Что почитать: «Краткие ответы на большие вопросы» — последняя книга Стивена Хокинга

С путешествием во времени тесно связана способность быстро перемещаться из одной точки пространства в другую. Как я говорил ранее, Эйнштейн показал, что для разгона космического корабля до околосветовой скорости потребуется бесконечно мощная реактивная тяга. Так что единственный способ переместиться из одной части Галактики в другую за разумный период времени — возможность свернуть пространство-время таким образом, чтобы получилась небольшая труба, или «кротовая нора». Она может связать две части Галактики и действовать как кратчайший путь между ними; вы сможете слетать туда и обратно и ещё застать в живых всех ваших друзей. Такие «кротовые норы» всерьёз рассматривались как возможность, доступная цивилизации будущего. Если вам удастся переместиться из одной части Галактики в другую за пару недель, то и вернуться вы можете через другую «нору» — при этом раньше, чем отправились в путь. Также ничто не помешает вам путешествовать вперёд и возвращаться в прошлое через одну «кротовую нору», если оба её конца движутся относительно друг друга.

Можно сказать, что для создания «кротовой норы» необходимо изогнуть пространство-время в сторону, обратную той, в которую искривляет её обычная материя. Обычная материя искривляет пространство-время на себя, как поверхность Земли. Но для создания «кротовой норы» требуется материя, которая искривляет пространство-время в обратную сторону, как поверхность седла. То же самое справедливо для любого другого искривления пространства-времени, чтобы путешествовать в прошлое, если только Вселенная не возникла настолько искривлённой, что в ней уже есть возможности путешествия во времени. Только в таком случае потребуется материя с отрицательной массой и отрицательной плотностью энергии.

Классические законы исключают для нас возможность искривить Вселенную так, чтобы появилась возможность путешествий во времени. Но классические законы опровергает квантовая теория — вторая после общей теории относительности великая интеллектуальная революция в наших представлениях о Вселенной. Квантовая теория более гибкая и позволяет в некоторых случаях допустить овердрафт. Однако банк должен оказать нам такую любезность. Иными словами, квантовая теория допускает наличие в некоторых местах отрицательной плотности энергии, если обеспечить положительную плотность в других.

Квантовая теория допускает отрицательную плотность энергии, поскольку основана на принципе неопределённости. А он утверждает, что некоторые характеристики, например положение и скорость частицы, не могут одновременно иметь точно измеренные значения. Чем точнее определяется положение частицы, тем выше неопределённость относительно её скорости и наоборот. Принцип неопределённости применяется также к полям — например, к электромагнитному или гравитационному полю. Он утверждает, что эти поля не могут иметь нулевое значение даже там, где, как нам кажется, пустое пространство. Дело в том, что если их значения будут равны нулю, то это означает, что они должны иметь чётко определённое положение, равное нулю, и чётко определённую скорость, равную нулю. А это противоречит принципу неопределённости. Значит, поля должны иметь некоторую минимальную флуктуацию. Можно представить так называемые флуктуации вакуума в виде пар частиц и античастиц, которые внезапно возникают, разъединяются, затем сливаются вновь и аннигилируют, взаимоуничтожаясь.

Такие пары частиц — античастиц считаются виртуальными, потому что их невозможно непосредственно зафиксировать с помощью детектора частиц. Но косвенный эффект наблюдать можно. Для этого используется так называемый эффект Казимира. Попробуйте представить две параллельные металлические пластины, находящиеся на небольшом расстоянии одна от другой. Пластины работают как зеркала для виртуальных частиц и античастиц. Это означает, что пространство между пластинами выглядит как органная труба, только она пропускает световые волны определённой резонансной частоты. В результате выяснится, что между пластинами происходит некоторое количество квантовых флуктуаций, отличное от того, что происходит за ними, там, где эти флуктуации могут иметь любую длину волны. Различие в количестве виртуальных частиц между пластинами и снаружи означает, что с одной стороны пластины испытывают большее давление, чем с другой. Возникает небольшая сила, которая приближает пластины друг к другу. Эту силу можно измерить экспериментально. Так что виртуальные частицы существуют в реальности и производят реальный эффект.

Поскольку между пластинами меньше виртуальных частиц, или квантовых флуктуаций в вакууме, то и плотность энергии здесь ниже, чем в окружающем пространстве. Но плотность энергии пустого пространства на большом удалении от пластин должна равняться нулю. Иначе пространство-время окажется искривлённым и Вселенная — не совсем плоской. Значит, плотность энергии в области между пластинами должна быть отрицательной.

Экспериментально доказанное отклонение света свидетельствует о том, что пространство-время искривлено, а эффект Казимира подтверждает, что искривление может иметь отрицательное значение. И может показаться, что по мере развития науки и технологий мы сумеем создавать «кротовые норы» или искривлять пространство и время каким-то иным образом, чтобы получить возможность путешествовать в прошлое. Но в таком случае неизбежно возникает целый ряд вопросов и проблем.

Даже если есть веские основания держать нас в неведении, человеку по своей природе трудно поверить, что никто не захочет появиться и раскрыть нам, бедным отсталым крестьянам, тайну путешествия во времени. Разумеется, кое-кто утверждает, что нас уже посещают гости из будущего — они прилетают на НЛО, а правительства вовлечены в гигантский заговор по сокрытию этих фактов, чтобы самим пользоваться научными знаниями, которые несут с собой гости. Могу сказать лишь одно: если правительства что-то и скрывают, то они всё равно не в состоянии воспользоваться полезной информацией, полученной от инопланетян. Я очень скептически отношусь к «теории заговоров» и считаю более правдоподобной «теорию лажи». Сообщения об НЛО не могут быть связаны исключительно с инопланетянами, потому что они взаимно противоречивы. Но если признать, что некоторые из этих наблюдений — просто ошибки или галлюцинации, не логичнее ли допустить, что они и являются таковыми, чем поверить, что нас посещают гости из будущего или из другой части Галактики? Если эти гости действительно хотят колонизировать Землю или предупредить нас о какой-то опасности, то действуют они крайне неэффективно.

Есть способ примирить идею путешествия во времени с тем фактом, что мы никогда не встречались с гостями из будущего. Можно сказать, что такие путешествия станут возможными только в будущем. Пространство-время нашего прошлого фиксированное, потому что мы наблюдали его и видели, что оно недостаточно искривлено для того, чтобы мы имели возможность отправиться назад во времени. А будущее — открыто, поэтому когда-нибудь мы научимся искривлять пространство-время и получим возможность путешествий во времени. Но поскольку искривлять пространство-время мы сможем лишь в будущем, то не сможем возвращаться из него в наше настоящее или ещё раньше.

Такая картинка может вполне объяснить, почему мы не испытываем наплыва туристов из будущего. Но она всё равно оставляет место для множества парадоксов. Предположим, появилась возможность совершить полёт на космическом корабле и вернуться до начала полёта. Что вам помешает взорвать ракету на стартовой площадке и тем самым исключить для себя возможность такого полёта? Есть и другие не менее парадоксальные версии: например, вернуться в прошлое и убить своих родителей до того, как вы появились на свет. Этому есть два возможных решения.

Одно я бы назвал согласованно-историческим подходом. В этом случае можно найти согласованное решение физических уравнений — даже при том, что пространство-время искривлено настолько, что есть возможность путешествия в прошлое. С этой точки зрения, вы не можете подготовить ракету для путешествия в прошлое, если вы в него не вернулись и не смогли взорвать стартовую площадку. Это — последовательная картинка, но она говорит о том, что мы полностью детерминированы: мы не в состоянии изменить свои мысли. Это чересчур для свободы воли.

Другое решение я называю альтернативно-историческим подходом. Его отстаивал физик Дэвид Дойч, и его, вероятно, имели в виду создатели фильма «Назад в будущее». При таком подходе в одной альтернативной истории не будет никакого возвращения из будущего до старта ракеты и, соответственно, не будет и возможности её взорвать. Но когда путешественник возвращается из будущего, он попадает в другую альтернативную историю. В ней человеческая раса прилагает неимоверные усилия, чтобы построить космический корабль, но перед стартом из другой части Галактики появляется похожий корабль и уничтожает построенный.

Дэвид Дойч предпочитает альтернативно-исторический подход концепции множественности историй, которую выдвинул физик Ричард Фейнман. Его идея заключается в том, что, согласно квантовой теории, у Вселенной нет уникальной и единственной истории.

Должна быть возможность существования истории, в которой на Ближнем Востоке — устойчивый мир, но вероятность такой истории, скорее всего, невелика.

В некоторых историях пространство-время искривлено настолько, что такие объекты, как ракеты, смогут возвращаться в своё прошлое. Но каждая история — цельная и самодостаточная, описывающая не только искривлённое пространство-время, но и все объекты, в нём находящиеся. Поэтому ракета, возвращаясь, не может попасть в другую альтернативную историю. Она остаётся в той же истории, которая должна быть самосогласованной. И я, в отличие от Дойча, полагаю, что идея множественности историй работает скорее в пользу согласованно-исторического, нежели альтернативно-исторического подхода.

Судя по всему, мы не в состоянии отказаться от согласованно-исторической картины. Однако это может не касаться проблем детерминизма и свободы воли, если есть очень малая вероятность историй, в которых пространство-время искривлено так, что путешествие во времени возможно за пределами макроскопического масштаба. Я это называю гипотезой о защищённости хронологии: законы физики устроены так, чтобы предотвратить путешествие во времени на макроскопическом уровне.

Похоже, всё выглядит так, что если пространство-время искривлено почти достаточно для возможности путешествия в прошлое, то виртуальные частицы могут стать почти реальными частицами, движущимися по замкнутым траекториям. Плотность виртуальных частиц и их энергия значительно возрастают, что означает, что вероятность таких историй очень мала. Хотя это становится похожим на деятельность агентства по защите хронологии, которое стремится сохранить мир для историков. Но тема искривления пространства и времени пока ещё в зачаточном состоянии. Согласно объединяющей форме теории струн, известной как М-теория, на которую мы возлагаем большие надежды в плане объединения общей теории относительности и квантовой теории, пространство-время должно иметь одиннадцать измерений, а не четыре, которые мы ощущаем.

Суть в том, что семь из этих одиннадцати измерений свёрнуты в столь малое пространство, что мы его не замечаем. С другой стороны, остающиеся четыре измерения практически плоские и представляют собой то, что мы называем пространством-временем. Если такая картина верна, то должна быть возможность каким-то образом соединить четыре плоских измерения с остающимися семью сильно искривлёнными, или искажёнными, измерениями. Что из этого получится, мы пока не знаем. Но возможности открываются весьма увлекательные.

В заключение скажу следующее.

Но любителям научной фантастики не стоит расстраиваться. М-теория дарит надежду.

Последняя работа всемирно известного физика Стивена Хокинга, книга-завещание, в которой он подводит некий итог и высказывается по самым главным темам, волнующим всех.

Выживет ли человечество? Должны ли мы так активно внедряться в космос? Есть ли Бог? Это лишь некоторые из вопросов, на которые отвечает в своей финальной книге один из величайших умов в истории.

Лайфхакер может получать комиссию от покупки товара, представленного в публикации.