Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - Джек Коэн

Вот оно – путешествие во времени.

Немного подождав, можно замкнуть путь в ЗВК и остаться в том же месте и времени, с которого начали. Не назад в будущее, а вперед в прошлое. Чем дальше ваша исходная точка будет находиться в будущем, тем дальше от нее вы сможете путешествовать в прошлое. Однако у этого способа есть один недостаток: уже нельзя путешествовать назад сквозь барьер времени, который появляется немного погодя после образования червоточины. Это не оставляет надежд на то, чтобы отправиться в прошлое поохотиться на динозавров. Или раздавить бабочку из мелового периода.

Можем ли мы создать такое устройство на практике? Сумеем ли на самом деле пройти через червоточину?

В 1966 году Роберт Джероч нашел теоретический способ искривления пространства-времени – гладкого, без разрывов, но образующего червоточину. Однако при этом остается некий сучок: на одном из этапов создания время изгибается так, что червоточина временно действует как машина времени, оборудование которой переносится в начало. Инструменты, с помощью которых ее построили, могут исчезнуть в прошлом, как только посчитают свою работу завершенной. Впрочем, с правильным графиком работ это не имеет значения. Вероятно, технологически развитая цивилизация могла бы создать сильные гравитационные поля, которые позволили бы строить черные и белые дыры и перемещаться по ним.

Но строительство червоточины – не единственная задача. Есть еще одна – удержать ее открытой. Главная трудность возникает из-за «эффекта кошачьей дверцы»: когда вы перемещаете массу сквозь червоточину, дыра стремится закрыться, прищемив вам хвост. И как выясняется, для того чтобы пройти сквозь нее, не лишившись хвоста, необходимо передвигаться быстрее света – а пытаться это проделать безнадежно. Любая времениподобная линия, которая начинается у входа в червоточину, должна проходить через будущую сингулярность. Добраться до выхода, не превысив скорости света, невозможно.

Традиционный путь в обход этой трудности лежит через заполнение червоточины «экзотической» материей, оказывающей значительное отрицательное давление, подобное сжиманию пружины. Так выглядит форма отрицательной энергии – и это отличает ее от антиматерии, чья энергии положительна. С точки зрения квантовой механики вакуум не пуст – это беспокойное море частиц, снова и снова возникающих и исчезающих. Нулевая энергия включает все эти колебания, поэтому, успокоив волны, можно добиться того, чтобы она стала отрицательной. Один из способов это сделать – эффект Казимира, придуманный в 1848 году. Его суть заключается в том, что если две металлические пластины приставить поближе друг к другу, между ними возникнет состояние с отрицательной энергией. Этот эффект наблюдался экспериментально, но он весьма слаб. Для того чтобы получить значительную отрицательную энергию, необходимы пластины галактических масштабов. Причем достаточно стойкие, чтобы удерживать интервал.

Другую возможность дает магнитоактивная червоточина. В 1907 году математик Туллио Леви-Чивита доказал, что согласно теории общей относительности магнитное поле способно искривлять пространство. Магнитное поле обладает энергией, энергия эквивалентна массе, а масса влияет на пространственную кривизну. Более того, он нашел точное математическое решение уравнений поля Эйнштейна и назвал их «магнетической гравитацией». Трудность состояла в том, что этот эффект можно было наблюдать лишь с использованием магнитного поля, в квинтиллион раз превышающем все, что можно было достать для лаборатории. Идея пребывала в забвении до 1995 года, когда Клаудио Макконе пришел к мнению, что Леви-Чивита, по сути, придумал магнитоактивную червоточину. Чем сильнее ее магнитное поле, тем сильнее изгибается устье. Червоточина, магнитное поле которой можно было создать в лаборатории, имела бы огромные размеры – около 150 световых лет в ширину. Тогда пришлось бы оборудовать лаборатории по всей ее длине. А вот чтобы создать маленькую червоточину, необходимо гигантское магнитное поле. Макконе предположил, что поверхность нейтронной звезды, на которой могут возникать очень сильные магнитные поля, вероятно, хорошо подходит для поиска магнитоактивных червоточин. Зачем их искать? Затем, что такая червоточина может оставаться открытой и без какой-либо экзотической материи.

Впрочем, есть вероятность, что лучше использовать вращающуюся черную дыру с не точечной, а кольцевой сингулярностью. Попав в нее, можно пройти сквозь кольцо, минуя сингулярность. Математическая сторона уравнений Эйнштейна говорит о том, что вращающаяся черная дыра соединяется с бесконечным множеством разных участков пространства-времени. Один из них должен находиться в нашей вселенной (при условии, что мы строим эту вращающуюся черную дыру в нашей вселенной), но для остальных это необязательно. За кольцевой сингулярностью находятся антигравитационные вселенные с отрицательными расстояниями и частицами, отталкивающимися друг от друга. Существуют законные (без превышения скорости света) способы пройти сквозь червоточину в любой из ее альтернативных выходов. Поэтому если мы используем вместо червоточины вращающуюся черную дыру и придумаем, как протянуть ее входы и выходы со скоростью, близкой к скорости света, то получим более практичную машину времени – ту, что сможет пройти ее насквозь, обойдя сингулярность.

Есть и другие машины времени с принципом работы, основанным на парадоксе близнецов, но все они ограничены скоростью света. Они наверняка работали бы лучше и их было бы легче создать и запустить, будь у нас возможность включить гиперпространственный двигатель, как в «Звездном пути», и перемещаться быстрее скорости света.

Но в реальности такого не бывает, да?

А вот и нет.

Такого не бывает в специальной теории относительности. Но в общей, как выяснилось, – вполне может статься. Поразительно, что случается это так же, как в научно-фантастической абракадабре, к которой обращается несчетное число писателей, знающих о релятивистских ограничениях, но все равно желающих, чтобы их космические корабли летали быстрее скорости света. «В теории относительности не бывает такого, чтобы материя перемещалась быстрее скорости света». Поместите ваш корабль в какую-нибудь область пространства и оставьте его неподвижным относительно этой области. Пока Эйнштейну ничего не противоречит. Затем перемещаем всю область вместе с кораблем со сверхсветовой скоростью (быстрее скорости света). Готово!

Ха-ха, очень забавно. Вот только…

Именно к этому Мигель Алькубьерре Мойя пришел в 1994 году в контексте общей теории относительности. Он доказал, что уравнения поля Эйнштейна можно решить с помощью местного «сворачивания» пространства-времени, вызывающего образование подвижного пузыря. Пространство сжимается перед пузырем и может «поймать» гравитационную волну, находясь внутри статичной оболочки местного пространства-времени. Скорость космического корабля относительно пузыря равна нулю. Движется лишь граница пузыря – то есть пустое пространство.

Писатели-фантасты оказались правы. Релятивистского предела скорости передвижения пространства не существует.

Гиперпространственные двигатели имеют тот же недостаток, что и червоточины. Для искривления пространства столь необычным образом необходима экзотическая материя, которая создаст гравитационное отталкивание. Предлагались и другие схемы гиперпространственных двигателей, по которым они, предположительно, преодолевали это препятствие, но и те были не без изъянов. Сергей Красников заметил одно странное свойство двигателя Алькубьерре: внутреннее пространство пузыря отсоединяется от его наружной поверхности. Капитан космического корабля, находясь внутри пузыря, не может ни управлять им, ни включить или выключить. Он предложил иной способ – «сверхзвуковое шоссе». Отправляясь наружу, корабль перемещается медленнее скорости света и оставляет за собой туннель искаженного пространства-времени. На обратном же пути сквозь туннель он двигается быстрее скорости света. Сверхзвуковое шоссе также нуждается в отрицательной энергии – как и любые другие типы гиперпространственных двигателей, что доказал Кен Олам со своими коллегами.