Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Поскольку сообщество первоклассных физиков-теоретиков совсем не велико, Сагану не составило труда выделить в нем еще одного потенциального «фантазера», широко известного в научном мире своими блестящими оригинальными работами в области теории гравитации и космологии, — Кипа Торна.

Торна весьма заинтересовали идеи Сагана, и он тут же создал творческий коллектив из своих аспирантов и студентов для построения математических моделей путешествия во Вселенной и их последующего обсчета. К тому времени уже давно было известно, что уравнения теории относительности имеют решения, из которых вытекает принципиальная возможность практически мгновенных пространственно-временных прыжков по особым траекториям, лежащим как бы вне нашего пространства. Этот удивительный факт обнаружил еще сам Эйнштейн вместе со своим сотрудником Натаном Розеном.Математическая схема таких подпространственных переходов получила название «мостики Эйнштейна — Розена». Впрочем, даже немногочисленные в те годы физики-теоретики полагали, что мостики Эйнштейна — Розена вряд ли существуют в реальности и их тем более нельзя использовать для космических путешествий. Однако Торн и его сотрудники убедительно математически доказали, что пространственно-временной канал можно не только искусственно создать, но и поддерживать в «рабочем» открытом состоянии. Для этого только необходимо заполнить внутренний объем подпространственного туннеля неким экзотическим антигравитационным веществом, наподобие уэллсовского кейворита из романа «Первые люди на Луне» или «сгущенки» из вселенской темной энергии, оказывающим «распирающее» давление на окружающие материальные тела. Подобная субстанция должна иметь отрицательную массу и антигравитировать, отталкивая от себя обычное вещество материи. Созданный с ее помощью канал будет напоминать червоточину в яблоке мира, где мы обитаем на поверхности. Подобная «червоточина» в пространстве-времени могла бы «накоротко» связать любые отдаленные области нашей Галактики и даже межгалактические просторы. Естественно, что поскольку пространство и время в теории относительности жестко связаны, то тут же возникает принципиальная возможность использовать такую «кротовую нору» из нашей реальности и как машину времени.

Сотрудничество Сагана и Торна привело к появлению научно-фантастического бестселлера «Контакт», вскоре положенного в основу очень зрелищного одноименного фильма. Ну а соответствующие исследования коллектива физиков-теоретиков под руководством Торна породили многочисленные публикации, вызвавшие большой научный резонанс.

Работы Торна заставили вспомнить ученых не только о мостиках Эйнштейна — Розена, но и о пространственно-временных туннелях выдающегося физика Д. Уилера. Уилер и ввел вместе с термином «черная дыра» выражения — «кротовая нора», «червоточина» и «червячный ход».

Фантастика «подпространственного перехода»

Фантастам уже давно тесно в узких рамках евклидова пространства, ведь даже разогнаться в нем можно лишь до скорости света. На помощь воображению здесь приходят самые разнообразные «подпространственные переходы», «субквантовые скачки», «проколы пространства», «сверхсветовые прыжки» и прочие забавные выдумки. Хотя, как оказывается, над подобными вещами размышляют и вполне серьезные ученые…

Карл Саган со спускаемым марсианским модулем автоматической межпланетной станции «Викинг»

Коллапсионный провал кротовой норы

Маршрут перехода по лоренцевской червоточине

В ходе исследования вариантов пространственно-временных путешествий выяснилось, что для них неплохо подходят довольно узкие «червоточины», получившие название лоренцевских, по имени одного из создателей теории относительности, известного голландского физика Хендрика Антона Лоренца.

Успех романа Сагана и особенно поставленного по его мотивам фильма, а также последующие публикации Торна вызвали самый горячий интерес к проблеме межпространственных переходов. Вскоре выявились два основных направления исследований — квантовое и полуклассическое. Квантовые червоточины подчиняются как уравнениям теории относительности, так и принципам квантовой механики, и вначале казалось, что они довольно неустойчивы. Первичные расчеты показывали, что космонавты, летящие по подпространственному туннелю червоточины, могут в любой момент «закуклиться» в коконе замкнутого пространства, который через мгновение раскроется в канал, ведущий в совершенно невообразимую точку пространства-времени. В отличие от этого полуклассические кротовые норы пролегают хоть и в сильно искривленном, но все же не кипящем вакууме пространства-времени, и вроде бы на первый взгляд должны быть устойчивее своих квантовых аналогов. Поскольку их поведение более предсказуемо, долгое время считалось, что они лучше подходят для перемещений во времени, а не пространстве.

Однако уже на следующем витке развития исследований ситуация кардинально поменялась и углубленные расчеты показали, что именно полуклассические червоточины скорее всего и будут наиболее нестабильны. Похоже, что переходы по таким каналам лишены всякого научного смысла, поскольку все материальные тела, включая космонавтов или исследовательские зонды, тут же оказывались бы замкнутыми в иной реальности, с иными физическими законами и иным числом измерений. Трудно сказать, что произошло бы в этом случае с живой и тем более мыслящей материей. Например, замечательный математик и популяризатор науки Мартин Гарднерв своем рассказе «Нульсторонний профессор» высказывает мысль, что ничего страшного с человеком в иных измерениях не произойдет, главное — правильно построить алгоритм возвращения в наш мир, который математики любят называть четырехмерным многообразием, а физики — пространственно-временным континуумом. Наглядно представить себе путешествие в подпространственном канале иных измерений довольно трудно, если не сказать — невозможно, однако здесь нам на помощь приходит художественное воображение замечательного голландского графика Мориса Эсхера, создавшего целую галерею «невозможных» пространственных проекций.