Вселенная Стивена Хокинга - Стивен Хокинг

Подводя итог: законы природы не делают различий между прямым и обратным направлениями времени. Но существуют как минимум три разные стрелы времени, позволяющие отличить прошлое от будущего: 1) термодинамическая стрела – направление времени, в котором возрастает степень беспорядка; 2) психологическая стрела – направление времени, в соответствии с которым мы помним прошлое, а не будущее; 3) космологическая стрела – направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается. Я показал, что психологическая стрела времени, в сущности, совпадает с термодинамической, а потому обе они направлены в одну сторону. Из принципа отсутствия границ следует наличие четко выраженной термодинамической стрелы времени, потому что Вселенная должна начаться с однородного и упорядоченного состояния. Наблюдаемое нами согласие термодинамической и космологической стрел времени – следствие того, что разумные существа могут существовать только в фазе расширения. Фаза сжатия непригодна для разумной жизни, потому что в ней невозможна четкая термодинамическая стрела.

Благодаря прогрессу человечества в понимании законов макрокосмоса во Вселенной, степень хаоса в которой растет, возник маленький уголок порядка. Если вы запомнили каждое слово в этой книге, значит, в вашу память было записано около двух миллионов единиц информации: степень порядка в мозге увеличилась примерно на два миллиона единиц. Но, читая эту книгу, вы преобразовали не менее тысячи калорий – упорядоченную энергию в виде пищи – в неупорядоченную энергию в форме тепла, которое вы теряете, нагревая воздух посредством конвекции и пота. А это увеличит степень беспорядка Вселенной примерно на двадцать миллионов миллионов миллионов миллионов единиц, то есть Вселенная потеряет приблизительно в десять миллионов миллионов миллионов раз больше, чем обретет ваш мозг. И то при условии, что вы помните абсолютно все сказанное здесь. Через одну главу я постараюсь еще немного повысить степень порядка в наших краях: я расскажу, как ученые пытаются объединить частные теории, о которых шла речь, в единую теорию, охватывающую все во Вселенной.

В предыдущей главе обсуждалось, почему время течет вперед: почему возрастает степень хаоса и почему мы помним прошлое, а не будущее. Время рассматривалось как прямая железнодорожная колея, по которой можно двигаться в одном из двух направлений.

Но что, если на путях есть петли и ответвления, которые позволяют поезду вернуться на пройденную станцию, двигаясь при этом только вперед? Другими словами, возможно ли путешествие в будущее или в прошлое?

Об этом рассуждал Герберт Уэллс в своем романе «Машина времени», этой же теме посвящали свои произведения и другие писатели-фантасты. И ведь многие из их идей, например подводные лодки и полеты на Луну, стали реальностью. Так каковы же перспективы перемещений во времени?

Первое свидетельство того, что законы физики действительно допускают возможность путешествия назад во времени, предъявил в 1949 году Курт Гёдель: он описал новый тип пространства-времени, который согласуется с общей теорией относительности. Гёдель был математиком, и известность ему принесло обоснование того постулата, что невозможно доказать все верные утверждения, даже если ограничиться областью такой скупой и сухой, как арифметика. Теорема Гёделя о неполноте, подобно принципу неопределенности, служит фундаментальным барьером для нашей способности понимать Вселенную и предсказывать ее развитие. Но пока эта теорема не является препятствием на пути к построению полной единой теории.

Гёдель узнал об общей теории относительности довольно поздно, когда он работал вместе с Эйнштейном в Институте перспективных исследований в Принстоне. Пространство-время Гёделя обладает любопытным свойством: вся Вселенная у него вращается. Возникает вопрос: вращается вокруг чего? И так математик отвечал на него: далекое вещество вращается относительно направлений, задаваемых маленькими юлами, или гироскопами.

Такое положение дел будет иметь побочный эффект: если некто отправится в далекое путешествие на космическом корабле, он может вернуться на Землю до того, как покинул ее. Это допущение сильно расстроило Эйнштейна, который считал, что общая теория относительности исключает путешествия во времени. Правда, мнение физика должно обнадеживать, если учесть его необоснованное неприятие гравитационного коллапса и принципа неопределенности. Решение Гёделя не имеет отношения к нашей Вселенной, поскольку мы можем показать, что Вселенная не вращается. К тому же во Вселенной Гёделя космологическая постоянная – Эйнштейн ввел ее, посчитав, что Вселенная должна быть статичной – отлична от нуля. Когда Хаббл показал, что Вселенная расширяется, необходимость в космологической постоянной отпала, и сейчас она, как правило, полагается равной нулю[41]. Но с тех пор были найдены другие, более правдоподобные варианты пространства-времени, не противоречащие общей теории относительности и допускающие возможность путешествия в прошлое. Один из них – нутро вращающейся черной дыры, другой – пространство-время с двумя космическими струнами, которые движутся мимо друг друга на большой скорости. Как можно догадаться по названию, космические струны – это длинные струноподобные объекты с относительно большой длиной и маленьким поперечным сечением. В действительности они скорее напоминают резиновые нити, поскольку на них действует огромная сила натяжения, эквивалентная примерно миллиону миллионов миллионов миллионов тонн. Привязав Землю к космической струне, за 1/30 долю секунды ее можно разогнать с 0 до 100 километров в час. Такие струны кажутся чем-то из области научной фантастики, но есть все основания полагать, что они могли образоваться в ранней Вселенной в результате нарушения симметрии, которое мы рассматривали в главе 5. Из-за сильнейшего натяжения и произвольной начальной конфигурации струны, распрямляясь, могли разогнаться до очень высоких скоростей.

Вселенная Гёделя и пространство-время космических струн начинают существовать в столь искривленном, скрученном состоянии, что путешествия в прошлое совсем не исключены. Бог мог, конечно, сотворить космос таким покоробленным, но у нас нет никаких оснований в это верить. Наблюдения фонового реликтового излучения и концентрации легких химических элементов свидетельствуют о том, что ранняя Вселенная не отличалась кривизной, необходимой для перемещений во времени. Такой же вывод следует из теоретических соображений, учитывающих гипотезу об отсутствии границ. Значит, вопрос можно поставить так: если Вселенная у своих истоков не обладала кривизной, необходимой для путешествий во времени, можно ли впоследствии «скрутить» некоторые области пространства-времени настолько, чтобы сделать путешествия во времени возможными?