Читать книгу "Интерстеллар: наука за кадром - Кип С. Торн"

Каждый объект в комнате, например книга, – составляющая этого стержня. В сущности, у книги есть собственный стержень, двигающийся вперед во времени по синей стрелке – как составная часть стержня целой комнаты. На сленге физиков такой стержень называется мировой трубкой книги. А стержень каждой частицы вещества книги физики называют мировой линией этой частицы. Посему мировая трубка книги – это пучок мировых линий всех частиц, из которых книга состоит. Крис и Пол тоже взяли на вооружение эту терминологию. Тонкие линии, которые в фильме идут вдоль стержней, – это мировые линии частиц вещества в спальне Мёрф.

На рис. 30.1 Купер снова и снова бьет кулаком по мировой трубке книги, порождая гравитационную силу, которая путешествует назад во времени, к тому моменту в спальне Мёрф, который Купер видит перед собой, и именно в тот момент гравитация толкает мировую трубку. В результате мировая трубка сдвигается – Купер воспринимает это движение как мгновенный отклик на свои действия. Движение становится волной, которая распространяется влево и вниз по трубке (рис. 30.2)[95]. Когда это движение достигает достаточной силы, книга падает с полки.

Когда Купер получает от ТАРСа квантовые данные, он уже осваивает новый способ передачи сообщений. Мы видим, как он сдвигает пальцем мировую трубку секундной стрелки часов. Эти движения порождают в прошлом гравитационную силу, которая заставляет стрелку часов подрагивать, передавая квантовые данные азбукой Морзе. Тессеракт сохраняет характер движений стрелки в балке, так что они повторяются снова и снова. Когда сорокалетняя Мёрф возвращается в свою спальню через три десятка лет, она видит, что секундная стрелка все еще вздрагивает, снова и снова воспроизводя закодированные квантовые данные, которые Купер с таким трудом ей передал.

Как действует эта «гравитация в прошлое»? Я дам свою интерпретацию после того, как расскажу, что я знаю (или думаю, что знаю) о путешествиях назад во времени.

Путешествие во времени без балка: что я об этом (кажется) знаю

В 1987 году я с подачи Карла Сагана (см. главу 14) понял кое-что потрясающее о червоточинах. Если законы физики допускают существование червоточин, тогда теория относительности допускает их преобразование в машины времени. Отличный пример этого был открыт год спустя моим близким другом Игорем Новиковым из Москвы. Пример Игоря (рис. 30.3) показывает, что червоточина может превратиться в машину времени естественным путем, без помощи разумных существ.

Рис. 30.3. Червоточина как машина времени

На рис. 30.3 нижнее устье червоточины находится на орбите вокруг черной дыры, а верхнее – вдалеке от нее.

Поскольку черная дыра обладает сильным гравитационным притяжением, эйнштейновский закон искривления времени утверждает, что у нижнего устья червоточины время течет медленнее, чем у верхнего. Медленнее – относительно пути интенсивного гравитационного притяжения, который проходит через внешнюю Вселенную (фиолетовый пунктир). Будем считать, что это дало отставание в один час, то есть если сравнить показания часов во внешней Вселенной, то часы у нижнего устья будут показывать на час меньше, чем часы у верхнего. И дальше это отставание будет расти.

Поскольку внутри червоточины гравитационное притяжение крайне невелико, то, согласно эйнштейновскому закону искривления, время в верхнем устье червоточины течет с той же скоростью, что и в нижнем. Поэтому если сравнивать показания часов для пути сквозь червоточину, отставания не будет – часы будут синхронизированы.

Предположим, расстояние от устья до устья во внешней Вселенной мало настолько, что вы можете пройти его за пять минут по показаниям часов, ну а путь сквозь червоточину займет у вас минуту. В таком случае червоточина уже является машиной времени: вы покидаете верхнее устье по показаниям верхних часов в 2:00 и через внешнюю Вселенную движетесь к нижнему устью, прибыв туда в 2:05 по верхним часам и в 1:05 по нижним. Затем вы за одну минуту добираетесь по червоточине от нижнего ее устья до верхнего. Поскольку относительно пути сквозь червоточину часы сверху и снизу синхронизированы, вы прибудете к верхнему устью в 1:06 по показаниям и тех и других часов. Вы оказались в начальной точке своего путешествия на 54 минуты раньше своего же отбытия в 2:00 и встретили младшую версию самого себя.

Ранее, когда разница по времени между устьями была гораздо меньше, червоточина еще не была машиной времени. Но она стала ею в тот момент, когда нечто, двигаясь с максимально возможной скоростью – скоростью света, – смогло пройти ваш путь и вернуться назад к верхнему устью точно в момент своего отправления.

Если это нечто – квант света (фотон), то выходит, что мы начали с одного фотона, а теперь в начальном месте и в начальное время их уже два. После того как эти два фотона пройдут тот же путь, мы получим в том же месте и в то же время уже четыре фотона, затем восемь, затем шестнадцать!.. Сквозь червоточину течет крещендо энергии, и, возможно, гравитация этой энергии уничтожит червоточину в тот самый момент, когда она станет машиной времени.

Казалось бы, это несложно предотвратить, просто оградив червоточину от фотонов. Однако кое от чего отгородиться не выйдет – от сверхвысокочастотных квантовых флуктуаций света, флуктуаций, которые неизбежно существуют, согласно законам квантовой физики (см. главу 26). В 1990 году Сунг Вон Ким (постдокторант из моей исследовательской группы) и я использовали законы квантовой физики, чтобы рассчитать, во что выльются эти флуктуации. Результатом оказался нарастающий взрыв (рис. 30.4). Сначала мы подумали, что силы такого взрыва недостаточно, чтобы уничтожить червоточину, и она станет машиной времени, несмотря на взрыв. Стивен Хокинг настаивал на обратном. Исход взрыва, сказал он, подчиняется законам квантовой гравитации. Только когда эти законы будут изучены, мы узнаем наверняка, возможны ли путешествия назад во времени.

Рис. 30.4. Квантовые флуктуации света, путешествуя по красному пути, нарастают, приводя к взрыву в тот момент, когда червоточина становится машиной времени

Стивен, однако, был настолько уверен, что недопустимость машины времени в конце концов будет доказана, что сформулировал «гипотезу защиты хронологии». Она гласит, что законы физики всегда будут препятствовать путешествию назад во времени, «оставляя Вселенную безопасной территорией для историков».