Терри Пратчетт – Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина (страница 22)

В 1988 году Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер пришли к выводу, что червоточины в сочетании с парадоксом близнецов позволяют создать ЗВК. Идея состоит в том, чтобы закрепить белый конец червоточины, а черный перемещать туда-обратно с околосветовой скоростью. Во время движения черный конец испытывает эффект замедления времени, поэтому для наблюдателя, который движется вместе с ним, время течет медленнее. Представьте себе мировые линии, соединяющие две червоточины в обычном пространстве так, что наблюдатели на каждом конце фиксируют одинаковый ход времени. Сначала эти линии практически горизонтальны, то есть не являются времениподобными, а значит, не соответствуют движению каких-либо реальных частиц. Однако со временем линии приближаются к вертикали и в конечном счете становятся времениподобными. Как только нам удается пройти этот «временной барьер», мы можем перемещаться между белым и черным концами червоточины, используя обычное пространство — вдоль времениподобной кривой. Поскольку червоточина — это короткий путь, ее можно пересечь за короткое время и практически мгновенно преодолеть пространство, отделяющее черный конец от белого. В итоге вы вернетесь в исходную точку, но окажетесь в прошлом.

Это и есть путешествие во времени.

Выждав нужное время, вы сможете превратить свою мировую линию в ЗВК и оказаться в том же месте и времени, с которого начали свое путешествие. Не назад в будущее, а вперед — в прошлое. Чем дальше в будущем находится исходная точка, тем дальше вы сможете переместиться назад во времени. Правда, у этого метода есть один недостаток: ваши путешествия в прошлое ограничены временным барьером, который возникает через некоторое время после создания червоточин. Так что поохотиться на динозавров или побегать за бабочками Мелового периода вам не удастся.

Можем ли мы в действительности создать одно из таких устройств? Можно ли пройти через червоточину?

В 1966 году Роберт Джероч нашел способ, который в теории позволяет создать червоточину с помощью гладкой деформации пространства времени, без каких-либо разрывов. Правда, есть одна сложность: на определенном этапе сборки ход времени настолько искажается, что червоточина временно начинает действовать, как машина времени, и оборудование, используемое ближе к концу сборки, переносится к ее началу. Инструменты рабочих могут переместиться в прошлое именно в тот момент, когда они решат, что работа закончена. Тем не менее, правильно составленный график работ, вероятно, решает эту проблему. Технологически развитое общество, вероятно, способно конструировать черные и белые дыры и перемещать их с помощью сильных гравитационных полей.

Однако создание червоточины — это не единственная проблема. Нужно еще удержать ее в открытом состоянии. Основная трудность связана с «эффектом кошачьей дверцы»: когда некоторый объект проходит сквозь червоточину, последняя стремится захлопнуться и «прищемить ему хвост». Чтобы этого не произошло, объект, как оказалось, должен двигаться быстрее скорости света, так что приходится искать другое решение. Любая времениподобная линия, которая начинается у входа в червоточину, должна входить в будущую сингулярность. Нельзя преодолеть сингулярность и добраться до выхода, не превысив скорость света.

Традиционный подход к решению этой проблемы состоит в том, чтобы заполнить червоточину «экзотической» материей, создающей огромное отрицательное давление наподобие растянутой пружины. Она отличается от антиматерии, поскольку представляет собой форму отрицательной энергии, в то время как энергия антиматерии положительна. С точки зрения квантовой механики, вакуум — это не пустота, а бурлящее море элементарных частиц, которые непрерывно появляются и исчезают. Нулевая энергия содержит в себе все эти флуктуации, а значит, ослабив их, мы сможем снизить энергию до отрицательного уровня. Достичь этого позволяет, к примеру «эффект Казимира», открытый в 1948 году: между двумя близко расположенными металлическими пластинами возникает состояние отрицательной энергии. Данный эффект был зафиксирован в экспериментах, но оказался довольно слабым. Чтобы получить достаточное количество отрицательной энергии, потребуются пластины размером с галактику. К тому же твердые, чтобы интервал между ними оставался неизменным.

Есть и другой вариант — магнитная червоточина. В 1907 году геометр Туллио Леви-Чивита доказал, что в рамках общей теории относительности магнитное поле может вызывать искажения пространства. Магнитное поле обладает энергией, энергия эквивалентна массе, а масса задает кривизну пространства. Более того, ему удалось вывести точное решение уравнений поля Эйнштейна, которое он назвал «магнитной гравитацией». Проблема состояла в том, что получения наблюдаемого эффекта требовалось магнитное поле, в квинтиллион раз превышающее то, которое можно было получить в лаборатории. Его идея не привлекала серьезного внимания до 1995 года, когда Клаудио Макконе понял, что Леви-Чивита по сути изобрел магнитную червоточину. Чем сильнее магнитное поле червоточины, тем сильнее скручивается ее горловина. Размер червоточины с магнитным полем лабораторного уровня был бы просто огромным — около 150 световых лет в поперечнике. Причем лаборатории пришлось бы построить по всей ее длине. Магнитное поле гигантской мощности нужно как раз для того, чтобы создать небольшую червоточину. Сильные магнитные поля могут возникать на поверхности нейтронных звезд, поэтому Макконе предположил, что магнитные червоточины стоит искать именно там. К чему все эти усилия? Дело в том, что для поддержания такой червоточины в открытом состоянии экзотическая материя не нужна.

Возможно, более подходящим решением могла бы стать вращающаяся черная дыра, которая обладает не точечной, а кольцевой сингулярностью. В этом случае путешественник может пройти через кольцо, минуя сингулярность. Анализ уравнений Эйнштейна указывает на то, что вращающаяся черная дыра соединена с бесконечным числом областей пространства-времени. Одна из них должна находиться в нашей Вселенной (при условии, что нам удастся создать в ней вращающуюся черную дыру), но другие вполне могут выходить за ее пределы. За кольцевой сингулярностью располагаются антигравитационные вселенные, в которых расстояния измеряются отрицательными величинами, а материя взаимно отталкивается друг от друга. Через червоточину можно проложить вполне законный (не требующий сверхсветовых скоростей) маршрут к любому из ее альтернативных выходов. Таким образом, если мы воспользуемся вращающейся черной дырой вместо червоточины и сможем разогнать ее входы и выходы до околосветовых скоростей, в нашем распоряжении окажется куда более практичная машина времени — ей мы сможем пользоваться, не рискуя столкнуться с сингулярностью.

Существуют и другие машины времени, основанные на парадоксе близнецов, но все они ограничены скоростью света. Если бы мы, как герои «Звездного пути», смогли превысить скорость света с помощью пространственно-деформирующего двигателя, то эти машины лучше бы справлялись со своей задачей и, вероятно, оказались бы более простыми в постройке и эксплуатации.

Но ведь теория относительности это запрещает, так?

Нет.

Движение со сверхсветовой скоростью запрещено в специальной теории относительно. Но общая теория относительности, как оказалось, такое движение разрешает. Удивительно то, что решение этой проблемы совпадает со стандартным заумным объяснением, к которому прибегают многочисленные авторы научно-фантастических книг, знакомые с релятивистскими ограничениями, но тем не менее желающие оснастить свои космические корабли сверхсветовыми двигателями. «Теория относительности запрещает материи двигаться быстрее света», — говорят они, — «но она не запрещает сверхсветового движения пространства». Предположим, что космический корабль находится в специальной области пространства и относительно нее остается неподвижным. Законы Эйнштейна при этом не нарушаются. Теперь нужно просто разогнать эту часть пространства — вместе с космическим кораблем — до сверхсветовой скорости. Вот и все!

Ха-ха, звучит довольно забавно. Вот только.

Именно такое решение применительно к общей теории относительности в 1994 году предложил Мигель Алькубьерре Мойя. Он доказал, что у уравнений Эйнштейна есть решения, описывающие подвижный пузырь, созданный за счет локальной «деформации» пространства-времени. Пространство сжимается перед пузырем и расширяется сзади. Если внутрь пузыря поместить космический корабль, он сможет «плыть» на гравитационной волне, будучи надежно защищенным статической оболочкой локального пространства-времени. Скорость корабля по отношению к пузырю равна нулю. Движется только граница пузыря, то есть пустое пространство.

Авторы научно-фантастически книг были правы. Теория относительности никак не ограничивает скорость перемещения пространства.

Двигатели, основанные на деформации пространства, обладают теми же недостатками, что и червоточины. Для искривления пространства-времени столь необычным образом необходима экзотическая материя, создающая гравитационное отталкивание. Другие варианты сверхсветового двигателя предположительно устраняют этот недостаток, но добавляют новые. Сергей Красников обратил внимание на одно затруднительное обстоятельство, связанное с двигателем Алькубьерре: внутренность пузыря теряет причинно-следственную связь с его передним краем. Находясь внутри пузыря, капитан корабля не может ни управлять им, ни даже включать или выключать. В качестве альтернативы он предложил идею «сверхсветового шоссе». Сначала корабль движется до пункта назначения с досветовой скоростью и оставляет за собой туннель, образованный деформированным пространством-временем. Обратный путь он совершает со сверхсветовой скоростью, двигаясь по готовому туннелю. Для создания сверхсветового шоссе также необходима отрицательная энергия; фактически то же самое, согласно работам Кена Олама и других исследователей, справедливо и для любого другого двигателя, основанного на деформации пространства-времени.