Метагалактическое метро

.

В объективном мире ничего не происходит, в нем все просто существует. Лишь по мере того, как взор моего сознания скользит по линии жизни (мировой линии) моего тела, для меня оживает часть этого мира подобно мгновенному изображению в пространстве, которое непрерывно меняется во времени.


Гипотеза путешествий во времени настолько фантастична, что серьезные ученые стараются особо не рекламировать свои построения в этой области. Однако физики-теоретики занимаются ею вполне профессионально вот уже несколько десятилетий. Считается, что сама принципиальная схема действия машины времени пришла в науку из фантастики с появлением одноименного романа Герберта Уэллса. Впоследствии многочисленные подражатели и последователи Уэллса отработали эффектный способ отправки своих героев к далеким мирам и в другие времена через гипер– или подпространство (у братьев Стругацких эта процедура называется нуль-транспортировкой). Тем не менее долгое время идея была чисто литературным приемом, не имея реального физического обоснования.
Ситуация изменилась после того, как знаменитый астроном и научный фантаст Карл Саган решил написать роман о межзвездных путешествиях. В ходе литературной работы Саган твердо решил не заниматься пустым фантазированием, а создать на страницах своей книги транспортное устройство, полностью соответствующее общепринятым физическим концепциям. Для обсуждения деталей он обратился к видному физику-теоретику Кипу Торну, известному своими работами в области теории гравитации и космологии.
Торна весьма заинтересовали идеи Сагана, и он поручил двум своим аспирантам выполнить необходимые вычисления. К тому времени уже давно было известно, что уравнения теории относительности имеют решения, из которых вытекает возможность существования пространственно-временных каналов. Такие решения обнаружили в свое время еще сам Альберт Эйнштейн и работающий вместе с ним Натан Розен. Впрочем, даже немногочисленные, в те годы, физики-теоретики полагали, что так называемые мостики Эйнштейна – Розена вряд ли существуют в реальности и уж точно малопригодны для космических путешествий. Однако Торн и его сотрудники убедительно математически доказали, что пространственно-временной канал можно не только искусственно создать, но и поддерживать его в открытом состоянии. Для этого вход в подпространственный туннель необходимо заполнить экзотическим антигравитационным веществом наподобие уэллсовского кейворита из романа «Первые люди на Луне», оказывающим негативное давление на свое окружение. Подобная субстанция должна иметь отрицательную массу и, следовательно, отталкиваться от обычной материи – иначе говоря, антигравитировать. Созданная с ее помощью «червоточина» в пространстве – времени связала бы отдаленные области нашей Галактики и даже межгалактические просторы. Естественно, поскольку пространство и время в теории относительности жестко связаны, должна существовать возможность использовать такую «кротовую нору» и как машину времени.
В результате сотрудничества Сагана и Торна появился научно-фантастический бестселлер «Контакт», который вскоре положили в основу одноименного фильма. Ну, а соответствующие исследования коллектива физиков-теоретиков под руководством Торна породили многочисленные публикации, вызвавшие сильный научный резонанс.
Работы Торна заставили вспомнить не только о мостиках Эйнштейна – Розена, но и о «кротовых норах», «червоточинах» и «червячных ходах» американского физика, одного из участников проекта создания атомной бомбы Арчибальда Уилера. Червоточина – это туннель в пространстве – времени, стабилизированный так называемой фантомной материей, которая не дает туннелю схлопнуться. Эта материя обладает отрицательной плотностью энергии.
Насколько правдоподобны подобные построения физиков-теоретиков? Существуют ли в действительности червячные ходы в пространстве – времени, или же это всего лишь нереализуемые математические фантазии? Но если верно второе, то почему они не реализуются, коль скоро не противоречат законам природы? И самый главный вопрос: можно ли предложить какие-либо реальные эксперименты, вплоть до создания искусственных подпространственных «кротовых нор», пусть даже в отдаленном будущем, когда наша цивилизация станет достаточно развитой и мощной?
Модель червоточины на примере согнутого листа бумаги прекрасно иллюстрируют один из героев фильма «Интерстеллар». По его словам, если проделать отверстие карандашом, то муравей-землянин не будет блуждать по листу, а мгновенно попадет на его другую половину. Такой прокол пространства служит обоснованием для всяческих нуль-транспортировок, телепортаций и трансгрессий из фантастических произведений.
Когда речь идет о поиске подпространственных червоточин, первое, что обращает на себя внимание, это черные дыры – бездонные гравитационные провалы сколлапсировавших «замерзших звезд». По мнению астрофизиков, многие свойства коллапсаров говорят о том, что воронки таких звезд вполне могут быть входными порталами червоточин пространства – времени. Если это так, то можно (пока еще чисто умозрительно) попытаться приспособить их для путешествий в пространстве и времени, ведь время в их окрестностях останавливается лишь для внешнего наблюдателя, а для космонавтов, устремившихся в жерло черной дыры, все будет идти своим чередом, и никакого замирания процессов они не заметят.
Эта гипотеза особенно интересна тем, что астрономические теории предсказывают существование удивительных объектов с прямо противоположными коллапсарам свойствами. Такие белые дыры еще более загадочны, чем черные, и должны неудержимо извергать вещество. Нырнув в зев черной дыры, звездолет мог бы вынырнуть из диска ее белой сестры в какую-нибудь пространственно-временную область нашего мира или совсем в другую вселенную, связанную с нашей лишь узкой горловиной червячного лаза.
Вообще говоря, тут просматриваются два варианта фантастического будущего. Первый – из «Контакта» и «Интерстеллара» – это создание некого «подпространственного метро», позволяющего мгновенно перемещаться на парсеки и столетия. Второй – не ждать милостей от природы, а оснастить звездолет генератором черных дыр. Дело в том, что теоретически в невообразимых глубинах пространства – времени (в масштабах «планковской длины», равной 1,62×10–35 метра, что в 1020 раз меньше атомного ядра) бушует удивительнейшая «квантовая пена», насыщенная сверхмикроскопическими черными дырочками – микроколлапсарами. Опять же теоретически, если поймать микроколлапсар и насытить его энергией, он вырастет в черную дыру, пригодную для путешествий через гиперпространство.
Сюжет фильма «Интерстеллар» включает полет корабля «Эндюранс» через портал искусственного коллапсара, возникший в окрестностях Сатурна. Далее отважные земляне попадают в кротовую нору, где встречают «пятимерных существ», которые переправляют их в чужую галактику. Наша это Вселенная или иная – понять невозможно. Во всяком случае, даже если это один из миров Мультиверса, там действуют те же физические законы.
Любопытно, что профессор Торн почему-то никак не обыграл весьма любопытный момент выхода из «подпространственного туннеля», а ведь это самый загадочный элемент межгалактического туннелирования. Черные дыры знают все, многие астрономы считают их открытыми, а вот белой дыры никто еще не наблюдал…
В «Интерстелларе», в отличие от «Контакта», много внимания уделяют темпоральным парадоксам. Из Общей теории относительности следует, что чем сильнее гравитация, тем медленнее течет время. С другой стороны, согласно Специальной теории относительности, чем быстрее летишь, тем медленнее стареешь относительно неподвижного наблюдателя. Отсюда следует и знаменитый «парадокс близнецов», сообразно которому моложавый космонавт может вернуться к своему пожилому брату, оставшемуся на Земле. Кстати, российский космонавт-рекордсмен С. Крикалев, кружась на орбите со скоростью более семи километров в секунду, за 803 суток «отыграл у вечности» не менее 0,02 секунды.
В фильме червячный ход выбрасывает «Эндюранс» в десяти световых миллиардолетиях от Солнечной системы у чудовищной черной дыры Гаргантюа, равной по массе ста миллионам солнц. Радиус дыры сравним с земной орбитой, а ее аккреционный диск из притянутого вещества простирался бы чуть ли не до пояса астероидов. Из-за колоссальной гравитации коллапсара час на поверхности планеты Миллер равен семи годам.
После приключений на планетах системы Гаргантюа главный герой и его робот на двух зондах устремляются в сердцевину черной дыры за научными данными. В теории катастрофический перепад сил тяготения должен был бы скрутить, растянуть и разорвать астронавта и робота на бесчисленное множество фрагментов. Однако Торн считает, что чудеса практики могут опровергнуть любую теорию, и позволяет отважным исследователям легко проникнуть через горизонт событий – точку невозврата для всего, что попадает внутрь черной дыры. Предложено и своеобразное объяснение: гигантские размеры Гаргантюа минимизируют разрывающие приливные силы, так что при очень большом радиусе горизонта событий и его вращении с определенной скоростью есть шанс проникнуть невредимым в таинственные глубины коллапсара.
Внутри вращающейся черной дыры исследователи находят пятимерную вселенную. Тут надо вспомнить, что еще академик Сахаров в своих удивительных космологических работах предложил многолистную модель Вселенной, которую затем дополнил несколькими временами. В ней Андрей Дмитриевич на совершенно новом научном уровне рассмотрел очень старую идею Теодора Калуцы. Для построения единой теории поля, над которой начал тогда работать Эйнштейн, Калуца в 1921 году предположил, что физическое пространство имеет не три, а четыре измерения, дополненные пятым – временем. При этом Калуца допустил, что четвертое пространственное измерение «свернуто» в сверхмикроскопические размеры и не может быть зафиксировано приборами.
Идеи Калуцы восторженно восприняли не только физики-теоретики, среди которых был и великий Эйнштейн, но и писатели. Так, Герберт Уэллс ввел многомерное пространство в роман «Люди как боги». В этой утопии выдающийся фантаст предложил очень необычную для того времени систему мироздания: «Как в трехмерном пространстве бок о бок может лежать любое число практически двухмерных миров, подобно листам бумаги, точно так же многомерное пространство, которое плохо приспособленный к таким представлениям человеческий разум еще только начинает с большим трудом постигать, может включать в себя любое число практически трехмерных миров, лежащих, так сказать, бок о бок и приблизительно параллельно развивающихся во времени».
Вселенная Уэллса напоминает книгу, каждый лист которой оказывается новым миром. Путешествовать тут можно по «книжному корешку», соединяющему вместе все миры. Долгое время этот зримый образ множественного мироздания, или Мультиверса, вдохновлял научных обозревателей и писателей-популяризаторов, но все считали его лишь блестящей выдумкой. Затем на экраны вышли голливудские блокбастеры «Филадельфийский эксперимент» и «Контакт», после которых иные времена и измерения попали на телевидение в сериалы «Секретные материалы», «Хранилище 13» и «Теория Большого взрыва».
Использованию огромных черных дыр для космических путешествий отдал дань и Станислав Лем. В романе «Фиаско» он придумал способ обратить время, чтобы экипаж межзвездного корабля вернулся на Землю в свое время, а не спустя много тысячелетий.
Можно сказать, что и в «Интерстелларе» вся картина запутана в петлях времени. При этом время, проецируясь из пятимерного пространства, описывает такую петлю, что начинает проявляться феномен «двойников». Главный герой из глубины сверхпространства смотрит на самого себя в прошлом, затем мы видим, как он когда-то реагировал на «потустороннее» проявление своего пятимерного образа, что и привело его в межгалактическую экспедицию. Там он попал в черную дыру и увидел себя… Петля замкнулась!
Это происходит почти так, как это описывает Станислав Лем в «Звездных дневниках Ийона Тихого», с одной лишь существенной разницей – в «Интерстелларе» (как, впрочем, и в «Филадельфийском эксперименте») петля времени образовалась в результате воздействия черной дыры, а не фантастических темпоральных вихрей, и это уже допускается современной наукой. Как подобное может происходить в земных условиях? Однозначного ответа на этот вопрос пока нет.
Однако скорее всего выпадение из реального хода времени в данном случае связано с перемещением не в параллельное пространство, а в некую зону искривления пространственно-временного континуума, в некий «временной мешок», черную дыру, где не существует даже времени.

В дальнейшем выяснилось, что для пространственно-временных путешествий больше всего подходят именно довольно узкие «червоточины», получившие название лоренцовских, по имени видного голландского физика Хендрика Антона Лоренца – одного из создателей теории относительности.
Вообще говоря, существуют червячные ходы двух различных типов: квантового и полуклассического. Квантовые ближе к кротовым норам, подчиняясь как уравнениям теории относительности, так и принципам квантовой механики, они очень неустойчивы. Путешественник, попавший в такой подпространственный туннель, рискует в любой момент оказаться в замкнутом пространстве, причем открыться канал может в совершенно невообразимую точку пространства – времени. А вот полуклассические червоточины практически более устойчивы, поскольку пространство – время, в котором они пролегают, хоть и сильно искривленное, но все же не пузырящееся. Поскольку их поведение более предсказуемо, долгое время считалось, что они лучше подходят для перемещений во времени и пространстве.
Однако в науке элементарная логика часто подводит, и группа американских ученых сумела показать, что именно полуклассические «норы» могут быть в высшей степени нестабильны. Это означает, что даже если бы удалось построить устройство, открывающее такую червоточину в нужное время и в нужном месте, оно тут же перестало бы работать. А вот именно на квантовые червоточины этот вывод не распространяется, они способны действовать достаточно долго, чтобы пропустить через свою горловину космический корабль со всеми его пассажирами. Но делать окончательные выводы еще рано. Квантовый червячный ход также часто будет работать с совершенно непредсказуемым результатом. Если вам надо лететь к Веге, вы можете попасть к Сириусу, а то и вовсе очутиться у динозавров. В общем, пока еще ученые не придумали конструкцию достаточно надежных кротовых нор для космической машины времени.
Исследования теоретиков также показывают, что антигравитационный материал с отрицательным давлением, необходимый для облицовки стен подпространственных туннелей, во многом похож на таинственную темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью. Физическая природа этой энергии пока еще не понятна. А ведь от ее свойств зависит судьба нашего мира. Так, не исключено, что в далеком будущем темная энергия может просто разорвать в клочья всю обычную материю от галактик до атомов. Однако есть и более оптимистичные сценарии будущего, в которых темная энергия потеряет стабильность и саморазрушится.
Мостики Эйнштейна – Розена чем-то напоминают подземные уличные переходы. Различие лишь в том, что подпространственные каналы соединяют не только разные части нашей Метагалактики, но и разные времена. Двигаясь вдоль червоточины, можно попасть как в отдаленный участок Вселенной, так и в другую временную эпоху. Космическая система кротовых нор, подобная описанной в романе Сагана, могла бы служить своеобразной транспортной сетью, которая позволила бы быстро переноситься из прошлого в отдаленное будущее и обратно – в наше настоящее и в прошлое.
Однако насколько правдоподобны выводы физиков-теоретиков? Существуют ли в действительности червячные ходы в пространстве – времени, или же это всего лишь нереализуемые математические фантазии? Но почему они не реализуемы, ведь опыт убеждает нас в том, что в мире реализуемо все, что не противоречит законам природы!?
Здесь стоит вспомнить об очень любопытном факте: кажущееся нам пустым пространство физического вакуума только кажется пустым. При очень большом увеличении оно похоже на шевелящуюся мягкую губку или кипящую мыльную пену, где вспыхивают и мгновенно гаснут всплески полей, а окружающее пространство – время под действием их тяготения искривляется и скручивается в микроскопические пузырьки и раковины, в которых возникают многочисленные воронки и перемычки червоточин. Правда, размеры их невообразимо малы – песчинка для них так же велика, как для нас сама Метагалактика. Естественно, что ни один современный прибор не может зафиксировать следы таких объектов. Исследовать их математики и физики-теоретики могут лишь умозрительно, строя компьютерные модели.
В научно-фантастической литературе часто рассказывается о самых экзотических способах преодоления пространства и времени. Там можно встретить и проколы трехмерного евклидова пространства, и нуль-транспортировки, не говоря уже о прыжках в подпространство и вневременных лифтах. Родилась даже своеобразная тактика будущих космических сражений, когда звездолеты землян уходят в подпространство и через мгновение неожиданно выныривают оттуда прямо у баз инопланетян, оставив позади себя миллионы километров. Как современные субмарины: нырнули, сделались невидимыми – и вынырнули у кораблей противника.
Разумеется, писатели и журналисты, рассказывающие о подпространственных перемещениях, зачастую просто создают образ чего-то таинственного и непонятного. И тем не менее фантасты часто бывают не так уж далеки от истины. Представим себе двухмерный мир – что-то вроде бесконечно тонкого листа бумаги, у которого две стороны слились в одну.
В таком мире, как и в нашем, любые две отстоящие друг от друга точки соединяет множество тропинок, но среди них всегда есть самая короткая и, если мы хотим попасть в другую точку как можно скорее, нам следует воспользоваться именно этой дорожкой.
Если же в начале и в конце пути изогнуть, продавить пространство, образовав воронки, и соединить их трубкой-каналом, то мы получим мгновенный переход между двумя удаленными точками для жителей двухмерного мира. Вот такой канал мы вправе назвать проколом пространства, нуль-транспортировкой и другими терминами, придуманными писателями-фантастами. При этом подобные подпространственные переходы нигде не будут выходить за пределы своей двухмерной вселенной, поскольку все точки – и на листе, и в канале, и на склонах воронок – принадлежат одной и той же двухмерной поверхности. Если свернуть такой лист в цилиндр, то канал перехода будет напоминать ручку чашки. В трехмерном пространстве он существует сам по себе, независимо от того, есть ли обнимающее его трехмерное пространство или же его вообще нет в природе.
И вот что еще особенно важно: плоский двухмерный мир может иметь одну пространственную, а вторую временную координату. Тогда проколы из пространственных превратятся в пространственно-временные, которые соединяют точки с разными временами и служат тоннелями для путешествий в иную историческую реальность.
Несмотря на кажущуюся мистичность, многие физики уверены в осуществимости таких проектов, поскольку они основываются на принципах квантовой теории. Трудно пока еще говорить о конкретных деталях строения «внепространственного метро» будущего, но реальность его осуществления в том или ином варианте практически не вызывает сомнений.
Все эти вопросы – на грани научной фантастики, однако сегодня их серьезно обсуждают и сами ученые, поскольку это помогает лучше понять особенности современной теории и представить себе гипотетические возможности космических цивилизаций.
Серьезный анализ возможностей внепространственных переходов пока доступен только математике, поскольку ее формулы – единственный способ, позволяющий обрисовать контуры воображаемых миров и сложные пространственно-временные структуры. Посвященные этим вопросам научные работы напоминают лес формул, но если не претендовать на большую строгость и пользоваться наглядными образами, то общая постановка вопросов и результаты исследований могут быть доступны и далеким от теоретической физики читателям.

Комментарии закрыты.