Один из самых устойчивых парадоксов теоретической физики — так называемый парадокс дедушки — может получить строгое математическое объяснение. Физики Мустафа Исмаил и Дэвид Маттингли из Университета Нью-Гэмпшира опубликовали в журнале Physical Review D работу, в которой они предлагают альтернативную модель гравитации, способную сделать движение времени назад принципиально невозможным. Исследование, о котором сообщает РБК-Украина, опирается на метрически-афинную теорию гравитации и вводит модель, получившую название MAGIC (Metric-Affine Inflationary Cosmology с защитой хронологии). В определённых условиях эта модель не допускает образования замкнутых временных кривых: время вдоль любой допустимой траектории движется только вперёд, что исключает возврат в прошлое.
От парадокса дедушки к гипотезе Хокинга
Суть парадокса дедушки проста и одновременно разрушительна для наивной концепции путешествий во времени: если путешественник убивает собственного дедушку до рождения отца, он сам не появляется на свет и, следовательно, не может совершить это путешествие. В 1992 году Стивен Хокинг сформулировал гипотезу защиты хронологии, согласно которой законы физики не допускают появления замкнутых временных кривых — траекторий, позволяющих вернуться в прошлое. Однако общая теория относительности Эйнштейна математически не исключает существования таких путей, и на протяжении более трёх десятилетий у физиков не было чёткого механизма, который объяснял бы, что именно мешает их возникновению. Модель MAGIC претендует на то, чтобы заполнить этот пробел, перенося запрет на уровень самой структуры гравитационного взаимодействия.
Как устроена модель MAGIC
В отличие от стандартной общей теории относительности, где метрика пространства-времени и аффинная связь (математический объект, описывающий, как переносить векторы между точками) связаны жёстко, метрически-афинная гравитация допускает их независимое описание. Исмаил и Маттингли использовали эту свободу, чтобы построить модель, в которой геометрия пространства-времени и «правила параллельного переноса» эволюционируют раздельно. В результате в определённых режимах модель автоматически налагает запрет на замкнутые временные кривые: любая мировая линия, по которой мог бы двигаться наблюдатель, монотонно устремляется в будущее, и «петля», замыкающая траекторию в прошлое, становится математически недопустимой. Таким образом, защита хронологии возникает не как внешнее ограничение, а как внутреннее свойство гравитационной динамики.
Слабое место: скалярный режим и нестабильность
Несмотря на элегантность подхода, модель MAGIC несёт в себе серьёзную внутреннюю проблему. В метрически-афинной теории, помимо стандартных тензорных гравитационных волн, появляется дополнительный тип колебаний — скалярный режим. По расчётам авторов, эти колебания в определённых условиях не затухают, а экспоненциально усиливаются. Это означает, что модель становится динамически нестабильной: малые возмущения скалярного поля нарастают со временем, что делает невозможным использование MAGIC как устойчивого описания реальной Вселенной. Кроме того, гарантия защиты от временных петель в текущей формулировке действует лишь в ограниченном участке пространства. Чтобы распространить принцип на весь космос, исследователям придётся вводить дополнительные предположения о глобальной топологии или граничных условиях, что существенно усложняет теорию.
Первый шаг к целостной теории
Авторы исследования честно признают перечисленные ограничения и не претендуют на то, что MAGIC уже является окончательной теорией гравитации. Они позиционируют работу как первый шаг к более целостной модели, которая в перспективе должна объяснить, почему путешествия в прошлое невозможны не «по воле» какого-то внешнего закона, а в силу внутренней структуры гравитационного взаимодействия. Публикация в Physical Review D — рецензируемом журнале, входящем в число наиболее авторитетных изданий по физике, — подтверждает, что подход признан научным сообществом заслуживающим внимания, даже если его практическая применимость пока остаётся под вопросом. Дальнейшая работа, по оценке самих исследователей, будет направлена на подавление нестабильного скалярного режима и расширение области действия хронологической защиты на космологические масштабы.
