VI. Так как же сделать действующую машину времени?

Мы уже говорили, что общая теория относительности позволяет вытворять с потоком времени презабавные штуки, и даже установили несколько основных правил, которые регулируют, что машина времени может делать, а что не может. Вероятно, вам будет интересно узнать, что существуют самые настоящие физики, которые публикуют самые настоящие статьи о том, можно или нельзя сделать машину времени. Установив основные правила, мы наконец подходим к главному вопросу – как создать машину времени, которая не противоречит никаким нашим знаниям о физике?

Кротовые норы

Общая теория относительности показывает, что массивные тела вроде Солнца или черной дыры сворачивают пространство и время. Однако сворачивание пространства – явление локального масштаба. Мы имеем в виду примерно следующее: если взять плоский лист бумаги (плоский, то есть не свернутый) и свернуть его в трубку, крошечный муравей, ползущий по его поверхности, не поймет, свернут лист или нет.

В принципе, мы могли бы опереться на тот факт, что для того, чтобы сделать машину времени, пространство можно «сложить». Этот факт – основа идеи «кротовых нор», которая долгие годы служила фантастам верой и правдой. Кротовая нора – теоретическое решение уравнений Эйнштейна из области общей теории относительности, в которых пространство настолько искажается, что создается путь, соединяющий две потенциально далекие области пространства.

Издалека кротовая нора похожа на черную дыру. Если бы мы на нее посмотрели, то увидели бы сферу, сквозь которую видно другое устье кротовой норы. Однако если приблизиться к кротовой норе, то, в отличие от черной дыры, гравитация не усиливается, и человек или звездолет может пролететь ее насквозь целым и невредимым.

У нас есть серьезные косвенные свидетельства существования черных дыр, но нет ни прямых, ни косвенных свидетельств существования кротовых нор, и, что бы ни думал и на что бы ни уповал Артур Кларк, есть подозрение, что они если и существуют, то исключительно на микроскопических масштабах. Общая теория относительности говорит нам только о том, что их существование не невероятно.

Главный сюжет – можно нырнуть в один конец кротовой норы и вынырнуть из другого, далеко-далеко. Более того, можно организовать это так, что будешь перемещаться быстрее света. На минуту забудем о том, насколько на самом деле это трудно, и укажем на некоторые очевидные детали. Хотя кажется, что кротовые норы – это отличные устройства для телепортации, не так очевидно, что их можно использовать и как машины времени. Однако это вполне реально – вот, например, Кипу Торну из Калифорнийского технологического университета это под силу. В своей книге «Черные дыры и свертывание времени» (Kip Thorne, Black Holes and Time Warps) он описывает машину времени, основанную на кротовой норе, идею которой он предложил в 1988 году вместе с двумя своими учениками – Майклом Мори и Ульви Юртсевером.

Чтобы сделать из поразительного устройства для телепортации суперпоразительную машину времени, надо сначала понять, что длина внутренней части кротовой норы никак не соотносится с тем, насколько далеко вы по ней перемещаетесь. Если бы вам нужно было пройти по кротовой норе, вы бы вышли из нее (с вашей точки зрения) очень скоро.

Поясним на конкретном примере. Мы уже познакомили вас с благоразумным (и консервативным) доктором Дейвом и склонным к авантюрам (и бесшабашным) Робо-Джеффом и рассказали об их приключениях при исследовании черных дыр. Так вот, они снова взялись за свое – но на сей раз им удалось построить себе компактную кротовую норку, достаточно большую, чтобы сквозь нее пролез человек, но достаточно маленькую, чтобы поместить одно из ее устьев внутрь звездолета, что они и сделали. С точки зрения человека, который путешествовал по этой норе, она была длиной всего три метра, а значит, если доктор Дейв заглядывал в одно из ее устьев (которое было удобно расположено в его гостиной в нише, где раньше стоял телевизор), он видел интерьер звездолета Робо-Джеффа.

Робо-Джефф берет свой звездолет вместе с кротовой норой и 1 января 3000 года улетает со скоростью 99 % скорости света. Он улетает примерно на семь световых лет от Земли, а затем возвращается – 1 января 3014 года. Если эти цифры вам уже знакомы, ничего удивительного. Мы позаимствовали их из примера про парадокс близнецов, о котором говорили в главе 1.

Вероятно, вы также вспомните, что с точки зрения Робо-Джеффа прошло только два года. Вот тут и начинаются странности. Доктор Дейв с Робо-Джеффом видят друг друга через кротовую нору. Интерьер черной дыры не знает, что кто-то движется. Так что если доктор Дейв посвящает ближайшие два года своей жизни тому, что наблюдает Робо-Джеффа через кротовую нору, он будет абсолютно уверен, что в 3002 году выйдет в сад и обнаружит там улыбающегося Робо-Джеффа.

А следующие 12 лет он будет разочарованно и мрачно глядеть в небеса, пока Робо-Джефф не вернется на Землю со вторым устьем кротовой норы в звездолете.

Рассмотрим вот что. Если доктор Дейв посмотрит в 3002 году в кротовую нору в своей гостиной, он увидит, как Робо-Джефф приземлится на Землю в 3014-м. Он буквально увидит будущее. Но и это еще не все. Он способен посетить будущее – или, если уж на то пошло, Робо-Джефф способен побывать в прошлом. И кто угодно способен. Такая кротовая нора становится способом отправиться на 12 лет в прошлое, а также пройти пренебрежимо малое расстояние из гостиной доктора Дейва в его сад.

Но не забудьте, что хотя машина времени позволит вам путешествовать в прошлое, вы не сможете делать в прошлом все, что захотите, по причинам, которые мы уже обсудили. Ведь прошлое уже произошло.

Есть и другое серьезное ограничение. Нельзя вернуться в то время, когда машину времени еще не создали. Это поможет получить ответ на другой больной вопрос, который, вероятно, уже приходил вам в голову: где же хронотуристы? Почему мы их до сих пор не видели? Да потому, что еще не создали машину времени!

Такое устройство создает и некоторые другие сложности. Например, очень трудно держать кротовую нору открытой, поскольку она имеет естественную тенденцию сплющивать любую материю или энергию, которые попадают к ней внутрь (так как стенки кротовой норы притягивает друг к другу гравитация). Кротовая нора может схлопнуться, не успеем мы найти ей практическое применение. Торн предположил, что следует держать ее открытой при помощи некоей «экзотической материи», имеющей отрицательную плотность энергии. По всей видимости, при обычных обстоятельствах экзотической материи во Вселенной явно в обрез, если она вообще есть, но те же самые поля, которые заставляют черные дыры излучать, обладают именно теми качествами, которые нам так необходимы.

Не исключено, что и этого недостаточно. Одна из трудностей, возникающих в связи с моделью черных дыр, заключается в том, что она объединяет две области физики, которые мы пока что не сумели привести в соответствие, – квантовую механику и общую теорию относительности.

Вердикт: вероятно, кротовые норы годятся на роль машин времени, но остался сущий пустяк – создать кротовую нору. Возможно, они существуют на микроскопическом уровне, а возможно, и нет, но пока что нет никаких свидетельств, что во Вселенной имеются кротовые норы диаметром со звездолет, и мы абсолютно не представляем себе, как их создать. А если даже мы их сделаем, есть все основания полагать, что кротовая нора сомкнется прежде, чем вы сквозь нее пролетите.

Космические струны

Космические струны почти не связаны (или совсем не связаны) со струнами из теории струн – если не считать того, что они тоже основаны на аналогии с обычной туго натянутой веревочкой, с которой так любят играть котята. Эти струны очень плотные и либо бесконечно длинные, либо свернуты в петлю. Можете представить себе, какие сильные гравитационные поля они создают, а следовательно, с какой силой свертывают пространство.

В 1991 году Ричард Готт из Принстонского университета разработал модель машины времени, основанную на космических струнах, и великолепно описал эту модель в своей работе «Путешествие во времени в эйнштейновской вселенной» (Richard Gott, Time Travel in Einstein’s Universe).

Согласно общей теории относительности, то, что кратчайший путь между двумя точками – это прямая, не всегда справедливо. Мы можем опереться на этот факт, чтобы проделывать различные занятные фокусы, в том числе путешествовать «быстрее света». К примеру, представьте себе, что у нас есть две космические струны, которые проходят параллельно на полпути между Землей и далекой планетой Квагнар VII.

Робо-Джефф решает, что желает как можно скорей оказаться на планете Квагнар VII. Поскольку пространство и время свертываются вокруг космических струн, получается, что быстрее огибать струну, а не лететь между струнами. Если выстрелить лазером между струн в тот самый миг, когда Робо-Джефф стартует с Земли, его звездолет может и обогнать луч света, хотя способен разогнаться лишь до 99,9999 % скорости света.

Последний пункт очень важен, поскольку световые лучи – это альфа и омега относительности. Представьте себе, что будет, если маленький братишка Робо-Джеффа Робо-Дэн отправится с Земли на Квагнар VII на очень большой скорости, но лететь он будет между струн. Он с изумлением и досадой обнаружит, что Робо-Джефф прибудет на Квагнар VII раньше луча света. Более того, с его точки зрения, на самом деле возможно, что Робо-Джефф прибудет даже раньше, чем он (а значит, и луч света) стартует с Земли. Мы предполагаем, что это своего рода путешествие во времени – но от этого рода нам маловато пользы. Даже хотя Робо-Дэн говорит, что Робо-Джефф прибыл на Квагнар VII до того, как стартовал с Земли, ему в этом нет никакого проку. Например, Робо-Джефф не может вернуться обратно и пожать руку самому себе в прошлом, потому что к тому моменту, когда он вернется, пройдет много времени с тех пор, как он стартовал. Улавливаете?

Мы можем превратить наши космические струны в практичную машину времени, если заставим их двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Чтобы несколько все упростить, представьте себе, что струна справа движется к Земле, а струна слева – к Квагнару VII, причем обе – с одной и той же очень высокой скоростью.

Проделаем тот же фокус, что и в разговоре о машине времени, основанной на кротовой норе. Доктор Дейв сидит посередине между двумя космическими струнами, а поскольку он не двигается, его часы идут с той же скоростью, что и часы наблюдателя на Земле.

Тут начинается самое интересное. Робо-Джефф вылетает с Земли и облетает струны против часовой стрелки. Мы уже обнаружили, что, с точки зрения наблюдателя, который пролетает между струн, Робо-Джефф прибывает раньше, чем стартовал. После чего немедленно стартует обратно.

Дальше – лучше. На обратном пути доктор Дейв видит в точности то же самое с той лишь разницей, что Робо-Джефф пролетает вокруг левой струны. И снова, с точки зрения доктора, Робо-Джефф прилетел раньше, чем улетел с Квагнара VII, а это произошло, в свою очередь, до того, как он улетел с Земли.

Повторяем: Робо-Джефф прибывает обратно на Землю до того, как улетел с нее, – с точки зрения и доктора Дейва, и, главное, населения Земли. В этом сценарии он сумеет вернуться в прошлое, пожать руку самому себе до старта на Квагнар VII и изменить историю настолько, насколько это позволят законы путешествий во времени.

Разумеется, есть несколько важных предостережений. Как и в случае машины времени, основанной на кротовой норе, нельзя отправиться в прошлое до того, как машина времени будет изобретена и создана.

Кроме того, есть одна важная физическая оговорка. Нет никаких наблюдаемых свидетельств того, что космические струны существуют на самом деле, а если они не существуют, создать их будет трудно (если вообще удастся). Во-первых, данный конкретный дизайн требует космических струн бесконечной длины, и на создание такой струны уйдет бесконечно много времени. А во‑вторых, существует вполне реальная проблема – как разогнать гигантские струны почти до скорости света.

Наш вердикт: манипуляции с космическими струнами, вероятно, возможны для крайне развитых цивилизаций, но только в том случае, если космические струны уже существуют.