Черные дыры и путешествия во времени

Физическая возможность путешествия во времени таит в себе множество непредвиденных ситуаций. Любой объект, окруженный деформированным континуумом пространство — время, как того требует путешествие во времени, оказывается в чрезвычайной опасности. Он попадает в своего рода вихрь, способный разорвать путешественника на части.

Давайте попробуем разобраться, какой же должна быть машина времени, чтобы в почти мгновенных перемещениях не создавалось эффектов, ведущих к неминуемой гибели путешественников. Физики в своих изысканиях начинали с теории черных дыр.

Черные дыры, как известно, поглощают все, что попадается на их пути, включая свет, и никогда не отпускают своих пленников. Вместе с тем черные дыры обладают и другими свойствами. Например, они определенным образом деформируют пространственно-временной континуум. Черная дыра обладает бесконечной плотностью, т. е. она растягивает ткань пространства— времени до точки разрыва. Тем самым теоретически возможно разрезать наше пространство с помощью черных дыр.

Многим хотелось знать, что находится на обратной стороне этого разреза. В 1935 году Эйнштейн и его коллега Натан Розен выдвинули идею, согласно которой маленький разрыв в черной дыре должен соединяться с другим маленьким разрывом в другой черной дыре. Таким образом, посредством узкого канала, или горловины, соединялись находящиеся на любом отдалении одна от другой части пространственно-временного континуума.

Мост Эйнштейна — Розена, как тогда была названа эта идея, был похож на черную дыру, прикрепленную к зеркальному отражению самой себя. Этот мост — что-то вроде черного хода, ведущего из внутреннего пространства одной черной дыры в другую, — в наше время известен под названием проточина. Теоретически он может представлять собой кратчайший путь сквозь пространство — время, именно то, что требуется путешественнику во времени.

Проблема состоит в том, что проточина, т. е. канал между двумя черными дырами, очень мала. По теории, она меньше, чем ядро атома, и остается открытой только на протяжении доли секунды. Даже свет, самая быстрая физическая субстанция во Вселенной, не сумеет за это время проскочить сквозь нее. Кроме того, независимо от прочности космического корабля наш путешественник будет разорван чудовищной гравитацией черной дыры.

Из-за этого, а также вследствие других проблем мост Эйнштейна — Розена много лет воспринимался как физико-геометрический курьез, теоретическое предположение, которое может быть использовано лишь в фантастике. Ученые долгое время считали, что, хотя уравнения Эйнштейна могли допускать наличие проточины, Вселенная, конечно же, никаких проточин не допускает.

Ситуация изменилась в 80-е годы, когда К. Торн, физик из Калифорнийского технологического института, предложил более эффективный путь использования проточин в качестве машин времени. Кип Торн создал алгоритм, описывающий физику работающей машины времени в строго математическом выражении.

Естественно, практическое строительство временного портала Торна потребует технологических решений, которые могут появиться, возможно, только через сотни лет. Но его работа доказывает, что путешествия во времени не исключены, по крайней мере, в теории.

Торн думал над тем, как удержать проточину открытой на протяжении времени, достаточного для того, чтобы испытатель успел проскользнуть сквозь нее. Ни одна материя не подходила для этой цели. При всей прочности «строительных конструкций — распорок», сделанных из материи, они не смогут воспрепятствовать разрыву времени — пространства. Торн искал вещество, которое было бы способно противостоять сжатию черной дыры. Ему нужна была антигравитация.

Эйнштейн впервые высказал гипотезу о существовании антигравитации в 1915 году. Правильность этого предположения была доказана восемь десятилетий спустя. Для раскрытия проточины требуется постоянный поток антигравитации. Вместо стягивания пространства вокруг себя, как это делает обычная материя, антигравитация должна разводить его в стороны. Антигравитация действует внутри горловины проточины и раскрывает ее на ширину, достаточную для прохода сквозь нее астронавта или даже космического корабля.

На сегодняшний день наиболее перспективным направлением для создания мощной антигравитации считается использование эффекта Казимира. По законам квантовой механики, две плоские металлические пластины, находящиеся друг от друга на расстоянии толщины волоса, способны генерировать небольшое количество энергии. Увеличенная во много раз, эта энергия, в принципе, может быть использована для создания проходимой проточины. Процесс расширения при этом ослабляет силу гравитации, что предохраняет путешественника от гибели.

В то время как антигравитационные конструкции держат портал раскрытым, путешественник продвигается сквозь него и выходит на поверхность на значительном расстоянии от точки отправления. Однако путешественники могут перемещаться не только в пространстве, но и во времени. Таким образом, своей следующей задачей Торн видел десинхронизацию входа в проточину и выхода из нее.

Для решения этой задачи Торн применил старый фокус Эйнштейна. Одна из основных позиций теории относительности предполагает, что для быстро перемещающихся предметов время замедляет свой ход. Торн приложил этот принцип к одной из двух черных дыр, которые образуют червоточину.

Представьте себе процесс поимки одной из черных дыр при помощи энергетического лассо и буксировки ее по Вселенной со скоростью, близкой к скорости света. Эта черная дыра и, следовательно, этот конец проточины будут стареть более медленно. С течением времени произойдет десинхронизация черных дыр и соединение предметов посредством проточины, но сами черные дыры уже будут существовать в разных временных пространствах. Исследователь, который вошел через неподвижный вход проточины, выйдет из мобильного выхода на много лет раньше своего отправления. Именно это делает проточину настоящим порталом времени.

Следует отметить, что разработки в области физики путешествия во времени появились и в 1991 году. Астрофизик Дж. Ричард Готт высказал предположение, что гипотетические объекты, названные космическими суперструнами, могут позволить астронавту совершить путешествие в прошлое. Суперструны — это длинные, тонкие образования, которые появились на самых ранних периодах образования Вселенной. Они бесконечно длинны и не шире атома, но настолько плотные, что несколько километров одной космической струны могут перевесить Землю.

Для того чтобы добиться с помощью суперструн путешествий во времени, надо использовать две идеально параллельные струны, движущиеся со скоростью света, но в разных направлениях. Это напоминает автомобили, передвигающиеся по шоссе в разных направлениях. По мере такого движения нитей пространство — время радикально деформируется под влиянием этих волокон. Опытный путешественник во времени, находясь в ожидании в расположенном поблизости космическом корабле, сможет воспользоваться этими искажениями, пролетая вокруг сдвоенных струн. Если он правильно рассчитает время, деформации в пространстве — времени позволят ему вернуться на место отправления до того, как он начал свое путешествие. Таким образом, получится «поездка» в одном направлении — в прошлое.

Пока такое предположение кажется слишком фантастическим, но теоретические разработки в этом направлении внушают надежды, что рано или поздно мечта о путешествиях во времени станет реальностью. Однако уже сегодня очевидно, что если мы хотим совершить путешествие во времени, нам нужно научиться контролировать время и приспосабливать его под наши собственные желания и условия.

В теории относительности Эйнштейна пространство не есть некая неизменная структура. Эйнштейн выдвинул гениальную гипотезу: пространство и время увязаны в единый пластичный континуум — пространство — время. Как пространство, так и время могут деформироваться, иногда весьма существенно. Путешествие во времени не требует ничего, кроме использования этих деформаций.

Представим пространство — время в виде туго натянутого резинового листа. Он остается неизменным и плоским до того момента, пока что-то тяжелое, например шар для игры в боулинг, не упадет в его середину. Дополнительный вес заставит участки листа, наиболее близко расположенные к упавшему шару, деформироваться.

Так как пространство вокруг шара (в нашей модели — звезда) деформировалось, к нему будут притягиваться другие объекты. Этот эффект и называется гравитацией. При этом следует помнить, что звезда прогибает не только пространство, но и время. Такая деформация является краеугольным камнем всех физически возможных сценариев путешествия во времени. Время тоже деформируется, если вы перемещаетесь в пространстве со скоростью, приближающейся к скорости света.

Основываясь на этих двух эффектах, физики сумели предложить некоторые допустимые, но достаточно сложные сценарии путешествия во времени. Предполагается использование таких фантастических объектов, как черные дыры, проточины и космические суперструны.