ученые. Студент Жермен Тобар и его научный руководитель Фабио Коста из Квинслендского университета произвели сложные математические расчеты, из которых сделали вывод, что путешествия во времени допускаются законами природы и не ведут к возникновению неразрешимых противоречий. Сама Вселенная будет подстраиваться под действия путешественника, чтобы история не изменилась.

Если применить их выводы к парадоксу дедушки, то получается, что герой может делать что угодно, но убить предка ему не удастся. Этому помешают другие, на первый взгляд случайные события. Лопата сломается, дедушка убежит — произойдет что угодно, но не убийство. Вселенная позаботится о том, чтобы парадокса не случилось.

Однако ученые подчеркивают, что их результаты были получены в абстрактной системе, которая не зависит от деталей динамики или геометрии пространства-времени. «Необходимы дальнейшие исследования, чтобы найти подлинные физические сценарии, реализующие обнаруженные нами процессы», — резюмировали авторы в статье, опубликованной в научном журнале Classical and Quantum Gravity.

Сергей Вятчанин прокомментировал это исследование словами Стругацких: «Дело государственное, ошибочки возможны». Он уверен, что надо подождать с выводами, уж больно странными они выглядят. «Парадокс дедушки говорит о том, что я могу вернуться в прошлое и убить своего дедушку, — поясняет профессор Вятчанин. — Утверждение Тобара и Косты о том, что природа не допустит такого, очень странное. Я вроде бы живу свободно, но на самом деле все предопределено. Это сильное утверждение — оно нарушает иллюзию о свободе». Вятчанин считает, что должно пройти время, чтобы специалисты по общей теории относительности оценили исследование, придирчиво посмотрели само уравнение и статью.

По мнению профессора МГУ, тот факт, что исследование опубликовано в престижном научном журнале, еще не говорит о том, что оно не нуждается в проверке. Результат пока сырой и требует признания. Но если он будет подтвержден, то основные парадоксы путешествия во времени будут устранены. И тогда уже ничто не спасет динозавров от гибели, даже если вы попытаетесь предотвратить их вымирание с помощью машины времени.

Текст: Евгения Шмелева

Читайте также
Ученые описали первую микросекунду после Большого взрыва
Ученые описали первую микросекунду после Большого взрыва
Эксперимент на Большом адронном коллайдере дал неожиданные результаты.
Открыт способ создания квантовой голограммы
Открыт способ создания квантовой голограммы
При этом фотоприемники могут находиться даже в разных полушариях Земли.
Выяснилось, почему Вселенная везде одинакова
Выяснилось, почему Вселенная везде одинакова
Теория Эйнштейна вновь оказалась на высоте.