Физика невозможного - Мичио Каку

Время — одна из величайших загадок Вселенной. Река времени уносит нас всех без исключения, независимо от нашего желания и даже против воли. Еще в 400 г. н.э. Блаженный Августин много писал о парадоксальной природе времени: «А как могут быть эти два времени, прошлое и будущее, когда прошлого уже нет, а будущего еще нет? И если бы настоящее всегда оставалось настоящим и не уходило в прошлое, то это было бы уже не время, а вечность». Если продолжить логически мысль Августина, получится, что время вообще невозможно, потому что прошлое уже ушло, будущее не существует, а настоящее существует лишь мгновение. (После этих рассуждений Блаженный Августин задается глубокими теологическими вопросами о том, как время влияет на Бога, — вопросами, которые не потеряли смысл и сегодня. Если Господь всезнающ и всемогущ, писал Блаженный Августин, то связан ли Он течением времени? Другими словами, приходится ли Богу спешить, опаздывая на важную встречу, как делаем мы, смертные? Сам Августин делает такой вывод: Господь всемогущ и потому не может быть ограничен чем бы то ни было, в том числе и течением времени; следовательно, он должен существовать «вне времени». Хотя на первый взгляд концепция существования вне времени представляется абсурдной, это одна из тех идей, которые, как мы еще убедимся, снова и снова возникают в современной физике.)

Подобно Блаженному Августину, каждый из нас в какой-то момент задумывался о странной и загадочной природе времени и о том, как сильно время отличается от пространства. Если в пространстве мы можем без труда двигаться в любом направлении, то почему во времени все иначе? Каждый из нас задумывался и о том, что ждет человечество после нас. Век отдельного человека ограничен, но всем нам ужасно интересно все, что произойдет в будущем, после нас.

Желание человека путешествовать во времени родилось, вероятно, одновременно с самим человеком, но первая записанная история о путешествии во времени — «Мемуары о двадцатом столетии» — принадлежит перу Сэмьюела Мэддена и относится к 1733 г. В ней рассказывается об ангеле из 1997 г., который перенесся на 250 лет назад, чтобы передать британскому послу документы с описанием мира будущего.

Позже таких историй появилось множество. В 1838 г. вышло произведение анонимного автора «В ожидании дилижанса: анахронизм»; его герой, ожидая дилижанса, неожиданно переносится на тысячу лет в прошлое. Он встречает монаха древнего монастыря и пытается рассказать ему, как будет развиваться история в следующую тысячу лет, Через некоторое время он столь же неожиданно переносится обратно в настоящее; единственный результат — его дилижанс уже ушел.

Путешествия во времени можно обнаружить в самых неожиданных произведениях — как, например, в романе Чарльза Диккенса «Рождественская история», написанном в 1843 г.; героя романа, Эбенезера Скруджа, переносят в прошлое и будущее и показывают мир, каким он был прежде и каким будет после его смерти.

В американской литературе путешествия во времени впервые появляются у Марка Твена в романе 1889 г. «Янки из Коннектикута при дворе короля Артура». Янки XIX в. переносится назад во времени и оказывается при дворе короля Артура в 528 г. от Рождества Христова. Его берут в плен и собираются сжечь на костре, но находчивый янки объявляет, что обладает властью погасить солнце, ведь он знает, что в этот самый день должно состояться солнечное затмение. Когда луна закрывает собой солнце, толпа приходит в ужас; янки отпускают и осыпают милостями, лишь бы он вернул им солнечный свет.

Но первой серьезной попыткой исследовать путешествия во времени в художественной литературе стал классический роман Герберта Уэллса «Машина времени»; в нем герой отправляется на сотни тысяч лет в будущее. Оказывается, в этом отдаленном будущем человечество генетически расколото на две расы — воинственных морлоков, которые ухаживают за мрачными подземными машинами, и беззаботных, похожих на детей элоев, которые радуются и танцуют наверху на солнечных полянах, не подозревая и не задумываясь об ожидающей их ужасной участи (быть съеденными морлоками).

После Уэллса путешествия во времени стали привычной деталью научно-фантастических произведений, от «Звездного пути» до «Назад в будущее». В фильме «Супермен» главный герой, узнав о гибели Лоис Лейн, в отчаянии решает повернуть назад стрелки времени; он начинает носиться вокруг Земли и обгоняет свет, пока само время не поворачивает назад. Земля замедляет вращение, останавливается и наконец начинает вращаться в обратную сторону — и все часы на Земле начинают обратный отсчет. Воды потопа с ревом устремляются обратно, прорванные дамбы чудесным образом восстанавливаются, и Лоис Лейн возвращается к жизни.

С точки зрения науки можно сказать, что путешествия во времени были решительно невозможны в ньютоновой вселенной, где время текло равномерно и прямолинейно. Однажды случившееся не могло измениться ни при каких обстоятельствах. Одна секунда на Земле равнялась одной секунде в любой другой точке Вселенной. Эйнштейн опроверг эту концепцию и показал, что время больше похоже на извилистую реку, которая пересекает Вселенную; петляя меж звезд и галактик, оно ускоряется и замедляется. Так что одна секунда на Земле вовсе не абсолютна; время в разных точках Вселенной течет по-разному.

Как я уже рассказывал, согласно специальной теории относительности Эйнштейна время в ракете замедляется, причем тем сильнее, чем быстрее она движется. Писатели-фантасты любят рассуждать о том, что, если удастся преодолеть световой барьер, то можно будет вернуться назад по времени. На самом деле это невозможно — ведь чтобы достичь скорости света, вам придется обзавестись и бесконечной массой. Скорость света — непреодолимый барьер для любой ракеты. Экипаж «Энтерпрайза» в сериале «Звездный путь IV: Путешествие домой» похитил космический корабль Клинтонов, разогнал его гравитационным маневром вокруг местного солнца, преодолел световой барьер и оказался в Сан-Франциско 1960-х гг. На самом деле это противоречит законам физики.

Тем не менее путешествия в будущее возможны, и это экспериментально подтверждено уже миллионы раз. Даже путешествие героя «Машины времени» в далекое будущее в принципе возможно. Если астронавт будет двигаться с околосветовой скоростью, на дорогу до одной из ближайших звезд ему может потребоваться, скажем, одна минута. На Земле при этом пройдет четыре года, но для него лично время сдвинется всего лишь на одну минуту, потому что время в корабле сильно замедлится. Получится, что астронавт при этом переместится в будущее Земли на четыре года. (Вообще говоря, наши астронавты совершают короткое путешествие в будущее каждый раз, когда летают в космос. Пока они летают вокруг Земли со скоростью 8 км/с, их часы идут чуть медленнее, чем часы на Земле. Можно подсчитать, что за время годичной экспедиции на космической станции они к моменту возвращения на Землю перемещаются в будущее на долю секунды. Мировой рекорд в путешествиях во времени принадлежит в настоящее время российскому космонавту Сергею Авдееву, который за 748 суток, проведенных на орбите, переместился в будущее уже на 0,02 с.)

Итак, машина времени для путешествий в будущее не противоречит специальной теории относительности Эйнштейна. Но как обстоит дело с путешествиями в прошлое?

Если бы мы могли путешествовать в прошлое, изучать историю было бы невозможно. Стоило бы историку записать прошедшие события, как кто-нибудь мог вернуться в прошлое и изменить его. Машина времени не только лишила бы историков работы, но и позволила бы нам произвольно изменять его течение. Если бы, к примеру, кто-нибудь отправился в прошлое, в эру динозавров, и случайно раздавил бы первое млекопитающее — нашего общего предка, — он мог бы стереть с лица Земли весь род человеческий. В лучшем случае история превратилась бы в бесконечный сумасшедший аттракцион, когда повсюду сновали бы туристы из будущего с фотоаппаратами и пытались получше заснять исторические события.

Пожалуй, можно сказать, что больше остальных отличился в математических джунглях черных дыр и машин времени космолог Стивен Хокинг. В отличие от других знатоков относительности, которые, как правило, еще в раннем возрасте проявляют себя в математической физике, Хокинг в юности не был выдающимся студентом. Было очевидно, что он чрезвычайно умен, но преподаватели часто замечали, что он не всегда сосредоточен на занятиях и не работает в полную силу. Поворотным для Хокинга стал 1962 г.; после окончания Оксфорда молодой физик впервые начал замечать у себя симптомы амиотрофического латерального склероза (ALS, или болезнь Лу Герига). Он был потрясен известием о том, что страдает неизлечимым нейродегенеративным заболеванием, которое лишит его всех двигательных функций и, скорее всего, быстро убьет. Можно представить себе, как расстроила молодого человека эта новость. Какой смысл получать степень доктора философии, если все равно скоро умрешь?