Наивные вопросы по перемещению во времени.

[Part]

Если рассматривать события на пространственно-временной диаграмме, то картина становится статичной. Следовательно, если перемещения во времени вообще происходят, то они все уже вплетены в ткань реальности со всеми последствиями. Невозможно "совершить" такое перемещение или даже отказаться от него, можно лишь указать место, где оно происходит. Таким образом, опасность раздавить в прошлом бабочку и разрушить настоящее не больше, чем убить её сейчас, и вызвать катастрофу в будущем?

Очевидно, что прежде чем говорить о перемещении во времени человека, лучше представить себе что-то попроще. Пусть, например, электрон вдруг взял и переместился в прошлое. Насколько я понимаю, его мировая линия обрывается (нарушая тем самым кучу законов сохранения), а в прошлом есть мировая линия электрона, которая начинается "ниоткуда". Как убедиться, что это одна мировая линия того же самого электрона с разрывом?

Можно ли надеяться так определить понятие "дедушка" в терминах мировых линий частиц или эволюции полей, чтобы избежать парадоксов еще на стадии определения?

Допустим, при экспериментах на больших энергиях будут наблюдаться обрывающиеся треки. Оправится ли физика от такого удара, или это конец всем теориям? Если кто-то выскажет предположение, что частицы перемещаются во времени, то можно ли представить дальнейшие эксперименты по подтверждению/опровержению такой гипотезы?

[Munin]

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Если рассматривать события на пространственно-временной диаграмме, то картина становится статичной. Следовательно, если перемещения во времени вообще происходят, то они все уже вплетены в ткань реальности со всеми последствиями. Невозможно "совершить" такое перемещение или даже отказаться от него, можно лишь указать место, где оно происходит. Таким образом, опасность раздавить в прошлом бабочку и разрушить настоящее не больше, чем убить её сейчас, и вызвать катастрофу в будущем?

По сути, да.

Однако, п.-в. диаграмму можно рассматривать как решение задачи Коши от некоторых начальных условий. Дальше, вспомним о существовании и единственности решений. Если теорема существования и единственности не выполняется, то возможно много разных решений. Однако, их можно описать как множество, каждый представитель которого - отдельное решение. Так что, такую ситуацию можно изложить на языке, основанном на п.-в. диаграммах (или, п.-в. многообразиях).

Например, таким способом можно рассуждать об интеграле по траекториям.

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Очевидно, что прежде чем говорить о перемещении во времени человека, лучше представить себе что-то попроще. Пусть, например, электрон вдруг взял и переместился в прошлое. Насколько я понимаю, его мировая линия обрывается (нарушая тем самым кучу законов сохранения), а в прошлом есть мировая линия электрона, которая начинается "ниоткуда". Как убедиться, что это одна мировая линия того же самого электрона с разрывом?

На классическом уровне: можно написать на электроне уникальный номер краской.

На квантовом уровне: а никак, все электроны тождественны, так что сам вопрос теряет смысл.

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Допустим, при экспериментах на больших энергиях будут наблюдаться обрывающиеся треки. Оправится ли физика от такого удара, или это конец всем теориям? Если кто-то выскажет предположение, что частицы перемещаются во времени, то можно ли представить дальнейшие эксперименты по подтверждению/опровержению такой гипотезы?

Хе-хе, вопрос интересный.

Я могу сказать, что нам гласит история физики (которую можно рассматривать как экспериментальные данные для вопросов "а что будет с наукой в таких-то условиях?", и основу для предсказаний). С физикой много раз случались удары примерно такого уровня. И ничего, оправлялась. Главный принцип: старые теории продолжают быть верными в старых условиях опыта. За пределами этих старых условий, нужны уже новые теории. То есть, старая наука не отменяется, а продолжает иметь ограниченную ценность. Новая строится либо на её основе (такое часто было), либо чисто с нуля (и такое тоже бывало). Главное, что мы уже знаем, как эту науку строить, по каким методическим принципам. И потом та наука, которая с нуля, пристыковывается к старой. (Ни разу ещё не было, чтобы не удавалось пристыковать; впрочем, на это могут уйти столетия.)

Можно начать заранее придумывать теорию для описанного вами мысленного эксперимента. И придумывать, какие экспериментальные проверки для этой теории можно было бы предложить. Это забавное упражнение ума для теорфизиков (здесь на форуме уже было нечто аналогичное), хотя практически довольно бесполезное: таких экспериментов ещё нет.

[zt09]

Проблема в том, что такое представление (рассмотрение событий на пространственно-временной диаграмме, перемещение по траектории) по сути неверно. Относительно будущего это всего лишь наиболее вероятная возможность развития событий. По отношению к прошлому - наиболее вероятный исход для подавляющего большинства наблюдателей. Наиболее вероятная - означает огромную, чудовищно большую вероятность. Но от того, что она огромная, она не перестает быть вероятностью - т.е. по сути неопределенностью. На самом деле никаких мировых линий нет - есть каналы вероятности. Если канал вероятности относительно каких-то аспектов достаточно узок, его можно условно считать вычислимым (например, во времени мы бы назвали это свойство "предсказуемостью"). Поведение "классических" систем, обладающих достаточно большой энергией, является предсказуемым. Но следует помнить, что в реальности нет истинно классических аспектов - а только квазиклассические приближения.

Если мы рассмотрим макроскопический объект, движущийся по некоторой траектории, например, падающий камень, то мы можем представить летящий камень как набор "кадров", на каждом из которых он занимает "определенное" положение в пространстве и тем самым совершить ошибку. Проблема в том, что на самом деле камень может находиться в любом другом месте. и то, что траектория камня вычислима - означает лишь то, что кажем в миллиарде случаев из миллиарда и одного брошенный в одинаковых условиях камень упадет именно по траектории, имеющей наибольшую вероятность. Но эта предсказуемость кажущаяся, и в этом несложно убедиться. Рано или поздно, время от времени, совершенно непредсказуемым образом начнут возникать отклонения, тем большие, чем больше попыток бросить камень мы сделаем. Если бы мы располагали достаточным временем, то увидели бы, по каким необычным траекториям может летать камень. И чем меньшей энергией обладает "камень", тем по более непредсказуемым траекториям он может летать. "Камень" с нулевой массой вообще "летал" бы совершенно непредсказуемым образом. Непредсказуемым - буквально означает принципиальную невычислимость положения такого камня в пространстве-времени, и невозможность нашим классическим "в стиле да-нет" мышлением понять, как так такое может быть. Камень здесь? И не да, и не нет.

"На самом деле" камень вовсе не находится в пространстве-времени - это иллюзия. Никакого "на самом деле" нет, а есть "все что возможно", а оно играет совсем не по привычным правилам. В нем нет понятий "ниоткуда", "ничто", "время", "пространство". Ни капли того, что мы наблюдаем в повседневной жизни. И вернуться в прошлое в какую-то точку нельзя.

[Munin]

zt09 в сообщении #1025451 писал(а):

На самом деле никаких мировых линий нет - есть каналы вероятности.

Откуда вы эту чушь вычитали? Или это ваше собственное изложение без знания терминологии?

[zt09]

Munin в сообщении #1025455 писал(а):

zt09 в сообщении #1025451 писал(а):

На самом деле никаких мировых линий нет - есть каналы вероятности.

Откуда вы эту чушь вычитали? Или это ваше собственное изложение без знания терминологии?

Последнее разумеется.

[Munin]

В общем, квантовая физика не отменяет пространства-времени.

Да, поскольку частицы перестают быть точками, то исчезают мировые линии - в буквальном смысле слова. Частица теперь - это некоторое колебание волновой функции. Но это значит, что мы можем "раскрасить" волновой функцией пространство-время. И у нас получится просто волновая функция в пространстве-времени. Чего тут такого? Никакого сотрясения основ.

Несколько сложней получается с учётом рождения и уничтожения частиц, с учётом таких штук, как квантовые поля. Но в общем, пространство-время "выживает" и в этом случае - и прекрасно выживает.

Для начала, рекомендую:
- учебник по КМ, параграф про представления Шрёдингера и Гейзенберга - прочитать тщательно взад, вперёд и наискосок;
- после этого: Фейнман, Хибс. Квантовая механика и интегралы по траекториям.
Это пока ещё не касаясь КТП.

[arseniiv]

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Очевидно, что прежде чем говорить о перемещении во времени человека, лучше представить себе что-то попроще. Пусть, например, электрон вдруг взял и переместился в прошлое. Насколько я понимаю, его мировая линия обрывается (нарушая тем самым кучу законов сохранения), а в прошлом есть мировая линия электрона, которая начинается "ниоткуда".

Вроде, не обязательно обрываться. Продырявим пространство-время в двух шарах (для ровноты одном замкнутом и другом открытом), соединим границы, и, надеюсь, можно будет поменять метрику так, чтобы всегда можно было указать окрестность нового заколдованного места, где она отличалась бы от старой сколь угодно мало, и чтобы всё соответствовало ОТО. Тогда мировая линия путешественника касается границы бывших шаров, а в любой будущий момент собственного времени уже находится там, где не могла бы, если рассматривать ситуацию в прежнем пространстве-времени. И не рвётся.

[aa_dav]

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Пусть, например, электрон вдруг взял и переместился в прошлое. Насколько я понимаю, его мировая линия обрывается (нарушая тем самым кучу законов сохранения), а в прошлом есть мировая линия электрона, которая начинается "ниоткуда". Как убедиться, что это одна мировая линия того же самого электрона с разрывом?

А вот же, кстати, соседняя тема, про "одноэлектронную вселенную" (правда не оттуда ли вы свою мысль начали развивать?).
Электрон "летящий в прошлое" - это позитрон.
Допустим электрон и позитрон соприкоснулись и проаннигилировали в фотоны и, возможно, еще что-нибудь, тогда можно трактовать как то, что из прошлого летел электрон, врезался в это "что нибудь", и отскочил назад (во времени), по сему уже выглядя для существ живущих в "прямом направлении" как позитрон.
Насколько я помню типичное свойство диаграмм Фейнмана - верти, крути, а никакие законы не нарушаются.

[Part]

zt09 в сообщении #1025451 писал(а):

"На самом деле" камень вовсе не находится в пространстве-времени - это иллюзия. Никакого "на самом деле" нет, а есть "все что возможно", а оно играет совсем не по привычным правилам. В нем нет понятий "ниоткуда", "ничто", "время", "пространство". Ни капли того, что мы наблюдаем в повседневной жизни. И вернуться в прошлое в какую-то точку нельзя.

Нелегко принять концепцию "на самом деле самого дела нет" в качестве инструмента познания. Пусть разжаловали частицу, пусть нет траекторий, нет определенности, само пространство - вроде театральной декорации, а существует лишь математический монстр немыслимой сложности (Munin о нем писал), который совершает невообразимые эволюции в абстрактном бесконечномерном пространстве, и, скажем, классическая ситуация "электрон движется с постоянной скоростью" отличается от "электрон ускоряется" тем, что это чудовище корчится слегка по разному.
Но все-таки, фраза "детектор зарегистрировал событие" еще имеет смысл? Скажем в такой редакции: "детектор зарегистрировал событие, но поскольку вероятность всегда меньше единицы, не следует воспринимать этот факт слишком буквально"? А если и детекторы способны лишь плодить иллюзии, то что остается от эксперимента?

zt09 в сообщении #1025451 писал(а):

Проблема в том, что такое представление (рассмотрение событий на пространственно-временной диаграмме, перемещение по траектории) по сути неверно. Относительно будущего это всего лишь наиболее вероятная возможность развития событий. По отношению к прошлому - наиболее вероятный исход для подавляющего большинства наблюдателей.

Пусть нельзя говорить о будущем, раз доступны только вероятности, которые все равно нельзя посчитать. Но прошлое-то состоялось?

-- 10.06.2015, 10:32 --

arseniiv в сообщении #1025494 писал(а):

Вроде, не обязательно обрываться.

Я и упомянул о заведомо неприемлимом варианте с разрывными мировыми линиями в надежде поговорить о более аккуратных моделях. Не могу же я сам с них начинать - уличат в незнании формул и конец.

-- 10.06.2015, 10:47 --

aa_dav в сообщении #1025535 писал(а):

А вот же, кстати, соседняя тема, про "одноэлектронную вселенную" (правда не оттуда ли вы свою мысль начали развивать?).
Электрон "летящий в прошлое" - это позитрон.
Допустим электрон и позитрон соприкоснулись и проаннигилировали в фотоны и, возможно, еще что-нибудь, тогда можно трактовать как то, что из прошлого летел электрон, врезался в это "что нибудь", и отскочил назад (во времени), по сему уже выглядя для существ живущих в "прямом направлении" как позитрон.

Насколько я могу судить, там речь идет скорее об интерпретациях. Хочется понять, есть ли какое-то физическое содержание в выражении "перемещение во времени", или это просто собирательное название для группы парадоксов.
Я подумал о таком пути: закроем временно глаза на разные трудности вроде технической реализации, или нарушения некоторых законов. Пусть есть эксперимент, демонстрирующий пресловутое перемещение. Как бы он мог выглядеть?

[Part]

Я даже рискну предложить вариант.
Итак, трек, скажем, протона необъяснимым образом обрывается, но неподалеку существует непонятно откуда взявшийся трек со всеми признаками тоже протона. Если при этом окажется, что энергии этих двух протонов в точности равны, а расстояние между треками так соответствует периоду их одновременного существования, что обмен досветовыми сигналами невозможен, то вроде бы можно попытаться интепретировать наблюдаемую картину как перемещение во времени.

[epros]

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Следовательно, если перемещения во времени вообще происходят, то они все уже вплетены в ткань реальности со всеми последствиями.

Что конкретно означает подчёркнутая поэтическая фраза? Если мою мировую линию теоретически можно нарисовать в некоем пространстве-времени, то каким образом это отменяет моё право выбрать сейчас куда пойти -- направо или налево?

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Таким образом, опасность раздавить в прошлом бабочку и разрушить настоящее не больше, чем убить её сейчас, и вызвать катастрофу в будущем?

Раздавить бабочку сейчас -- заведомо не влечёт риска Вам N лет назад не родиться. А вот риск не родиться Вашему правнуку из этого может последовать. Но поскольку Вы пока не знаете определённо, родится ли у Вас правнук, то и опасность изменения "предопределённого" варианта развития событий вряд ли оцениваете очень высоко.

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Пусть, например, электрон вдруг взял и переместился в прошлое. Насколько я понимаю, его мировая линия обрывается

Не так. На Фейнмановских диаграммах мировая линия виртуального электрона может описать замкнутую кривую. Эту кривую также можно мысленно разделить на два куска и рассматривать как две отдельные мировые линии -- электрона и позитрона, пара которых родилась в прошлом, а потом они опять аннигилировали.

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Можно ли надеяться так определить понятие "дедушка" в терминах мировых линий частиц или эволюции полей, чтобы избежать парадоксов еще на стадии определения?

Парадокс возникает не на стадии определения мировых линиий, а на стадии определения понятия произвольного выбора. Произвольность выбора заключается в том, что в конкретной ситуации ничто не мешает нам раздавить или не раздавить некую бабочку (а может быть -- убить или не убивать некоего будущего дедушку). Но когда Вы знаете, что данный будущий дедушка -- именно Ваш будущий дедушка, то возможность первого варианта выбора становится поистине парадоксальной, ибо убитый дедушка конечно же не сможет воскреснуть и родить Вашего родителя.

[Part]

epros в сообщении #1025593 писал(а):

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Следовательно, если перемещения во времени вообще происходят, то они все уже вплетены в ткань реальности со всеми последствиями.

Что конкретно означает подчёркнутая поэтическая фраза? Если мою мировую линию теоретически можно нарисовать в некоем пространстве-времени, то каким образом это отменяет моё право выбрать сейчас куда пойти -- направо или налево?

Ну, поэтические фразы призваны оживить изложение и в такой роли безобидны. Во втором вопросе вы, похоже, затрагиваете тему "свободы воли", а ведь это уже совсем темный лес. В классике с её детерминизмом (пусть и невычислимым) вам бы сказали, что поскольку вы - часть мира, то и пойдете не куда захотите, а куда пошлют вас законы этого мира. Да и вообще, если человек обладает свободой воли, а электрон - нет, то возникает парадокс кучи: с какого уровня сложности появляется "свобода выбора". Вот я сейчас могу убрать кавычки в предыдущем предложении, а могу и оставить, но как доказать, что я свободен в этом выборе? По моему, это уже чистая философия.

epros в сообщении #1025593 писал(а):

Раздавить бабочку сейчас -- заведомо не влечёт риска Вам N лет назад не родиться. А вот риск не родиться Вашему правнуку из этого может последовать. Но поскольку Вы пока не знаете определённо, родится ли у Вас правнук, то и опасность изменения "предопределённого" варианта развития событий вряд ли оцениваете очень высоко.

Похоже, вы представляете себе такую последовательность событий. У нас есть диаграмма, на которой отражены события в прошлом. Мы решили отправиться в прошлое и, таким образом, её изменить. Но ведь если вообще можно говорить о диаграмме, то как она может меняться? В ней уже должны содержаться последствия нашего путешествия, как и всех будущих путешествий. Возникает парадокс другого рода: обнаружив следы нашего путешествия мы его попросту отменим. Однако тут полно лазеек, чтобы парадокс не возникал. Простейший вариант: диаграмма описывает события на микроуровне, так что невозможно вывести из них такие макроскопические понятия как "дедушка" или "родился". Мы видим микрорезультаты перемещений, но никак не можем связать их с запланированным экспериментом. Еще раз подчеркну, я рассматриваю не фантастическую "машину времени", при помощи которой группа отважных героев отправляется в прошлое, чтобы толкнуть Дантеса под локоть, а гипотетические странности при экспериментах с элементарными частицами, которые можно было бы рассматривать как перемещения во времени.

epros в сообщении #1025593 писал(а):

Не так. На Фейнмановских диаграммах мировая линия виртуального электрона может описать замкнутую кривую. Эту кривую также можно мысленно разделить на два куска и рассматривать как две отдельные мировые линии -- электрона и позитрона, пара которых родилась в прошлом, а потом они опять аннигилировали.

Вот-вот. Сам я некомпетентен, чтобы рассуждать на таком уровне, а послушать бы очень хотелось.

P.S. Еще одна поэтическая вольность: "Свобода - это отсутствие информации" :)

[Munin]

arseniiv в сообщении #1025494 писал(а):

Вроде, не обязательно обрываться. Продырявим пространство-время в двух шарах (для ровноты одном замкнутом и другом открытом), соединим границы, и, надеюсь, можно будет поменять метрику так, чтобы всегда можно было указать окрестность нового заколдованного места, где она отличалась бы от старой сколь угодно мало, и чтобы всё соответствовало ОТО.

Всё здесь можно, кроме последнего пункта: "чтобы всё соответствовало ОТО". С точки зрения ОТО, там будет бесконечно большое поле гравитации, вообще не имеющее никакого источника. Абсурд.

aa_dav в сообщении #1025535 писал(а):

Электрон "летящий в прошлое" - это позитрон.
Допустим электрон и позитрон соприкоснулись и проаннигилировали в фотоны и, возможно, еще что-нибудь, тогда можно трактовать как то, что из прошлого летел электрон, врезался в это "что нибудь", и отскочил назад (во времени), по сему уже выглядя для существ живущих в "прямом направлении" как позитрон.
Насколько я помню типичное свойство диаграмм Фейнмана - верти, крути, а никакие законы не нарушаются.

См. "Понедельник начинается в субботу", там точно так же устроена ситуация с А-Янусом и У-Янусом.

(Оффтоп)

Part в сообщении #1025574 писал(а):

а существует лишь математический монстр немыслимой сложности (Munin о нем писал)

Приятно, что читают :-)

Part в сообщении #1025574 писал(а):

Не могу же я сам с них начинать - уличат в незнании формул и конец.

Тот, кто не знает формул, боится, что уличат в незнании формул. К сожалению, можно знать формулы, но всё равно ничего не понимать :-) Формулы в физике - это всего лишь язык, и на них, как и на любом языке, можно сказать чушь.

Part в сообщении #1025574 писал(а):

Хочется понять, есть ли какое-то физическое содержание в выражении "перемещение во времени", или это просто собирательное название для группы парадоксов.

Ну чего вы хочете, если эта идея возникла не в физике, а в художественной литературе? Это примерно то же самое, что искать физическое содержание в выражении "ковёр-самолёт". Да, конечно, проецировать это на физику можно по-разному. И получится, что в физике это собирательное название для группы чего-то там.

Наиболее внятные попытки придать этому смысл возникают в ОТО - не зря её arseniiv упомянул. Можно "переклеить" само пространство-время, чтобы просто двигаясь по нему, как обычно, вы внезапно наткнулись бы на самого себя. Например, см.
Хокинг, Эллис. Крупномасштабная структура пространства-времени.
- там есть целая глава "Причинная структура".

Part в сообщении #1025590 писал(а):

Я даже рискну предложить вариант.
Итак, трек, скажем, протона необъяснимым образом обрывается, но неподалеку существует непонятно откуда взявшийся трек со всеми признаками тоже протона. Если при этом окажется, что энергии этих двух протонов в точности равны, а расстояние между треками так соответствует периоду их одновременного существования, что обмен досветовыми сигналами невозможен, то вроде бы можно попытаться интепретировать наблюдаемую картину как перемещение во времени.

Или просто сверхсветовое перемещение. Это всё-таки не одно и то же, даже на уровне СТО.

epros решил отвечать не на физическую, а на философскую часть вопроса... Это не так интересно, но он может заболтать тему, если захочет.

-- 10.06.2015 14:37:35 --

Part в сообщении #1025621 писал(а):

Вот-вот. Сам я некомпетентен, чтобы рассуждать на таком уровне, а послушать бы очень хотелось.

Ой, лучше почитать.
Фейнман. КЭД: странная теория света и вещества. (популярная книга)
Фейнман, Вайнберг. Элементарные частицы и законы физики. (популярная книга)
Фейнман. Квантова электродинамика. (лекции для аспирантов в Калтехе)

[Nemiroff]

(Оффтоп)

ArtDen в сообщении #1025669 писал(а):

А можно с этого момента по-подробнее?

Я знаю! Я знаю! Можно-можно? Я знаю.
<выразительно, с чувством> Время --- это счёт изменений.
Вот.

Part в сообщении #1025236 писал(а):

Если рассматривать события на пространственно-временной диаграмме, то картина становится статичной.

Мне думается, это некоторое смешение модели с реальностью.

[Part]

fedotv в сообщении #1025651 писал(а):

Цитата:

У нас есть диаграмма, на которой отражены события в прошлом.

Вероятно, вы про вашу память, но она тоже изменчива.

Нет-нет, человека и его свойства желательно по возможности исключить из рассмотрения, и так проблем хватает.

Lukum в сообщении #1025660 писал(а):

график пространства-температуры или температуро-твердости, путешествовать в пространстве температуро-твердости такой же абсурд

Кстати, о температуро-твердости. Я вот вспомнил о явлении гистерезиса и задумался.