Файнменова сума за історіями дозволяє подорожувати в минуле на мікроскопічному рівні. У розділі 9 ми вже бачили, що закони науки незмінні в результаті комбінацій операцій С, Р і Т. Це означає, що обертання античастинки проти годинникової стрілки і переміщення від А до В можна також розглядати як обертання звичайної частинки за годинниковою стрілкою і переміщення назад у часі від В до А. Так само, звичайна частинка, що рухається вперед у часі, еквівалентна античастинці, що рухається назад у часі. Як уже йшлося в цьому розділі та в розділі 7, «порожній» простір заповнений парами віртуальних частинок і античастинок, що разом появляються, розходяться, знову зближаються й анігілюють одна з одною.
Тому можна вважати пару частинок як одну частинку, що рухається по замкненій петлі у просторі-часі. Коли пара рухається вперед у часі (від моменту, коли вона з’являється, до моменту, коли анігілює), вона називається частинкою. Але коли частинка рухається назад у часі (від моменту, коли пара анігілює, до моменту, коли вона з’являється), це так звана античастинка, що рухається вперед у часі.
Поясненням того, як чорні діри можуть випускати частинки і проміння (даним у розділі 7), було те, що один з членів віртуальної пари частинка-античастинка (скажімо античастинка) може впасти в чорну діру, залишаючи іншого члена пари, з яким анігілює, без партнера. Покинута частинка також може впасти в діру, але може також покинути окіл чорної діри. У такому разі віддаленому спостерігачеві здасться, що частинка випромінена чорною дірою.
Можна, однак, допускати інше, але еквівалентне інтуїтивне зображення механізму випромінювання з чорних дір. Можна вважати партнера з віртуальної пари, що впав у чорну діру (скажімо, античастинку) як частинку, що рухається назад у часі з діри. І коли вона потрапляє в точку, в якій виникла віртуальна пара частинка-античастинка, вона розсіюється гравітаційним полем в частинку, що тепер рухається вперед у часі й покидає чорну діру. Якщо ж, натомість, вона була партнером частинки з віртуальної пари, що впала в діру, можна було б розглядати її як античастинку, що рухається назад у часі й виходить з чорної діри. Отже, випромінювання чорних дір свідчить, що квантова теорія дозволяє подорожі назад у часі на мікроскопічному рівні і, що така подорож у часі може створити спостережні ефекти.
Тому може виникнути питання: чи уможливлює квантова теорія подорожі в часі у макроскопічному масштабі, які людина могла б використовувати? На перший погляд, здається, що так. Файнманова пропозиція суми за історіями передбачає — за всіма історіями. Отже, вона повинна містити історії, в яких простір-час такий викривлений, що можливо подорожувати у минуле. Чому ж ми тоді не маємо негараздів з історією? Припустімо, наприклад, хтось повернувся і відкрив нацистам секрет атомної бомби.
Цих проблем можна уникнути, якщо чинне припущення хронологічного захисту, за яким фізичні закони “змовляються”, щоб запобігти перенесенню інформації у минуле макроскопічними тілами. Як і припущення космічної цензури, воно не доведене, та є підстави вважати, що воно правдиве.
Така підстава вважати, що хронологічний захист працює, полягає в тому, що коли простір-час викривлений достатньо, щоб уможливити подорож у минуле, віртуальні частинки, що рухаються замкненими петлями у просторі-часі, можуть стати реальними частинками, що рухаються уперед у часі зі швидкістю рівною або меншою від швидкості світла. Позаяк ці частинки можуть рухатися петлями скільки завгодно часу, вони проходять кожну точку шляху багато разів. Таким чином їхня енергія лічена знову і знову і її густина стане дуже велика. Це може надати просторові-часові позитивну кривину, що унеможливлює подорожі в минуле. Ще не зовсім зрозуміло: ці частинки спричинять позитивну, чи негативну кривину, чи кривина, спричинена якимсь видом віртуальних частинок скомпенсує кривину, спричинену іншим видом. Тому можливість подорожей у часі залишається відкритою. Та я не буду закладатись на неї. Мій опонент може мати несправедливу перевагу, знаючи майбутнє.
У розділі 1 пояснено, що було б дуже важко побудувати повну єдину теорію всього у Всесвіті всю за раз. Замість цього ми добилися прогресу, створюючи часткові теорії, що описують обмежене коло подій, і нехтуючи іншими ефектами або апроксимуючи їх певними числами. (Хемія, наприклад, дозволяє обчислювати взаємодії атомів, не знаючи внутрішньої будови ядра атома.) Хоча врешті можна було б сподіватися, що буде знайдена повна, послідовна та єдина теорія, яка охопила б усі ці часткові теорії як наближення, та яку не потрібно було б коригувати, щоб відповідала фактам, підбираючи значення певних довільних чисел у теорії. Робота над створенням такої теорії називається «об’єднанням фізики». Більшу частину своїх останніх років життя Айнштайн витратив на безуспішні пошуки єдиної теорії. Але час тоді ще не настав: існували часткові теорії для гравітації та електромагнетних сил, але дуже мало було відомо про ядерні сили. Крім того, Айнштайн відмовлявся вірити у реальність квантової механіки, попри важливу роль, яку він зіграв в її розвитку. І все ж здається, що принцип невизначеності — це фундаментальна властивість Всесвіту, в якому ми живемо, а тому цей принцип обов’язково повинен бути складником успішної єдиної теорії.
Читаючи далі, ви зрозумієте, що перспективи побудови такої теорії тепер здаються набагато кращими, адже ми знаємо набагато більше про Всесвіт. Однак ми повинні остерігатися надмірної самовпевненості, адже і раніше ми мали оманні надії! На початку минулого століття, наприклад, вважали, що все можливо пояснити в термінах властивостей неперервної матерії, таких як еластичність і теплопровідність. Відкриття атомної структури та принципу невизначеності поклали цьому рішучий край. Хоча 1928 року фізик, лавреат Нобелівської премії Макс Борн сказав групі відвідувачів Ґетинґенського університету: «Фізика, як ми її знаємо, зникне протягом шести місяців». Його впевненість була основана на недавньому Дираковому відкритті рівняння для електрона. Вважали, що подібне рівняння повинне існувати і для протона, що був єдиною відомою в той час іншою частинкою, і це стане кінцем теоретичної фізики. Проте відкриття нейтрона і ядерних сил розбили й ці передбачення. Сказавши це, я, як і раніше, вважаю, що є підстави для обережного оптимізму, що ми тепер, можливо, ближчі до завершення пошуків кінцевих законів природи.
У попередніх розділах я говорив про загальну теорію відносності, яка являє собою часткову теорію гравітації, і про часткові теорії, що визначають слабкі, сильні й електромагнетні сили. Останні три можуть бути об’єднані в так званих теоріях великого об’єднання, або ТВО, що не дуже задовільні, адже вони не охоплюють гравітації і містять низку величин на кшталт відносних мас різних частинок, які не можуть бути передбачені з теорії, а мають бути підібрані, щоб допасувати експерименти. Основна трудність у побудові теорії, яка об’єднувала б гравітацію з іншими силами, в тому, що загальна теорія відносності — класична теорія, тобто не містить у собі принцип невизначеності квантової механіки. З іншого боку, інші часткові теорії істотно пов’язані з квантовою механікою. Тому передусім загальну теорію відносності необхідно об’єднати з принципом невизначеності. Як ми бачили, це може дати деякі дивовижні наслідки: чорні діри не чорні, а Всесвіт не має жодної сингулярності, зате повністю замкнений і без меж. Проблема в тому, як уже описано в розділі 7, що, з огляду на принцип невизначеності, навіть «порожній» простір заповнений парами віртуальних частинок і античастинок. Ці пари матимуть нескінченну енергію, а тому, відповідно до знаменитого рівняння Айнштайна Е = mc2, вони матимуть нескінченну кількість маси. Отже, їхнє гравітаційне притягання викривлятиме Всесвіт до нескінченно малого розміру.