Гиперпространство

Эта довольно простая концепция имеет замысловато звучащее название: усредненное слабое энергетическое условие.

Как указывает Торн, усредненноеслабое энергетическое условие необходимо нарушить; энергия на время должна стать отрицательной,чтобы путешествие во времени прошло успешно. Однако релятивисты с давних времен предают анафеме отрицательную энергию, понимая, что эта энергия сделает возможной антигравитацию и множество других феноменов, подтверждение которым ни разу не было получено экспериментально.

Вместе с тем Торн спешит указать, что способ получения отрицательной энергии существует, а именно — посредством квантовой теории. В 1948 г. голландский физик Хендрик Казимир продемонстрировал, что квантовая теория может создавать отрицательную энергию, достаточно только взять две большие незаряженные параллельные металлические пластины. Как правило, здравый смысл подсказывает нам, что между этими двумя пластинами не действует сила, так как они электрически нейтральны. Но Казимир доказал, что вакуум, разделяющий эти две пластины, из-за принципа неопределенности Гейзенберга на самом деле воплощает бурную деятельность — постоянное появление и исчезновение триллионов частиц и античастиц. Они возникают неизвестно откуда и снова исчезают в вакууме. Поскольку они мимолетны, то преимущественно ненаблюдаемы, поэтому не противоречат никаким законам физики. Эти «виртуальные частицы» создают результирующую силу притяжения между пластинами, и Казимир предсказывал, что ее можно измерить.

Когда Казимир опубликовал свою статью, ее встретили крайне скептически. Как могут два электрически нейтральных объекта притягиваться друг к другу, вопреки тем самым классическим законам электричества? Это неслыханно! Однако в 1958 г. физик Маркус Спарнаай наблюдал этот эффект в лаборатории точно так, как и предсказывал Казимир. С тех пор он называется эффектом Казимира.

Один из способов использовать эффект Казимира — поместить две большие проводящие параллельные пластины у входа в каждую «червоточину», таким образом создавая с обеих сторон отрицательную энергию. Как заключают Торн и его коллеги, «может выясниться, что среднее слабое энергетическое условие невозможно нарушить, значит, невозможны и „проходимые червоточины“, и путешествия во времени, и сбой причинно-следственной связи. Слишком рано переходить мост до того, как подойдешь к нему» [121] .

121

Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер «Червоточины», с. 1447.

Пока что единства мнений по поводу машины времени Торна нет. Все согласны с тем, что решающий фактор — наличие полностью квантованной теории гравитации, способной закрыть вопрос раз и навсегда. Например, Стивен Хокинг указал, что излучение у входа в «червоточину» довольно велико, поэтому внесет свой вклад в компонент материи-энергии в уравнениях Эйнштейна. Эта обратная связь с уравнениями Эйнштейна деформирует вход в «червоточину», возможно, даже закроет его навсегда. Но Торн не согласен с тем, что этого излучения хватит, чтобы закрыть вход.

Именно здесь в дело вступает теория суперструн. Поскольку это полностью квантово-механическая теория, включающая как подраздел общую теорию относительности Эйнштейна, ее можно применить для вычисления поправок к изначальной теории «червоточин». В принципе, она позволит нам определить, осуществимо ли с физической точки зрения усредненное слабое энергетическое условие, а также будет ли открыт вход в «червоточину» все время, пока путешественники наслаждаются путешествием в прошлое.

Хокинг сдержанно отнесся к «червоточинам» Торна. Но ирония заключается в том, что сам Хокинг предложил новую, еще более фантастическую теорию «червоточин». Вместо того чтобы соединять настоящее с прошлым, Хокинг предлагает пользоваться «червоточинами» для установления связи нашей Вселенной с бесконечным множеством параллельных миров!

12. Сталкивающиеся вселенные

Природа не просто эксцентричнее, чем мы полагаем, — она эксцентричнее, чем мы способны предположить.

Джон Холдейн

Космолог Стивен Хокинг — одна из самых трагических фигур в науке. Страдая неизлечимым дегенеративным заболеванием, он упорно, несмотря на почти непреодолимые препятствия, продолжает научные исследования. Он потерял возможность управлять собственными руками, ногами, языком и наконец голосовыми связками, он прикован к инвалидному креслу и тем не менее по-прежнему остается инициатором новых направлений исследований. Любой физик, не настолько сильный духом, на месте Хокинга давно отказался бы от попыток разобраться в фундаментальных проблемах науки.

Стивен Хокинг не в состоянии держать в руке ручку или карандаш, поэтому все вычисления производит в уме, лишь изредка обращаясь за помощью к ассистенту. За неимением голоса он пользуется механическими устройствами Для общения с внешним миром. При этом Хокинг не только интенсивно занимается исследованиями, но и успел написать бестселлер «Краткая история времени» и читает лекции по всему миру.

Однажды мне довелось побывать в доме Хокинга неподалеку от Кембриджского университета, куда меня пригласили выступить на физической конференции, организованной самим Хокингом. У него в гостиной меня изумила впечатляющая коллекция хитроумных приспособлений, которыми Хокинг пользуется, чтобы продолжать исследования. Например, у него на столе я увидел устройство, очень похожее на пюпитр для музыкальных партитур. Только этот пюпитр был устроен гораздо сложнее и умел аккуратно переворачивать страницы по одной, чтобы стоящую на нем книгу можно было читать. (Наверное, как и многие физики на моем месте, я с трепетом размышлял, хватило бы мне выносливости и силы воли продолжать заниматься наукой, не имея рук, ног и даже голоса, зато с самыми совершенными из существующих механическими приспособлениями.)

Хокинг — обладатель Лукасовской именной профессуры в области физики, он руководит в Кембриджском университете той же кафедрой, которую некогда возглавлял Исаак Ньютон. Подобно своему блистательному предшественнику, Хокинг взялся за одну из величайших задач века — окончательное объединение теории гравитации Эйнштейна и квантовой теории. В результате Хокинг пришел в восторг от элегантности и самосогласованности десятимерной теории и завершил книгу ее обсуждением.

Хокинг больше не тратит львиную долю своей созидательной энергии на работу в сфере, которая обеспечила ему мировую славу, не занимается черными дырами, интерес к которым остался в прошлом. Он охотится за добычей покрупнее: объединенной теорией поля. Как мы помним, теория струн зародилась как квантовая теория, а потом присоединила теорию гравитации Эйнштейна. Хокинг, который изначально был классическим релятивистом, а не квантовым теоретиком, подошел к проблеме с другой стороны. Вместе с коллегой Джеймсом Хартлом он начал с классической вселенной Эйнштейна, а потом проквантовал целую вселенную!

Волновая функция Вселенной

Хокинг — один из основоположников новой научной дисциплины, называемой квантовой космологией.Поначалу терминология казалась противоречивой. Слово квантотносится к бесконечно малому миру кварков и нейтрино, а космологияассоциируется с почти бесконечным космическим пространством. Однако Хокинг и его последователи убеждены, что на основные вопросы космологии можно ответить только с помощью квантовой теории. Хокинг подводит квантовую космологию к окончательному квантовому заключению, допуская существование бесконечного множества параллельных вселенных.

Как мы помним, отправная точка квантовой теории — волновая функция, описывающая все возможные состояния частицы. К примеру, представим себе огромную грозовую тучу неправильной формы, заволакивающую небо. Чем темнее туча, тем выше концентрация водяного пара и пыли в этой точке. Таким образом, достаточно просто взглянуть на тучу, чтобы оценить вероятность обнаружения высокой концентрации воды и пыли в определенных местах на небе.

Эту тучу можно сравнить с волновой функцией единственного электрона. Подобно грозовой туче, она заполняет все пространство. Чем больше ее величина в какой-либо точке, тем выше вероятность обнаружить там электрон. Аналогичным образом волновая функция может ассоциироваться с крупными объектами, например людьми. Сидя в кресле у себя в Принстоне, я знаю, что обладаю шрёдингеровской вероятностной волновой функцией. Если бы мне как-нибудь Удалось увидеть собственную волновую функцию, она напомнила бы мне облако в форме моего тела. Однако часть этого облака распространилась бы по всему пространству вплоть До Марса и даже за пределы Солнечной системы, хотя была бы в этом случае исчезающе малой. Это означает, что вероятность моего пребывания в кресле, а не на планете Марс, довольно велика. Несмотря на то что отчасти моя волновая функция распространилась за пределы галактики Млечный Путь, вероятность того, что я сижу в другой галактике, бесконечно мала.

Новая идея Хокинга заключалась в том, чтобы воспринимать вселенную в целом так, словно она представляет собой квантовую частицу. Повторив несколько простых шагов, мы придем к выводу, который откроет нам глаза.

Начнем с волновой функции, описывающей совокупность всех возможных вселенных.Это означает, что отправной точкой теории Хокинга должен быть бесконечный ряд параллельных вселенных — волновая функция Вселенной.Довольно простой анализ Хокинга, в котором слово частицазаменено словом Вселенная,привел к перевороту в наших представлениях о космологии.