Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности - Брайан Грин

Построение машины времени на червоточине

Один план простроения машины времени теперь понятен. Этап 1: находим или создаем червоточину, достаточно широкую, чтобы в нее прошли вы или любой, кого вы хотите послать сквозь время. Этап 2: устанавливаем временное различие между входными отверстиями червоточины – скажем, путем движения одного отверстия относительно другого. Вот и все. В принципе.

(с) Рис 15.5 (а) Червоточина, созданная в некоторый момент времени, соединяет одно место в пространстве с другим, (b). Если входное отверстие червоточины не движется относительно другого входного отверстия, они "перемещаются" сквозь время в одном и том же темпе, так что туннель соединяет две области в одно и то же время, (с) Если одно входное отверстие червоточины отправляется в путешествие по замкнутому маршруту (не показано), для этого входного отверстия протечет меньше времени, а потому туннель будет соединять две области пространства в различные моменты времени. Червоточина станет машиной времени.

Как насчет практики? Ну, как я упоминал в начале, никто не знает, даже существуют ли червоточины. Некоторые физики предполагали, что мельчайшие червоточины могут быть в изобилии в мельчайшей структуре пространственной ткани, постоянно воспроизводясь квантовыми флуктуациями гравитационного поля. Если так, пробема будет в увеличении их до макроскопического размера. Предложения, как это могло бы быть сделано, делались, но они находятся просто за пределами теоретических полетов фантазии. Другие физики воображали создание больших червоточин как инженерный проект по прикладной ОТО. Мы знаем, что пространство реагирует на распределение материи и энергии, так что при достаточном контроле над материей и энергией мы могли бы заставить область пространства породить червоточину. Этот подход представляет дополнительные трудности, поскольку точно так же, как мы должны проделать дырку в склоне горы, чтобы создать входное отверстие туннеля, мы должны проделать дырку в ткани пространства, чтобы создать входное отверстие червоточины.[12] Никто не знает, позволяются ли такие дырки в пространстве законами физики. Работа, к которой я имел отношение в теории струн (см. страницу 386), показала, что определенные виды пространственных дыр возможны, но до настоящего момента мы не имеем идей, могут ли эти разрезы быть пригодными для создания червоточин. Подводя черту, видим, что преднамеренное овладение макроскопическими червоточинами является фантазией, которая, в лучшем случае, предполагает очень долгий путь до реализации.

Более того, даже если мы как-то умудримся получить в наши руки макроскопическую червоточину, мы ничего не сможем сделать; мы все еще будем стоять перед парой существенных препятствий. Первое, в 1960х Уилер и Роберт Фуллер показали с использованием уравнений ОТО, что червоточины нестабильны. Их стенки имеют тенденцию схлопываться внутрь за долю секунды, что уничтожает из пригодность как средства путешествия. Однако, совсем недавно физики (включая Томе и Морриса, а также Мэтта Виссера) нашли, что есть потенциальный путь, обходящий проблему коллапса. Если червоточина не пуста, а напротив, содержит материал, – так называемую экзотическую материю, – которая может оказать расталкивающее давление на ее стенки, тогда может быть возможным удержать червоточину открытой и стабильной. Хотя это и похоже по своему эффекту на космологическую константу, экзотическая материя будет генерировать расталкивающую вовне отрицательную гравитацию посредством имеющейся у нее отрицательной энергии (а не просто отрицательного давления, характеризующего космологическую константу[13]). При в высшей степени специальных условиях квантовая механика допускает отрицательную энергию,[14] но монументальной проблемой будет сгенерировать достаточно экзотической материи, чтобы удержать макроскопическую червоточину открытой. (Например, Виссер рассчитал, что количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания открытой червоточины в метр шириной грубо равно величине полной энергии, производимой Солнцем примерно за 10 миллионов лет.[15])

Второе, даже если мы каким-то образом найдем или создадим макроскопическую червоточину, и даже если мы как-то будем в состоянии удержать ее стенки от немедленного схлопывания, и даже если мы сможем индуцировать разницу времен между входными отверстиями червоточины (скажем, через круговой полет одного из входных отверстий с высокой скоростью), останется другая сложность овладевания машиной времени. Большое число физиков, включая Стивена Хокинга, подняли вопрос о возможности того, что вакуумные флуктуации – дрожания, возникающие из-за квантовой неопределенности, испытываемые всеми полями даже в пустом пространстве, обсужденные в Главе 12, - могут разрушить червоточину точно так же, как это может сказаться на положении, где окажется машина времени. Причина в том, что уже в момент, когда путешествие во времени через червоточину станет возможным, может вступить в игру разрушительный механизм обратной связи, чем-то похожий на визгливый шум, генерируемый, когда уровни микрофона и говорящего в звуковой системе не урегулированы должным образом. Вакуумные флуктуации из будущего могут проникнуть через червоточину в прошлое, где они затем могут распространиться через обычное пространство и время в будущее, войти в червоточину и пропутешествовать назад в прошлое снова, создавая бесконечный цикл через червоточину и наполняя ее все возрастающей энергией. Вероятно, такое интенсивное возрастание энергии разрушит червоточину. Теоретические расчеты подтверждают, что это реальная возможность, но необходимые расчеты находятся на пределе нашего текущего понимания ОТО – и квантовой механики в искривленном пространстве-времени, – так что пока здесь нет убедительного доказательства.

Проблемы с построением машины времени на червоточине, очевидно, безмерны. Но конечное слово не может быть произнесено до того, как будет усовершенствовано дальше наше умение в обращении с квантовой механикой и ОТО, возможно, через достижения в теории суперструн. Хотя на интуитивном уровне физики в целом согласны, что путешествия во времени в прошлое невозможны, на сегодняшний день вопрос еще предстоит полностью закрыть.

Космический туризм

Размышляя о путешествиях во времени, Хокинг обратил внимание на интересный момент. Почему, спрашивает он, если путешествия во времени возможны, мы не затоплены визитерами из будущего? Ну, вы можете ответить, может быть, мы и затоплены. И вы можете пойти дальше и сказать, что мы столько раз сажали путешественников во времени в закрытые (и охраняемые) места, что большинство из остальных не осмеливается идентифицировать себя. Конечно, Хокинг наполовину шутит, я делаю также, но он поднимает серьезный вопрос. Если вы верите, как и я, что нас никто не посещал из будущего, не эквивалентно ли это уверенности, что путешествия во времени невозможны? Конечно, если люди преуспели в построении машин времени в будущем, некоторые историки подпрыгнут от возможности получить грант на изучение, непосредственно и персонально, построения первой атомной бомбы, или первого путешествия на Луну, или первых шагов в реальном телевидении. Так что, если мы верим, что никто из будущего нас не посещал, возможно, мы неявно говорим, что мы верим, что никакая машина времени никогда не будет построена.

На самом деле, однако, это не обязательное заключение. Машины времени, которые до сих пор были предложены, не позволяют путешествовать в более раннее время, чем была простроена сама первая машина времени. Для машины времени на червоточине это легко увидеть, изучив Рис. 15.5. Хотя имеется разница во времени между входными отверстиями червоточины, и хотя эта разница позволяет путешествовать вперед и назад во времени, вы не сможете достичь времени перед моментом, когда разница была установлена. Сама червоточина не существует далеко слева на пространственно-временном батоне, так что нет способа, которым вы бы смогли использовать ее в этой области. Так что если первая машина времени построена, скажем, через 10 000 лет от сегодняшнего дня, этот момент, несомненно, будет привлекать множество туристов во времени, но все предыдущие моменты, вроде нашего, останутся недоступными.

Я нахожу забавным и неотразимым, что наше текущее понимание законов природы не только предлагает, как избежать кажущихся парадоксов путешествия во времени, но также предлагает средства для того, как путешествие во времени может на самом деле быть совершено. Хотелось бы не ошибиться: я числю себя среди здравомыслящих физиков, которые интуитивно чувствуют, что однажды мы исключим путешествия во времени в прошлое. Но до получения убедительного доказательства этого, я думаю, что обоснованно и приемлемо держать разум открытым. В самом крайнем случае, исследователи, сосредоточенные на этих проблемах, в значительной степени углубляют наше понимание пространства и времени в экстремальных условиях. В самом лучшем случае, они, возможно, делают первые критические шаги в направлении приобщения нас к пространственно-временному супершоссе. В конце концов, каждый момент, который проходит без достижения нами успеха в построении машины времени, является моментом, который навсегда останется вне нашей досягаемости и вне досягаемости всех, кто идет следом.