что такое временной парадокс простыми словами
5 парадоксов путешествия во времени, от которых закипят мозги
Есть две группы ученых, которые спорят о самой структуре времени: одни считают, что, вернувшись в прошлое и изменив хоть что-то, можно поменять будущее, причем самым непредсказуемым образом. Другие же полагают, что время представляет собой замкнутый цикл, который постоянно повторяется, и одни события не влияют на другие, так как существуют в разных временных плоскостях. Согласно этим теориям были порождены парадоксы, о которых мы тебе расскажем.
1. Парадокс предопределения
Этот парадокс возникает, когда человек, путешествующий во времени, становится частью прошлых событий и его действия в конечном счете приводят к тому событию, на которое он пытается повлиять или предотвратить. Благодаря ему создается временной цикл причинности, в котором Событие 1 в прошлом влияет на Событие 2 в будущем (имеется в виду путешествие во времени в прошлое), которое и стало причиной События 1. Создается некий круговорот циклов, который гарантирует, что история не изменится, так что любые путешествия во времени и попытки изменить прошлое приведут к самой причине, а не исправлению этих действий. Данный парадокс предполагает, что все в любом случае случится так, как должно, и ничто этого не изменит.
2. Онтологический парадокс
В этом парадоксе говорится о том, что любой объект, человек или часть информации, которые будут отправлены назад во времени, приведут к бесконечному циклу, в котором данный объект не имеет видимого происхождения, или даже не создавался. Иначе этот парадокс можно объяснить на примере молодого человека, который отправился назад в прошлое и там охмурил дамочку, с которой затем переспал. Через 3 месяца он вернулся в свое время, не зная, что эта женщина беременна. Ее ребенок растет, и становится, – угадай кем – да, путешественником во времени, который возвращается назад и встречает женщину, и так далее по бесконечному кругу.
Этот парадокс подразумевает, что прошлое, будущее и настоящее не определены, из-за чего ученые не могут понять, как определить происхождение чего угодно, если оно может и не существовать вовсе. Уравнение поля Эйнштейна допускает возможность существования подобных циклов, так что нет ничего не возможного.
3. Парадокс дедушки
4. Парадокс убийства Гитлера
5. Парадокс Полчинского
Американский физик-теоретик Джозеф Полчинский предложил сценарий временного парадокса, в котором бильярдный шар входит в червоточину и появляется в прошлом как раз в тот момент, чтобы столкнуться с младшей версией себя и остановить вхождение. Парадокс Полчинского воспринимается физиками очень серьезно благодаря теории относительности Эйнштейна, которая предполагает возможность путешествовать во времени.
Когда Джозеф предположил свой парадокс, то вложил в него принцип Новикова, который подтверждает возможность путешествия во времени, но запрещает временные парадоксы. Благодаря этому были сформированы решения, которые помогут избежать временных парадоксов, а значит, и изменений в прошлом. Возьмем наш бильярдный шар: шар, который появится из червоточины, ударит искомую версию и изменит направление ее движения, но недостаточно, чтобы помешать ей войти в червоточину.
Зарядка для ума: о парадоксе временной петли – простым языком
Пытаемся разобраться, что такое парадокс путешествий во времени
Иногда его называют причинной петлей – из-за последовательности событий, являющихся причиной друг друга. Основная идея причинно-следственной петли состоит в следующем: если происходит путешествие в прошлое, в нем могут существовать информация и объекты, которые на тот момент еще не были изобретены. Получается невозможная ситуация.
Рассмотрим пример.
Предположим, вы ученый. В очередной день вы сидите в своем кабинете и ломаете голову над схемой машины времени. Некоторое время спустя вы решаете отдохнуть: достаете телефон и начинаете листать ленту Инстаграм. В этот момент в комнате внезапно появляется человек, который очень похож на вас. Только чуть старше.
Между вами происходит диалог:
– Ты – это я. Это что – Инстаграм? Кстати, именно там ты встретишь ту, на ком позже женишься. Тебе понравится ее фото.
– Что, о чем ты говоришь? Минуту… Машина времени?
– Да. Послушай, у меня слишком мало времени. Да, ты изобретешь машину времени. Вот готовые чертежи. Возьми их, сделай, что нужно, и машина будет готова! Весь мир будет восхищаться твоим умом. Ну, пока, я побежал…
Теперь, если вы еще раз прочтете диалог, вы найдете источник парадокса:
Вы сконструировали машину времени по подаренным эскизам и воплотили ее в жизнь – мир гордится вашим интеллектом. Но только вы знаете правду: на самом деле вы не создали машину времени, вам отдали готовые чертежи. Итак, если вы не создатель великого изобретения, если черновики пожаловали к вам из будущего – где ваша будущая версия достала эти самые черновики?
И сразу другой пример:
Однажды, когда Эйнштейн мирно сидел за своим рабочим столом, в кабинет неожиданно телепортировался незнакомец. «Вы тот, кто сформулировал теорию относительности, я восхищаюсь вашей работой. Я собирался попасть в тот момент, когда вы впервые вывели теорию, с помощью моей машины времени, но случайно оказался в этом году», – объясняет путешественник.
Затем он передает Эйнштейну, который еще не сформулировал теорию, статью, написанную Эйнштейном в будущем. Незнакомец советует непременно ее опубликовать, как будто она его собственность. Потому что она и есть собственность ученого.
Альберт Эйнштейн публикует статью под своим именем, но ему как-то не по себе. Ведь статью написал не он – ее подарил кто-то другой. Итак, если Эйнштейн не написал эту статью, то почему незнакомый путешественник уверил его, что статью написал Эйнштейн? Кто на самом деле написал эту статью?
Примеры этого парадокса часто встречаются в сериалах и фильмах
Например, в «Докторе Кто» и «Теории большого взрыва». В одном из эпизодов Доктор оказывается заточенным в Пандорику – ящик, который можно открыть лишь с помощью звуковой отвертки. Будущая версия Доктора является перед Рори, передает ему свою звуковую отвертку, а вместе с тем и инструкции, как вызволить его из Пандорики. Затем он исчезает.
Рори выполняет указания, и вместе со спасенным доктором они помещают в ящик Эми, чтобы сохранить ей жизнь. Затем Доктор отправляется в будущее и убеждает маленькую Эми прийти в Национальный музей, где стоит Пандорика, чтобы с помощью ДНК маленькой девочки оживить Эми, находящуюся внутри ящика. Пандорика открывается, как только маленькая Эми касается ящика. Доктор вынимает отвертку из кармана Эми, возвращается и передает ее Рори. Так откуда же взялась отвертка?
Еще один пример парадокса временной петли – песня Джонни Би Гуда в фильме «Назад в будущее». Во времена юности Марти песня существует и широко известна, поэтому герой знает ее слова. Но когда Марти исполняет ее на выпускном – песня еще не написана. Когда Марти ее играет, песню заучивает Чак Берри, один из участников музыкальной группы. Выходит, непонятно, кто написал песню первым.
Еще один фильм, в котором отражен парадокс, – «Патруль времени»
Самое убедительное объяснение, которое приходит на ум, сформулировано следующим образом:
Когда путешественник во времени возвращается в прошлое с информацией или предметом в руке, он перемещается в параллельную вселенную. Например, во вселенную, в которой Эйнштейн не вывел общую теорию относительности. Получается, автор статьи – Эйнштейн во вселенной путешественника во времени. А Эйнштейн в альтернативной вселенной, в которую попадает путешественник во времени, – просто счастливый человек, который добьется успеха благодаря внезапному стечению обстоятельств.
Как избежать «парадокса убитого дедушки» или Квантовая механика решает загадки путешествия во времени
Путешествия во времени давно стали основным жанром фильмов, романов и телевизионных шоу, которые служили всем: от заднего плана до подростковых весёлых комедий, таких как «Назад в будущее», и вдумчивого созерцания в новелле Рэя Брэдбери «И грянул гром». Часто эти истории сосредотачиваются вокруг одного аспекта путешествия во времени – возможных последствий того, что путешественник во времени поменяет прошлые события, в результате чего по возвращении в будущее произойдёт кошмарный сценарий, влияя на способность вообще путешествовать в прошлое.
Эта дилемма, известная как «парадокс убитого дедушки», отражает главное возражение философов и физиков против путешествий во времени – возможное нарушение причинности. В то время как само путешествие во времени остаётся в области чистой спекуляции, возможные результаты нарушения принципа причинности и то, как природа может предотвратить их, являются горячо обсуждаемыми темами, с такими известными физиками и философами, как Стивен Хокинг и Кип Торн, размышляющими о возможных решениях. Возможно ли, что «многомировая» интерпретация квантовой механики может спасти несчастного (и неуклюжего) путешественника во времени?
Что такое «парадокс убитого дедушки», и почему он так важен?
Фрай, неуклюжий главный герой Футурамы Мэтта Грейнинга, имел довольно неудачную встречу со своими дедушкой и бабушкой в титулованном эпизоде «Розуэлл, который хорошо кончается»
Чтобы рассмотреть этот парадокс, давайте представим себе ситуацию, в которой одарённый молодой изобретатель Марти создаёт машину времени в 2018 году. Поскольку Марти никогда не видел своего деда, он решает совершить путешествие в прошлое, чтобы встретиться с ним. После тщательного исследования Марти выясняет, где именно будет находиться его дед, ещё молодой и бездетный, 23 ноября 1963 года. Он входит в свою машину и начинает путешествие в прошлое.
Набросок путешествия Марти, если мы допустим существование только одной мировой линии
К сожалению, Марти – очень буквальный парень, и, когда мы сказали, что он точно знает, где будет находиться его дед, это не было преувеличением. Марти приземляется точно в том месте, где должен был быть его дед, с предсказуемыми результатами. После быстрого анализа ДНК, чтобы убедиться, что это действительно его дед, Марти терпеливо ждёт своего исчезновения…
Решение дилеммы Марти?
Эта идея была расширена студентами Калифорнийского технологического института Фернандо Эчеверриа и Гуннаром Клинкхаммером вместе с физиком Кипом Торном в статье, где было показано, как бросить бильярдный шар в прошлое через червоточину по траектории, которая будет препятствовать попаданию шара в червоточину. Они утверждали, что физические свойства червоточины изменят траекторию шара таким образом, что он не сможет мешать самому себе, или что именно вмешательство – это то, что в первую очередь заставляет шар войти в червоточину.
Визуальное представление решения Эчеверрии и Клинкхаммера (Brightroundircle)
Итак, согласно теории Новикова, любые действия, предпринимаемые путешественником во времени, просто становятся частью ранее существовавшей истории, и наблюдателям запрещается видеть эти события из-за так называемого горизонта Коши.
Вернувшись в 2018 год, наш герой Марти обнаруживает, что его семейный дом исчез, как и все следы его существования. Читая о теории Новикова и пересекающихся бильярдных шарах, он проклинает бездеятельность Вселенной. Именно в этот момент он понимает, что, возможно, Вселенная не вмешивалась, поскольку для этого требовалось какое-то другое корректирующее действие. Вдохновлённый статьёй о столкновении бильярдных шаров, он мчится к своей машине времени, чтобы помешать себе и спасти собственное будущее.
Решение Новикова может показаться вам несколько произвольным, поскольку оно, безусловно, требует существования множества механизмов, в настоящее время неизвестных физике, достаточных для того, чтобы навсегда затупить бритву Оккама. Именно по этой причине такое решение парадокса убитого дедушки обычно отвергается научным сообществом. Физик Мэтт Виссер, исследователь в области общей теории относительности, предполагает, что принцип самосогласованности Новикова слишком заточен под конкретный случай, чтобы его можно было принять как спасение причинности.
Есть ли более экономное решение парадокса убитого дедушки, основанное на ранее существовавших аспектах физики, введённых другими теориями или дисциплинами?
Так уж случилось, что одно из таких решений может дать хорошо известный аспект квантовой физики: интерпретацией квантовой механики «многих миров».
Многомировая интерпретация квантовой механики
«Многомировая» интерпретация квантовой механики была впервые предложена Хью Эвереттом III в 1950-х годах как решение проблемы коллапса волновой функции, продемонстрированной в печально известном эксперименте Юнга с двумя щелями.
Основная схема двухщелевого эксперимента. Электроны могут проходить через одну из двух щелей
Электроны, выпущенные по отдельности, начинают создавать характерную интерференционную картину на экране за пределами двух щелей
Поскольку электрон движется, его можно описать как волновую функцию с конечной вероятностью прохождения либо через щель S1, либо через щель S2. Когда электрон появляется на экране, он не размазывается по нему, как волна. Он проявляется как точка. Мы называем это коллапсом волновой функции, поскольку волнообразное поведение исчезло, и это ключевой фактор так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики. Но оставался вопрос: почему волновая функция коллапсирует?
Эверетт задал другой вопрос. Коллапсирует ли вообще волновая функция?
Он представил себе ситуацию, в которой вместо коллапса волновой функции она продолжает расти экспоненциально. Настолько, что в конечном счёте вся Вселенная оказывается лишь одним из двух возможных состояний. «Мир», в котором частица прошла через S1, и мир, в котором частица прошла через S2. Эверетт также утверждал, что одно и то же «расщепление» состояний произойдёт для всех квантовых событий с различными исходами, существующими в разных мирах в состоянии суперпозиции. Волновая функция просто выглядит так, как будто она разрушилась для нас, потому что мы находимся в одном из этих миров, которым запрещено взаимодействовать.
Это значит, что когда Марти вернётся в 1963 год, произойдет раскол. Он больше не в том мире, из которого пришёл, назовём его Миром 1. Вместо этого он создал новый мир. Когда он путешествует вперёд во времени, он путешествует по временной шкале этого мира. Он никогда не существовал в этом мире и, по правде говоря, не убивал своего деда. Его дед существует в целости и сохранности ещё в 1963 году в Мире 1.
Набросок путешествия Марти, если применить «многомировую» интерпретацию квантовой механики. Попытка путешествовать назад вызывает нисходящий «прыжок» мировых линий
Итак, что происходит, когда Марти возвращается в прошлое в попытке спасти свой мир? Он непреднамеренно создаёт другое состояние, Мир 3. Этот мир может походить на Мир 1 почти всеми мыслимыми способами, но, согласно применению интерпретации, он не является тем же самым из-за одного события. Столкновение двух машин времени 23 ноября 1963 года.
Если Марти снова попытается вернуться в 1963 год, чтобы исправить первоначальное вмешательство, он просто создаст другое состояние, Мир 3
Правда в том, что если это правильное решение парадокса убитого дедушки, то Марти никогда не сможет вернуться в Мир 1. В интерпретации «многих миров» заложено, что наложенные миры не могут взаимодействовать друг с другом. Марти может двигаться «вниз», потому что именно его присутствие в определённый момент создает мир. Невзаимодействие означает, что независимо от того, какие меры он принимает, каждый раз, когда он возвращается в прошлое, он создаёт новый мир и прыгает «вниз» в этот мир, а затем может двигаться только вперёд во времени по этой линии. Где-то в своём мире, Мире 1, Марти, изобретательный молодой человек, просто исчез в один прекрасный день, чтобы никогда не вернуться.
Заключение
Конечно, ничего из этого не делает путешествия во времени более возможными или вероятными. Специальная теория относительности Эйнштейна и ограничения на скорость объекта с массой сильно ограничивают эту возможность. Но это даёт интересное решение к логической головоломке. Ирония заключается в том, что наиболее правдоподобное решение парадокса убитого дедушки исходит из единственной концепции в физике, которая создала ещё более фантастические истории и приключения, концепции множественных Вселенных, даже если в этом случае упомянутые вселенные сосуществуют в невзаимодействующей гипотезе состояний.
Интерпретация «многих миров» предполагает почти бесконечное количество возможных миров, даже тот, где вы решили отрастить бороду и стать злее.
Интересно, что это приложение также отвечает на другую загадку, часто задаваемую о путешествиях во времени. Если такая технология когда-нибудь перейдёт от диких предположений к реальности, то где же путешественники во времени? Почему они не пришли к нам, чтобы обсудить своё удивительное открытие?
Ответ может заключаться в том, что мы существуем в первичном мире, в котором будут созданы машины времени. Изобретатели и пассажиры таких машин просто исчезают в других мирах собственного творения. Для нас изобретение машин времени будет просто отмечено множеством исчезающих физиков.
Оказывается, Марти было легко.
Узнайте подробности, как получить Level Up по навыкам и зарплате или востребованную профессию с нуля, пройдя онлайн-курсы SkillFactory со скидкой 40% и промокодом HABR, который даст еще +10% скидки на обучение:
Временные парадоксы
Парадокс Билкера. Предположим, человек знает, каким будет его будущее, и совершает какой-то поступок, что делает существование такого будущего невозможным. Например, вы создается машина времени, которая может унести человека в будущее, и вот он обнаруживает, что ему суждено жениться на женщине по имени Анна. Однако назло року он решает жениться на женщине по имени Галя, т.о. делая невозможным существование такого будущего.
Сексуальный парадокс. Согласно этому парадоксу, вы являетесь своим собственным отцом, что невозможно биологически. Герой истории, написанной британским философом Д. Гаррисоном, не только является собственным отцом, но и съедает самого себя. В классическом произведении Р. Хайнлайна «Все вы зомби» герой одновременно и собственный отец, и мать, и дочь, и сын — т.е. в нем воплощено все фамильное дерево. Раскрыть тайну сексуального парадокса в действительности довольно сложно, поскольку это требует знаний как в области теории путешествий во времени, так и в механике ДНК. Но он таки имеет право на жизнь — советую прочитать Хайнлайна и Гаррисона.
В «Конце вечности» А. Азимов рисует в своем воображении «временную полицию», которая отвечает за предотвращение подобных парадоксов. В фильме «Терминатор» сюжет основан на информационном парадоксе — ученые изучают микрочип, взятый у робота из далекого будущего, затем они создают целую расу роботов, которые наделены сознанием, и те завоевывают весь мир. Другими словами, сама конструкция этих роботов не была создана каким-либо изобретателем; она просто взята из обломков одного из роботов далекого будущего. В фильме «Назад в будущее» Дж. Фокс пытается избежать «дедушкиного парадокса», когда возвращается назад во времени и встречается со своей матерью-подростком, которая тут же влюбляется в него. Но если она отвергнет ухаживания отца Фокса, то само существование Майкла будет поставлено под угрозу.
В настоящее время физики делятся на 2 группы, поддерживая 2 возможных решения этих временных парадоксов. Русский космолог И. Новиков считает, что мы вынуждены действовать таким образом, словно парадоксы неизбежны. Его подход называется «школой непротиворечивости». Если река времени мягко поворачивает вспять и снова замыкается на самой себе, создавая водоворот,то, согласно предположениям Новикова, если мы решим вернуться назад во времени, что было бы чревато созданием временного парадокса, то некая «невидимая рука» должна вмешаться и предотвратить прыжок в прошлое. Но в подходе Новикова существуют проблемы со свободной волей. Если мы вернемся назад во времени и встретим своих собственных родителей, то можно подумать, что в своих действиях мы руководствуемся собственной волей; Новиков считает, что еще не открытый закон физики запрещает любое действие, которое изменило бы будущее (например, такое действие, как убийство собственных родителей или предотвращение факта собственного рождения). Он отмечает: «Мы не можем отправить путешественника во времени в сады Эдема, чтобы попросить Еву не
рвать яблоко с дерева».Что же это за загадочная сила, не позволяющая изменить прошлое и создать временной парадокс? «Такое давление на нашу волю необычно и загадочно, но все же оно имеет свои параллели, — пишет
Новиков. — Например, я могу изъявить волю прогуляться по потолку без всякого специального снаряжения. Закон гравитации не позволит мне этого сделать; я упаду на пол, если попытаюсь это сделать, а потому моя свобода воли ограничена».
Но временные парадоксы могут происходить и тогда, когда неодушевленное вещество (вовсе не обладающее свободной волей или силой намерения) забрасывается в прошлое. Предположим, что перед битвой Александра Великого с царем персов Дарием III в 330 году до н. э. ученые отправляют в прошлое пулеметы с инструкцией на древнеперсидском по их использованию. Вся последующая европейская история изменилась бы (и, возможно, обнаружилось бы, что вместо одного из европейских языков теперь разговаривают на каком-то диалекте персидского).
По сути, даже мельчайшее вмешательство в прошлое может стать причиной самых неожиданных парадоксов в настоящем. Например, в теории хаоса используется метафора «эффект бабочки». В критические моменты формирования климата Земли достаточно малейшего трепета крыльев бабочки, чтобы пустить по воде рябь, способную нарушить баланс сил и вызвать грозу страшной силы. Даже мельчайшие неодушевленные объекты, будучи отправлены в прошлое, неизбежно изменят прошлое самым непредсказуемым образом, что станет причиной временного парадокса.
Вторая гипотеза называется «теорией многих миров»: суть ее в том, что все возможные многочисленные миры могут существовать одновременно. Это исключает бесконечное количество расхождений, обнаруженное Хокингом, пт.к. излучение не будет раз за разом проходить сквозь портал, как в пространстве Мизнера (см. предыдущие посты). Если оно и проникнет сквозь портал, то только один раз. Каждый раз, проходя сквозь портал, оно будет входить в новую вселенную.
И этот парадокс восходит, возможно, к глобальному вопросу квантовой теории: как может быть кот и живым, и мертвым в одно и то же время?
Для ответа на этот вопрос физикам пришлось принять во внимание два шокирующих решения: либо Существует Космический Разум, следящий за всеми нами, либо существует бесконечное количество квантовых вселенных.