Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение - Митио Каку

Проявив математическую ловкость, Гёдель доказал, что в арифметике всегда будут теоремы, корректность или некорректность которых невозможно продемонстрировать с помощью арифметических аксиом, т. е. арифметика всегда будет несовершенной. Результатом действий Гёделя стал, возможно, самый ошеломляющий и неожиданный поворот в развитии математической логики за целое тысячелетие.

Математика, некогда считавшаяся ввиду её точности и определённости самой чистой из наук, не испорченной вульгарностью нашего материального мира, утратила свою определённость. После Гёделя стало казаться, что математика плывёт по течению. (Грубо говоря, поразительное доказательство Гёделя помогло увидеть, что в логике присутствуют любопытные парадоксы. Возьмём, к примеру, утверждение «это высказывание ложно». Если высказывание истинно, значит, утверждение ложно. Если высказывание ложно, утверждение истинно. Или, например, если я сказал, что я лжец, тогда я лгу только в том случае, если говорю правду. Гёдель сформулировал утверждение «истинность этого высказывания не может быть доказана». Если утверждение корректно, значит, нельзя доказать, что оно корректно. Искусно сплетая замысловатую паутину подобных парадоксов, Гёдель показал, что существуют истинные утверждения, которые невозможно доказать арифметически.)

Развеяв одно из самых заветных мечтаний всех математиков, Гёдель не оставил камня на камне от здравого смысла, который было принято ассоциировать с уравнениями Эйнштейна. Он продемонстрировал, что теория Эйнштейна содержит удивительные патологии, в том числе путешествия во времени.

Сначала Гёдель предположил, что Вселенная наполнена медленно вращающимся газом или пылью. Предположение выглядело разумно, так как газопылевые скопления присутствуют в отдалённых областях Вселенной. Однако решение Гёделя внушало серьёзные сомнения по двум причинам.

Во-первых, это решение противоречило принципу Маха. Гёдель показал, что при одинаковом распределении пыли и газа возможны два решения уравнений Эйнштейна. (Это означало, что принцип Маха несовершенен и что имеются скрытые допущения.)

Что ещё важнее, Гёдель доказал допустимость определённых форм путешествий во времени. Если проследить путь частицы во Вселенной Гёделя, в конце концов она вернётся обратно и встретится с самой собой в прошлом. Гёдель писал: «Совершая круговой рейс на ракете по достаточно широкой кривой, можно побывать в этих мирах в любой области прошлого, настоящего и будущего и вернуться обратно»{97}. Так Гёдель обнаружил первую замкнутую временеподобную кривую в общей теории относительности.

Ранее Ньютон считал, что время движется подобно прямой стреле, летящей вперёд точно к цели. Ничто не может сбить стрелу с пути или заставить её изменить траекторию после того, как стрела выпущена. Однако Эйнштейн показал, что время больше похоже на могучую реку, текущую вперёд, но зачастую прокладывающую извилистый путь по узким долинам и равнинам. В присутствии материи или энергии направление движения реки на время меняется, но в целом её движение остаётся равномерным: река никогда не останавливается внезапно и не поворачивает вспять рывком. Но Гёдель показал, что река времени может равномерно двигаться в обратном направлении, замыкаясь в круг. Ведь в реках есть и бурные течения, и водовороты. Главное течение реки может быть равномерным, а вдоль берегов всегда образуются заводи, где вода совершает круговое движение.

От выводов Гёделя было невозможно отмахнуться, так как он пользовался уравнениями поля, выведенными Эйнштейном, и находил странные решения, в которых время замыкалось в круг. Так как Гёдель играл по правилам и нашёл законное решение уравнений, Эйнштейну пришлось избрать обходной путь и отказаться от предложенного решения ввиду его несоответствия экспериментальным данным.

Слабым местом Вселенной Гёделя было допущение, согласно которому газ и пыль в ней медленно вращались. В ходе экспериментов мы не замечаем никакого вращения космических скоплений газа и пыли в пространстве. Наши приборы подтвердили, что Вселенная расширяется, но признаков вращения она не проявляет. Таким образом, гипотетическую вселенную Гёделя можно смело исключить. (При этом сохраняется подозрительная, хоть и правдоподобная возможность, что наша Вселенная всё-таки вращается, как предположил Гёдель, и тогда замкнутые временеподобные кривые и путешествия во времени физически возможны.)

Эйнштейн умер в 1955 г., согласившись с тем, что сомнительные решения его уравнений можно отмести по экспериментальным соображениям и что никто не может встретиться со своими родителями до того, как они родились.

В 1963 г. Эзра Ньюман, Теодор Унти и Луис Тамбурино нашли новое решение уравнений Эйнштейна, ещё более невероятное, чем решение Гёделя. В отличие от Вселенной последнего, новая вселенная уже не была наполнена вращающимися скоплениями пыли. На первый взгляд она напоминала типичную чёрную дыру.

Как и решение Гёделя, вселенная упомянутых выше авторов допускала существование замкнутых временеподобных кривых и путешествий во времени. Более того, проделав вокруг чёрной дыры путь в 360º, мы возвращались вовсе не в исходную точку. Вместо этого, словно очутившись во вселенной с римановым разрезом, мы попадали на другой «лист» вселенной. Топологически вселенную Ньюмана — Унти — Тамбурино можно сравнить с винтовой лестницей. Обойдя по лестнице 360º, мы прибудем не в ту же точку, откуда начали движение, а на другую площадку лестницы. Жизнь в подобной Вселенной способна затмить самые страшные кошмары, в ней совершенно нет места здравому смыслу. Эта вселенная выглядела так причудливо и дико, что сразу получила по первым буквам фамилий авторов название НУТ (совпадающее с англ. nut — бред, чепуха).

Поначалу релятивисты отказывались от решения Ньюмана — Унти — Тамбурино точно так же, как от решения Гёделя; поскольку казалось, что наша Вселенная развивалась не так, как предполагали эти решения: их категорично отвергли по экспериментальным соображениям. Но проходили десятилетия, а поток причудливых решений для уравнений Эйнштейна, допускающих путешествия во времени, не иссякал. В начале 1970-х гг. Фрэнк Типлер из Тулейнского университета в Новом Орлеане заново проанализировал давнее решение уравнений Эйнштейна, найденное Виллемом Якобом ван Стокумом в 1936 г., ещё до появления решений Гёделя. Решение Стокума предполагало существование бесконечно длинного вращающегося цилиндра. Как ни удивительно, Типлер сумел доказать, что и это решение противоречит принципу причинности.

Оказалось, что даже решение Керра (представляющее собой наиболее реалистичное с физической точки зрения описание чёрных дыр в космосе) допускает путешествия во времени. Ракеты, проходящие сквозь центр чёрной дыры по Керру (при условии, что они уцелеют), могли нарушить причинно-следственную связь.