И наконец, представляя эти удивительные результаты научному сообществу, Торн писал: «Предложен новый тип решений для уравнений поля, выведенных Эйнштейном, – решений, которые описывают "червоточины", в принципе проходимые для человека».
Разумеется, во всем этом есть одна загвоздка, из-за которой у нас до сих пор так и нет машин времени. Последним этапом расчетов Торна было прийти к точному представлению о природе материи и энергии, необходимых для создания удивительной «проходимой червоточины». Торн и его коллеги обнаружили, что в центре такой «червоточины» должна находиться некая «экзотическая» форма материи с необычными свойствами. Торн не замедлил указать, что существование этой экзотической формы материи, несмотря на всю ее необычность, вроде бы не противоречит никаким известным законам физики. При этом он предостерег, что в будущем ученые, возможно, докажут, что такой экзотической материи не существует. А пока она представляется вполне приемлемой формой материи – конечно, если иметь доступ к достаточно развитым технологиям. Торн с уверенностью пишет, что «из единственной „червоточины“» сколь угодно развитая цивилизация может сконструировать машину для путешествий назад во времени».
Эскиз машины времени
Однако всякий, кто читал Уэллса, будет разочарован эскизом машины времени, подготовленным Торном. Можно и не мечтать о том, чтобы устроиться в кресле в собственной гостиной, поворачивая циферблаты, глядя на мигающие лампочки и наблюдая обширную панораму истории, в том числе разрушительные мировые войны, взлеты и падения великих цивилизаций или плоды будущего научного прогресса.
Один из вариантов машины времени Торна состоит из двух камер, в каждой из которых содержатся две параллельные металлические пластины. Между каждой парой пластин создается мощное электрическое поле (более мощное, чем любое возможное при нынешнем уровне развития техники), которое разрывает ткань пространства-времени, образуя дыру в пространстве, соединяющем две камеры. Затем одна камера помещается в ракету, которая развивает скорости, близкие к световым, а другая остается на Земле. Так как «червоточина» способна связать два участка пространства с различным временем, часы в первой камере идут медленнее, чем часы во второй камере. Поскольку время в двух разных концах «червоточины» проходит с разной скоростью, каждый, кто попадает в «червоточину», немедленно перебрасывается в прошлое или будущее.
Другая машина времени выглядит следующим образом. Если удастся найти какую-то экзотическую материю, которой можно придавать форму, как металлу, тогда, вероятно, идеальной формой для машины времени будет цилиндр. Человек становится в центр этого цилиндра. Затем эта экзотическая материя искажает пространство и время вокруг, создавая «червоточину», соединенную с далеким участком Вселенной, имеющим другое время. В центре водоворота – человек, который испытывает гравитационную нагрузку силой не более 1 g, после чего его затягивает в «червоточину», и он вдруг оказывается на другом конце Вселенной.
На первый взгляд, математическая логика Торна безупречна. Уравнения Эйнштейна действительно показывают, что решения для «червоточин» предусматривают разную скорость движения времени по обе стороны от «червоточины», поэтому путешествия во времени в принципе возможны. Конечно, весь фокус в том, как изначально создать такую «червоточину». Как не преминули указать Торн и его коллеги, главная проблема – управление достаточным количеством энергии для создания и поддержания в рабочем состоянии «червоточины» с экзотической материей.
В обычных условиях один из основных принципов элементарной физики гласит: все объекты обладают положительной энергией. Колеблющиеся молекулы, движущиеся автомобили, летающие птицы, взмывающие ракеты – все они имеют положительную энергию. (По определению энергия космического вакуума равна нулю.) Но если мы сумеем получить объекты с «отрицательной энергией» (т. е. объекты, энергетическая составляющая которых меньше, чем у вакуума), тогда сумеем и сформировать необычные пространственно-временные структуры, в которых время замкнуто в круг.
Эта довольно простая концепция имеет замысловато звучащее название: усредненное слабое энергетическое условие. Как указывает Торн, усредненное слабое энергетическое условие необходимо нарушить; энергия на время должна стать отрицательной, чтобы путешествие во времени прошло успешно. Однако релятивисты с давних времен предают анафеме отрицательную энергию, понимая, что эта энергия сделает возможной антигравитацию и множество других феноменов, подтверждение которым ни разу не было получено экспериментально.
Вместе с тем Торн спешит указать, что способ получения отрицательной энергии существует, а именно – посредством квантовой теории. В 1948 г. голландский физик Хендрик Казимир продемонстрировал, что квантовая теория может создавать отрицательную энергию, достаточно только взять две большие незаряженные параллельные металлические пластины. Как правило, здравый смысл подсказывает нам, что между этими двумя пластинами не действует сила, так как они электрически нейтральны. Но Казимир доказал, что вакуум, разделяющий эти две пластины, из-за принципа неопределенности Гейзенберга на самом деле воплощает бурную деятельность – постоянное появление и исчезновение триллионов частиц и античастиц. Они возникают неизвестно откуда и снова исчезают в вакууме. Поскольку они мимолетны, то преимущественно ненаблюдаемы, поэтому не противоречат никаким законам физики. Эти «виртуальные частицы» создают результирующую силу притяжения между пластинами, и Казимир предсказывал, что ее можно измерить.
Когда Казимир опубликовал свою статью, ее встретили крайне скептически. Как могут два электрически нейтральных объекта притягиваться друг к другу, вопреки тем самым классическим законам электричества? Это неслыханно! Однако в 1958 г. физик Маркус Спарнаай наблюдал этот эффект в лаборатории точно так, как и предсказывал Казимир. С тех пор он называется эффектом Казимира.
Один из способов использовать эффект Казимира – поместить две большие проводящие параллельные пластины у входа в каждую «червоточину», таким образом создавая с обеих сторон отрицательную энергию. Как заключают Торн и его коллеги, «может выясниться, что среднее слабое энергетическое условие невозможно нарушить, значит, невозможны и "проходимые червоточины", и путешествия во времени, и сбой причинно-следственной связи. Слишком рано переходить мост до того, как подойдешь к нему»{102}.
Пока что единства мнений по поводу машины времени Торна нет. Все согласны с тем, что решающий фактор – наличие полностью квантованной теории гравитации, способной закрыть вопрос раз и навсегда. Например, Стивен Хокинг указал, что излучение у входа в «червоточину» довольно велико, поэтому внесет свой вклад в компонент материи-энергии в уравнениях Эйнштейна. Эта обратная связь с уравнениями Эйнштейна деформирует вход в «червоточину», возможно, даже закроет его навсегда. Но Торн не согласен с тем, что этого излучения хватит, чтобы закрыть вход.
Именно здесь в дело вступает теория суперструн. Поскольку это полностью квантово-механическая теория, включающая как подраздел общую теорию относительности Эйнштейна, ее можно применить для вычисления поправок к изначальной теории «червоточин». В принципе, она позволит нам определить, осуществимо ли с физической точки зрения усредненное слабое энергетическое условие, а также будет ли открыт вход в «червоточину» все время, пока путешественники наслаждаются путешествием в прошлое.
Хокинг сдержанно отнесся к «червоточинам» Торна. Но ирония заключается в том, что сам Хокинг предложил новую, еще более фантастическую теорию «червоточин». Вместо того чтобы соединять настоящее с прошлым, Хокинг предлагает пользоваться «червоточинами» для установления связи нашей Вселенной с бесконечным множеством параллельных миров!
12. Сталкивающиеся вселенные
Природа не просто эксцентричнее, чем мы полагаем, – она эксцентричнее, чем мы способны предположить.
Джон Холдейн
Космолог Стивен Хокинг – одна из самых трагических фигур в науке. Страдая неизлечимым дегенеративным заболеванием, он упорно, несмотря на почти непреодолимые препятствия, продолжает научные исследования. Он потерял возможность управлять собственными руками, ногами, языком и наконец голосовыми связками, он прикован к инвалидному креслу и тем не менее по-прежнему остается инициатором новых направлений исследований. Любой физик, не настолько сильный духом, на месте Хокинга давно отказался бы от попыток разобраться в фундаментальных проблемах науки.
