Возможность путешествий во времени очаровывала человечество на протяжении веков, подпитывая как литературное воображение, так и научные дебаты. В исследовании, опубликованном в журнале Classical and Quantum Gravity, физик Лоренцо Гавассино исследует термодинамические и квантовые основы, которые поддерживали бы жизнь и физические процессы во Вселенной с замкнутыми времениподобными кривыми (ЗВК).

Проведя тщательный анализ, автор представляет удивительный сценарий, сочетающий квантовую механику и относительность, чтобы продемонстрировать, что путешествия во времени, хотя и возможны, будут кардинально отличаться от того, что изображает фантастика.

Проще говоря, ЗВК — это путь в пространстве-времени, который позволяет объекту вернуться в исходную точку на своей собственной временной шкале. Во вселенной, описываемой общей теорией относительности Эйнштейна, эти кривые могут возникать в определенных моделях, таких как вселенные типа Гёделя. В них геометрия пространства-времени обладает необычными свойствами, которые позволяют существовать круговым траекториям, где время течет как замкнутое измерение. Гавассино использует эту схему для анализа того, что происходит, когда физическая система — например, космический корабль — путешествует в ЗВК.

По мнению автора, термодинамические и квантовые последствия таких путешествий порождают удивительные явления, такие как спонтанная инверсия стрелы энтропии времени и невозможность классических парадоксов, таких как встреча с более молодыми версиями самих себя.

Ключевым моментом в работе Гавассино является принцип самосогласованности. Этот принцип гласит, что во вселенной с ЗВК все события должны происходить таким образом, чтобы не создавать противоречий. Это позволяет устранить такие известные парадоксы, как «парадокс дедушки», когда путешественник во времени может предотвратить собственное рождение, изменив прошлое. По мнению Гавассино, законы квантовой механики автоматически гарантируют эту самосогласованность.

В статье математически показано, что любая квантовая система, путешествующая по ЗВК, должна вернуться в свое исходное состояние после завершения цикла. Этот результат, вытекающий из фундаментальных теорем, таких как теорема Вигнера, устанавливает, что энергетические уровни системы в ЗВК дискретизируются спонтанно. Это означает, что возможные энергии системы квантованы и разделены точными интервалами, которые зависят от длительности временной кривой. Термодинамика, и в частности энтропия, играет центральную роль в анализе Гавассино. Энтропия, мера беспорядка в системе, имеет тенденцию увеличиваться со временем, отмечая разницу между прошлым и будущим.

Однако в ЗВК энтропия должна вернуться в исходное состояние после завершения цикла, что означает спонтанный разворот стрелы времени. Автор иллюстрирует это явление на простой модели: нестабильная частица распадается на более легкие частицы при прохождении через ЗВК. Хотя это статистически невероятно, квантовые законы диктуют, что по завершении цикла легкие частицы должны спонтанно рекомбинировать, чтобы снова образовать исходную частицу, тем самым обращая энтропийный процесс вспять.

Одним из самых интригующих аспектов работы является идея о том, что биологические и психические процессы, такие как формирование воспоминаний, также зависят от свойств ЗВК. Гавассино утверждает, что любая память или запись, созданная во время путешествия, должна быть стерта, прежде чем система вернется в исходное состояние.

Этот процесс гарантирует отсутствие противоречий во временной шкале, но также поднимает глубокие вопросы о природе причинности и личной идентичности во вселенной с путешествиями во времени. Кроме того, автор вводит понятие «события минимальной энтропии» - точки в ЗВК, где энтропия минимальна и где порядок в системе возникает спонтанно, без видимых причин. По мнению Гавассино, это событие бросает вызов нашим макроскопическим представлениям о причинности, поскольку сложные структуры, такие как мозг или книги, могут появляться «из ниоткуда» в этих точках благодаря статистическим флуктуациям.

В научной фантастике часто задается вопрос, можно ли встретить более молодую версию самого себя во время путешествия во времени. По мнению Гавассино, квантовые и термодинамические законы делают этот сценарий крайне маловероятным. Любая «будущая версия» путешественника во времени, появляющаяся в ЗВК, в лучшем случае будет иллюзорной копией или «клоном», порожденным статистическими флуктуациями, а не прямым причинно-следственным продолжением самого путешественника. Хотя работа Гавассино не отстаивает напрямую существование ЗВК, она предлагает увлекательный взгляд на то, как они могли бы функционировать в гипотетической вселенной.

Помимо математических сложностей, его работа подчеркивает способность современной физики решать вопросы, которые раньше казались уделом философии или фантастики. Главная мысль автора ясна: если бы путешествия во времени были возможны, они не были бы похожи на популярные представления в литературе и кино. Вместо этого оно подчинялось бы строгим правилам квантовой механики и термодинамики, а последствия были бы столь же странными, сколь и удивительными.

В конце концов, время — это не просто линейное измерение, которым мы можем манипулировать по своему усмотрению, а сущность, глубоко переплетенная с фундаментальными законами Вселенной.