Дедушку спасет гравитация? Американские физики объяснили, почему нельзя отправиться в прошлое

Физики называют петли времени замкнутыми времениподобными кривыми: путешественник по ним все время движется «вперед» по своим часам и при этом возвращается в собственное прошлое. В 1949 году Курт Гедель нашел такие петли в модели вращающейся Вселенной, позже их обнаружили в гипотетических кротовых норах и вокруг вращающихся черных дыр.

Стивен Хокинг относился к этому с подозрением и с юмором. 28 июня 2009 года он устроил в Кембридже вечеринку для путешественников во времени, а приглашения разослал уже после праздника: прийти могли лишь гости из будущего. Не пришел никто. Еще в 1992 году Хокинг выдвинул гипотезу о «защите хронологии»: законы физики сами не дают петлям времени появиться.

Но за три десятилетия никто так и не показал, как именно Вселенная охраняет порядок «раньше — позже».

И вот недавно Мустафа Исмаил и Дэвид Маттингли из Университета Нью-Гэмпшира предложили модель, в которой этим стражем выступает сама гравитация — правда, с серьезной оговоркой.

Время со встроенной стрелкой

Работа Исмаила и Маттингли появилась в архиве препринтов arXiv в апреле 2026 года, а 7 октября ее принял к публикации журнал Physical Review D.

Мотивацию авторы формулируют прямо: «Само существование [петель времени] угрожает и причинности, и предсказуемости». Если у событий нет четкого порядка, физика не может вывести будущее из настоящего, а это основа любой теории.

Отправной точкой стало любопытное наблюдение. Существуют альтернативные теории гравитации (миметическая гравитация и гравитация Хоржавы — Лифшица), созданные для совсем других задач, например для описания темной материи. Ни одна из них не задумывалась как защита от машин времени, но обе петли времени запрещают. Отсюда идея превратить защиту хронологии «из производного свойства в руководящий принцип» построения новых теорий. Поскольку теория Эйнштейна петли допускает, такая теория обязана хоть в чем-то от нее отличаться.

Чтобы понять устройство модели, представьте геометрию пространства-времени как два набора правил. Первый (метрика) работает как линейка и часы: он измеряет расстояния и промежутки времени. Второй (связность) определяет, как направление «переносится» от точки к точке, например как ведет себя стрелка компаса при движении по искривленной поверхности. У Эйнштейна второй набор полностью вычисляется из первого. В подходе, который называют метрико-аффинной гравитацией, их считают независимыми, и у второго набора остается «лишняя» степень свободы, которая обычно ни на что не влияет.

Модель MAGIC (Metric-Affine Gravity Imposing Chronology, «гравитация, навязывающая хронологию») делает эту скрытую деталь физически реальной.

Авторы накладывают на нее два условия: она всегда должна указывать в будущее и не может «закручиваться». В результате в ткань пространства-времени встраиваются универсальные часы, показания которых растут вдоль пути любого наблюдателя. Это похоже на склон, по которому можно двигаться только вниз: сколько ни петляй, вернуться в исходную точку не выйдет.

Еще в 1969 году Хокинг доказал, что если такие часы существуют во всей Вселенной, петель времени нет даже при небольших возмущениях геометрии.

Подвох обнаружился, когда модель применили к расширяющейся Вселенной. Встроенная «стрелка» ведет себя в уравнениях как необычная невидимая субстанция, которая влияет на темп расширения космоса. Помимо привычных гравитационных волн в ней появляется новый тип колебаний пространства-времени, и он нестабилен. Крошечные возмущения в нем нарастают лавинообразно, причем самые мелкие растут быстрее всего. Описать реальный космос в таком виде модель не может.

Авторы честно перечисляют и другие слабости.

Уравнения гарантируют порядок во времени лишь в каждой отдельной области, а для всей Вселенной это приходится просто предполагать.

Защита от «поломки» самой геометрии работает не во всех случаях.

Неслучайно исследователи называют MAGIC «игрушечной» моделью. Зато ее простой вариант можно проверить космологическими наблюдениями. А первоочередную задачу они видят так: убрать нестабильность, не потеряв встроенную стрелку времени, — это «естественный следующий шаг».

Запретить петли или обезвредить парадоксы

Спор о машинах времени разгорелся в конце 1980-х. Тогда Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер показали, что кротовую нору — гипотетический тоннель между двумя точками пространства — теоретически можно превратить в машину времени.

Держать ее открытой могла бы только экзотическая материя с отрицательной энергией, которую в малых количествах допускает квантовая физика.

Хокинг рассчитал, что в момент появления первой петли квантовые колебания пустого пространства должны резко усиливаться и разрушать машину. В статье 1992 года он пошутил, что существует некое «агентство по защите хронологии», которое «делает Вселенную безопасной для историков».

В 1997 году Бернард Кей, Марек Радзиковски и Роберт Уолд строго показали, что в этой точке квантовые величины, например энергия пустого пространства, теряют всякий смысл.

Это можно было считать аргументом в пользу Хокинга, но заодно выяснилось, что здесь ломается сам математический аппарат, которым он пользовался.

Окончательный ответ, судя по всему, может дать лишь полная квантовая теория гравитации, которой пока нет.

Кип Торн в 2009 году писал, что ответ, вероятно, зависит от «законов квантовой гравитации», которые наука понимает еще очень плохо.

Другая школа не запрещала петли, а обезвреживала их парадоксы. Принцип самосогласованности, связанный с именем астрофизика Игоря Новикова, гласит, что в мире с петлями времени возможны лишь такие истории, которые не противоречат сами себе.

В 2020 году Фабио Коста и Жермен Тобар из Квинслендского университета показали, что подобные петли совместимы даже со свободой выбора.

Парадокс дедушки в такой картине просто не складывается, а попытка изменить прошлое провалится «по совершенно обыденным причинам», считает Коста.

Лоренцо Гавассино из Университета Вандербильта в конце 2024 года добавил к этой картине неожиданную деталь: по его расчетам, за один оборот петли все процессы в системе возвращаются в исходное состояние. Как он пояснил журналу Discover, любые воспоминания путешественника «будут стерты до окончания петли».

MAGIC стоит на стороне Хокинга, но действует иначе. Хокинг рассчитывал на квантовые эффекты, которые срабатывают в момент попытки построить машину времени. Модель из Нью-Гэмпшира запрещает петли заранее, на уровне самой геометрии.

Авторы предполагают, что если будущая квантовая теория гравитации действительно защищает хронологию, ее «отпечатки» могут проявиться и в обычном, наблюдаемом мире. Цена такого подхода тоже есть: у пространства-времени появляется выделенное направление времени, тогда как в теории Эйнштейна ни один способ отсчета времени не имеет привилегий.

Петли в квантовых компьютерах и часы на Марсе

Пока одни теоретики запрещают петли времени, другие выясняют, что можно было бы с ними сделать. В 2026 году в Physical Review Letters вышла работа Кайюаня Цзи и Марка Уайлда из Корнеллского университета и Сета Ллойда из MIT, вдохновленная фильмом Интерстеллар Кристофера Нолана.

Физики рассчитали, сколько информации можно передать в прошлое по такой петле, если канал связи «шумит». Оказалось, что передача назад может быть даже эффективнее обычной. Отправитель в будущем помнит, как получатель расшифровал сообщение, и подстраивает под это кодирование. В используемой модели парадокс дедушки невозможен. В список литературы препринта авторы включили шуточную ссылку на «М. Макфлая» с датой 26 октября 1985 года — в этот день герой культового фильма отправился в 1955-й.

Сам Ллойд перспективы не преувеличивает. «Никто не построил настоящую физическую замкнутую времениподобную кривую… Но все каналы зашумлены», — говорит он. Иными словами, польза скорее найдется для обычной связи.

Джулио Кирибелла из Гонконгского университета, не участвовавший в работе, говорит, что существование таких петель не доказано, однако «если они существуют, у них мощные последствия». Скептичнее настроен специалист по квантовым вычислениям Скотт Ааронсон из Техасского университета в Остине. По его словам, работы в рамках такого подхода «пытаются моделировать путешествия во времени, но не вполне в этом преуспевают».

В апреле 2026 года группа физиков из Тайваня и Японии сообщила в Physical Review Research, что воспроизвела математику петли времени на квантовых компьютерах Quantinuum и IBM. Настоящего движения в прошлое не было: исследователи оставляли только те запуски, где измерение давало нужный результат. При таком отборе эксперимент выглядит как «траектория без парадоксов», в которой информацию удается расшифровать еще до ее появления.

Не менее важны исследования того, как гравитация меняет ход времени в Солнечной системе.

По теории Эйнштейна, часы идут медленнее там, где тяготение сильнее.

В декабре 2025 года Нил Эшби и Биджунат Патла из Национального института стандартов и технологий США (NIST) впервые точно рассчитали время на Марсе, где сила тяжести примерно в пять раз слабее земной. Тамошние часы спешат относительно земных в среднем на 477 микросекунд в сутки, а в течение марсианского года эта разница меняется на величину до 226 микросекунд.

На Луне время идет быстрее на 56 микросекунд в сутки. Поправки эти нужны не из любопытства: на точной синхронизации часов держатся навигация и связь, так же как сегодня на Земле работает GPS.

Проверить сами основы этих расчетов должна европейская миссия ACES, отправленная на Международную космическую станцию 21 апреля 2025 года.

Сравнивая сверхточные атомные часы на орбите и на Земле, она должна измерить эффект замедления времени гравитацией примерно в десять раз точнее прежних экспериментов. Научный руководитель проекта Луиджи Каччапуоти говорил о «возможностях, которые сеть часов, созданная ACES, откроет для фундаментальной физики».

Без трудностей не обошлось: согласно презентации Каччапуоти на конференции 2025 года, основные цезиевые часы PHARAO работают как положено, а второй прибор, водородный мазер SHM, ведет себя аномально, и полезный сигнал от него пока получить не удалось.

Любой модели вроде MAGIC, претендующей на поправки к теории Эйнштейна, в итоге придется пройти именно такую проверку.