Физика путешествия во времени

Физика путешествия во времени

Физическая возможность осуществления путешествия во времени - это что-то вроде «ловуш-ки-22». Любой объект, окруженный деформированным континуумом «пространство - время», как того требует путешествие во времени, оказывается в чрезвычайной опасности. Он попадает в своего рода вихрь, способный разорвать отчаянного путешественника на части. Физики много думали над тем, как сконструировать теоретически приемлемую машину времени, которая бы не создавала побочных эффектов, ведущих к неминуемой гибели путешественников. В своих изысканиях они начали с черных дыр.

Черные дыры, как известно, засасывают все, что попадается на их пути, включая свет, и никогда не отпускают своих пленников. Вместе с тем, черные дыры обладают и другими свойствами, например, они определенным образом деформируют пространственно-временной континуум. Черная дыра обладает бесконечной плотностью, т.е. она растягивает ткань пространства-времени до точки разрыва, создавая тем самым глубокую «оспину» с крошечным разрезом на дне.

Многим хотелось знать, что находится на обратной стороне этого разреза. В 1935 г. Эйнштейн и его коллега Натан Розен выдвинули идею, согласно которой маленький разрыв в черной дыре должен был соединяться с другим маленьким разрывом в другой черной дыре. Таким образом, посредством узкого канала или горловины соединялись находящиеся на любом отдалении одна от другой части пространственно-временного континуума. Мост Эйнштейна - Розена, как тогда была названа эта идея, был похож на черную дыру, прикрепленную к зеркальному отражению самой себя.

Этот мост - что-то вроде черного хода, ведущего из внутреннего пространства одной черной дыры в другую - в наше время известен под названием «проточина». Теоретически он может представлять собой кратчайший путь сквозь пространство - время, т.е. как раз то, что требуется путешественнику во времени, чтобы выманить у бесконечности несколько миллионов лет.

Проблема состоит в том, что проточина, т.е. канал, «прорытый» между двумя черными дырами, очень мал, меньше, чем ядро атома, и остается открытым только на протяжении доли секунды. Даже свет, самая быстрая физическая субстанция во Вселенной, не сумеет за это время проскочить сквозь него. Кроме того, независимо от прочности космического корабля, наш путешественник будет разорван на куски чудовищной гравитацией черной дыры. Из-за этого, а также вследствие других проблем, мост Эйнштейна - Розена много лет воспринимался как геометрический курьез, теоретический выверт, который вряд ли когда-либо может быть использован даже в фантастике. Ученые того времени считали, что хотя уравнения Эйнштейна могли допускать наличие червоточины, Вселенная, конечно же, никаких червоточин не допускала. Ситуация изменилась в 80-е годы, когда один физик из Калифорнийского технологического института предложил более эффективный путь использования проточин в качестве машин времени.

Если Эйнштейна и Розена можно назвать архитекторами кратчайшей дороги сквозь пространство - время, то Кипа Торна из Калтеха можно считать инженером-проектировщиком строительных конструкций. Используя наброски чертежей Эйнштейна и Розена, Торн создал алгоритм, описывающий физику работающей машины времени в строго математическом выражении. Естественно, практическое строительство временного портала Торна потребует технологических решений, которые могут появиться, возможно, только через сотни лет. Но его работа доказывает, что путешествия во времени не исключены, по крайней мере, в теории.

Торн думал над тем, как удержать проточину открытой на протяжении времени, достаточного для того, чтобы испытатель успел проскользнуть сквозь нее. Ни одна материя не подходила для этой цели. При всей прочности «строительных конструкций - распорок», сделанных из материи, они не смогут воспрепятствовать разрыву времени - пространства. Торн искал вещество, которое было бы способно противостоять сжатию черной дыры. Ему нужна была антигравитация.

Вместо стягивания пространства вокруг себя, как это делает обычная материя, антигравитация, или, как ее еще называют, отрицательная энергия, разводит его в стороны. В теории, антигравитация действует внутри горловины проточины и раскрывает ее на ширину, достаточную для прохода сквозь нее астронавта или даже космического корабля.

Эйнштейн впервые высказал гипотезу о существовании антигравитации в 1915 г., правильность этого предположения была доказана восемь десятилетий спустя. Но антигравитация Эйнштейна слаба и скоротечна, как ложка сахара, растворенная в океане. Для раскрытия проточины требуется постоянный поток антигравитации.

На сегодняшний день наиболее перспективным направлением для создания мощной антигравитации считается использование эффекта Казимира. По законам квантовой механики, две плоские металлические пластины, находящиеся друг от друга на расстоянии толщины волоса, способны генерировать небольшое количество негативной энергии. Увеличенная во много раз, эта энергия, в принципе, может быть использована для создания проходимой проточины. Процесс расширения при этом ослабляет силу гравитации, что предохраняет путешественника от гибели.

В то время, как антигравитационные конструкции держат портал раскрытым, путешественник продвигается сквозь него и выходит на поверхность на значительном расстоянии от точки отправления. Но путешественники могут перемещаться не только географически, но и во времени. Таким образом, своей следующей задачей Торн видел десинхронизацию входа в проточину и выхода из нее.

Для решения этой задачи Торн применил старый фокус Эйнштейна. Одна из основных позиций теории относительности предполагает, что для быстро перемещающихся предметов время замедляет свой ход. Торн приложил этот принцип к одной из двух черных дыр, которые образуют червоточину. Представьте себе процесс поимки одной из черных дыр при помощи лассо (например, ее можно поймать и поместить в клетку негативной энергии) и буксировки ее по Вселенной со скоростью, близкой к скорости света. Эта черная дыра и, следовательно, этот конец проточины, будут стареть более медленно, чем ее неподвижное окончание. С течением времени произойдет десинхронизация черных дыр и соединение предметов посредством проточины, но сами черные дыры уже будут существовать в разных эрах. Исследователь, который вошел через неподвижный вход проточины, выйдет из мобильного выхода на много лет раньше своего отправления. Именно это делает проточину настоящим порталом времени.

Следует отметить, что последние разработки в области физики путешествия во времени появились в 1991 г., когда астрофизик Дж. Ричард Готт высказал предположение, что гипотетические объекты, названные космическими суперструнами, могут позволить астронавту совершить путешествие в прошлое. Суперструны - это длинные, тонкие объекты, которые, по мнению космологов, появились на самых ранних периодах образования Вселенной. Они бесконечно длинны и не шире атома, но настолько плотные, что несколько километров одной космической струны может перевесить Землю.

В своем предположении Готт исходит из идеализированных версий струн. Для того, чтобы помочь путешествиям во времени, две идеально параллельные нити, двигающиеся почти со скоростью света, должны проноситься одна мимо другой, как автомобили, двигающиеся по шоссе в разных направлениях. По мере такого движения нитей пространство-время радикально деформируется под влиянием этих скоростных волокон. Опытный путешественник во времени, находясь в ожидании в расположенном поблизости космическом корабле, сможет воспользоваться этими искажениями, пролетая вокруг сдвоенных струн. Если он правильно рассчитает время, деформации в пространстве - времени позволят ему вернуться на место отправления до того, как он начал свое путешествие. Таким образом, получится поездка в одном направлении - в прошлое. Согласно законам физики, это означает допустимость путешествия во времени при всех трудностях его реализации. Все это может быть только вопросом времени.

Однако уже сегодня очевидно, что если мы хотим совершить путешествие во времени, нам нужно научиться контролировать время и приспосабливать его под наши собственные желания и условия. Это возможно только при помощи теории относительности Эйнштейна. По его мнению, пространство не есть некая неизменная структура. Эйнштейн выдвинул гениальную гипотезу: пространство и время увязаны в единый пластичный континуум - «пространство - время». Как пространство, так и время могут деформироваться, иногда весьма существенно. Путешествие во времени не требует ничего, кроме использования этих деформаций для создания пути во времени, пути, заканчивающегося раньше или, наоборот, значительно позже своего начала.

Рассмотрим, как это все происходит. Представим пространство - время в виде туго натянутого резинового листа. Он остается неизменным и плоским до того момента, как что-то тяжелое, например, шар для игры в боулинг, не упадет в его середину. Дополнительный вес заставит участки листа, наиболее близко расположенные к упавшему шару, деформироваться.

Так как пространство вокруг шара (в нашей модели -звезда) деформировалось, к нему будут притягиваться другие объекты. Этот эффект называется гравитацией. При этом следует помнить, что звезда прогибает не только пространство, но и время. Эта деформация является краеугольным камнем всех физически возможных сценариев путешествия во времени. Время тоже деформируется, если вы перемещаетесь в пространстве со скоростью, приближающейся к скорости света. Основываясь на этих двух эффектах, физики сумели предложить некоторые допустимые, но сложные сценарии путешествия во времени, используя такие фантастические объекты, как черные дыры, проточины и космические суперструны.

Что Нового #1(3),2003