Гиперпространство

Но в силу нестандартного характера просьбы Сагана Торн и его коллеги подошли к поискам решения с противоположной стороны. Для начала они примерно представили себе, что именно хотели бы обнаружить. Им требовалось решение уравнений Эйнштейна, в которых космический путешественник не разлетался бы на куски под приливным воздействием мощного гравитационного поля. Им нужна была стабильная «червоточина», которая вряд ли внезапно закроется в процессе путешествия. «Червоточина», продолжительность полета через которую измеряется днями, а не миллионами или миллиардами земных лет и т. п. Ученые руководствовались следующим принципом: чтобы путешественник во времени с достаточным комфортом вернулся назад во времени, проникнув в «червоточину». Только решив, как должна выглядеть их «червоточина», они приступили к вычислениям количества энергии, необходимого для ее создания.

Стоя на неортодоксальных позициях, они не заботились о том, приемлемы ли потенциальные потребности в энергии для науки XX в. Они считали ее технической проблемой какой-нибудь будущей цивилизации, которая действительно будет конструировать машину времени. Они стремились доказать, что их решение целесообразно с научной точки зрения, а не с экономической, и не имеет отношения к возможностям нынешней науки на Земле:

Как правило, физики-теоретики ставят вопрос так: каковы законы физики? Или: какие прогнозы эти законы дают насчет Вселенной? В этом номере мы задаемся другим вопросом: какие ограничения законы физики налагают на деятельность сколь угодно развитой цивилизации? Отсюда вытекают интригующие вопросы, относящиеся к самим законам. Мы начнем с вопроса о том, позволяют ли законы физики сколь угодно развитой цивилизации создавать и поддерживать в рабочем состоянии «червоточины» для межзвездных полетов [118] .

118

Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер «Червоточины, машины времени и слабое энергетическое условие» (М. S. Morris, К. S. Thorne, and U. Yurtsever, Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition, Physical Review Letters 61, 1988), c. 1446.

Разумеется, ключевая фраза здесь — «сколь угодно развитая цивилизация». Законы физики говорят о том, что возможно, а не о том, что практически осуществимо. Законы физики не зависят от затрат на их подтверждение. Таким образом, стоимость того, что теоретически возможно, может превосходить валовой национальный продукт планеты Земля. Торн и его коллеги не преминули указать, что мифическая цивилизация, способная обуздать «червоточины», должна быть «сколь угодно развитой», т. е. способной проводить все возможные эксперименты (даже если они неосуществимы для землян).

К своей радости, ученые с поразительной легкостью вскоре обнаружили на удивление простое решение, удовлетворяющее всем жестким ограничениям. Оно не былотипичным решением для черной дыры, поэтому ученым не пришлось беспокоиться о проблеме гибели при коллапсировании звезды. Свое решение они назвали «проходимой червоточиной», чтобы отличить от других решений, «червоточины» в которых не проходимы для космического корабля. Обрадованные этой находкой, физики написали Сагану ответ, и он вставил некоторые предложенные идеи в свой роман. Простота решения так поразила ученых, что они не сомневались: это решение способен понять даже студент-старшекурсник. Осенью 1985 г. на заключительном экзамене по курсу общей теории относительности в Калифорнийском технологическом институте Торн предложил студентам решение с «червоточиной», не объясняя нм, о чем речь, и попросил вывести ее физические свойства.

(Большинство студентов выполнили подробный математический анализ решения, но так и не поняли, что перед ними решение, допускающее путешествия во времени.)

Если бы студенты были повнимательнее на заключительном экзамене, они сумели бы вывести некоторые удивительные свойства «червоточины». Они обнаружили бы, что полет сквозь эту «проходимую червоточину» был бы таким же комфортным, как полет на самолете. Максимальная гравитационная сила, воздействие которой испытали бы путешественники, составила бы всего 1 g.Другими словами, их вес не превысил бы их вес на Земле. Более того, путешественникам не пришлось бы опасаться, что во время полета вход в «червоточину» закроется. «Червоточина» Торна всегда открыта. Вместо того чтобы продолжаться миллион или миллиард лет, полет через «проходимую червоточину» занял бы вполне приемлемое время. Моррис и Торн пишут, что «полет оказался бы вполне комфортным и продлился бы всего 200 дней или меньше» [119] .

119

Майкл Моррис, Кип Торн «Червоточины в пространстве-времени и их применение для межзвездных путешествий: Инструмент для преподавания общей теории относительности» (M. S. Morris, К. S. Thorne, Wormholes in Spacetime and Their Use for Interstellar Travel: A Tool for Teaching General Relativity, American Journal of Physics 56, 1988), c. 411.

Торн отмечает, что пока временные парадоксы, с которыми обычно сталкиваются персонажи в кино, не обнаружены: «После знакомства со сценариями научно-фантастических фильмов (к примеру, тех, в которых кто-то возвращается в прошлое и убивает сам себя) можно ожидать, что замкнутые временеподобные кривые создадут начальные траектории, кратные нулю» (т. е. невозможные) [120] . Однако Торн доказал, что замкнутые временеподобные кривые, которые появляются в его «червоточинах», воспроизводятпрошлое, а не меняют его или создают временные парадоксы.

120

Фернандо Эчеверрия, Гуннар Клинкхаммер и Кип С. Торн «Биллиардные шары в пространстве-времени червоточин с замкнутыми временеподобными кривыми: Классическая теория» (Fernando Echeverria, Gunnar Klinkhammer and Kip S. Thorne, Billiard Balls in Wormhole Spacetimes with Closed Timelike Curves: Classical Theory, Physical Review D 44,1991), c. 1079.

И наконец, представляя эти удивительные результаты научному сообществу, Торн писал: «Предложен новый тип решений для уравнений поля, выведенных Эйнштейном, — решений, которые описывают „червоточины“, в принципе проходимые для человека».

Разумеется, во всем этом есть одна загвоздка, из-за которой у нас до сих пор так и нет машин времени. Последним этапом расчетов Торна было прийти к точному представлению о природе материи и энергии, необходимых для создания удивительной «проходимой червоточины». Торн и его коллеги обнаружили, что в центре такой «червоточины» должна находиться некая «экзотическая» форма материи с необычными свойствами. Торн не замедлил указать, что существование этой экзотической формы материи, несмотря на всю ее необычность, вроде бы не противоречит никаким известным законам физики. При этом он предостерег, что в будущем ученые, возможно, докажут, что такой экзотической материи не существует. А пока она представляется вполне приемлемой формой материи — конечно, еслииметь доступ к достаточно развитым технологиям. Торн с уверенностью пишет, что «из единственной „червоточины“ сколь угодно развитая цивилизация может сконструировать машину для путешествий назад во времени».

Эскиз машины времени

Однако всякий, кто читал Уэллса, будет разочарован эскизом машины времени, подготовленным Торном. Можно и не мечтать о том, чтобы устроиться в кресле в собственной гостиной, поворачивая циферблаты, глядя на мигающие лампочки и наблюдая обширную панораму истории, в том числе разрушительные мировые войны, взлеты и падения великих цивилизаций или плоды будущего научного прогресса.

Один из вариантов машины времени Торна состоит из двух камер, в каждой из которых содержатся две параллельные металлические пластины. Между каждой парой пластин создается мощное электрическое поле (более мощное, чем любое возможное при нынешнем уровне развития техники), которое разрывает ткань пространства-времени, образуя дыру в пространстве, соединяющем две камеры. Затем одна камера помещается в ракету, которая развивает скорости, близкие к световым, а другая остается на Земле. Так как «червоточина» способна связать два участка пространства с различным временем, часы в первой камере идут медленнее, чем часы во второй камере. Поскольку время в двух разных концах «червоточины» проходит с разной скоростью, каждый, кто попадает в «червоточину», немедленно перебрасывается в прошлое или будущее.

Другая машина времени выглядит следующим образом. Если удастся найти какую-то экзотическую материю, которой можно придавать форму, как металлу, тогда, вероятно, идеальной формой для машины времени будет цилиндр. Человек становится в центр этого цилиндра. Затем эта экзотическая материя искажает пространство и время вокруг, создавая «червоточину», соединенную с далеким участком Вселенной, имеющим другое время. В центре водоворота — человек, который испытывает гравитационную нагрузку силой не более 1 g, после чего его затягивает в «червоточину», и он вдруг оказывается на другом конце Вселенной.

На первый взгляд, математическая логика Торна безупречна. Уравнения Эйнштейна действительно показывают, что решения для «червоточин» предусматривают разную скорость движения времени по обе стороны от «червоточины», поэтому путешествия во времени в принципе возможны. Конечно, весь фокус в том, как изначально создать такую «червоточину». Как не преминули указать Торн и его коллеги, главная проблема — управление достаточным количеством энергии для создания и поддержания в рабочем состоянии «червоточины» с экзотической материей.

В обычных условиях один из основных принципов элементарной физики гласит: все объекты обладают положительной энергией. Колеблющиеся молекулы, движущиеся автомобили, летающие птицы, взмывающие ракеты — все они имеют положительную энергию. (По определению энергия космического вакуума равна нулю.) Но если мы сумеем получить объекты с «отрицательной энергией» (т. е. объекты, энергетическая составляющая которых меньше, чем у вакуума), тогда сумеем и сформировать необычные пространственно-временные структуры, в которых время замкнуто в круг.