Для того чтобы представить себе многосвязные пространства, вообразите, что вы шагаете солнечным днем по Пятой авеню в Нью-Йорке, размышляете о своих делах, и вдруг прямо перед вами открывается странное парящее в воздухе окно, очень похожее на зеркало Алисы. (На время забудем, что энергия, которая потребуется для открывания такого окна, способна разрушить Землю. Это чисто гипотетический пример.)
Вы приближаетесь к зависшему над землей окну, чтобы получше рассмотреть его, и в ужасе обнаруживаете прямо перед собой голову злобного с виду тираннозавра рекс. Вы уже готовы спасаться бегством, как вдруг замечаете, что у тираннозавра нет туловища. Он не причинит вам никакого вреда, потому что его тело находится по другую сторону окна. Когда вы заглядываете за окно, чтобы осмотреть туловище динозавра, то видите только улицу, как будто ни динозавра, ни окна нет вообще. Озадачившись, вы медленно обходите окно и с облегчением убеждаетесь, что тираннозавра нигде нет. Но заглянув в окно с обратной стороны, вы видите прямо перед собой голову бронтозавра (рис. 10.3)!
Перепугавшись, вы снова обходите вокруг окна, попутно взглянув на него сбоку. К вашему изумлению, окно вместе с тираннозавром и бронтозавром исчезает бесследно. Вы еще несколько раз обходите вокруг повисшего в воздухе окна. С одной стороны, видите голову тираннозавра, с другой – голову бронтозавра. А когда смотрите сбоку, то и зеркало, и динозавры исчезают.
Что происходит?
В некой далекой Вселенной тираннозавр и бронтозавр сошлись, чтобы драться не на жизнь, а на смерть. Когда они стояли один напротив другого, между ними вдруг возникло парящее в воздухе окно. Заглянув в это окно, тираннозавр неожиданно для себя увидел голову тщедушного, тощего млекопитающего с растрепанными волосами и крошечным лицом – человека. Голова видна отчетливо, а тела нет. Когда в то же самое окно заглянул бронтозавр, то увидел Пятую авеню с ее магазинами и транспортом. Потом тираннозавр заметил, что человек в окне исчез, только чтобы появиться по другую сторону окна и показаться бронтозавру.
А теперь представьте, что внезапный порыв ветра унес вашу шляпу в окно. Вы видите, как шляпа летит по воздуху в другой Вселенной, но нигде на Пятой авеню ее нет. Тяжело вздохнув, вы отчаянным движением суете руку в окно, чтобы поймать шляпу. Тираннозавр при этом видит, как шляпа вылетает из окна и скрывается из виду. Потом он видит, как из окна высовывается отделенная от тела рука, тщетно пытающаяся ухватить шляпу.
Ветер вдруг меняет направление, и шляпа летит в другую сторону. Вы просовываете в окно вторую руку, но уже с другой стороны. И попадаете в неловкое положение: обе ваши руки засунуты в окно, но с разных сторон. Вы не видите собственных пальцев, вам кажется, что обе руки исчезли.
Что при этом видят динозавры? Они видят две судорожно машущие крошечные ручонки, высунувшиеся из окна с обеих сторон. А остального тела нет (рис. 10.4).
Этот пример демонстрирует лишь некоторые из удивительных искажений пространства и времени, которые можно придумать с помощью многосвязных пространств.
Закрытие «червоточины»
Поразительно, как простая идея о том, что высшие измерения способны объединить пространство и время, а силу можно объяснить искажением этого пространства-времени, приводит к столь многообразным физическим последствиям. Однако с помощью «червоточин» и многосвязных пространств мы исследуем ограничения общей теории относительности Эйнштейна. В сущности, для создания «червоточины», или пространственных ворот, требуется так много материи-энергии, что можно ожидать преобладания квантовых эффектов. В свою очередь, квантовые поправки могут в действительности закрыть вход в «червоточину» и сделать путешествия через нее невозможными.
Поскольку ни квантовая теория, ни теория относительности не способны решить этот вопрос, нам придется дождаться, когда будет окончательно разработана десятимерная теория и наконец даст ответ, имеют ли физическую релевантность «червоточины» или же это очередная бредовая идея. Но, прежде чем перейти к вопросу о квантовых поправках и десятимерной теории, сделаем паузу и задумаемся о самых невероятных последствиях применения «червоточин». Если ученые могут доказать, что «червоточины» делают возможным существование многосвязных пространств, то в наших силах также продемонстрировать, что благодаря «червоточинам» возможны путешествия во времени.
Рассмотрим самое, возможно, захватывающее и эффектное следствие идеи существования многосвязных вселенных: создание машины времени.
11. Создание машины времениы
Люди, которые, подобно нам, верят в физику, знают, что разница между прошлым, настоящим и будущим – всего-навсего упрямая иллюзия.
Альберт Эйнштейн
Путешествия во времени
Можем ли мы вернуться в прошлое?
Есть ли у нас возможность по примеру героя романа Герберта Уэллса «Машина времени» повернуть циферблат машины, перескочить через сотни тысяч лет и попасть в 802701 год? Или же, подобно Майклу Фоксу, сесть в автомобиль, работающий на плутонии, и вернуться назад в будущее?
Возможность путешествия во времени открывает обширный мир других заманчивых возможностей. Как Кэтлин Тернер в фильме «Пегги Сью вышла замуж» (Peggy Sue Got Married), все люди втайне мечтают как-нибудь вернуться в прошлое, чтобы исправить небольшую, но жизненно важную ошибку. В стихотворении Роберта Фроста «Неизбранная дорога» (The Road Not Taken) герой гадает, что могло произойти, если бы на важных жизненных развилках мы выбрали другой путь, приняли иное решение. Умея путешествовать во времени, мы могли бы вернуться в собственную юность и стереть из прошлого постыдные события, выбрать другого спутника жизни, отдать предпочтение иной карьере, а может, даже изменить исход ключевого исторического события или судьбу человечества.
К примеру, в кульминационных сценах «Супермена» герой буквально убит горем, когда его возлюбленная погибает под тоннами обломков во время землетрясения, стирающего с лица земли чуть ли не всю Калифорнию. Оплакивая ее ужасную гибель, он поддается чувствам, устремляется в космос и нарушает свою клятву не вмешиваться в ход истории человечества. Супермен наращивает скорость до тех пор, пока не преодолевает световой барьер, разрывая ткань пространства и времени. Передвигаясь со скоростью света, Супермен заставляет время замедлиться, потом остановиться и наконец повернуть вспять, к моменту непосредственно перед гибелью Лоис Лейн.
Но такой фокус явно невозможен. Несмотря на то что время замедляется, если мы увеличиваем скорость, мы не в состоянии передвигаться быстрее скорости света (в итоге повернуть время вспять), так как специальная теория относительности гласит, что при этом наша масса становится бесконечной. Таким образом, метод передвижения со скоростью, превосходящей скорость света, излюбленный авторами научной фантастики, противоречит специальной теории относительности.
Сам Эйнштейн сознавал неосуществимость этой задачи – как и Артур Генри Реджинальд Буллер, опубликовавший в журнале Punch следующий лимерик{96}:
Жила-была барышня по имени Света,Порхала быстрее скорости света,Однажды вернулась с работы онаПод вечер вчерашнего дня.Релятивистка Света.
Большинство ученых, не изучавших всерьез уравнения Эйнштейна, отметают путешествия во времени и считают, что они не более правдивы, чем зловещие истории о похищениях инопланетянами. Однако на самом деле все гораздо сложнее.
Чтобы разобраться в этом вопросе, нам придется отказаться от более простой специальной теории относительности, исключающей путешествия во времени, и взять на вооружение всю мощь общей теории относительности, допускающей такие путешествия. У общей теории относительности область применения гораздо шире, чем у специальной. Если специальная теория относительности описывает только объекты, движущиеся с постоянной скоростью вдали от звезд, то общая теория относительности способна на большее – на описание движения ракет, набирающих ускорение вблизи супермассивных звезд и черных дыр. Следовательно, общая теория заменяет некоторые простые выводы специальной теории. Для любого физика, подробно изучавшего математику путешествий во времени в рамках общей теории относительности Эйнштейна, окончательный вывод, как ни странно, далеко не однозначен.
Сторонники путешествий во времени указывают, что уравнения Эйнштейна для общей теории относительности подразумевают некоторые формы путешествия во времени. Однако они же признают, что энергия, необходимая для замыкания времени в круг, настолько велика, что для нее уравнения Эйнштейна неприменимы. В примечательной с точки зрения физики области, где путешествия во времени вполне возможны, квантовая теория берет на себя функцию общей теории относительности.
