Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина - Терри Пратчетт

Однако в черных дырах нет замкнутых времениподобных кривых, так что с путешествиями во времени они нам не помогут. Пока что. Но мы уже приближаемся к цели. Следующий шаг опирается на обратимость уравнений Эйнштейна во времени: у каждого решения есть пара, которая отличается от оригинала только тем, что время движется в обратном направлении. Черная дыра, обращенная во времени, называется белой дырой. Если горизонт событий черной дыры — это барьер, который не выпускает частицы наружу, то горизонт событий белой дыры — это барьер, который не пропускает частицы внутрь; при этом новая частица может появиться из него в любой момент. Иначе говоря, снаружи белая дыра выглядела бы как внезапный взрыв материи в масштабе целой звезды, расходящийся от обращенного во времени горизонт событий.

Белые дыры могут показаться довольно странным явлением. Разумно предположить, что первоначальное скопление материи при достаточной плотности начнет сжиматься и превратится в черную дыру; но почему сингулярность, расположенная внутри белой дыры, которая оставалась неизменной с самого начала времен, должна ни с того, ни с сего извергнуть из себя звезду? Возможно, дело в том, что внутри белой дыры время движется вспять, а значит, причинно-следственные связи направлены из будущего в прошлое? Давайте просто согласимся с тем, что белые дыры возможны с математической точки зрения и отметим, что они тоже асимптотически плоские. Таким образом, если бы мы знали, как создать белую дыру, то могли бы аккуратно вклеить ее в нашу Вселенную по аналогии с черной.

Но это еще не все: белую дыру можно приклеить к черной. Для этого нужно вырезать области пространства-времени, ограниченные их горизонтами событий, а затем совместить эти горизонты друг с другом. В результате получается нечто вроде трубы. Через такую трубу материя может двигаться только в одном направлении, заходя с со стороны черной дыры, а выходя со стороны белой. Это своего рода клапан для материи. А поскольку физические частицы способны преодолеть этот клапан, движение внутри него описывается времениподобной линией.

Оба конца такой трубы можно встроить в любую асимптотически плоскую область произвольного пространства-времени. Например, можно соединить нашу Вселенную с какой-нибудь другой; или же соединить туннелем две точки нашей Вселенной, при условии, что они расположены вдали от скоплений материи. В результате мы получим червоточину. Расстояние внутри самой червоточины довольно мало, в то время как в нормальном пространстве-времени расстояние между ее концами ограничено только нашим желанием.

Червоточина — это короткий путь сквозь Вселенную.

Правда, это не перемещение во времени, а перенос материи в пространстве.

Но это не имеет значения, потому что мы почти у цели.

Ключ к перемещению во времени с помощью червоточин кроется в пресловутом парадоксе близнецов, который физик Поль Ланжевен описал в 1911 году. Напомним, что в соответствии с теорией относительности ход времени замедляется по мере увеличения скорости движения и прекращается совсем, когда она достигает скорости света. Этот эффект называется релятивистским замедлением времени. Приведем цитату из первой части «Науки Плоского Мира»:

Предположим, что Розенкранц и Гильденштерн родились в один и тот же день.

Розенкранц все время остается на Земле, а Гильденштерн отправляется в путешествие с околосветовой скоростью и возвращается обратно. Из-за эффекта замедления времени для Гильденштерна прошел, скажем, один год, в то время как для Розенкранца — 40 лет. В итоге Гильденштерн будет на 39 лет моложе своего брата-близнеца.

Парадокс в том, что эта ситуация, на первый взгляд, вызывает у нас недоумение: в системе отсчета Гильденштерна со скоростью света умчался не он, а Розенкранц. А значит, исходя из тех же соображений, именно Розенкранц должен быть на 39 лет моложе Гильденштерна, так? Нет — нас вводит в заблуждение видимость симметрии. В отличие от системы отсчета Розенкранца, система Гильденштерна испытывает ускорения и торможения — особенно в тот момент, когда он разворачивается, чтобы вернуться домой. В теории относительности ускорение играет важную роль.

В 1988 году Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер пришли к выводу, что червоточины в сочетании с парадоксом близнецов позволяют создать ЗВК. Идея состоит в том, чтобы закрепить белый конец червоточины, а черный перемещать туда-обратно с околосветовой скоростью. Во время движения черный конец испытывает эффект замедления времени, поэтому для наблюдателя, который движется вместе с ним, время течет медленнее. Представьте себе мировые линии, соединяющие две червоточины в обычном пространстве так, что наблюдатели на каждом конце фиксируют одинаковый ход времени. Сначала эти линии практически горизонтальны, то есть не являются времениподобными, а значит, не соответствуют движению каких-либо реальных частиц. Однако со временем линии приближаются к вертикали и в конечном счете становятся времениподобными. Как только нам удается пройти этот «временной барьер», мы можем перемещаться между белым и черным концами червоточины, используя обычное пространство — вдоль времениподобной кривой. Поскольку червоточина — это короткий путь, ее можно пересечь за короткое время и практически мгновенно преодолеть пространство, отделяющее черный конец от белого. В итоге вы вернетесь в исходную точку, но окажетесь в прошлом.

Это и есть путешествие во времени.

Выждав нужное время, вы сможете превратить свою мировую линию в ЗВК и оказаться в том же месте и времени, с которого начали свое путешествие. Не назад в будущее, а вперед — в прошлое. Чем дальше в будущем находится исходная точка, тем дальше вы сможете переместиться назад во времени. Правда, у этого метода есть один недостаток: ваши путешествия в прошлое ограничены временным барьером, который возникает через некоторое время после создания червоточин. Так что поохотиться на динозавров или побегать за бабочками Мелового периода вам не удастся.

Можем ли мы в действительности создать одно из таких устройств? Можно ли пройти через червоточину?

В 1966 году Роберт Джероч нашел способ, который в теории позволяет создать червоточину с помощью гладкой деформации пространства времени, без каких-либо разрывов. Правда, есть одна сложность: на определенном этапе сборки ход времени настолько искажается, что червоточина временно начинает действовать, как машина времени, и оборудование, используемое ближе к концу сборки, переносится к ее началу. Инструменты рабочих могут переместиться в прошлое именно в тот момент, когда они решат, что работа закончена. Тем не менее, правильно составленный график работ, вероятно, решает эту проблему. Технологически развитое общество, вероятно, способно конструировать черные и белые дыры и перемещать их с помощью сильных гравитационных полей.

Однако создание червоточины — это не единственная проблема. Нужно еще удержать ее в открытом состоянии. Основная трудность связана с «эффектом кошачьей дверцы»: когда некоторый объект проходит сквозь червоточину, последняя стремится захлопнуться и «прищемить ему хвост». Чтобы этого не произошло, объект, как оказалось, должен двигаться быстрее скорости света, так что приходится искать другое решение. Любая времениподобная линия, которая начинается у входа в червоточину, должна входить в будущую сингулярность. Нельзя преодолеть сингулярность и добраться до выхода, не превысив скорость света.

Традиционный подход к решению этой проблемы состоит в том, чтобы заполнить червоточину «экзотической» материей, создающей огромное отрицательное давление наподобие растянутой пружины. Она отличается от антиматерии, поскольку представляет собой форму отрицательной энергии, в то время как энергия антиматерии положительна. С точки зрения квантовой механики, вакуум — это не пустота, а бурлящее море элементарных частиц, которые непрерывно появляются и исчезают. Нулевая энергия содержит в себе все эти флуктуации, а значит, ослабив их, мы сможем снизить энергию до отрицательного уровня. Достичь этого позволяет, к примеру «эффект Казимира», открытый в 1948 году: между двумя близко расположенными металлическими пластинами возникает состояние отрицательной энергии. Данный эффект был зафиксирован в экспериментах, но оказался довольно слабым. Чтобы получить достаточное количество отрицательной энергии, потребуются пластины размером с галактику. К тому же твердые, чтобы интервал между ними оставался неизменным.

Есть и другой вариант — магнитная червоточина. В 1907 году геометр Туллио Леви-Чивита доказал, что в рамках общей теории относительности магнитное поле может вызывать искажения пространства. Магнитное поле обладает энергией, энергия эквивалентна массе, а масса задает кривизну пространства. Более того, ему удалось вывести точное решение уравнений поля Эйнштейна, которое он назвал «магнитной гравитацией». Проблема состояла в том, что получения наблюдаемого эффекта требовалось магнитное поле, в квинтиллион раз превышающее то, которое можно было получить в лаборатории. Его идея не привлекала серьезного внимания до 1995 года, когда Клаудио Макконе понял, что Леви-Чивита по сути изобрел магнитную червоточину. Чем сильнее магнитное поле червоточины, тем сильнее скручивается ее горловина. Размер червоточины с магнитным полем лабораторного уровня был бы просто огромным — около 150 световых лет в поперечнике. Причем лаборатории пришлось бы построить по всей ее длине. Магнитное поле гигантской мощности нужно как раз для того, чтобы создать небольшую червоточину. Сильные магнитные поля могут возникать на поверхности нейтронных звезд, поэтому Макконе предположил, что магнитные червоточины стоит искать именно там. К чему все эти усилия? Дело в том, что для поддержания такой червоточины в открытом состоянии экзотическая материя не нужна.