Ми всі знаємо правила. Якщо ви подорожуєте в минуле, ви не повинні вбивати свого діда, перш ніж він встигне стати батьком.

Це порушить Всесвіт, адже якщо ваш дідусь не має нащадків, ви не зможете народитися і, відповідно, не зможете повернутися в часі, щоб його вбити.

Як Всесвіт вирішить цю проблему, неясно. Можливо, закони фізики просто не дозволять цьому статися. Стівен Гокінг стверджував, що так.

Але сьогодні у нас є хороші новини. Фізики знайшли математичний спосіб уникнути цієї кризи. Є лише одна маленька проблема: їхнє рішення вводить нестабільність, яка може призвести до зростання невеликих порушень у структурі простору-часу.

Гокінг запропонував свою гіпотезу про захист хронології у 1992 році, щоб дослідити питання, чи можливі подорожі в минуле. Гіпотеза стверджує: "Закони фізики не дозволяють появу замкнених кривих часу".

Проблема в тому, що, хоча розрахунки Гокінга підтримують його гіпотезу, фізики ще не встановили, чи дійсно Всесвіт її дотримується.

Загальна теорія відносності Ейнштейна, наше найкраще пояснення гравітації, дозволяє деякі досить дивні конфігурації простору-часу. Серед них є замкнені криві часу – шляхи через простір-час, які, принаймні математично, можуть привести мандрівника назад у своє минуле.

Чи можуть такі шляхи насправді існувати у фізичному Всесвіті – це зовсім інше питання.

Гокінг підозрював, що квантові ефекти завадять їх формуванню. Але ніхто не зміг остаточно визначити, яким чином це може статися.

Фізики Мустафа Ісмаїл і Девід Маттінглі з Університету Нью-Гемпшира задумалися, чи може сама гравітація бути відповіддю. Якщо математика гравітації дозволяє існування часових петель, можливо, інша формулювання гравітації може запобігти їх виникненню.

Тепер, є дещо, що вам потрібно зрозуміти про гравітацію. Хоча загальна теорія відносності є найкращою основою для її опису, це не єдина основа, яку ми маємо.

У загальній теорії відносності простір-час має геометрію, описану так званою метрикою, яка визначає відстані та інтервали часу, і математичним зв'язком, який описує, як напрямки змінюються, коли ви рухаєтеся через цю геометрію. Обидва пов'язані певним чином.

Альтернативна основа для гравітації, званої метрично-афінною гравітацією, послаблює цей зв'язок, дозволяючи метриці та зв'язку діяти більш незалежно.

Саме тут Ісмаїл і Маттінглі знайшли певну свободу.

Вони використали метрично-афінну гравітацію, щоб побудувати модель, в якій простір-час може мати вбудований напрямок часу. За певних умов час завжди рухатиметься вперед по будь-якому шляху, яким може пройти мандрівник через простір-час, що робить неможливим повернення в своє минуле.

Вони назвали цю модель Метрично-Афінна Гравітація, що Впроваджує Хронологію. Так, це MAGIC.

На даний момент все виглядає добре, так?

Ну.

У загальній теорії відносності гравітація може коливатися двома різними способами, що відповідає двом способам, якими гравітаційні хвилі можуть розтягувати і стискати простір.

MAGIC вводить третій спосіб коливання гравітації – скалярний режим. І скалярний режим не дуже добре взаємодіє з реальністю, як ми її знаємо.

На космологічному фоні, який досліджували вчені, він страждає від так званої градієнтної нестабільності. Замість того, щоб поширюватися як стабільні хвилі, порушення в скалярному режимі MAGIC можуть зростати експоненційно, причому коротші хвилі зростають швидше.

Це означає, що в його поточній формі MAGIC не може забезпечити стабільний опис Всесвіту.

Це найбільша перешкода для того, щоб зробити MAGIC життєздатною теорією гравітації. Є й деякі менші.

По-перше, MAGIC лише встановлює умови для захисту хронології локально.

Щоб гарантувати, що час не може повернутися на себе де-небудь у Всесвіті, дослідники повинні зробити додаткове припущення про загальну структуру простору-часу, яке вони ще не показали, що випливає з самої моделі.

Отже, хоча вони можуть змусити MAGIC запобігти часовим петлям, вони ще не показали, що запобігання часовим петлям закладено в саму MAGIC.

По-друге, MAGIC призначена для запобігання розриву метрики в способах, які зробили б опис простору-часу неможливим – але ця запобіжна міра не працює в кожній обставині.

Ми не знаємо, чи ці розриви дійсно відбуваються в MAGIC – дослідники не продемонстрували, що це так – але вони також не виключили їх.

Отже, у нас є основа, яка призначена для виконання певних завдань, які можуть не завжди виконувати ці конкретні завдання.

Але це нормально. Тому що MAGIC не повинна бути остаточною відповіддю. Це цікава демонстрація того, як захист хронології може бути закладено в гравітацію – крок у напрямку дослідження, а не працююче рішення поки що.

І, зробивши цей крок, дослідники мають чіткіше уявлення про те, куди йти далі.

"Стабілізація скалярного режиму без втрати тимчасового, закритого проективного режиму є природним наступним кроком до феноменологічного завершення", - пишуть вони.

Отже, скажіть своєму дідусеві, щоб він не хвилювався. Фізики можуть знайти спосіб врятувати його від правопорушників, які подорожують у часі.

Дослідження було опубліковано в Physical Review D.