Машину времени не построить
Время движется только в одном направлении, показало исследование модельного метаматериала.
Повидаться с героями далекого прошлого с помощью машины времени не удастся, показало моделирование движения пространства и времени после Большого взрыва, проведенное американскими учеными. Вектор движения света через особый метаматериал подтвердил: время движется только в одном направлении.
Обсуждение возможности путешествий во времени не праздный научный вопрос. Центральное бюро по вопросам кино, радио и телевидения Китая решило недавно законодательно запретить показ теле- и кинопродукции, посвященной путешествиям во времени. По статистике, телесериалы и фильмы о машинах времени достаточно популярны в Китае. Большинство из них посвящены путешествиям в прошлое и часто являются необъективными и неуважительными по отношению к историческим персонажам, считают власти Китая. «Путешествия во времени – очень популярная сегодня тема сериалов и кино, но содержание таких произведений, а также их подача достаточно сомнительны. Большей частью они полностью выдуманы и не соответствуют историческим реалиям. Продюсеры и сценаристы очень фривольно относятся к серьезной истории, и это не стоит поощрять», – считают чиновники в КНР.
Исследования Игоря Смольянинова и У Джу Хун из Университета Мэриленда (США) (статья доступна онлайн на сайте препринтов arXiv) дают в руки китайской администрации новые козыри для признания несостоятельности путешествий во времени.
Исследуя прохождение света через особые структуры – метаматериалы, исследователи воссоздали картину расширения пространства и времени после Большого взрыва.
Результаты их исследования объясняют, почему, в отличие от движения в пространстве, движение во времени происходит только в одном направлении.
Сделать такие далеко идущие выводы им позволило изучение специально сконструированного метаматериала – композитного материала, свойства которого определяются не составом, а микроструктурой. В данном случае он представлял собой пластиковые полосы, нанесенные на золотую подложку. Ученые действовали на эту структуру лазером. Математический аппарат, описывающий электромагнитные явления в метаматериале, схож с математическим аппаратом общей теории относительности, которая описывает в общем виде пространство-время. По этой причине прохождение света через метаматериал можно считать моделью, симулятором движения пространства-времени после Большого взрыва.
В метаматериале происходит и свой «Большой взрыв» – это момент, когда распространение света начинается по оси z, моделирующей время.
Это событие моделирует начало космологического времени, которое движется в направлении расширения Вселенной с момента Большого взрыва. После этого события свет в модельном метаматериале распространяется по несовершенной траектории, рассеиваясь из-за случайных эффектов пластиковых лент, достигая, в конце концов, состояния максимальной энтропии. В изолированной системе энтропия увеличивается, то есть движение по этой оси возможно только в одном направлении.
Таким образом, это моделирование еще раз подтверждает, что время движется только вперед (как, собственно, и предполагалось).
До этого многие ученые теоретически показывали состоятельность таких моделей для симуляции движения времени, однако подобный эксперимент – один из немногих шансов «повторного воспроизведения» Большого взрыва и эмпирического подтверждения единственности направления движения времени.
Метаматериалы использовали ранее для достижения обратной цели – доказательства цикличности времени. В качестве модели предлагалось замкнутое движение частиц, то есть траектория, по которой частица всякий раз возвращается в исходную точку. Эти траектории получили название замкнутых временных кривых. Ученые надеялись, что, если им удастся создать метаматериал с таким свойством, что свет в нем будет ходить по кругу (как мы помним, математически описание этого процесса совпадает с описанием движения частицы в пространстве-времени), это станет наблюдением замкнутых временных кривых.
Однако подробный анализ ситуации показал, что существуют объективные ограничения того, как свет будет двигаться в модели. Некоторые лучи действительно могут возвращаться в исходные точки, но они не будут удовлетворять условиям модели пространства-времени. Наоборот, «правильные» модельные лучи никогда не будут двигаться по кольцу. В результате исследователи пришли к тому же результату: путешествия во времени – по крайней мере по такой схеме – невозможны.
Метаматериалы уже позволили воссоздать ряд «нереальных» вещей в эксперименте на Земле. В частности, с их помощью создан микроплащ-невидимка, позволяющий «спрятаться» от глаза, видящего в ИК-диапазоне. Кроме того, метаматериалы могут обладать «нереальным» отрицательным показателем преломления. С помощью таких сред можно получать изображения сверхвысокого разрешения.
