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

14.5. Как я пробираюсь через очень короткую гипотетическую червоточину

С другой стороны, спросил я себя, возможно ли, что хотя путешествие через червоточину по моим расчетам почти не отнимает времени, Кароли придется целый час ждать, пока она увидит мое появление из второго устья. А возможно ли, чтобы она увидела меня за час до того, как я войду в устье? Если так, то время течет через червоточину иначе, не так как вне ее.

Что могло бы заставить время вести себя таким ненормальным образом? — спросил я себя. С другой стороны, почему бы и нет? Только законы физики знают ответ, подумал я. Так или иначе, мне следовало вывести поведение времени из законов физики.

На следующем этапе для понимания того, как законы физики контролируют течение времени, я рассмотрел более сложную ситуацию. Предположим, что одно устье червоточины находится в покое в моей гостиной, а другое — в межзвездном пространстве и удаляется от Земли почти со скоростью света. Предположим, что, несмотря на это относительное движение двух устьев, длина червоточины (длина туннеля через гиперпространство) всегда фиксирована и составляет ровно тридцать сантиметров. (Рис. 14.6 объясняет, как длина червоточины может оставаться фиксированной, несмотря на то, что ее устья движутся относительно друг друга во внешней Вселенной.) С точки зрения внешней Вселенной два отверстия находятся в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга с большой скоростью, следовательно, в этих устьях время должно течь по-разному. С другой стороны, с точки зрения самой червоточины, по отношению друг к другу устья находятся в покое, т. е. они относятся к общей системе отсчета, а это означает, что в этих отверстиях время должно течь одинаковым образом. С внешней точки зрения, время в них течет по-разному, а с внутренней, — совершенно одинаково. Однако!

14.6. Устья червоточины могут двигаться относительно друг друга во внешней Вселенной, в то время как длина червоточины остается постоянной. Каждая из этих схем — это такая же диаграмма, как на рис. 14.1, только «в профиль». Диаграммы последовательно представляют собой движение Вселенной и червоточины по отношению к гиперпространству. (Вспомним, однако, что гиперпространство — это всего лишь плод нашего воображения; мы, люди, в действительности никогда не сможем увидеть его или испытать на себе; см. рис. 3.2 и 3.3.) По отношению к гиперпространству нижняя часть нашей Вселенной на диаграммах скользит направо, а червоточина и верхняя часть Вселенной остаются в покое. Соответственно, если смотреть из нашей Вселенной, устья движутся друг относительно друга (отодвигаются все дальше), но если смотреть через червоточину, то по отношению друг к другу они остаются в покое, и длина червоточины не изменяется

Постепенно недоумение покинуло меня в моем тихом уединении, и все стало ясно. Законы общей теории относительности однозначно предсказывают, как должно течь время, и они недвусмысленно указывают, что два потока времени будут одинаковыми, если их сравнивать через червоточину, и разными, если их сравнивать снаружи. В этом смысле через червоточину время течет иначе, чем во внешней Вселенной, когда два устья движутся относительно друг друга.

И тогда я сообразил, что благодаря этой разнице высокоразвитая цивилизация может сделать машину времени из одной-единственной червоточины. Для этого не нужно иметь две. Но как это сделать? Легко, если Вы — представитель высокоразвитой цивилизации.

Для объяснения давайте представим себе мысленный эксперимент, в котором мы, люди, являемся высокоразвитыми существами. Допустим, мы с Кароли нашли очень короткую червоточину и поместили одно из ее отверстий в гостиной у себя дома, а другое в нашем семейном космическом корабле, находящемся на лужайке перед домом.

В ходе мысленного эксперимента мы покажем, что ход времени через какую-либо червоточину зависит от ее предыстории. Для простоты давайте предположим, что когда мы с Кароли приобрели эту червоточину, она вела себя очень просто — время в ней текло точно так же, как в остальной Вселенной. Другими словами, если бы я пробирался через эту червоточину, то и Кароли, и я, и любой человек на Земле согласился бы с тем, что я выхожу из устья в космическом корабле в тот же самый момент, как я вхожу в устье в гостиной.

14.7. Кароли и я строим машину времени из червоточины. Слева: я остаюсь дома в Пасадене рядом с одним из устьев червоточины. Справа: Кароли перевозит другое устье во время сверхскоростного путешествия через Вселенную. Врезка: Наши руки внутри червоточины

Убедившись в том, что время действительно течет через червоточину таким образом, мы с Кароли решили осуществить следующий план: я остаюсь дома в нашей гостиной, в которой находится одно из устьев, а Кароли отправляется вместе с другим устьем на нашем космическом корабле в необъятные просторы Вселенной. Там она развивает очень высокую скорость, а затем возвращается обратно. В течение всего путешествия мы держим друг друга за руки, протянув их в червоточину (см. рис. 14.7).

Кароли улетает в девять часов утра первого января 2000 года по ее и по моим часам. Кароли покидает Землю и летит шесть часов почти со скоростью света по ее собственным часам, затем она поворачивает обратно и летит назад, прибывая на лужайку перед нашим домом спустя двенадцать часов после отлета по ее собственным часам.[141] Я держу ее за руку и вижу червоточину на протяжении всего путешествия. Конечно, я соглашаюсь, глядя через червоточину, что она вернулась через двенадцать часов, в девять часов вечера первого января 2000 года. Глядя через червоточину в девять часов вечера, я вижу не только Кароли, но и лужайку с нашим домом позади нее.

Затем в девять часов одну минуту я оборачиваюсь и смотрю в окно — там я вижу пустую лужайку перед домом. Космического корабля с Кароли и другим устьем червоточины там нет. Если бы у меня был достаточно хороший телескоп, я бы увидел космический корабль Кароли, улетающий от Земли. Этот полет по земным часам, как он выглядит из внешней Вселенной, продлится десять лет. [Это стандартный «парадокс близнецов»; «близнец», который улетает и возвращается обратно с большой скоростью (Кароли), пробудет в пути только двенадцать часов, в то время как «близнец», который остается на Земле (я), должен ждать окончания путешествия десять лет.]

Затем начинается моя повседневная жизнь. День за днем, месяц за месяцем, год за годом я продолжаю жить в ожидании — и, наконец, первого января 2010 года Кароли возвращается из путешествия и приземляется на лужайке перед домом. Я выхожу ее встречать и обнаруживаю, как и ожидалось, что она постарела только на двенадцать часов, а не на десять лет. Она сидит в космическом корабле, протянув руку в устье червоточины, и держит там кого-то за руку. Я стою позади нее, смотрю в отверстие норы и вижу, что человек, которого она держит, — это я сам, но на десять лет моложе, сидящий в нашей гостиной первого января 2000 года. Червоточина стала машиной времени. Если я сейчас (первого января 2010 года) войду в устье червоточины, которое находится в космическом корабле, то появлюсь из другого отверстия в нашей гостиной первого января 2000 года, где повстречаю молодого самого себя. И наоборот, если мой молодой двойник пройдет в отверстие в гостиной первого января 2000 года, то он появится из отверстия в космическом корабле первого января 2010 года. Путешествие через червоточину в одном направлении отбрасывает меня назад во времени на 10 лет; путешествие в другом направлении переносит меня на 10 лет вперед.

Но ни я и никто другой не смогут воспользоваться червоточиной, чтобы перенестись назад во времени дальше, чем девять часов утра первого января 2000 года. Тот момент, когда червоточина превратилась в машину времени, является границей для путешествия назад.

Законы общей теории относительности выполняются четко. Это прямо следует из них, если червоточины можно удерживать с помощью экзотического вещества.

Летом 1987 г., через месяц после того, как я пришел к этим выводам, моей жене позвонил Ричард Прайс. Он беспокоился обо мне. Ричард — мой близкий друг, шестнадцать лет назад он показал, что черная дыра избавляется от всех своих «волос» с помощью излучения (глава 7). Он услышал, что я работаю над теорией машин времени, испугался, что я немного не в себе и впал в старческое слабоумие. Кароли попыталась его переубедить.

Звонок Ричарда немного встряхнул меня. Не потому, что я сомневался в собственном здравом смысле; таких сомнений у меня не было. Но если даже мои ближайшие друзья обеспокоены, то (по крайней мере, с целью защиты Майка Морриса и других моих студентов) следует быть осторожным, когда мы будем знакомить с результатами наших исследований сообщество физиков и широкую публику.