Вселенная Стивена Хокинга - Стивен Хокинг

Поскольку длины волн виртуальных фотонов между пластинами могут принимать только резонансные значения, то их там должно быть несколько меньше, чем в области вне пластин, где виртуальные фотоны могут иметь любые длины волн. Таким образом, поверхности пластин, расположенные внутри зазора, будут испытывать удары меньшего числа виртуальных фотонов, чем внешние поверхности пластин. Поэтому есть основания считать, что пластины будут испытывать действие сил, толкающих их навстречу друг другу. Эти силы и вправду были обнаружены и измерены: они оказались такими, как предсказывает теория. Таким образом, существуют экспериментальные свидетельства существования виртуальных частиц, которые порождают вполне реальные эффекты.

Тот факт, что в зазоре между пластинами меньше виртуальных фотонов, означает, что плотность энергии там ниже, чем в других местах. Но суммарная плотность энергии «пустого» пространства вдали от пластин равна нулю, потому что иначе под влиянием ненулевой плотности пространство искривилось бы, то есть перестало быть почти плоским. Так что если плотность энергии между пластинами меньше, чем плотность энергии вдали от пластин, то в зазоре она должна быть отрицательной.

Таким образом, у нас есть экспериментальные данные, указывающие как на то, что пространство-время может быть искривлено (отклонение света во время затмений), так и на то, что его можно искривить, чтобы сделать возможными путешествия во времени (эффект Казимира). Поэтому есть все основания надеяться, что прогресс науки и техники позволит в конце концов создать машину времени. Но если так, то почему никто не прибыл к нам из будущего, чтобы объяснить, как это делается? Конечно, могут быть серьезные основания не раскрывать нам секрет временны́х странствий, пока мы примитивны и недоразвиты. Но – если, конечно, человеческая природа радикально не изменится – с трудом верится, что какой-нибудь гость из будущего не проболтался бы. Разумеется, некоторые скажут, что наблюдение НЛО доказывает, что нас уже посещали инопланетяне или «будетляне». (Чтобы добраться до нас за разумное время, они должны были освоить перемещение со сверхсветовой скоростью, так что обе возможности вполне эквивалентны.)

Но я думаю, что визит любых пришельцев был бы куда более очевидным и, возможно, более неприятным событием. Если гости из других миров или будущего вообще захотят явить себя нам, зачем выбирать в свидетели тех, кто не заслуживает доверия? Если они стараются предупредить нас о большой опасности, то они не слишком в этом преуспели.

Отсутствие гостей из будущего можно объяснить тем, что прошлое уже «застыло»: мы наблюдали его и убедились, что там нет областей достаточно искривленных, чтобы попасть туда из будущего. С другой стороны, будущее неизвестно и открыто, и там вполне может найтись область с нужной кривизной. То есть если путешествия во времени возможны, то только в будущее. Так что капитану Кирку и его звездолету «Энтерпрайз» никак не пробраться в наше время.

Примерно понятно, почему нас не одолевают толпы туристов из будущего, но повисает вопрос: как избежать проблем, возникающих, если кто-то сможет вернуться в прошлое и изменить ход событий? Предположим, например, что вы попали в прошлое и убили своего прапрадеда, когда тот был еще мальчиком. Существует множество вариантов этого парадокса, но все они, в сущности, сводятся к одному и тому же: возможность изменять прошлое ведет к противоречиям.

По-видимому, есть два способа разрешения парадоксов, связанных с путешествиями во времени. Первый я буду называть подходом непротиворечивых историй, и он декларирует: даже если пространство-время свернуто так, что допускает путешествие в прошлое, все происходящее в пространстве-времени должно подчиняться законам физики. То есть вы можете вернуться назад в прошлое, только если история уже зафиксировала факт вашего появления в прошлом из будущего и если вы не убили своего прапрадеда и не совершили других действий, которые идут вразрез с вашим настоящим. К тому же, если вы отправитесь в прошлое, то не сможете изменить «застывшую» историю. А значит, не идет речи о свободе воли, вы не сможете делать то, что хочется. Конечно, можно сказать, что свобода воли – это всего лишь иллюзия. Если действительно существует полная единая теория, определяющая все на свете, то она, надо полагать, также определяет и ваши действия. Но механизм ее действия на такой сложный организм, как человек, невозможно просчитать. Мы говорим, что человек наделен свободной волей, потому что не можем предсказать поступков друг друга. Но если человек отправится в космос на ракете и возвратится до времени отправления, то он или она сможет предсказать свои дальнейшие действия, поскольку они будут частью известной истории. То есть в этой ситуации у путешественника во времени не будет свободы воли.

Другой возможный способ разрешения связанных с путешествиями во времени парадоксов можно назвать гипотезой альтернативных историй. Идея в том, что когда путешественник возвращается в прошлое, он попадает в альтернативную историю, которая отличается от записанной. Таким образом, он может действовать по своему усмотрению и ему не нужно с чем-либо координировать свои поступки. Стивен Спилберг вдоволь наигрался с этим предположением, когда снимал «Назад в будущее»: Марти Макфлай смог вернуться в прошлое и изменить историю отношений своих родителей на более подходящую.

Гипотеза альтернативных историй напоминает придуманный Ричардом Фейнманом способ представления квантовой механики в виде суммы по траекториям, о которой шла речь в четвертой и восьмой главах. По Фейнману, у Вселенной была не одна история, а скорее, набор всех возможных историй, каждая со своей вероятностью. Но между методом Фейнмана и альтернативными историями, пожалуй, есть одно важное различие. В фейнмановской сумме каждая траектория, или история, включает пространство-время целиком, а также все, что оно содержит. Пространство-время может иметь искривленную форму, позволяющую отправиться в прошлое на космическом корабле. Но корабль при этом останется внутри того же пространства-времени и, следовательно, той же истории, которая должна быть непротиворечивой. Так что фейнмановская сумма по траекториям согласуется с гипотезой скорее непротиворечивых, чем альтернативных историй.

Подход Фейнмана допускает возможность путешествий в прошлое на микроскопическом уровне. В девятой главе мы узнали, что законы природы остаются неизменными при комбинациях симметрий C, P и T. Это значит, что античастица, вращающаяся против часовой стрелки и движущаяся из A в B, может рассматриваться как обычная частица, вращающаяся по часовой стрелке и движущаяся в обратном направлении во времени – из B в A. Аналогично обычная частица, смещающаяся вперед по временной шкале, эквивалентна античастице, движущейся назад по времени. Как уже отмечалось в этой и в седьмой главе, «пустое» пространство заполнено парами виртуальная частица – виртуальная античастица, которые возникают вместе, разбегаются, сходятся и взаимно аннигилируют.

Так, пара частица-античастица может рассматриваться как одна частица, движущаяся по замкнутой траектории в пространстве-времени. Когда пара движется вперед по времени (от рождения к аннигиляции), она называется частицей. Но когда она движется назад во времени (от аннигиляции пары к ее рождению), она называется античастицей, движущейся вперед по времени.