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.

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.