Интерстеллар: наука за кадром - Кип Торн

Разумеется, нельзя говорить прямо: «Вот набор правил для этого фильма…» Правила нужно сообщать ненавязчиво и естественно. Крис в этом мастер – он доносит правила через диалоги персонажей. Когда вы будете пересматривать «Интерстеллар» (разве вы сможете от этого удержаться?), обратите внимание на те диалоги, что как бы невзначай очерчивают правила.

Правила Кристофера Нолана о путешествиях во времени

Как выясняется (см. ниже), путешествия назад во времени подчиняются законам квантовой гравитации, которые нам практически неизвестны, поэтому мы, физики, точно не знаем, что здесь допустимо, а что нет. Крис принял два решения относительно путешествий во времени; это и есть его набор правил:

Правило 1. Физические объекты и поля с тремя пространственными измерениями, такие как люди и лучи света, не могут перемещаться назад во времени из одного места нашей браны в другое, и то же касается информации, которую они переносят. Это недопустимо с точки зрения законов физики или действительного искривления пространства – времени – независимо от того, привязаны ли объекты к нашей бране или путешествуют в трехмерной грани тессеракта через балк с одного места нашей браны в другое. Так, в частности, Купер не может переместиться в собственное прошлое.

Правило 2. Силы гравитации способны передавать сообщения в прошлое нашей браны.

Правило 1 добавляет фильму драматичности. Пока Купер задерживается возле Гаргантюа, Мёрф становится все старше и старше. Поскольку возможности вернуться назад во времени нет, нарастает угроза, что Купер никогда уже не встретится с Мёрф.

Правило 2 дает Куперу надежду, что с помощью гравитации он сможет передать квантовые данные назад во времени – передать юной Мёрф, чтобы она решила уравнение профессора и эвакуировала человечество с Земли.

Как обыгрываются это правила в «Интерстеллар»?

Сообщения для Мёрф

В тессеракте Купер действительно путешествует назад относительно времени нашей браны: из времени, в котором Мёрф уже старая женщина, во время, когда ей всего десять лет. Он делает это в том смысле, что, глядя на одну из спален в тессеракте, видит Мёрф десятилетней. Также он может передвигаться вперед и назад относительно времени нашей браны (времени в спальне) – в том смысле, что он может наблюдать Мёрф в различные моменты времени в ее спальне, выбирая, в какую из спален заглянуть. Это не противоречит правилу 1, поскольку Купер не возвращается в нашу брану. Он остается снаружи ее, в трехмерной грани тессеракта, и видит Мёрф благодаря лучам света, которые движутся вперед во времени, от Мёрф к нему.

Но так же как он не может вернуться в нашу брану во времена десятилетней Мёрф, Купер не может посылать Мёрф лучи света – это нарушило бы правило 1. Свет может принести ей информацию из личного настоящего Купера, которое для нее является будущим, – информацию из времени, когда она уже старая женщина, информацию, которая в таком случае будет передана назад во времени из одного места нашей браны в другое. Поэтому между десятилетней Мёрф и Купером в тессеракте должен быть своего рода односторонний пространственно-временной барьер, подобный зеркалу Гезелла[94] или горизонту событий черной дыры: свет может идти от Мёрф к Куперу, но не от Купера к Мёрф.

В Кип-версии природа этого барьера проста: Купер в тессеракте всегда находится в будущем десятилетней Мёрф. Свет может путешествовать из прошлого в будущее, от Мёрф к нему, и не может путешествовать из будущего в прошлое, от него к Мёрф.

Однако Купер выясняет, что гравитация способна преодолеть этот односторонний барьер. Гравитационные сигналы могут путешествовать назад во времени, от Купера к Мёрф. Сначала мы видим, как Купер в отчаянии выталкивает книги с полки в спальне: см. рис. 30.1.

Рис. 30.1. Купер толкает мировую трубку книги (Кадр из «Интерстеллар», с разрешения «Уорнер Бразерс».)

Чтобы объяснить этот эпизод, нужно рассказать еще немного о стержнях спален, как описали мне их Крис и Пол. Давайте остановимся на ближнем синеватом стержне (рис. 29.10 и 29.12), который я воспроизвел, опустив лишние подробности, на рис. 30.2. Вспомните, что этот стержень – это набор вертикальных сечений спальни Мёрф, движущихся вперед во времени спальни по синей стрелке (направо).

Рис. 30.2. Мировая трубка книги в стержне спальни Мёрф. Книга и мировая трубка на рисунке гораздо больше, чем должны быть в действительности (Мой набросок от руки.)

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.