Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна - Кип Торн

Ваша команда и бесчисленные поколения ее потомков могут назвать этот искусственный мир «домом» и использовать его как базу для будущих исследований Вселенной. Но все же это не для вас. Вы тоскуете по Земле и по друзьям, которые остались там, по друзьям, которые должны уже были умереть 4 миллиарда лет тому назад. Ваша тоска настолько глубока, что вы решаетесь рискнуть последней четвертью своего нормального 200-летнего срока жизни и, преодолевая опасности, предпринять, возможно, безрассудную попытку вернуться в идиллическую эпоху вашей юности.

Путешествовать во времени в будущее, как показало ваше путешествие среди черных дыр, довольно просто. Но это не относится к путешествию в прошлое. В действительности, такое путешествие может быть абсолютно запрещено с точки зрения законов фундаментальной физики. Однако ЗАРЯ, вспомнив теоретизирования, относящиеся еще к XX веку, рассказала вам, что путешествие вспять все же возможно с помощью гипотетической свертки пространства, называемой червоточиной31. Эта свертка пространства состоит из двух «входных» дыр (входных устьев червоточины), которые выглядят как черные дыры без горизонта и которые могут далеко отстоять друг от друга во Вселенной (рис. П.7).

Все что проходит через одно входное устье, попадает в очень короткую трубку {горловину червоточины), которая ведет к другому входному устью. Эту трубку нельзя увидеть из нашей Вселенной, потому что она располагается в гиперпространстве, а не в нормальном пространстве. ЗАРЯ объясняет, что время идет в червоточине, вероятно, не так, как в нашей Вселенной. Пересекая червоточину в одном направлении, скажем от левого входного устья к правому, можно переместиться назад во времени нашей Вселенной, и, в то же время, двигаясь в обратном направлении, можно перенестись во времени вперед. Такая червоточина будет сверткой не только пространства, но и времени.

Законы квантовой гравитации требуют — утверждает ЗАРЯ, — чтобы существовали чрезвычайно крошечные червоточины такого типа32. Эти квантовые червоточины должны быть такими крошечными, размером всего 1(Г33 сантиметра, а время их существования настолько быстротечно — 10-43 секунды, что их невозможно использовать для

П.7. Два входных устья гипотетической червоточины. Войдя в любое из них, вы выйдете из другого, пролетев через короткую трубку (горловину червоточины), которая проходит не в нашей Вселенной, а в гиперпространстве

путешествия во времени. Они должны внезапно появляться и исчезать в нашем мире совершенно случайным и непредсказуемым образом — здесь, там, везде. Совершенно случайно зародившаяся червоточина может иметь одно входное устье вблизи сегодняшнего дня этого мира кольца, а другое — вблизи Земли 4 миллиарда лет тому назад, когда вы отправились в путешествие. ЗАРЯ предлагает попробовать поймать такую червоточину в момент ее появления, растянуть ее, как дети надувают шары, и подержать открытой, пока вы пройдете через нее домой, в пору своей юности.

Но ЗАРЯ предупреждает вас о большой опасности. Физики спорили, хотя это и не было никогда доказано, что в момент расширения, когда червоточина превращается в машину времени, она должна самоуничтожиться в гигантской вспышке. Таким образом, Вселенная должна защищаться от парадоксов путешествий во времени, например, от парадокса человека, вернувшегося в прошлое и убившего свою мать до момента своего зачатия, предотвращая, таким образом, саму возможность убить свою мать46.

Если предположение физиков неверно, то ЗАРЯ сможет достаточно расширить и удержать в течение нескольких секунд устье червоточины, чтобы вы смогли пройти через нее. Ожидая поблизости, пока она расширяет устье червоточины, и затем войдя в ее горловину, вы за долю секунды вашего собственного времени прибудете домой на Землю в эпоху вашей юности 4 миллиарда лет тому назад. Но если машина времени самоуничтожиться, вы погибнете вместе с ней. Использовать ли этот шанс — решать вам...

* * *

Сказка, которую я вам рассказал, похожа на научную фантастику. Действительно, частично это так: я никоим образом не могу вам гарантировать, что около звезды Вега существует черная дыра в 10 солнечных масс, или в центре Млечного Пути — дыра в миллион солнечных масс, или то, что вообще где-то во Вселенной есть дыра в 15 триллионов солнечных масс. Все это чисто умозрительные, но возможные фантазии. Не могу также гарантировать, что человечеству когда-либо удастся разработать технику межгалактических или даже межзвездных путешествий, или сконструировать кольцевые миры, расположенные на балочных конструкциях вокруг дыры. Все это тоже умозрительная фантастика.

С другой стороны, я могу гарантировать с большой, но не абсолютной уверенностью, что черные дыры существуют в нашей Вселенной и имеют именно те свойства, которые я описал в своей сказке. Если вы зависнете в разгоняющемся звездном корабле как раз над горизонтом дыры в 15 триллионов солнечных масс, я могу гарантировать, что законы физики будут такими же, что и на Земле, и когда вы взглянете на небеса вокруг себя, вы увидите всю Вселенную, которая светится как сверкающий маленький световой диск. Я гарантирую, что если вы пошлете робота-испытателя вниз к горизонту вращающейся звезды, как бы он не разгонялся, он никогда не сможет двигаться вперед или назад с иной скоростью, чем скорость вращения самой дыры (270 вращений в секунду в моем примере). Я гарантирую, что быстро вращающаяся звезда запасает 29 процентов своей массы в виде энергии вращения, и если найдется умник, он сможет извлечь эту энергию и использовать ее.

Как же я могу уверенно гарантировать все это? Прежде всего я никогда не видел черной дыры. Их не видел никто. Астрономы нашли

только косвенные доказательства существования черных дыр47, но нет никаких данных наблюдения их детальных свойств, о которых сообщалось выше. Как же я могу быть столь смелым, чтобы так много всего гарантировать? По одной простой причине. Так же как законы физики предсказывают вид океанских приливов на Земле, время и высоту каждого сильного и каждого слабого прилива, так же эти законы, если мы их правильно понимаем, предсказывают свойства черных дыр, причем предсказывают однозначно. Из ньютоновского описания законов физики с помощью математических расчетов можно получать последовательность земных приливов для 1999 или 2010 г., подобным же образом из общей теории относительности Эйнштейна можно получить с помощью математических расчетов все, что касается свойств черных дыр на горизонте и снаружи его.

А почему я верю, что описание фундаментальных законов физики с помощью общей теории относительности Эйнштейна является очень точным? В конце концов, мы ведь знаем, что ньютоновское описание вблизи черной дыры не является точным.

Успешные описания фундаментальных законов уже содержат в себе вполне определенные указания на те случаи, когда они перестают работать33. Ньютоновское описание само говорит нам, что, вероятно, оно не работает вблизи черной дыры (хотя то, что это следует из ньютоновского описания, мы поняли только в XX веке). Подобным же образом общая теория относительности Эйнштейна содержит уверенность в самой себе для областей вне черной дыры, на горизонте дыры и внутри дыры на всем расстоянии почти (но не совсем) до сингулярности в ее центре. Это одно обстоятельство, которое придает мне уверенность в предсказаниях общей теории относительности. Другим фактом является то, что хотя предсказания общей теории относительности о черных дырах пока еще не были непосредственно проверены, было множество высокоточных проверок проявлений других ее особенностей на Земле, в Солнечной системе и в двойных системах, содержащих компактные экзотические звезды, называемые пульсарами. Общая теория относительности прошла через все испытания с развевающимися знаменами.

В течение последних тридцати лет я участвовал в изысканиях теоретической физики, которые и дали наше современное представление о черных дырах, а также в исследованиях по проверке предсказаний астрономическими наблюдениями. И пусть мой личный вклад был скромен, но вместе с моими коллегами физиками и астрономами я наслаждался атмосферой поиска и изумлялся зарождающемуся новому пониманию. Эта книга — попытка передать это мое чувство восхищения и изумления читателям, которые не являются специалистами в физике и астрономии.

РЕАЛЬНОСТЬ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

глава, в которой Эйнштейн разрушает абсолютное пространство и время Ньютона

Профессору Вильгельму Оствальду, 13 апреля 1901

Лейпцигский университет,

Лейпциг, Германия

Высокочтимый господин Профессор!

Пожалуйста, простите отца, который позволил себе обратиться к Вам, высокочтимый господин Профессор, в интересах своего сына.