Гиперпространство - Сапцина Ульяна Валерьевна (читать книги онлайн без сокращений TXT) 📗

Вопрос Сагана пробудил в Торне интеллектуальное любопытство. Это был откровенный, уместный с научной точки зрения вопрос, с которым один ученый обратился к другому, ожидая обдуманного ответа. Поскольку просьба Сагана была необычного свойства, то, к счастью, Торн и его коллеги избрали нестандартный подход к задаче: они двинулись в обратном направлении. Как правило, физики начинают с конкретного астрономического объекта (нейтронной звезды, черной дыры, Большого взрыва), а затем решают уравнения Эйнштейна, чтобы найти искривление окружающего пространства. Напомним: суть уравнений Эйнштейна в том, что материя и энергия объекта определяют степень искривленности окружающего пространства и времени. Продолжая в том же духе, мы гарантированно обнаружим решения уравнений Эйнштейна для астрономически релевантных объектов, которые можно встретить в космосе.

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:

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 было типичным 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].

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», воспроизводят прошлое, а не меняют его или создают временные парадоксы.

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, если иметь 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.