Раньше физики-релятивисты убеждали астрономов и прочий люд, в том, что чёрные дыры действительно есть. Теперь астрономы, а это в высшей степени консервативная публика, демонстрируют убедительные наблюдения гигантских чёрных дыр в ядрах галактик. Чёрные дыры стали чем-то привычным, и на смену им пришли ещё более фантастичные модели — кротовые норы и машины времени.
Сразу оговорюсь: это работы теоретиков. Ни одной кротовой норы живьём мы не видели. Первую кротовую нору соорудил на бумаге в виде формул и графиков Альберт Эйнштейн. Он создал две теории относительности — специальную и общую. Специальную проходят в школе очень поверхностно: мол, быстрее света двигаться нельзя. Но на самом деле теория относительности утверждает, что свет нельзя догнать, но не запрещает существование гипотетических частиц, которые движутся быстрее. Их называют тахионами.
Альберт Эйнштнейн, фото wikipedia. org
Если что-то движется быстрее света, то его можно в принципе отправить вспять во времени, в прошлое. Именно на этом основании физики всегда делали вывод, что быстрее света ничего не двигается. Тахионов так и не нашли, но не всё так просто. Есть вторая теория относительности — общая, она описывает и объясняет такое явление, как гравитация. Согласно общей теории относительности, никакой силы притяжения вообще нет, а имеет место совсем фантастическое явление: все тела, обладающие массой, искривляют вокруг себя пространство и замедляют ход времени.
То, что мы живём в искривлённом пространстве, известно уже лет 100. Пример: если комета пролетает мимо Солнца, то её траектория искривляется. Мы думаем, что её Солнце притягивает, но в действительности не в этом дело.
Фото wikipedia. org
Представьте себе простыню, которую натянули, а на середину положили гирьку. Простыня провисла; мы положим с краю шарик — и он скатится к гирьке. Но мы не считаем, что гирька притянула шарик, просто простыня искривлена. И Эйнштейн вместе с Розеном задали следующий вопрос: не может ли пространство так искривиться, что в нём появятся тоннельчики? Мы их называем кротовыми норами, или кротовинами. По-английски — червоточинами.
Тоннельчик соединит два удалённых во внешнем пространстве пункта. Как в фильме "Окно в Париж". Оказалось, что общая теория относительности это разрешает, но кротовины, а в те времена их называли мостами Эйнштейна-Розена, — это жутко неустойчивое образование. Достаточно, чтобы туда попал один фотон — и кротовина порвётся. Значит, их быть не может, заключил Эйнштейн.
В таком виде ситуация оставалась до 1985 года, пока легендарный американский астрофизик Кип Торн — кстати, член Российской академии наук — и его ученики Моррисон и Юрцевер не придумали, как стабилизировать кротовину и не дать ей развалиться. А если теоретическая физика говорит, что что-то возможно, то это возможно. Ошибок пока так и не нашли, хотя ой как искали, поэтому есть все основания относиться к кротовинам серьёзно.
Кип Торн, фото wikipedia. org
А теперь представьте себе, что такая кротовина сделана и она соединяет Землю со звездой, до которой свет идёт несколько лет. Мы можем добраться туда практически мгновенно! Другими словами, мы ухитрились обогнать свет. Правда, сжульничав — срезав путь через кротовину, но обогнать. А значит, можем путешествовать во времени.
Обычно мы представляем себе время как нечто безостановочно текущее из прошлого в будущее, от колыбели до могилы, но такое умозаключение основано на обычной житейской логике. Эта логика глубоко ошибочна.
Давайте разберёмся.
Можем ли мы измерить скорость, с которой мы двигаемся во времени? Специальная теория относительности позволяет это сделать. Она утверждает, что время следует рассматривать в качестве четвёртого измерения. Это позволяет ввести новую величину — скорость движения в пространстве-времени.
Из школы вы наверняка знаете, что все тела движутся медленнее, чем свет. Но здесь имеется в виду обычная, трёхмерная скорость, которую спидометр показывает. Теория относительности учит нас, что скорость движения в пространстве-времени любого тела всегда равна скорости света.
Фото Александра Подгорчука
Вот сейчас вы сидите в кресле или на стуле, а значит, ваша трёхмерная скорость относительно земли равна нулю, а ваша же скорость движения в пространстве-времени всегда равна скорости света. Она складывается из трёхмерной скорости вашей и скорости движения во времени. А что будет, если вы поедете на машине в Зеленоградск по Приморскому кольцу? Разрешённая скорость там 110 км/ч, то есть примерно 30,6 м/с. Ваша скорость движения во времени должна уменьшиться. Мы получаем эффект замедления времени. Правда, заметить его на практике нелегко. Скорость света — 30 тыс. км/с, ваша скорость по шоссе — 0,03 км/с. Во времени мы уже будем двигаться не со скоростью света, а медленнее на 0,00001%. Космический корабль со скоростью 12 км/с даст замедление уже 0,004%.
Итак, теория относительности изменила наше представление о пространстве и времени, и хотя этому выводу более 100 лет и он подтверждён сотней экспериментов, до сих пор находятся чудики, которые пытаются всё это опровергнуть. Правда, они все не физики, но воюют с замедлением времени страстно, с полным непониманием сути дела.
Вот один из излюбленных аргументов этих шизиков. Вообразим двух братьев-близнецов: один садится в ракету, летит с трёхмерной скоростью и возвращается на Землю. Раз двигался он, а не его домосед-близнец, то время у него должно замедлиться, а брат при встрече — оказаться старше. Вроде всё так, но, с другой стороны, его братец вместе с Землёй летел со скоростью, близкой к скорости света. А если так, то… погодите: кто ж старше будет при встрече? Этот так называемый парадокс близнецов возникает только потому, что вы считаете обоих братьев равноправными, а это не так.
Приведу последний аргумент, который восходит к великому математику 19—20 веков Анри Пуанкаре. Суть проста: теория относительности математически эквивалентна геометрии Эвклида, которой нас всех учили в школе. Её испытывали на прочность более 2 000 лет великие умы — и ошибок никто не нашёл. Если бы хотя бы один из критиков теории относительности был прав, он был бы величайшим математическим гением, человеком, который нашёл ошибку в геометрии Эвклида.
Наверное, вы скажете: всё это очень мило, но путешествия во времени — это чушь какая-то. Прошлого уже нет, будущего ещё нет — куда вы собираетесь путешествовать? Но это на первый взгляд неопровержимое утверждение абсолютно неверно.
Ошибка в том, что мы неправильно понимаем, что такое одновременность. Если два события одновременны с точки зрения покоящегося наблюдателя, то это уже не так с точки зрения движущегося наблюдателя.
Поясню на примере.
Представьте себе поезд, на концах которого установлены две лампы. Один человек стоит на перроне, другой — скажем, кондуктор — находится в середине поезда, на равном расстоянии от ламп. Лампы вспыхивают, и свет от них доходит до кондуктора одновременно, причём как раз в тот момент, когда он поравнялся с неподвижным наблюдателем. Зная, что лампы равноудалены от него, кондуктор полагает, что и вспышки произошли одновременно. Наблюдатель же на перроне совсем по-другому подумает.
Фото Александра Подгорчука
Дело в том, что скорость света, идущего от ламп, не зависит от скорости поезда. Значит, свету от задней лампы потребовалось с точки зрения неподвижного наблюдателя больше времени, чтобы достичь кондуктора, и заднюю лампу нужно включать раньше, чем переднюю. С точки зрения кондуктора лампы зажглись одновременно, а с точки зрения неподвижного наблюдателя сперва зажглась задняя — и лишь потом передняя.
Чтоб усилить эффект, вообразите, что в галактике Туманность Андромеды, до которой свет идёт 2 миллиона лет, сейчас что-то происходит. Взрывается одна из звёзд. Но что такое "сейчас"? Для кого — сейчас? Допустим, для меня, стоящего около университета и смотрящего на звёзды. Но для моего друга, который идёт мимо меня со скоростью 5 км/ч, это уже не так. Для него настоящее — то, что для меня — будущее или прошлое. Что такое настоящее? Это множество событий, которые происходят одновременно с тем событием, которое я считаю происходящим сейчас.
Так изображают кротовину учёные. Фото wikipedia. org
Как же построить машину времени? Вообразим, что люди будущего создали кротовину между двумя точками — скажем, между А и Б. Расстояние между ними может составлять десятки световых лет или километров, а через кротовину — 1 метр или 10 сантиметров. Ребята, если вы не знакомы с теорией относительности, предлагаю просто поверить мне на слово. Точные решения исследовались многими физиками и математиками, и мы неплохо себе представляем, что там делается.
Исследования показали, что стабилизировать кротовую нору можно, заполнив её веществом с отрицательным давлением. В 1998 году астрономы обнаружили, что Вселенная на 74% заполнена чем-то невидимым, однородным и создающим как раз отрицательное давление. Это "что-то" называли тёмной энергией. Выяснение её природы сейчас одна из самых главных задач физики. Её стали называть не тёмной, а фантомной энергией, чтобы подчеркнуть, что это какая-то странная и поразительная вещь.
Крупный французский физик, мой большой друг Педро Гонзалес Диас, показал, что фантомы прекрасно стабилизируют кротовину. Фантомы для кротовин — как вода для рыб, причём содержащая корм и всё, что нужно рыбам для роста. Всё это, конечно, подстегнуло интерес к кротовинам и машинам времени.
А так образно представили кротовину, соединяющую институт физики Университета Тюблингена и песчаную дюну на севере Франции. Фото wikipedia. org
Тут, правда, появилось одно затруднение. Оказалось, что для стабильного существования кротовины даже размером с человека требуется закачать туда столько энергии, сколько содержится в нескольких галактиках. То есть если фантомы есть, то они уже сейчас самопроизвольно перекачивают энергию в кротовины — и кротовины уже сейчас растут, и рано или поздно кротовины станут достаточно большими, но примерно через 5 миллиардов лет. А говорить о создании кротовин и машин времени в лабораториях — увы. Вот это был жестокий удар для всех, кто любит пофантазировать о путешествиях во времени.
А нельзя ли без помощи кротовин путешествовать? В принципе можно. Около вращающегося цилиндра пространство так искривляется, что могут возникать замкнутые петли времени. Но, по расчётам, цилиндр должен быть воистину космического размера.
Возникает невероятное количество вопросов. Например, знаменитый парадокс: если я вернусь в прошлое, расстрою брак дедушки с бабушкой, что со мной произойдёт? Многие теоретики пытаются проанализировать эти вещи. Определённого сдвига удалось достичь благодаря работе команде Сергея Красникова из Пулково, который показал, что, может быть, парадоксов никаких и не возникает. На этом мы прощаемся. Пока.
Еженедельно в прямом эфире радио "Комсомольская правда — Калининград" Артём Юров ведёт передачу "Научная среда". Слушайте её по средам в 14:05 на частоте 107,2 FM.