Как известно, общая теория относительности не запрещает факт путешествий во времени. Однако, как описывается в множестве фантастических фильмов, такие вояжи могли бы вызвать противоречия со здравым смыслом. Чтобы разрешить это противоречие, группа ученых из Италии предложила новый путь для оценки возможности или невозможности квантовых состояний, путешествующих сквозь время. Предложенный критерий полностью опровергает существование так называемого «парадокса дедушки», согласно которому, человек, путешествующий во времени, мог бы убить своего предка, чем гарантировал бы собственное исчезновение.

Общая теория относительности, учение Эйнштейна о пространстве и времени, допускает существование замкнутых временных кривых (closed timelike curves, CTC) – путей, которые проходят во времени в обратном направлении, а затем возвращаются в исходный момент, замыкая круг. На данный момент в науке нет окончательного ответа на то, могут ли замкнутые временные кривые когда-нибудь реализоваться на практике. Однако исследователи уже изучили возможные последствия реализации такой структуры, включая влияние на квантовую механику.

Обычная задача квантовой механики может рассматривать две частицы, двигающиеся во времени в прямом направлении. В определенный момент частицы взаимодействуют между собой, изменяя друг друга и продолжая впоследствии раздельное движение в будущее. Но если одна из взаимодействовавших частиц попадает в замкнутую временную кривую, она может «вернуться в прошлое», став одной из первоначальных частиц, повлияв, таким образом, на собственные трансформации. В 1991 году ученый из Англии сделал предположение о существовании условий, запрещающих такое парадоксальное путешествие во времени: частица, возвращающаяся в прошлое, должна быть в том же самом квантовом состоянии, в каком находилась до взаимодействия (т.е. в момент, в который происходит возвращение во времени).

Чтобы наглядно рассмотреть, как работает это условие, предположим, что квантовая частица имеет маркировку «0» или «1». Допустим, эта частица взаимодействует со второй в такой форме, что «0» меняется на «1» и наоборот. Такая частица демонстрирует квантовый «парадокс дедушки»: возвращаясь назад во времени, она меняет свое собственное состояние на противоположное. Не так давно датские ученые показали, что такое возможно, если первоначальная частица описывается суперпозицией равных частей состояний «0» и «1».

Парадокс, вроде бы, преодолен. Но сложности начнутся в тот момент, когда ученые захотят «измерить» вторую из взаимодействующих частиц. Очевидно, что она также должна представлять собой суперпозицию состояний, а при измерении она станет строго «0» или «1». Это, в свою очередь, означает, что частица, путешествующая по временной кривой, не может оставаться в суперпозиции состояний. Для разрешения этого вопроса, не так давно датские ученые предположили, что эта частица существует в двух параллельных «вселенных»: «0-вселенной» и «1-вселенной», постоянно переключаясь между ними.

Но совсем недавно группа из Massachusetts Institute of Technology and the University (Италия) предположила более жесткие условия для «путешествий во времени». Ученые предположили, что любое измерение такой частицы в будущем должно дать те же результаты, какие оно дало бы в момент ее возвращения из прошлого. Таким образом, запрещены любые взаимодействия, которые могут привести к «парадоксу дедушки».

Самое любопытное в работе ученых заключается в том, что столь жесткие условия все еще не противоречат существованию замкнутых временных кривых. Более подробно результаты их работы представлены в журнале Physical Review Letters.