Текст книги "Тайны открытий XX века"

Автор книги: Александр Волков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 38 страниц)

Гипотеза в защиту хронологии

Разумеется, нельзя считать серьезным аргументом против путешествий во времени тот гипотетический факт, что наша цивилизация-де не могла бы пользоваться машинами времени. Другое возражение куда серьезнее: путешествия во времени могли бы разрушить естественную череду причин и следствий. Если связи между прошлым и будущим запутаются, мы станем свидетелями самых удивительных парадоксов.

Среди западных физиков популярен следующий пример «релятивистской путаницы». Допустим, первый конструктор машины времени начитался до одури трудов Зигмунда Фрейда. Учение помрачает его рассудок. У него развивается явный «эдипов комплекс». Он пылает необъяснимой ненавистью к своему отцу. На машине времени он перелетает на шестьдесят лет назад и убивает отца в бытность того ребенком. Посему его отец никогда не встретится с будущей женой, та не забеременеет, и горе-изобретатель никогда не появится на свет. Итак, он не родится, не изобретет машину времени, не совершит путешествие в прошлое. Следовательно, он не убьет своего отца, тот встретится с его матерью, на свет появится сметливый мальчик, который все-таки изобретет машину времени, чтобы убить своего отца. Посему его отец никогда не встретится… он не появится… Без причин и следствий мир превратится в ловушку, из которой не выскользнуть, как из черной дыры.

Стало быть, путешествия во времени и впрямь способны расшатать основы космического мироздания? Не учредить ли «полицию времени», дабы помешать массовому строительству «пространственно-временных червоточин», как призывал Стивен Хоукинг? Для него путешествия во времени суть тупиковая, ошибочная идея. Они строго-настрого запрещены природой. В 1992 году Хоукинг сформулировал «Гипотезу в защиту хронологии», в которой отстаивал неизменность течения времени и, противореча самому себе, убеждал в невозможности создания машин времени. «Законы природы в их совокупности не допускают того, чтобы макроскопические объекты могли передавать в прошлое какую-либо информацию».

К счастью, есть и другие резоны, позволяющие нам «обезвредить» путешествия во времени, сгладить всю каверзность тех парадоксов, что они могут нам уготовить. Быть может, подобные путешествия допустимы лишь в том случае, если они не влекут за собой каких-либо физических противоречий. Например, по мнению российского ученого Игоря Новикова, мы можем влиять на события, лежащие на замкнутой кривой времени, лишь в той мере, в какой это не вызывает нарушения принципа каузальности, то бишь нарушения причинно-следственных связей. Нам не переменить случившегося, как не переместить свою собственную тень, сколько мы ни прикладывали бы сил, стремясь сдвинуть ее с места, – вот так может обстоять дело и с путешествиями во времени: увидеть прошлое будет дано, но вмешаться в него будет выше наших сил. Возвращаясь к приведенному выше примеру, скажем, что путешественник, обуреваемый фрейдистскими муками, добравшись до своего будущего отца, непременно промахнется или же напрочь откажется от своего жестокого намерения, внезапно ощутив приступ жалости к бедному «фазеру». История не будет посрамлена. Она окончательна и бесповоротна. Произойдет то, что должно было произойти. Никакого противоречия не возникнет.

«Все задуманное исполнится» – основной закон физики?

Итак, большинство ученых не верит в путешествия во времени, считая, что, допусти мы только саму возможность таких путешествий, мы столкнемся с неразрешимыми парадоксами, вызванными нарушением причинно-следственных связей, если только…

Если только не предположим, как сделал это полвека назад американский физик Хью Эверетт, что существует… множество миров. Тот интерпретировал квантовую механику следующим провокационным способом. Он предположил, что всякий раз, когда Природа делает выбор между несколькими возможными состояниями, наша Вселенная расщепляется на несколько параллельных Вселенных, идентичных друг другу. Таким образом, есть Вселенная, в которой это предложение оканчивается точкой. Есть Вселенная, в которой это предложение оканчивается многоточием… И впредь каждая из них будет развиваться по-своему. У каждой отныне будет своя собственная история. Вот так случайно запамятованное правило грамматики подрывает основы мироздания, множа миры до умопомрачения.

Стало быть, изобретательный сын и впрямь может пробраться в прошлое и прикончить своего папашу. Вот только он попадет не в ту Вселенную, из которой прибыл, а в другую. Она – творение его рук и воли. До той самой секунды, пока в ней не объявится кровожадный путешественник, она будет выглядеть так же, как и Вселенная, где он когда-то жил. Но теперь, после его появления, она начнет развиваться совсем по-другому. В этой Вселенной изобретатель-отцеубийца никогда не появится на свет. И, значит, машина времени здесь не будет изобретена – или это случится гораздо позже и с другим человеком. Изобретатель родится совсем в другой Вселенной – в той, где его будущей отец вырастет, женится, станет его отцом, в той, где он, неблагодарный сын, вырастет, изобретет свой загадочный аппарат и отправится на поиски своего отца, что в конце концов и выведет нашего путешественника за пределы собственной Вселенной и перенесет его в другое мироздание – мироздание, как две капли воды похожее на то, которое он искал во времени и пространстве. Теперь он занесет нож, пистолет, гранату, грабли, топор, кулак… Совершит убийство. Но ему не спутать причины и следствия, не изменить ход времени. В той Вселенной, откуда он прилетел, все идет своим чередом, и неубитый отец еще породит своего неубившего сына.

Так стало быть, каждый миг наше мироздание делится на бесчисленное множество миров, которые теперь существуют параллельно? Всякий раз, когда человек делает выбор или элементарная частица переходит из одного состояния в другое, рождается новая Вселенная? Какое бы решение вы ни приняли, все равно, все, что вы хотели и не хотели, произойдет? Не в той Вселенной, так в этой? Вы обречены прожить все жизни кряду и совершить все возможное и невозможное?

Если религия утешает нас, обещая одарить несбывшимся за гробовой чертой, то современная физика в толковании Эверетта и его последователей сулит нам, что наши помыслы сбудутся – и не где-нибудь, в том времени, которого нет, а сейчас, сиюминутно. В одной из триллионов в миллионной степени Вселенных, составляющих Великий континуум мирозданий. В одной из них, отправившись в путешествие по гипотетическим «червоточинам», мы, может быть, и найдем себя в прошлом. Но что бы мы ни сделали, умудренные опытом, ворвавшись, как вихрь, как неуемный дух, в собственное прошлое, в нашей Вселенной от этих бесчинств ничего не изменится.

Кто знает, может быть, в XXI веке ученые и подтвердят справедливость этой странноватой гипотезы. Не у нас, в Дубне, Оксфорде или Массачусетсе, так за тридевять Вселенных отсюда, в тридесятом мироздании. Пока же наблюдается явный всплеск интереса к пространственно-временным «червоточинам». В начале наступившего века ряд исследователей занимается их геометрией, с невиданной точностью исчисляя некоторые их параметры.

1.10. ВХОД В ЧЕРВОТОЧИНЫ ВОСПРЕЩЕН?

Теория Эйнштейна не запрещает переноситься из одной точки космического пространства в другую со скоростью выше световой – важно лишь выбрать особый маршрут. Пусть сказанное кажется фантастичным, но ведь научная фантастика расширяет возможности нашего воображения – и представления современной физики/ Быть может, со временем космические корабли научатся преодолевать пространство-время и сновать по туннелям-червоточинам, хотя расчеты показывают, что для этого потребуется неимоверное количество отрицательной энергии, то есть энергии меньшей, чем у абсолютного вакуума. Гипотеза, появившаяся во второй половине прошлого века, по-прежнему вызывает большой интерес у ученых. В начале XXI века появилось несколько серьезных научных исследований, посвященных загадочным космическим образованиям.

^{Так художник представляет себе пространственно-временные туннели – «червоточины», по которым возможны путешествия в самые дальние части Космоса}

Ему незачем было видеть туннель, чтобы знать, что тот существует.

А убеждать в этом остальных представлялось ему бесполезной затеей

А. Бьой Касарес. О форме мира

Преддверие космического туннеля

Многие понятия современной физики прижились и на страницах научно-фантастических книг или даже заимствованы оттуда: телепортация, тахионы, многомерное пространство, параллельные вселенные, путешествия во времени… Не стали исключением и «червоточины», сперва подточившие устои космоса в книгах популярного жанра, – например, героиня романа «Контакт» американского астронома и писателя Карла Сагана путешествует по «червоточине» в отдаленную часть Космоса, к созвездию Беги, – а потом странные космические туннели источили и строго научные работы. Доверясь гипотезе, некоторые астрономы смело соединяли этими туннелями отдаленные части Космоса, прокладывая путь будущим экспедициям. Ведь оказавшись в такой «червоточине», можно вмиг перенестись на множество световых лет от Земли. Знать бы только, где найти этот «скоростной лифт» мироздания?

Может быть, мы – словно муравьи, мельтешащие на первом этаже небоскреба, суетимся и не верим, что когда-нибудь доберемся до сотого этажа? Нам, муравьям, всей жизни на это не хватит. Знать бы только, что рядом лифт, в который лишь заползи, и он помчит московского муравья в неведомую архитектурную даль – унесет на «седьмое небо». Фантастика, да и только.

^{Далекие космические путешествия возможны, если в Космосе есть «червоточины» или изобретен двигатель, искривляющий пространство:}

^{1 – «червоточина»; 2 – Земля; 3 – Сириус; 4 – двигатель, искривляющий пространство} 

^{«В нашей Вселенной правит закон: «Все, что категорически не запрещено, может случиться», – считает американский ученый Лоренс Кросс. Слева: книга Л. Кросса «Физика “Звездного пути”»}

«Идеи, представленные на страницах научно-фантастических произведений, иногда перекочевывают в научные теории. А то, глядишь, и наука выдвинет идеи, которые покажутся еще страннее самых диких фантазий, порожденных писателями-фантастами», – подчеркивает Стивен Хоукинг.

Его мнение разделяют многие ученые. «Мы все вдохновляемся одними и теми же идеями, – признается Лоренс Кросс, выпустивший книгу комментариев к фантастическому сериалу «Star Trek» («Звездный путь»). – Однако если даже самые лучшие научно-фантастические романы завораживают нас сакраментальным «Что было бы, если бы» и, как правило, не дают никаких окончательных ответов, то современная наука готова нам объяснить, что возможно, а что все-таки нет… В нашей Вселенной правит закон, который я часто формулирую студентам следующим образом: «Все, что категорически не запрещено, может случиться».

Общая теория относительности Эйнштейна благоволит многим неожиданным гипотезам. В принципе, согласно ей, «могут существовать самые невероятные вещи, какие только возможны: от двигателя, искривляющего пространство, до путешествий во времени» (Л. Кросс). Статьи, посвященные уорп-двигателю – двигателю, искривляющему пространство, в последние десять лет появлялись даже на страницах серьезных научных журналов (впервые такую статью опубликовал в 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре). Действительно, принцип работы подобного двигателя вытекает из уравнений Эйнштейна.

То warp to Sirius

Общая теория относительности и впрямь позволяет моментально перенестись, например, в окрестности Сириуса (эта звезда находится от нас на расстоянии 8,7 световых лет). Для этого надо проникнуть в «червоточину» или обзавестись двигателем, искривляющим пространство. В любом случае пространство-время исказится так сильно, что Земля окажется почти рядом с Сириусом.

Представьте себе мироздание в виде листа газеты. Сложите этот лист пополам, и тогда его половинки почти соприкоснутся друг с другом. Можно даже вообразить какой-нибудь микроскопический туннель, соединяющий их. Остается лишь юркнуть в туннель, чтобы мигом достичь цели.

Итак, идея таких путешествий заключается в том, что, например, уорп-двигатель (от английского «to warp», «искривлять, искажать») деформирует пространство-время таким образом, что в нем появляются ходы, связывающие отдаленные части космоса. Пространство перед космическим кораблем, оснащенным подобным двигателем, чрезвычайно сжимается, а позади него расширяется. Для наблюдателя, оставшегося на Земле, такой корабль будет двигаться со сверхсветовой скоростью, а для самого космонавта замрет на месте. Ведь корабль будет окружен оболочкой, за пределами которой все будет деформироваться, а внутри – останется неизменным.

В путешествие по вакууму с «вакуумным топливом» в придачу

Однако такой двигатель обойдется очень дорого. Для его создания нужен диковинный материал с отрицательной массой и отрицательной плотностью энергии. Подобное вещество не притягивает к себе другие тела, а отталкивает их. «Яблоко, падающее в небо» – вот над чем пришлось бы поломать голову Ньютону, если бы он жил на планете, состоявшей из такого вот вещества.

Никто не знает, имеется ли где-нибудь во Вселенной подобное вещество и можно ли запастись им в достаточном количестве. Впрочем, в лабораторных условиях удавалось создать отрицательную плотность энергии. Для этого нужен был вакуум.

Как известно, идеальный вакуум вовсе не похож на воплощенную пустоту. Он буквально пронизан жизнью, он бурлит. В нем рождаются и исчезают виртуальные частицы и античастицы. Это пустое пространство заполнено квантовыми флуктуациями.

Полвека назад нидерландские физики Хендрик Казимир, получивший позднее Нобелевскую премию, и Дик Полдер предположили, что между двумя металлическими пластинами, расположенными на небольшом расстоянии параллельно друг другу, возникает отрицательное давление, поскольку между пластинами заметно меньше квантовых флуктуации, чем снаружи. Пластины прижимаются друг к другу.

Эту догадку подтвердил опыт, поставленный в конце XX века в Лос-Аламосской лаборатории в США. Величина возникавшей силы, что притягивала пластины, равнялась примерно миллиардной доле ньютона. Репортаж в «Нью-Йорк таймс» об этом открытии был озаглавлен: «Физики подтвердили, что в “ничто” есть энергия».

Отрицательная энергия появляется и в окрестностях черной дыры из-за резкого искривления пространства-времени. При медленном испарении – за счет излучения Хоукинга – черная дыра успевает подпитываться отрицательной энергией. С помощью этой энергии можно совершать путешествия во времени, а также путешествия в пространстве фактически со сверхсветовой скоростью, в кратчайший срок переносясь на несколько световых лет вперед, например, к Сириусу.

Однако та же квантовая теория, что предсказывает появление в вакууме флуктуации, а значит, и отрицательной энергии, ограничивает возможность ее применения. Этой энергией – этим «топливом» сверхсветовых странствий – не очень-то разживешься. Чем ее больше, тем она нестабильнее. Нельзя накопить много отрицательной энергии – ваши сбережения мигом пойдут прахом.

Американские физики Лоренс Форд и Томас Роман, описывая отрицательную энергию, поневоле прибегли к экономическим терминам. «Подобно тому, как долги – это отрицательные деньги, которые рано или поздно надо выплачивать, так и отрицательная энергия – это по своей сути дефицит энергии. А как известно, чем больше ссуда, тем быстрее ее полагается вернуть. Природа – безжалостный банкир и всегда возвращает выданные кредиты в срок, ну а по квантовым долгам с ней приходится расплачиваться даже с процентами».

Итак, запастись отрицательной энергией будет весьма проблематично. А сколько вообще ее понадобится, раз мы приготовились путешествовать по недоступным глубинам Вселенной?

В Космосе грядет энергетический кризис?

Лоренс Форд в сотрудничестве с Мичеллом Пфенингом подсчитал грядущую потребность в отрицательной энергии, и его расчеты не могли обрадовать никого из поклонников «сайенс-фикшн». «Для путешествия с искривлением пространства понадобится в 10 миллиардов раз больше энергии, чем содержит вся видимая Вселенная», – таков был баланс космической экспедиции, подведенный Пфенингом. И все это для того, чтобы изготовить оболочку из вещества с отрицательной массой – оболочку толщиной всего 10^-31 (десять в минус тридцать первой степени) сантиметра. «Я не думаю, что кому-нибудь удастся с этим справиться», – признался Форд.

Окончателен ли этот приговор? Согласятся ли с ним те, чьей рукой до Сириуса подать? «Форд и Пфенинг в своих расчетах исходят из того, что пространство изначально не искривлено, однако мы пока еще слишком мало знаем о квантовой гравитации. Возможно, она поможет путешествовать по космосу» (М. Алькубьерре).

Конечно, теория квантовой гравитации пока еще только создается, но это не мешает уже сейчас «подсчитывать барыши», которая она принесет. Так, в 2002 году физик Сергей Красников из Пулковской обсерватории вычислил, что при определенных условиях для корабля, оснащенного искривителем пространства, понадобится всего 10 килограммов этого странного вещества.

Впрочем, проблем хватает и без того. В космическом пространстве царит отнюдь не идеальный вакуум. Страшно представить себе, что произойдет, если корабль на огромной скорости столкнется с какой-нибудь крупицей или даже пылинкой. Поэтому бельгийский физик Крис ванден Брек, также увлеченный «игрой в космологический бисер», предложил, прежде чем отправлять кого-нибудь в полет, вторично искривить пространство, создав вокруг корабля своего рода защитную оболочку. Однако для этого потребуется не так уж мало вещества с отрицательной массой – в несколько раз больше, чем весит Солнце.

Кроме того, сама оболочка, в которую нужно втиснуть космический корабль, гораздо меньше, чем та бутылка, в которую иной умелец возьмет да и ввернет какой-нибудь выточенный им парусник. Диаметр отверстия в оболочке – этого «игольного ушка», сквозь которое надо проникнуть космонавтам, составит всего десять в минус тридцатой степени сантиметра.

Еще одна проблема, способная отвратить мечтателей от межзвездной космонавтики, заключается, по мнению португальского физика Жозе Натарио, в следующем: при движении корабля со сверхсветовой скоростью вокруг него возникнет горизонт событий. Корабль словно превратится в черную дыру. Ни один сигнал, исходящей из него, не достигнет сторонних наблюдателей. Всякое общение с экипажем будет исключено. «Можно даже не задумываться о техническом воплощении этой идеи. Чисто теоретически искривитель пространства невозможен», – отмечает Жозе Натарио.

Космонавты не сумеют даже управлять кораблем, например, тормозить. Им можно посоветовать лишь одно: прежде чем лететь к тому же Сириусу, нужно отправить туда обычный корабль, летящий со скоростью ниже световой. И тогда его капитан даст команду на посадку вновь прибывающей экспедиции. С таким же успехом, отправляясь из Москвы в Мадрид, нужно предварительно отправить туда пешего путешественника, чтобы он на месте позаботился о том, как встретить вас в аэропорту. А вам остается лишь дождаться, когда через пару лет из Мадрида придет телеграмма «На взлет!» Не правда ли, смешно такое вот «последнее слово техники»?

В своей работе Сергей Красников предложил еще один вариант решения проблемы. Перед стартом корабля нужно соорудить своего рода «сверхсветовое метро» – туннель из модифицированного пространства-времени. Но опять же, при сооружении туннеля нужно сперва «своим ходом» отправиться к цели вашего путешествия и, прибыв туда после многих лет странствий, дождаться, когда вашему примеру последуют те, кто от одной части космоса до другой мчатся за считанные секунды. Точнее, готовы мчаться! Так вот, пусть подождут окончания работ!

Смета строительства, составленная С. Красниковым, тоже ужаснет любого – даже нас, привыкших к тому, что на «строительные расходы» можно списывать невероятные суммы. Так, для возведения подобного туннеля к соседней звезде потребуется примерно в 10⁴⁴ (десять в сорок четвертой степени) раз больше вещества с отрицательной массой, чем весит Солнце. Для сравнения: количество видимого нами вещества во Вселенной составляет примерно 10²² (положительных!) солнечных масс.

Так неужели подобные путешествия с одного края Космоса на другой придется отменить за невозможностью? Нет, горевать пока рано! Не получилось с двигателем, можно – на страницах теоретических работ – возвести какой-нибудь мост через полкосмоса кряду. Назовите этот мост, например, «червоточиной».