Знание-сила, 2002 № 12 (906)
Шрифт:
Этот загадочный микромир: конденсот Эйнштейна-Бозе
Это означает, что время в мире, описанном Хокингом, измеряется в секундах, помноженных на мнимую единицу, то есть на корень квадратный из – I. Только при таком измерении время становится полностью эквивалентным всем пространственным измерениям, само четырехмерное пространство-время приобретает вид четырехмерной сферы. В таком мире «мнимого времени» по мере приближения вселенной к одному из полюсов, на предельно малых, «планковских» расстояниях от полюсов, со временем происходят удивительные изменения: оно постепенно
Как пишет другой физик-теоретик, Пол Дэвис, «можно представить себе непрерывный переход, который начинается с «времени», не отличимого от пространства и лишь постепенно превращающегося в собственно «время»…». «Превращается» в данном случае как раз и означает «приобретает свойства». И поскольку теория Хокинга не знает никаких сингулярностей, никаких особых точек ни во времени, ни в пространстве, то время в ней рождается, минуя «миг рождения»: оно как бы «незаметно выплывает» из пространства, «стряхивая» с себя его свойства и обретая собственные, так что замечательная фраза Фэй Велдон: «Кому интересно, что было через полсекунды после Биг Бэнга? Интересно, что было за полсекунды до него», повисает в воздухе, так и не получив ответа.
Быть может, теория Хокинга – пустая математическая забава? Нет. По его (и некоторых других ученых) глубокому убеждению, не исключено, что с приближением к планковским масштабам пространства и времени наше реальное время как раз и превращается в мнимое, и тогда сингулярности и впрямь исчезают из истории нашей Вселенной. В таком случае, заключает Хокинг, «то, что мы называем мнимым временем, может оказаться истинным временем, а то, что мы называем временем «реальным», окажется просто понятием придуманным, чтобы описать то, на что похожа в нашем представлении Вселенная».
В конце предыдущей главки мы говорили о трех возможных видах времени в микромире – при наличии сингулярностей, при их отсутствии и о времени, пронизанном некими «туннелями». Теперь мы увидели, чем различаются эти варианты. В отсутствии сингулярностей время может рождаться из «квантовой пены», как в сценарии Уилера – Линде, или же оно может быть – на микроуровне – «мнимым» и в таком случае рождаться из пространства, как в теории Хокинга. Если же внутри черных дыр все же сидят сингулярности и сам Биг Бэнг поэтому тоже начался с сингулярности, то время не может родиться иначе, как «из ничего». И наконец, в случае времени, пронизанного туннелями, возникает самая фантастическая возможность – возможность путешествовать в прошлое или будущее.
Так развивалась наша вселенная: лишь через сто миллионов лет после Большого Взрыва появились первые звезды и галактики
Эта мечта настолько глубоко въелась в наше сознание, что даже известные ученые и философы всерьез обсуждают сегодня, возможны ли такие путешествия, и если да, то почему к нам самим до сих пор не заявились пришельцы из будущего? Заметим при этом одну особенность: все обсуждающие эту возможность молчаливо предполагают, что и то, что уже было («прошлое»), и то, чего еще не было («будущее»), уже существуют «где-то во времени», и, двигаясь по нему, можно туда попасть, оставаясь при этом такими, как «сейчас».
Так вот, путешествия в будущее в определенном смысле слова осуществимы. Слетав в космос и обратно на околосветовой скорости, можно, не очень даже постарев, заглянуть в любое самое далекое будущее. То же самое можно сделать, проведя какое-то время в местах с очень сильной гравитацией. (Я не обсуждаю сейчас практическую осуществимость этих вариантов.) Но вернуться во времени назад – совсем иное дело, ибо, как легко понять, путешествия в прошлое могут нарушить причинно-следственную цепь событий и привести к сложнейшим парадоксам. Со времен Уэллса фантасты сотни, если не тысячи раз мусолили все мыслимые вариации таких «временных петель» и их логически невозможных
решений. (Каюсь, я тоже когда-то приложил к этому руку: в нашем с А. Громовой романе «В Институте времени идет расследование» герой, вернувшись в прошлое, убивает не дедушку, как почему-то принято у всех фантастов, а самого себя. Лему понравилось, как мы потом выкручивались из этого логического противоречия.)Но то фантасты. А что говорит по этому поводу физика? Оказывается, физика заявляет, что при некоторых определенных допущениях путешествия во времени, теоретически говоря, возможны, и эти теоретически (или гипотетически) возможные физические способы путешествия во времени распадаются на три большие группы: перемещение с помощью сверхсветовых скоростей, использование так называемых замкнутых траекторий искривленного пространства- времени вблизи массивных вращающихся тел и, наконец, «прокалывание» черной дыры по «туннелю времени». Теперь разберемся по порядку.
Скорость света, согласно теории относительности, – это максимально возможная скорость перемещения физических объектов и информации в нашей Вселенной. Однако уже в начале XX века известный теоретик А. Зоммерфельд выдвинул предположение, что в природе могут существовать частицы, движущиеся со сверхсветовыми скоростями, -«тахионы».
Время жизни на Земле началось 3,85 миллиарда лет назад
Теоретическое изучение особенностей этих гипотетических частиц, проведенное полвека спустя Танакой, Сударшаном. Терлецким и другими, показало, что их свойства противоположны свойствам обычных, досветовых частиц («тардионов»). Два эти мира, мир тахионов и мир тардионов, разделяет непроницаемая преграда в виде светового барьера: тахионы существуют только по одну его сторону, тардионы – только по другую. По замечательному выражению физика Ника Герберта, «однажды тахион – навсегда тахион».
Значит, и этот «слабый вариант» путешествия в прошлое – передача туда информации с помощью сверхсветовых сигналов – тоже, видимо, запрещен природой.
Интересно, что Эйнштейн уже в 1905 году в своей первой статье о теории относительности счел необходимым специально отметить, что сверхсветовые скорости «не могут существовать». А выдающийся астрофизик Артур Эддингтон разъяснил, почему это так: «Предельность скорости света – это наша защита от переворачиваемости прошлого и будущего. Последствия, которые могла бы породить возможность передачи сигналов быстрее света, столь чудовищны, что о них даже не хочется думать».
Заметим, однако, что эти предостережения не смущают энтузиастов поиска сверхсветовых скоростей.
О возможном методе перемещения во времени заговорили после того, как в 1949 году знаменитый математик Курт Гедель (коллега Эйнштейна по принстонскому Институту высших исследований) открыл новое решение эйнштейновых уравнений тяготения, в котором тенденция Вселенной коллапсировать под действием собственной тяжести (тяготения) в точности компенсируется центробежной силой, порожденной вращением Вселенной как целого. Для такой компенсации наша Вселенная, по Геделю, должна совершать один полный оборот каждые 70 миллиардов лет (возраст нашей Вселенной, если помните, составляет 13-14 миллиардов лет).
Теория Геделя предсказывает, что при такой скорости вращения свойства пространства-времени меняются так, что во Вселенной могут возникнуть некие замкнутые пути, двигаясь по которым путешественник может перейти в будущее, описать петлю и вернуться в собственное время в той же точке, откуда начал путь. Но поскольку дармовых завтраков, как известно, не бывает, такая, как ее называют, замкнутая времяподобная петля (ЗВП) не может быть меньше определенной «критической длины», которая, по тем же расчетам, составляет (для нашей Вселенной) около 100 миллиардов световых лет. Впрочем, вселенную Геделя, в которой такое путешествие возможно, нельзя на самом деле сравнивать с нашей Вселенной, ибо она статична, то есть не расширяется и не сжимается, тогда как наша, реальная Вселенная не только расширяется, но к тому же, судя по изотропности «остаточного излучения», и не вращается.