Мечтата за пътуване във времето отдавна вълнува човешкото въображение. Идеята да се върнем в миналото, да променим някое събитие или да надникнем в бъдещето присъства както в научната фантастика, така и в сериозните физични изследвания. Съвременната теоретична физика обаче показва, че подобна възможност е много по-сложна, отколкото изглежда. Макар някои решения на уравненията на Общата теория на относителността да допускат съществуването на затворени времеподобни криви – траектории в пространство-времето, които теоретично позволяват на даден обект да се върне в собственото си минало – тяхната физическа осъществимост остава силно спорна.

Сред предложените хипотези са проходимите червееви дупки, които биха могли да свързват различни области на пространство-времето, ако бъдат стабилизирани с помощта на екзотична материя, както и теоретични сценарии, при които изключително бързо въртящи се космически структури променят геометрията на Вселената по начин, допускащ времеви цикли. Новото изследване на Джан предлага различен подход: вместо да разчита на сложни физични механизми, то използва сравнително проста математическа зависимост, за да покаже кога подобни цикли могат да бъдат изключени.
Какво показва математическото доказателство?

В основата на изследването стои т.нар. нулево уравнение на Айконала (null eikonal equation) – математически инструмент, използван за описание на разпространението на светлината в пространство-времето. Джан прилага този познат подход по нов начин, за да изведе критерий, който може да изключи съществуването на затворени времеподобни криви в определен клас пространства-времена. Основната идея се основава на едно геометрично свойство: светлиноподобна посока не може да бъде перпендикулярна на времеподобната посока, по която се движи частица с маса. От това следва, че определена математическа величина трябва непрекъснато да нараства по време на всяко възможно движение на такава частица. Ако величината винаги се увеличава, тя не може да се върне към първоначалната си стойност. Следователно траекторията не може да се затвори и да се върне към същото събитие в пространство-времето.

С други думи, ако определени геометрични условия са изпълнени, движението назад към собственото минало се оказва математически невъзможно. Джан обяснява, че доказателството е изненадващо кратко, защото не изисква сложни физични предположения за енергията, квантовите ефекти или наличието на сингулярности. Вместо това то се основава на геометрията на направленията в пространство-времето. Резултатът може да бъде сравнен с движение по безкрайно дълъг еднопосочен път, по който няма възможност за обратен завой. Колкото и далеч да стигне пътешественикът, той не може да се върне в началната точка, ако правилата на геометрията забраняват затварянето на траекторията.

Нов подход към един стар проблем във физиката

Досега теоретичните опити за изключване на пътуването във времето се основават главно на три групи критерии. Първата включва т.нар. времеви функции – математически величини, които могат да служат като универсален часовник и винаги се променят в една посока по всички допустими траектории. Ако подобна функция съществува, затворените времеподобни криви са изключени, защото времето не може едновременно да напредва и да се върне към предишната си стойност. Втората група се основава на енергийните условия в Общата теория на относителността. Те поставят ограничения върху разпределението на енергията и материята, а някои модели за пътуване назад във времето изискват отрицателна енергия или екзотична материя, чието физическо съществуване и приложимост остават предмет на научни спорове. Третата група включва топологичните критерии, които изследват формата, свързаността и глобалната структура на пространство-времето.

Работата на Джан предлага четвърти подход, който допълва тези три направления. Неговото предимство е, че може да установява невъзможността за затворени времеподобни криви чрез сравнително елементарна алгебрична зависимост, без да се налага да се анализират всички енергийни характеристики на Вселената. Според публикуваното изследване този метод позволява да бъдат разгледани и определени класове пространство-времена, за които традиционните критерии не дават достатъчно ясен отговор.

Възможни ли са все пак изключения?

Въпреки категоричния математически резултат за разглеждания клас модели, изследването не доказва, че пътуването във времето е абсолютно невъзможно във всяка възможна Вселена. Напротив, самият автор обръща внимание на условията, при които неговото доказателство може да престане да бъде приложимо. За да съществува затворен времеви цикъл, геометрията на пространство-времето би трябвало по някакъв начин да наруши условията, върху които се основава математическата забрана. Това би могло да се случи например в близост до изключително масивен и бързо въртящ се черен отвор, където въртенето влияе върху структурата на пространство-времето и може да доведе до сложни геометрични ефекти. Другата теоретична възможност е самата Вселена да притежава необичайна глобална топология, при която пространството се затваря или свързва със самото себе си по начин, допускащ времеви цикли.

Особено интересен е акцентът върху разликата между въртенето и т.нар. усукване на пространство-времето. Според Джан именно геометричното усукване, а не просто въртенето, е ключово за разбирането на възможните изключения. Това поставя въпроса за границите на математическата забрана и за специфичните условия, при които геометрията на Вселената би могла да позволи нещо, което в обичайните физични модели е невъзможно.

Вселената може да бъде разделена не чрез времето, а чрез светлината

Една от най-интересните особености на изследването е начинът, по който авторът разглежда структурата на пространство-времето. Обикновено физиците описват Вселената, като я разделят на пространствени срезове, съответстващи на определени моменти във времето. За да се определи подобен момент, е необходим часовник или друг физически ориентир, който да позволява измерването на времето. Подходът на Джан е различен: той предлага пространство-времето да бъде разглеждано чрез светлиноподобни повърхности, определени от геометрията на самото пространство-време, а не от избран момент или наблюдател.

Това е важно, защото позволява да се изследват определени свойства на Вселената, без предварително да се приема съществуването на универсален часовник. Светлината се превръща в своеобразна геометрична отправна точка, чрез която могат да се установят ограничения върху възможните траектории на материята. Така въпросът за пътуването във времето се свежда до математическа зависимост, която описва как се променят определени величини по протежение на движението.

Какво означава това за бъдещето на изследванията?

Изследването на Хонгшенг Джан е публикувано на 24 октомври 2026 г. в платформата arXiv под заглавието A No-Go Theorem for Closed Timelike Curves in Globally Null-Foliated Spacetimes. То все още не е преминало независима научна рецензия, което означава, че резултатите трябва да бъдат разглеждани като предварителна научна работа, а не като окончателно установен консенсус.

Самият автор подчертава, че математическото доказателство не дава окончателен отговор дали природата действително допуска някоя от екзотичните конфигурации, необходими за създаването на затворени времеви цикли. То показва по-скоро какви условия трябва да бъдат нарушени, за да стане подобно явление математически възможно. Това е съществена разлика между доказването, че даден сценарий е невъзможен при определени предпоставки, и доказването, че природата никога не може да реализира изключение.

Въпреки това работата представлява интересен принос към един от най-фундаменталните въпроси на съвременната физика. Ако някога бъде създадена реална машина на времето, според Джан вече ще бъде ясно кои геометрични условия трябва да бъдат преодолени. Засега обаче математиката подсказва, че в голям клас възможни вселени времето има само една посока – напред.

Снимка: Unsplash

Виж още: HUAWEI WATCH D3: часовник като никой друг