Брайан Грин - Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности

Проект машины времени на червоточине

Я сначала изложу основную стратегию конструирования машины времени на червоточине, предложенную Томе, а в следующей секции обсужу трудности, которые встанут перед любым подрядчиком Томе, который может наняться для выполнения его плана.

Червоточина является гипотетическим туннелем сквозь пространство. Более привычный вид туннеля, подобный тому, что просверлен через склон горы, обеспечивает короткий путь от одного места к другому. Червоточины выполняют аналогичную функцию, но они отличаются от обычных туннелей в одном важном аспекте. Тогда как обычные туннели обеспечивают новый путь через существующее пространство, – гора и пространство, которое она занимает, существуют перед конструированием туннеля, – червоточина обеспечивает туннель от одной точки пространства до другой вдоль новой, ранее не существовавшей трубы пространства. Когда вы удаляете туннель сквозь гору, пространство, которое он занимал, все еще будет существовать. Когда вы удаляете червоточину, пространство, которое она занимала, исчезнет.

Рис. 15.2а иллюстрирует червоточину, соединяющую универмаг "Квик-Е-Март" и Спрингфилдскую атомную электростанцию, но рисунок вводит в заблуждение, поскольку червоточина выглядит как протянувшаяся через воздушное пространство Спрингфилда. Более точно, червоточина должна мыслиться как новая область пространства, которая стыкуется с обычным, привычным пространством только в ее концах – ее входных отверстиях. Если во время прогулки по Спрингфилду вы просматриваете небеса в поиске червоточины, вы ее не увидите. Единственный способ увидеть червоточину будет забежать в "Квик-Е-Март", где вы найдете ее начало в обычном пространстве – одно входное отверстие червоточины. Посмотрев через начало, вы увидите внутренность атомной электростанции в местоположении второго входного отверстия, как на Рис. 15.2b. Другое, вводящее в заблуждение свойство Рис. 15.2а, то, что червоточина не выглядит как короткий путь. Мы можем зафиксировать это путем модификации рисунка, как на Рис. 15.3. Как вы можете видеть, обычный путь от атомной электростанции до "Квик-Е-Марта" в самом деле длиннее, чем новый пространственный проход через червоточину. Искривления на Рис. 15.3 отражают трудности в рисовании геометрии ОТО на странице, но рисунок дает интуитивное представление о новой связи, которую обеспечивает червоточина.

(а) (b)

Рис 15.2(а) Червоточина, протянутая от Квик-Е-Марта к атомной электростанции. (b) Вид через червоточину, открывающийся от входного отверстия в Квик-Е-Марте ко входному отверстию в атомной электростанции.

Рис 15.3Геометрия, которая более ясно показывает, что червоточина является коротким путем. (Входное отверстие червоточины на самом деле внутри Квик-Е-Марта и атомной электростанции, хотя это тяжело показать в таком представлении).

Никто не знает, существуют ли червоточины, но много десятилетий назад физики установили, что они допускаются математикой ОТО, так что являются честной игрой в теоретическом исследовании. В 1950е Джон Уилер с сотрудниками был среди первых исследователей по изучению червоточин, и он открыл многое из их фундаментальных математических свойств. Более недавно, однако, Томе и его соратники обнаружили полное богатство свойств червоточин путем осознания, что они не только могут обеспечивать короткие пути через пространство, они могут также обеспечивать короткие пути сквозь время.

Идея такова. Представим, что Барт и Лиза стоят на противоположных концах Спригфилдсовской червоточины, – Барт на электростанции, Лиза в "Квик-Е-Марте", – лениво переговариваясь друг с другом о том, что подарить Гомеру к его дню рождения, когда Барт принимает решение предпринять короткую трансгалактическую экскурсию (чтобы принести Гомеру немного любимых им андромедянских рыбных палочек). Лиза не любительница поездок, но, так как она всегда хотела посмотреть на Андромеду, она уговаривает Барта перенастроить его входное отверстие червоточины на его корабль и взять его с собой, так что она сможет видеть, что происходит. Вы можете подумать, что это значит, что Барт будет растягивать червоточину до большей длины, в то время как будет продолжаться его путешествие, но это предполагало бы, что червоточина соединяет "Квик-Е-Март" и корабль Барта через обычное пространство. Это не так. И, как проиллюстрировано на Рис. 15.4, благодаря чудесам геометрии ОТО длина червоточины может оставаться фиксированной во время всего вояжа. Это ключевой момент. Даже если ракета Барта достигнет Андромеды, его удаление от Лизы через червоточину не изменится. Этим проясняется роль червоточины как короткого пути сквозь пространство.

Для определенности скажем, что Барт ограничивается 99,999999999999999999 процентами от скорости света и путешествует четыре часа, направляясь к Андромеде, все это время продолжая общаться с Лизой через червоточину, точно так же, как они это делали перед полетом. Когда корабль достигает Андромеды, Лиза просит Барта замолчать, чтобы она смогла рассмотреть вид без помех. Она раздражена его настойчивым желанием быстро своровать бутерброды с рыбными палочками, улететь и отправиться назад в Спрингфилд, но соглашается поддерживать связь до возвращения. Четырьмя часами и несколькими дюжинами раундов в крестики-нолики позже Барт благополучно опускает свой корабль на лужайке Спрингфилдсовского университета.

(с) Рис 15.4(а) Червоточина, соединяющая Квик-Е-Март и атомную электростанцию, (b) Нижнее отверстие червоточины перенесено (из атомной электростанции) во внешнее пространство (на пространственный корабль, здесь не показанный), (с) Отверстие червоточины достигает галактики Андромеда; другое отверстие все еще находится в Квик-Е-Марте. Длина червоточины неизменна на протяжении всего путешествия.

Однако, когда он выглядывает в окно корабля, он слегка приходит в шок. Здания выглядят полностью другими, а информационное табло, плавающее высоко над роллербольным стадионом, выдает дату около 6 миллионов лет после его отбытия. "Круто!?!", говорит он сам себе, но моментом позже все становится ясно. СТО, которую он вспоминает из задушевной беседы, которую он недавно имел с Неудачником Бобом (еще один персонаж сериала о Симпсонах, злейший враг Барта), гарантирует, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее тикают ваши часы. Если вы отправляетесь в пространство с высокой скоростью, а затем возвращаетесь, то на борту вашего корабля может пройти только несколько часов, тогда как тысячи или миллионы лет, если не больше, протекут в соответствии с часами у кого-то стационарного. Короткий расчет подтверждает Барту, что при скорости, с которой он путешествовал, восемь часов, истекших на корабле, означают 6 миллионов лет, прошедших на Земле. Данные на информационном табло верны; Барт осознает, что он оказался далеко в земном будущем.