Знание-сила, 2002 № 12 (906)

В шаровом скоплении М4 в созвездии Скорпиона обнаружены древнейшие звезды Вселенной. Их возраст -13-14 миллиардов лет

Очередное возможное решение эйнштейновых уравнений тяготения впервые открыл новозеландский физик Рой Керр. Черная дыра Керра, подобно всем черным дырам, тоже имеет односторонне пропускающую «мембрану» в виде «горизонта», через который свет и вещество могут войти в дыру, но не могут выйти, а также «сингулярность» в центре. Но в данном случае, в отличие от статичной (невращающейся) дыры, эта сингулярность имеет вид не точки, а кольца, окружающего ось вращения. Это делает возможным (в принципе) достижение каким-нибудь космическим кораблем центра керровской дыры без того, чтобы быть раздавленным бесконечной кривизной (и приливными воздействиями) пространства- времени.

Более того, решение Керра допускает даже прохождение корабля «сквозь самый центр» дыры, то есть сквозь центральное кольцо на «другую» его сторону. Расчеты показывают, что «по ту сторону» дыры находится «отрицательное» пространство- время, в котором либо расстояния и время, либо гравитация становятся негативными. Представить себе «отрицательное расстояние» нормальному человеку, думается, не под силу, но зато «отрицательное тяготение» представимо легко – это попросту отталкивание (то есть не «стягивающая», а «распирающая» сила, нечто вроде той загадочной «темной энергии», или «квинтэссенции», которая, по нынешним представлениям, повинна в том, что наша Вселенная расширяется не равномерно, а ускоренно).

Эта особенность керровских дыр приводит, как показывают расчеты, к возможности совершения путешествий в прошлое. Если пересечь плоскость центрального кольца, спуститься «ниже», в область отрицательного пространства-времени, совершить там несколько оборотов вокруг оси вращения дыры и снова подняться «над» кольцом, то можно прибыть туда раньше, чем вышел, и притом тем раньше, чем больше кругов совершил. Плохо лишь, что вылететь обратно из дыры такой путешественник не сможет, поскольку его не выпустит «горизонт».

Из квантового вокуума могут рождаться целые вселенные

Но и тут теория приходит на помощь неутомимым искателям приключений, поскольку дальнейшие исследования керровских дыр показали, что могут существовать и сверхбыстрые черные дыры, в которых действие вращательного момента (центробежная сила) превосходит действие массы (гравитацию), и это приводит к удивительнейшей особенности: у такой дыры исчезает «горизонт», остается одна лишь «ничем не покрытая», «обнаженная» сингулярность. В таком случае путешественник во времени может без опаски спуститься к центру дыры, пройти под ее центральное кольцо, совершить желаемое число оборотов и вернуться не только выше кольца, но и Вообще на Землю – никакой «горизонт» не будет ему в этом препятствовать. Такая возможность так взволновала в свое время некоторых физиков, что Роджер Пенроуз даже выдвинул предположение о некой «космической цензуре», запрещающей существование «обнаженных» сингулярностей, а Стивен Хокинг высказал гипотезу о «сохранности хронологии» – согласно этой гипотезе, «природа сама заботится, чтобы историки не сталкивались с нарушениями причинности».

Нам, интересующимся возможностями путешествий во времени, куда важнее, однако, тот выяснившийся в ходе этих дискуссий факт, что все перечисленные выше возможности таких путешествий являются в высшей степени сомнительными. Оказалось, что те решения уравнений Эйнштейна, на которых эти возможности основаны, получены при весьма существенных упрощениях. Даже учет очевидных реальных деталей (наличия вещества в черной дыре или изотропии «остаточного» излучения) уже приводит к выводу о неустойчивости или даже полной невозможности таких состояний, как вращающаяся вселенная Геделя или сверхбыстрая дыра Керра.

Конечно, нельзя исключить, что кому-нибудь еще удастся со временем найти какие-то другие, более реалистические решения, тоже содержащие ЗВП, то есть возможность путешествий во времени, но пока что, судя по всему, интерес к поискам в этих направлениях угас (я обнаружил за последние годы лишь одного их энтузиаста). Поэтому самым популярным – и среди физиков, и среди фантастов с их читателями – стал третий возможный способ путешествий во времени: с помощью «прокалывания», или прохождения насквозь, статичной черной дыры вдоль так называемого туннеля времени. (Этим словосочетанием я несколько свободно перевожу английское «timewarp».) Такой способ особенно энергично популяризирует американский теоретик Кип Торн.

Идеи Торна восходят к теоретическому открытию Эйнштейна и Розена, которые еще в 1935 году пришли к выводу, что уравнения теории тяготения допускают решения, в которых, наряду с нашей Вселенной, существует еще и «вселенная-2», соединенная с нашей неким проходом, этаким «червячным туннелем» (wormhole), по которому можно перейти из одной вселенной в другую, но лишь на сверхсветовых скоростях. Как мы уже знаем, сверхсветовые переходы в обычном пространстве-времени невозможны, но Торн выдвинул предположение, что они становятся возможными в искривленном пространстве- времени вблизи черной дыры.

Вблизи ее центра искривляется трехмерное пространство, и для наглядности нужно представить, что оно само погружено в некое «гиперпространство», которое можно «проколоть» вдоль трехмерной «хорды», или «червячного туннеля» длиной, скажем, в один километр, и снова выйти в трехмерное пространство на расстоянии в десятки световых лет от точки входа. Проведя сложные расчеты, Торн доказал, что такой туннель может возникнуть в центре дыры спонтанно при условии, что его будет распирать некая «экзотическая энергия» (на самом деле, все та же «отрицательная гравитация») и что в таком случае две черные дыры, соединенные таким туннелем, могут быть использованы как способ «сверхсветового» перемещения в космическом пространстве.

Далее Торн проанализировал простейший случай, когда две такие дыры, входная и выходная, соединенные очень коротким туннелем, движутся друг относительно друга. Он показал, что для предмета, проходящего сквозь такой туннель, время входа в одну дыру и выхода из второй практически одинаково (из-за крайне малой длины туннеля), тогда как для внешнего наблюдателя эти моменты различаются и в некоторых случаях движения могут даже поменяться местами, то есть путешественник как бы прибудет к этому наблюдателю из будущего, и такой туннель станет, по существу, «машиной времени». Сейчас Торн вместе с группой учеников продолжает эти исследования, пытаясь найти теоретически е указания на то, как лучше обеспечить устойчивость туннелей и безопасность их прохождения.

Может, и в самом деле мы скоро сможем увидеть динозавров?

Экскурсия пятая: стрела времени

Обилие идей, связанных с путешествиями во времени, энтузиазм их глашатаев и пылкие заверения в «принципиальной возможности» реализации таких путешествий могут создать у иного человека впечатление, что время – штука податливая и послушная. Стоит где-то закрутить, куда-то спуститься, сквозь что-то протиснуться, и – бац! – вы уже в будущем или прошлом.

Но когда отрываешься от этих упоительных фантазий и возвращаешься в мир суровой реальности, вдруг с еще большей остротой осознаешь, как упрямо и неумолимо, игнорируя не только Уэллса, но даже Геделя с Хокингом, время идет только в одном направлении, не позволяя никаким путешественникам ни обойти, ни объехать, ни обогнать или выскочить из него. Почему-то эту неумолимую и неустранимую однонаправленность протекания событий называют «стрелой времени», хотя никакая реальная стрела не бывает столь же упрямой и неотклонимой в своем стремлении к иели, как время в своем стремительном движении к неизвестности.