Hиколай Непомнящий - Время - Назад XX век: Хроника необъяснимого

Они знали не только о "черных дырах". Им было также известно, что еще задолго до открытия этих объектов (открыли их "на кончике пера" физики-теоретики), сразу же после того, как немецкий математик Д. Гильберт и А. Эйнштейн вывели уравнения общей теории относительности, австрийский физик Л. Фламм нашел для них решение, описывающее два мира, соединенных «норой-каналом». Позднее такие решения изучал сам Эйнштейн и особенно подробно американский физик Дж. Уилер в связи с теорией элементарных частиц и пенообразного микропространства. И все эти работы завершились выводом, что, образовавшись естественным или искусственным путем, соединяющий миры канал будет сначала расширяться до некоторого максимального размера, а затем сожмется, сколлапсирует в тонкую нить, причем — как в рассмотренном выше случае вращающихся "черных дыр" — все это произойдет чрезвычайно быстро, проскочить сквозь него не успеет даже луч света.

В общем, для путешественников, которые пожелали бы воспользоваться каналом, связывающим один мир с другим, ситуация мало бы отличалась от падения в кратер "черной дыры" — и то и другое непроницаемо для материальных тел.

Чтобы нейтрализовать убийственные выводы теории, герои романа Сагана выдвинули гипотезу о том, что цивилизация Космических Предтечей использовала для стабилизации созданного ими транспортного канала какое-то неизвестное силовое поле, которое, в отличие от гравитации, не притягивает, а, наоборот, расталкивает тела, — что-то вроде антигравитации. Такое поле должно обладать отрицательной энергией, компенсирующей энергию тяготения. Чтобы связать концы с концами, в фантастических романах часто делаются самые невероятные допущения. Ну а для того чтобы в остальном быть как можно ближе к теории, Карл Саган послал рукопись своего романа знакомому физику-теоретику Кипу Торну из Калифорнийского технологического института с просьбой посмотреть, нет ли в рассуждениях его героев еще каких-либо неточностей.

Торн много занимался гравитационными расчетами и решить уравнения Гильберта — Эйнштейна для экзотического антигравитирующего вещества ему не составляло труда (теперь это решение опубликовано одним из американских журналов вместе с рассуждениями героев Сагана как упражнение для студентов-физиков). Результат вычислений получился именно таким, как и предсказывали герои романа, — изготовленный из антигравитирующего вещества переходной канал был устойчив, а действующие в нем силы по своей величине лишь незначительно превосходили те привычные для нас силы тяготения, с которыми мы имеем дело на Земле. Правда, для этого конструкция канала должна удовлетворять определенным условиям, но это уже дело техники. Важно, что физические законы не запрещают создания таких конструкции, остальное — задача космических зодчих будущего, если, конечно, в их распоряжении будет экзотический антигравитирующий материал с отрицательной энергией, а иначе прокалывающие пространство «норы-каналы» так и останутся на страницах научно-фантастических произведений.

А можно ли создать такое вещество, которое будет обладать свойством антигравитации и иметь отрицательную энергию? Из школьных учебников мы помним, что энергия — это запасенная работа. Ее можно перевести в тепло, нагрев окружающие тела. Отрицательная энергия связана с поглощением тепла. Если снова перейти на язык научной фантастики и предположить, что в наших руках граната из вещества с отрицательной энергией, то ее взрыв резко понизит температуру в окружающем пространстве. Помнится, есть даже рассказ о таком фантастическом оружии — "Иней на пальмах" называется.

Энергия вещества слагается из энергии, связанной с массой составляющих его частиц (вспомним известную формулу Эйнштейна: энергия равна массе, помноженной на квадрат скорости света), и энергии давления и натяжении, связанной с внутренними взаимодействиями. В одних случаях скажем, в баллоне сжатого газа — она положительна, в других — например, в ядре атома железа — отрицательна; как известно, для расщепления ядра на части необходимо совершить определенную работу. Однако во всех обычных веществах — твердых, жидких, газообразных — энергия, связанная с массой, больше энергии взаимодействий, и суммарная энергия вещества всегда положительна. В экзотическом же веществе, которое нужно для сооружения "кротовых нор", первое место занимает отрицательная энергия внутренних натяжений.

Средневековые алхимики искали философский камень, цари в русских народных сказках посылают своих слуг искать живую воду, чудо-кольчугу, волшебный меч… Но это все детские забавы по сравнению с задачей найти материал для "кротовых нор".

Еще совсем недавно физики были убеждены в том, что подобных веществ просто не бывает. И это, по видимому, так, если оставаться в рамках классической, неквантовой физики. Однако в области квантовых явлений ситуация иная. Благодаря всплескам спонтанных полей, рождению пар частиц и античастиц на очень короткое время энергия может стать несколько большей или меньшей ее среднею, классического значения, если последнее близко к нулю, полная энергия может стать отрицательной. Даже в вакууме, который обычно, как само собой разумеющееся, принимается за нулевой уровень энергии, есть области с положительной и области с отрицательной энер1иеи. Нуль получается лишь в среднем.

Конечно, все эти флуктуации происходят на уровне микроскопических, ультра-малых масштабов, а для построения "кротовых нор" нужны большие, скорее всего даже очень большие, космические количества вещества с отрицательной энергией. Однако в определенных условиях квантовое снижение энергии может захватывать огромные области. Например, в вакууме между двумя металлическими пластинками не могут рождаться кванты электромагнитного поля, длина волн которых превышает расстояние, разделяющее эти пластины. Образно говоря, для них там просто нет места — между пластинами умещается лишь часть волны. Значит, по сравнению с обычным состоянием вакуума, в пустом пространстве между металлическими пластинами меньше квантов и, следовательно, энергия вакуума там тоже занижена, то есть имеет отрицательное значение и может скомпенсировать часть гравитационной энергии.

Таким образом, в качестве строительного материала космические зодчие могут использовать пустоту — вакуум! Скажем прямо: вывод парадоксальный.

Расчеты Торна и его коллег показали, что если каждый из двух концов «норы» окружить шарообразной металлической оболочкой, то соответствующее снижение энергии вакуума внутри канала вполне достаточно для того, чтобы удержать его от «схлопывания» и сделать проходимым для путешественников.