Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности



страница25/34
Дата04.05.2018
Размер9.31 Mb.
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   34
Рис 15.1 Фантастический подход к телепортации воображает наличие двух удаленных друг от друга камер с квантово запутанными частицами и предполагает проведение подходящих совместных измерений частиц, составляющих объект, который должен быть телепортирован, с частицами в одной из камер. Результат этого измерения должен затем обеспечить необходимую информацию, чтобы произвести действия с частицами во второй камере для воспроизведения объекта и завершения телепортации.
Заметим, однако, что на сегодняшний день каждый этап в этой макроскопической версии квантовой телепортации фантастичен. Объект, подобный ДеЛорену, имеет в избытке миллиарды миллиардов миллиардов частиц. Хотя экспериментаторы развлекаются с оборудованием, запутывающим более одной пары частиц, они экстремально далеки от достижения количества, соответствующего макроскопическим сущностям.[6] Установка двух камер запутанных частиц, таким образом, находится до смешного далеко за пределами сегодняшней досягаемости. Более того, совместное измерение двух фотонов было само по себе тяжелым и впечатляющим подвигом. Распространение его на совместное измерение миллиардов и миллиардов частиц является на сегодняшний день невообразимым.

С нашей сегодняшней точки зрения, непредвзятая оценка должна привести к заключению, что телепортация макроскопического объекта, по крайней мере способом, на сегодняшний день примененным для отдельной частицы, удалена от нас на эпохи – если не на вечность.

Но, поскольку единственной неизменной вещью в науке и технологии является превосходство голосов "против" от массы предсказателей над голосами "за" энтузиастов, я просто отмечу очевидное: телепортация макроскопических тел выглядит маловероятно. Хотя, кто знает? Сорок лет назад компьютер Энтерпрайза тоже выглядел достаточно маловероятным.[7]
Загадки путешествия во времени

Не отрицается, что жизнь была бы другой, если телепортация макроскопических объектов была бы столь же легкой, как вызов FedEx (крупнейшего мирового перевозчика разнообразных грузов) или запрыгивание в вагон метро. Несбыточные или невозможные путешествия стали бы достижимыми, а концепция путешествия через пространство была бы революционизирована до такой степени, при которой скачок в удобстве и практичности ознаменовал бы фундаментальный сдвиг в мировоззрении.

Даже при этих условиях влияние телепортации на наше восприятие вселенной бледнеет в сравнении с потрясением, которое могло бы быть произведено достижением путешествий через время по желанию. Каждый знает, что при достаточном усилии и желании мы можем, по крайней мере, в принципе, переместиться отсюда туда. Хотя имеются технологические ограничения на наши путешествия через пространство, внутри них границы наших путешествий регулируется нашим выбором и прихотью. Но перемещаться от сейчас в тогда? Наши ощущения подавляюще свидетельствуют, что это возможно, по большей части, одним путем: мы должны дожидаться этого – секунда должна следовать за секундой, когда тик за тиком "сейчас" методично движется к "тогда". И это предполагает, что "тогда" это позже, чем "сейчас". Если "тогда" предшествует "сейчас", ощущения диктуют, что такого пути нет совсем; путешествие в прошлое кажется невозможной альтернативой. В отличие от путешествий через пространство, путешествия через время кажутся чем угодно, кроме вопроса выбора и прихоти. Когда речь идет о времени, нас тащит вдоль одного направления, нравится нам это или нет.

Если бы мы были в состоянии плавать во времени так же легко, как мы плаваем в пространстве, наше мировоззрение не только изменилось бы, оно подверглось бы самому драматическому сдвигу в истории нашего вида. В свете такого несомненного потрясения, я часто поражался тому, как несколько людей осознали, что теоретические основы для одного вида путешествий во времени – путешествия во времени в будущее – имели место с ранних годов последнего столетия.



Когда Эйнштейн открыл природу пространства-времени СТО, он оформил программу для быстрого продвижения в будущее. Если вы хотите увидеть, что случится с планетой Земля через 1 000 или 10 000 или 10 миллионов лет в будущем, законы эйнштейновской физики говорят вам, как этого достичь. Вы строите транспортное средство, чья скорость может достичь, скажем 99,9999999996 процента от скорости света. На полной мощности вы направляетесь наружу в глубокое пространство на день, или десять дней, или на немногим более двадцати семи лет в соответствии с часами на вашем корабле, затем резко поворачиваете назад и направляетесь к Земле, опять на полной мощности. К вашему возвращению по земному времени истечет 1 000, или 10 000, или 10 миллионов лет. Это является необсуждаемым и экспериментально проверенным предсказанием СТО; это пример замедления времени при повышении скорости, описанный в Главе 3.[8] Конечно, поскольку корабли с такой скоростью находятся за пределами того, что мы можем построить, никто не проверил это предсказание буквально. Но, как мы обсуждали ранее, исследователи подтвердили предсказанное замедление времени на коммерческом авиалайнере, путешествующем с малой долей скорости света, точно так же, как на элементарных частицах вроде мюонов, носящихся через ускорители с очень близкой к световой скоростью (стационарный мюон рападается на другие частицы примерно в течение двух миллионных долей секунды, но чем быстрее он движется, тем медленее тикают его внутренние часы, и тем дольше мюон остается целым). Имеются все основания быть уверенным и нет никаких оснований не верить, что СТО точна и ее стратегия достижения будущего будет работать, как предсказано. Технология, а не физика, удерживает каждого из нас привязанным к этой эпохе.*
(*)"Хрупкость человеческого тела является другим практическим ограничением: ускорение, требуемое для достижения таких высоких скоростей в разумный промежуток времени находится далеко за пределами того, что тело может выдержать. Отметим также, что замедление времени дает, в принципе, стратегию, для достижения удаленных мест в пространстве. Если ракета покидает Землю и направляется к галактике Андромеды, двигаясь со скоростью в 99,999999999999999999 процентов от скорости света, нам придется ждать около 6 миллионов лет до ее возвращения. Но при такой скорости время на ракете замедлится относительно земного времени столь драматично, что при возвращении астронавт будет старше только на восемь часов (оставляя в стороне тот факт, что он или она не сможет пережить ускорения, чтобы достичь такой скорости, развернуться и, наконец, остановиться)."
Более тяжелая проблема, однако, возникает, когда мы думаем о другом виде путешествия во времени, путешествии в прошлое. Нет сомнений, вы знакомы с некоторыми из них. Например, имеется стандартный сценарий, в котором вы отправляетесь в прошлое и предотвращаете ваше собственное рождение. Во многих фантастических описаниях это достигается с применением насилия; однако любое менее радикальное, но столь же эффективное воздействие – такое как предотвращение встречи ваших родителей – может быть проделано так же легко. Парадокс ясен: если вы никогда не рождались, как вы могли появиться и, в особенности, как вы могли отправиться в прошлое и предотвратить встречу ваших родителей? Для путешествия в прошлое и удержания ваших родителей в отдалении друг от друга вы должны были родиться; но если вы родились, отправились в прошлое и удержали ваших родителей в отдалении, вы не смогли бы родиться. Мы неосторожно попали в логический тупик.

Сходный парадокс, предложенный философом из Оксфорда Майклом Дамметтом и модифицированный его коллегой Дэвидом Дойчем, дразнил разум слегка отличающимся, возможно, даже более сбивающим с толку образом. Вот одна из версий. Представим, что я построил машину времени и преместился на десять лет в будущее. После короткого ланча в Tofu-4-U (сеть, которая обошла МакДоналдс после того, как великая пандемия коровьего бешенства придавила публичное увлечение чизбургерами) я нашел ближайшее интернет-кафе и смог посмотреть онлайн, какие достижения были сделаны в теории струн. И получил роскошный сюрприз. Я прочитал, что все открытые задачи в теории струн были решены. Теория была полностью разработана и успешно использована для объяснения всех известных свойств частиц. Неопровержимые доказательства для дополнительных размерностей были найдены, и предсказания теории о свойствах суперсимметричных партнеров частиц – их массах, электрических зарядах и так далее – были уже в точности подтверждены Большим Адронным Коллайдером. Больше не осталось никаких сомнений: теория струн является единой теорией вселенной.

Когда я немного глубже посмотрел, кто ответственен за такие великие достижения, я был удивлен куда больше. Прорывную статью написала годом раньше никто иной как Рита Грин. Моя мать. Я был шокирован. Это не означает неуважение: моя мать замечательная личность, но она не ученый, не может понять, почему кое-кто становится ученым и, например, прочитала только несколько страниц Элегантной вселенной перед тем, как закрыть книгу, сказав, что от нее разболелась голова. Так как же она могла написать ключевую статью по теории струн? Ну, я прочитал ее статью онлайн, был поражен простыми, однако глубоко проницательными обоснованиями и увидел в конце, что она благодарит меня за несколько лет интенсивных инструкций по математике и физике после семинара Тони Роббинса*, склонившего ее к преодолению своих опасений и нашедшего внутри нее физика. Черт, думаю я. Она просто записалась на этот семинар, когда я отправился в мое путешествие в будущее. Мне лучше направиться назад в мое собственное время, чтобы начать инструкции.
(*)"Известный в США отец-основатель индустрии "живого кучинга" (оно же нейролингвистическое программирование, оно же мотивационный тренинг) – лекционных курсов, призванных вскрыть внутренний потенциал слушателей, помочь им преодолеть страхи и в итоге добиться успеха вне зависимости от области деятельности. – (прим. перев.)"
Итак, я возвращаюсь во времени, чтобы преподавать моей матери теорию струн. Но дело движется плохо. Проходит год. Затем второй. И хотя она сильно старается, она все еще не постигает теории. Я начинаю волноваться. Мы стоим перед теорией вторую пару лет, но прогресс минимален. Теперь я на самом деле разволновался. Больше не остается времени перед тем, как предполагается, что появится ее статья. Как она может написать ее? Наконец, я принимаю большое решение. Когда я читал ее статью в будущем, она произвела на меня такое впечатление, что я запомнил ее слово в слово. Так что вместо того, чтобы заставить мою мать совершить открытие самостоятельно, – что выгядит все менее и менее вероятным, – я скажу ей, что ей написать, удостоверившись, что она включит в текст в точности все, что я запомнил, читая ее статью. Она опубликует статью, что немедленно вызовет мировой пожар в физике. Все, о чем я прочитал во время моего пребывания в будущем, произойдет.

Теперь имеется головоломная проблема. Кто должен был подсказать переворачивающую основы статью моей матери? Определенно не я. Я изучил результаты, прочитав их в ее статье. Однако, как моя мать могла получить результат, когда она написала только то, что я ей сказал? Конечно, проблема здесь на самом деле не только в подсказке, – проблема в том, откуда взялось новое знание, новое прозрение и новое понимание, представленное в статье моей матери. На кого я могу указать и сказать: "Этот человек или этот компьютер явился источником новых результатов"? У меня озарения не было, не было его и у моей матери, это не касалось никого другого, и мы не использовали компьютер. Тем не менее, как-то все эти замечательные результаты оказались в ее статье. Очевидно, в мире, который позволяет путешествие как в будущее, так и в прошлое, знания могут материализоваться из разреженного воздуха. Хотя это не совсем уж так парадоксально, как предотвращение вашего собственного рождения, это безусловно странно.

Что мы можем сделать с таким парадоксом и странностью? Должны ли мы заключить, что раз уж путешествия во времени в будущее допускаются законами физики, любая попытка вернуться в прошлое должна провалиться? Некоторые определенно думают так. Но, как мы сейчас увидим, имеются пути в обход сложной проблемы, на которую мы натолкнулись. Это не означает, что путешествия в прошлое возможны, – это отдельная проблема, которую мы коротко рассмотрим, – но это показывает, что путешествия назад во времени не могут быть просто исключены обращением к загадке, которую мы только что обсудили.
Пересмотр загадки

Повторим, что в Главе 5 мы обсуждали течение времени с точки зрения классической физики и натолкнулись на образ, который существенно отличается от нашей интуитивной картины. Аккуратные размышления привели нас к представлению о пространстве-времени как о блоке льда, в котором каждый момент навсегда заморожен на месте, в противоположность привычному образу времени как реки, несущей нас вперед от одного момента к следующему. Эти замороженные моменты группируются в разные виды настоящего – в события, которые происходят в одно и то же время, – разным образом у наблюдателей, находящихся в разных состояниях движения. И чтобы обобщить эту гибкость разрезания блока пространства-времени на различные понятия "сейчас", мы также использовали эквивалентную аналогию, в которой пространство-время выглядит как батон хлеба, который может быть разрезан под разными углами.

Но, независимо от аналогии, урок Главы 5 в том, что моменты – события, составляющие пространственно-временной батон, – просто есть. Они вечные. Каждый момент – каждое событие или происшествие – существует, точно так же, как каждая точка в пространстве существует. Моменты не приходят на мгновение к жизни, когда освещаются "пятном света" от присутствия наблюдателя; этот образ хорошо согласуется с нашей интуицией, но не выдерживает логического анализа. Вместо разового освещения моменты освещаются всегда. Моменты не изменяются. Моменты есть. Быть освещенным является просто одним из многих неизменных свойств, которые составляют момент. Это особенно очевидно из показательной, хотя и воображаемой точки зрения Рис. 5.1, на котором показаны все события, составляющие историю вселенной; они все здесь, статические и неизменные. Различные наблюдатели не согласятся с тем, какие события происходя одновременно, – они делают временной разрез пространственно-временного батона под разными углами, – но полный батон и его составляющие события буквально универсальны.

Квантовая механика предлагает определенные модификации к такому классическому взгляду на время. Например, мы видели в Главе 12, что на экстремально коротких расстояниях пространство и пространство-время становятся неизбежно волнистыми и ухабистыми. Но (Глава 7) полная оценка квантовой механики и времени требует разрешения проблемы квантовомеханического измерения. Одно из предложений, как это сделать, многомировая интерпретация, особенно уместна для переписывания парадоксов, возникающих от путешествий во времени, и мы обсудим ее в следующей секции. Но в этой секции давайте останемся на классической почве и подведем описание пространства-времени в виде блока льда/батона хлеба к рассмотрению этой загадки.

Возьмем парадоксальный пример вашего возвращения назад во времени и предотвращения встречи ваших родителей. Интуитивно мы все знаем, что это должно означать. Перед вашим путешествием во времени в прошлое ваши родители встретились, – скажем, когда пробила полночь 31 декабря 1965*, на новогодней вечеринке, – и в свое время ваша мать родила вас. Затем много лет спустя вы решили отправиться в прошлое, – назад в 31 декабря 1965, – и оказавшись там, вы изменяете вещи; в особенности, вы удерживаете ваших родителей на расстоянии друг от друга, предотвращая ваше собственное зачатие и рождение. Но теперь столкнем это интуитивное описание с более полным рассмотрением описания времени в виде пространственно-временного батона.
(*)"Конечно, я на самом деле должен сказать 1 января 1966, но не будем об этом беспокоиться."
По своей сути, интуитивное описание теряет смысл, поскольку оно предполагает, что моменты могут быть изменены. Интуитивная картина воображает бой часов в полночь 31 декабря 1965 (используя стандартную земную шкалу времени), как "изначально" бывший момент встречи ваших родителей, но воображает дальше, что ваше вмешательство "впоследствии" изменяет вещи так, что с боем часов в полночь 31 декабря 1965 между вашими родителями оказались мили, если не континенты. Проблема с этим изложением событий, однако, в том, что моменты не изменяются; как мы видели, они просто есть. Пространственно-временной батон существует фиксированно и неизменно. Не имеет смысла для моментов быть "изначально" в одной ситуации, а "впоследствии" быть в другой ситуации.

Если вы переместились во времени в декабрь 1965, тогда вы были там, вы всегда были там, вы всегда будете там, вы никогда не будете в другом месте. 31 декабря 1965 не происходило дважды с вашим отсутствием в дебюте, но с присутствием "на бис". С точки зрения вечности на Рис. 5.1 вы существуете – статично и неизменно – в разных местах пространственно-временного батона. Если сегодня вы запустили вашу машину времени, чтобы она послала вас в 11:50 вечера 31 декабря 1965, тогда этот последний момент будет среди положений в пространственно-временном батоне, в которых вы можете быть найдены. Но ваше присутствие на праздновании Нового 1965 года будет вечным и не подлежащим изменению свойством пространства-времени.

Это рассмотрение все еще приводит нас к странным заключениям, но оно позволяет избежать парадокса. Например, вы появились в пространственно-временном батоне в 11:50 вечера 31 декабря 1965, но перед этим моментом там не было записи о вашем существовании. Это странно, но не парадоксально. Если некий парень увидел ваше появление в 11:50 вечера и спросил вас с испугом в глазах, откуда вы взялись, вы можете невозмутимо ответить: "Из будущего". В этом сценарии, по крайней мере, до настоящего времени, мы не попадали в логический тупик. Конечно, вещи получатся более интересными, если вы затем попытаетесь выполнить вашу миссию и удержать ваших родителей от встречи. Что произойдет? Ну, тщательно придерживаясь точки зрения "пространственно-временного" блока, мы неизбежно придем к заключению, что вы не сможете добиться успеха. Не важно, что вы сделаете на этом зловещем новогоднем празднике, вы потерпите неудачу. Удержать ваших родителей на расстоянии друг от друга, – в то время как это кажется находящимся в пределах достижимых для вас вещей, – на самом деле означает логическую белиберду. Ваши родители встретились с боем часов в полночь. Вы были там. И вы "всегда" были там. Каждый момент просто есть; он не изменяется. Применение концепции изменения к моменту имеет почти такой же смысл, как применение психоанализа к камню. Ваши родители встретились с боем часов в полночь 31 декабря 1965 и ничто не может изменить этого, поскольку их встреча является непреложным, неизменным событием, вечно занимающим свое пятнышко в пространстве-времени.

Фактически, теперь, когда вы думаете об этом, вы вспоминаете, что однажды в вашем детстве, когда вы спросили своего отца, на что было похоже предложение вашей матери, он сказал вам, что он никогда не планировал предложить ей руку. Он просто встретил вашу мать перед тем, как задать главный вопрос. Но примерно за десять минут до полуночи на новогодней вечеринке он был так напуган, увидев возникновение человека из ничего, – человека, который заявил, что он из будущего, – что когда он встретился с вашей матерью, он решил сделать ей предложение прямо на месте.

Смысл в том, что полный и неизменный набор событий в пространстве-времени с необходимостью подгоняет их друг к другу в гармоничное самосогласованное целое. Вселенная создает смысл. Если вы путешествуете назад во времени в 31 декабря 1965, вы на самом деле выполняете ваше собственное предназначение. В пространственно-временном батоне там имелся некто, присутствующий в 11:50 вечера 31 декабря 1965, кто не был там в более раннее время. С воображаемой внешней точки зрения на Рис. 5.1, вы были бы в состоянии увидеть это непосредственно; вы также смогли бы неопровержимо увидеть, что эта персона есть вы в вашем текущем возрасте. Для этих событий, произошедших десятилетия назад, чтобы сохранить смысл, вы должны отправиться назад во времени в 1965. Более того, с нашей сторонней точки зрения мы можем увидеть вашего отца, задающего вам вопрос точно после 11:50 вечера 31 декабря 1965, выглядящего испуганным, убегающего и встречающего вашу мать в полночь; немногим далее вдоль батона вы можете увидеть бракосочетание ваших родителей, ваше рождение, ваше дальнейшее детство и, еще позже, ваше вступление в машину времени. Если путешествия во времени были бы возможны, мы уже не смогли бы объяснять события в одно время исключительно в терминах событий в более ранние времена (с любой заданной точки зрения); но полная совокупность событий с необходимостью составляла бы осмысленную, логически последовательную, непротиворечивую историю.

Как подчеркивалось в последней секции, это не означает при любом напряжении воображения, что путешествия во времени в прошлое возможны. Но это строго показывает, что обозначенные парадоксы, такие как предотвращение вашего собственного рождения, сами возникли из логических ошибок. Если вы путешествуете во времени в прошлое, вы можете изменить его не более, чем вы можете изменить число π. Если вы путешествуете в прошлое, вы есть, были и всегда будете частью прошлого, той самой частью, которая привела вас к путешествию туда.

С внешней точки зрения на Рис. 5.1 это объяснение как убедительно, так и логически последовательно. Обследуя всю полноту событий в пространственно-временном батоне, мы видим, что она сцеплена с жесткой структурой космического кроссворда. Однако, с вашей точки зрения на 31 декабря 1965, вещи все еще загадочны. Я утверждал выше, что даже если вы могли бы попытаться удержать ваших родителей от встречи, в классическом подходе вы не добились бы успеха в этой задаче. Вы можете видеть, как они встречаются. Вы можете даже помочь их встрече, возможно, нечаянно, как я коротко изложил. Вы могли бы отправляться назад во времени неоднократно, так что там присутствовало бы много вас, каждый с намерением предотвратить союз ваших родителей. Но, чтобы успешно предотвратить встречу ваших родителей, должно было бы измениться нечто, в отношении чего концепция изменения бессмысленна.

Но даже после осмысления этих абстрактных наблюдений, мы можем попытаться спросить: Что остановит вас от достижения цели? Если вы стоите на вечеринке в 11:50 вечера и видите вашу юную мать, что остановит вас от того, чтобы увезти ее? Или, если вы видите вашего юного отца, что остановит вас от того, чтобы – о, ужасно даже просто сказать это, – застрелить его? Разве вы не имеете свободы воли? Это именно то место, где с некоторыми допущениями может вступить в игру квантовая механика.


Свобода воли, многомирье и путешествие во времени

Свобода воли коварная проблема даже в отсутствие усложняющего фактора путешествия во времени. Законы классической физики детерминистичны. Как мы говорили ранее, если вы знаете точно, каковы вещи сейчас (положения и скорости каждой частицы во вселенной), законы классической физики скажут вам точно, каковы вещи были или будут в любой выбранный вами момент. Уравнения не зависят от предполагаемой свободы человеческой воли. Некоторые понимают, что это означает, что в классической вселенной свобода воли должна быть иллюзией. Вы сделаны из собрания частиц, так что, если законы классической физики должны были определять все относительно ваших частиц в любой момент, – где они были, как они двигались и так далее, – ваша сознательная способность определять ваши собственные действия оказывается полностью подорванной. Это рассуждение убеждает меня, но те, кто верит, что мы являемся чем-то большим, чем сумма наших частиц, могут не согласиться.

В любом случае применимость таких наблюдений ограничена, поскольку наша вселенная является квантовой, а не классической. В квантовой физике, физике реального мира, имеется схожесть с такой классической точкой зрения; имеются также потенциально главнейшие различия. Как вы читали в Главе 7, если вы знаете квантовую волновую функцию прямо сейчас для каждой частицы во вселенной, уравнение Шредингера подскажет вам, какой волновая функция была или будет в любой другой выбранный вами момент времени. Эта часть квантовой физики полностью детерминистична, точно так же, как и в классической физике. Однако, акт наблюдения усложняет квантовомеханическую историю и, как мы видели, все еще подогревает дебаты вокруг проблемы квантового измерения до крайних пределов. Если физики однажды придут к заключению, что уравнение Шредингера это все, что есть в квантовой механике, тогда квантовая физика в целом будет во всех отношениях так же детерминистична, как и классическая физика. Как и с классическим детерминизмом, некоторые могут сказать, что это означает, что свобода воли есть иллюзия; другие так не скажут. Но если мы в настоящее время потеряли часть квантовой истории, – если переход от вероятностей к определенным результатам требует чего-то вне стандартной квантовомеханической схемы, – тогда, как минимум, возможно, что свобода воли может найти конкретное воплощение в физических законах. Мы можем однажды найти, что, как рассуждают некоторые физики, акт сознательного наблюдения является существенным элементом квантовой механики, будучи катализатором выделения одного результата из квантового тумана.[9] Персонально мне это кажется экстремально маловероятным, но я не знаю пути, как избежать этого.

Результат тот, что статус свободы воли и ее роль внутри фундаментальных физических законов остаются неясными. Так что рассмотрим обе возможности, когда свобода воли есть нечто иллюзорное и когда свобода воли есть нечто реальное.

Если свобода воли иллюзия, и если путешествия во времени в прошлое возможны, тогда ваша неспособность предотвратить встречу ваших родителей не является загадкой. Хотя вы чувствуете так, как если бы вы имели контроль над вашими действиями, законы физики на самом деле дергают за ниточки. Когда вы идете, чтобы похитить вашу мать или застрелить вашего отца, законы физики оказываются на пути. Машина времени высадит вас в неправильной точке города, и вы прибудете после встречи ваших родителей; или вы попытаетесь нажать курок и пистолет выдаст осечку; или вы нажмете курок, но промажете мимо цели и вместо вашего отца умрет только его соперник на руку вашей матери, освободив путь для их союза; или, возможно, когда вы остановите машину времени, вы больше не захотите предотвращать встречу ваших родителей. Безотносительно к вашим намерениям, когда вы войдете в машину времени, ваши действия, когда вы выйдете, будут частью согласованного пространственно-временного сопротивления. Законы физики побьют все попытки противоречить логике. Все, что вы делаете, приспособится к ней совершенно. Это всегда было и всегда будет. Вы не сможете изменить неизменяемое.

Если свобода воли не иллюзия, и если путешествия во времени в прошлое возможны, квантовая физика дает альтернативные предположения для того, что может случиться, и это заметно отличается от формулировок, базирующихся на классической физике. Одна особенно убедительная схема, защищаемая Дойчем, использует многомировую интерпретацию квантовой механики. Вспомним из Главы 7, что в многомировой схеме каждый потенциальный исход, содержащийся в квантовой волновой функции, – проекция спина частицы такая или этакая, другая частица здесь или там, – реализуется в своей собственной, отдельной параллельной вселенной. Вселенная, о которой мы осведомлены в каждый данный момент времени, является лишь одной из бесконечного числа других, в которых каждая возможная эволюция, допустимая квантовой физикой, отдельно реализуется. В этой схеме попытка предположить, что свобода, которую мы чувствуем, чтобы сделать тот или этот выбор, отражает нашу возможность попасть в следующий момент в ту или иную параллельную вселенную. Конечно, поскольку через параллельные вселенные рассыпано бесконечно много копий вас и меня, концепции персональной идентичности и свободы воли нуждаются в интерпретации в этом расширенном контексте.

Поскольку есть путешествие во времени и потенциальные парадоксы, многомировая интерпретация предлагает новое решение. Когда вы перемещаетесь в 11:50 вечера в 31 декабря 1965, выхватываете ваше оружие, нацеливаете его на вашего отца и нажимаете курок, пистолет срабатывает и вы добиваетесь запланированной цели. Но поскольку это не то, что произошло во вселенной, из которой вы отправились в свою одиссею во времени, ваше путешествие должно произойти не только во времени, оно также должно произойти из одной параллельной вселенной в другую. Параллельная вселенная, в которой вы теперь находитесь, будет той, в которой ваши родители никогда не встретятся – вселенная, в которой нас убеждает многомировая интерпретация, находится не здесь (поскольку каждая возможная вселенная, совместимая с законами квантовой физики, находится не здесь). Так что в этом подходе мы не сталкиваемся с логическим парадоксом, поскольку имеются различные версии данного момента, каждый из который расположен в отдельной параллельной вселенной; в многомировой интерпретации как будто имеется бесконечно много пространственно-временных батонов, а не только один. В начальной вселенной ваши родители встретились 31 декабря 1965, вы родились, вы выросли, вы накопили неприязнь к своему отцу, вы заинтересовались путешествиями во времени, и вы отправились в такое путешествие в 31 декабря 1965. Во вселенной, в которой вы оказались, ваш отец был убит перед встречей с вашей матерью 31 декабря 1965 убийцей, утверждавшим, что он его сын из будущего. Ваш аналог никогда не рождался в этой вселенной, и это правильно, поскольку вы, который нажал на курок, имел родителей. Просто это то, что произошло в жизни в другой параллельной вселенной. Поверит ли кто-нибудь в этой вселенной в вашу историю или, вместо этого, вы будете выглядеть сумасшедшим, я не могу сказать. Но что ясно, так это то, что в каждой вселенной – в той, которую вы покинули, и в той, куда вы прибыли, – мы избегаем противоречащих самим себе обстоятельств.

Более того, даже в этом расширенном контексте ваша экспедиция во времени не изменила прошлого. Во вселенной, которую вы достигли, выше присутствие в 11:50 вечера 31 декабря 1965 не изменило этот момент: в этой вселенной вы присутствовали и всегда будете присутствовать в этот момент. Еще раз, в многомировой интерпретации каждая физически состоятельная последовательность событий происходит в одной из параллельных вселенных. Вселенная, которую вы достигли является одной из тех, в которых акты убийства, которые вы избрали, были реализованы. Ваше присутствие 31 декабря 1965 и все увечья, которые вы нанесли, являются частью не подлежащей изменению ткани реальности данной вселенной.

Многомировая интерпретация предлагает аналогичное разрешение для проблемы знаний, кажущихся материализовавшимися из ниоткуда, как в сценарии с написанной моей матерью решающей статьей по теории струн. В соответствии с многомировой интерпретацией в одной из мириадов параллельных вселенных моя мать быстро достигла уровня эксперта в теории струн и все, что я прочитал в ее статье, основано на ее собственных открытиях. Когда я предпринял мою экскурсию в будущее, моя машина времени доставила меня в такую вселенную. Результаты, которые я прочитал в статье моей матери, когда я был там, на самом деле были открыты аналогом моей матери в этом мире. Затем, когда я вернулся назад во времени, я попал в другую параллельную вселенную, одну из тех, где моя мать с трудом понимает физику. После многолетних попыток обучить ее, я сдался и, в конце концов, сказал ей, что написать в статье. Но в этом сценарии нет головоломки, связанной с тем, кто ответственен за прорыв. Открывателем является аналог моей матери во вселенной, в которой она гений в физике. Все, что произошло в результате моих различных путешествий во времени, так это то, что ее открытие было передано аналогу ее самой в другой параллельной вселенной. Предположение, что вы нашли параллельную вселенную, легче принять на веру, чем открытия без автора, – спорное утверждение, но оно обеспечивает менее непостижимое объяснение взаимосвязи знания и путешествия во времени.

Ни одно из предположений, которые мы обсуждали в этой или в предыдущих секциях, не является необходимым решением загадок и парадоксов путешествия во времени. Напротив, эти предположения нужны, чтобы показать, что загадки и парадоксы не исключают путешествия в прошлое, поскольку на нашем сегодняшнем уровне понимания физика обеспечивает возможный путь, чтобы обойти проблемы. Но неудача попытки вычеркнуть что-нибудь далеко не является доказательством его возможности. Так что мы теперь зададим главный вопрос:

Возможно ли путешествие во времени в прошлое?

Наиболее здравомыслящие физики ответят нет. Я скажу нет. Но, в отличие от определенного "нет", которое вы получите, если спросите, позволяет ли СТО массивным объектам ускориться до скорости света, а затем превзойти ее, или позволяет ли теория Максвелла частице с единичным электрическим зарядом распасться на частицы с двойным электрическим зарядом, это "нет" ограниченное.

Факт, что никто не показал, что законы физики абсолютно исключают направленное в прошлое путешествие во времени. Напротив, некоторые физики даже выложили гипотетические инструкции, как цивилизация с неограниченным технологическим ресурсом, оперируя полностью в пределах известных законов физики, может продвинуться к построению машины времени (когда мы говорим о машине времени, мы всегда имеем в виду нечто, что в состоянии перемещаться как в будущее, так и в прошлое). Предложения не имеют ничего общего с крутящейся штуковиной, описанной Гербертом Уэллсом, или ДеЛореном, усовершенствованным Доком Брауном в фильме "Назад в будущее". И все конструктивные элементы доводятся почти вплоть до ограничений известной физики, приводя многих исследователей к подозрению, что с последующими усовершенствованиями в нашем понимании законов природы существующие и будущие предложения для машин времени будут считаться за пределами того, что физически возможно. Но на сегодняшний день это подозрение основывается на хороших ощущениях и убедительной очевидности, но не на твердом доказательстве.

Сам Эйнштейн во время десятилетия интенсивных исследований, приведших к публикации ОТО, обдумывал вопрос о путешествии в прошлое.[10]Откровенно говоря, было бы странно, если бы он этого не делал. Поскольку его радикальная переработка пространства и времени отбросила долго признававшиеся догмы, всегда существовал вопрос, насколько далеко этот переворот зайдет. Какие свойства, если это имеет место, привычного, повседневного, интуитивного времени уцелеют? Эйнштейн почти никогда не писал о проблеме путешествия во времени, поскольку, по его собственной оценке, он никогда не получал тут ощутимых результатов. Но за десятилетия, следующие за появлением его статьи по ОТО, медленно, но верно другие физики достигли прогресса.

Среди самых ранних статей по ОТО, имевших отношение к машинам времени, были написанные в 1937 шотландским физиком B. ван Стокумом[11] и в 1949 коллегой Эйнштейна по Институту Перспективных Исследований Куртом Годелем. Ван Стокум изучал гипотетическую задачу в ОТО, в которой очень плотный и бесконечно длинный цилиндр приводится во вращательное движение относительно его (бесконечно) длинной оси. Хотя бесконечный цилиндр физически нереалистичен, анализ ван Стокума привел к интересному открытию. Как мы видели в Главе 14, массивные вращающиеся объекты утаскивают за собой пространство в воронкоподобный "водоворот". В этом случае "водоворот" столь существенен, что, как показывает математический анализ, не только пространство, но также и время будет захватываться воронкой. Грубо говоря, вращение поворачивает направление времени в свою сторону, так что циклическое вращение вокруг цилиндра приведет вас в прошлое. Если ваш ракетный корабль делает круг вокруг цилиндра, вы можете вернуться в вашу стартовую точку в пространстве до того, как вы отправились в свое путешествие. Определенно, никто не может построить бесконечно длинный вращающийся цилиндр, но эта работа была одним из первых указаний, что ОТО может не препятствовать путешествию во времени в прошлое.

Статья Годеля также изучала ситуацию, содержащую вращательное движение. Но вместо того, чтобы сфокусироваться на объекте, вращающемся внутри пространства, Годель изучил, что произойдет, если все пространство приведено во вращательное движение. Мах посчитал бы это бессмысленным. Если целая вселенная вращается, тогда нет ничего, по отношению к чему это обозначенное вращение происходит. Мах заключил бы, что вращающаяся вселенная и стационарная вселенная есть одно и то же. Но это представляет собой другой пример, в котором ОТО отказывается от полного совпадения с реляционистской концепцией пространства Маха. В соответствии с ОТО имеет смысл говорить о вращении целой вселенной, и с этой возможностью появляются простые наблюдаемые последствия. Например, если вы выстрелите лазерным лучом во вращающейся вселенной, ОТО показывает, что он будет путешествовать вдоль спиральной траектории, а не прямой линии (отчасти похожий путь вы увидели бы, отслеживая медленно движущуюся пулю, если вы выстрелили из игрушечного пистолета вверх, в то время как вы едете на карусели). Удивительным свойством анализа Годеля было обнаружение, что если ваш ракетный корабль следовал бы подходящей траектории во вращающейся вселенной, вы также смогли бы вернуться на ваше исходное место в пространстве до того времени, когда вы отбыли. Вращающаяся вселенная, таким образом, сама будет являться машиной времени.

Эйнштейн поздравил Годеля за его открытие, но предположил, что дальнейшие исследования могут показать, что решения уравнений ОТО, позволяющие путешествие в прошлое, не сойдутся с другими существенными физическими требованиями, делая их не более, чем математическими курьезами. По следам решения Годеля все более точные наблюдения минимизировали прямое значение его работы, установив, что наша вселенная не вращается. Но ван Стокум и Годель выпустили джинна из бутылки; в течение пары десятилетий было найдено еще больше решений уравнений Эйнштейна, позволяющих путешествие во времени в прошлое.

В последние десятилетия интерес к построению гипотетической машины времени был возобновлен. В 1970 Фрэнк Типлер заново проанализировал и обновил решение ван Стокума, а в 1991 Ричард Готт из Принстонского университета открыл другой метод построения машины времени с использованием так называемых космических струн (гипотетических бесконечно длинных нитеобразных остатков фазовых переходов в ранней вселенной). Все это были важные вклады в вопрос, но предложение, которое проще всего описать с использованием концепций, которые мы разрабатывали в предыдущих главах, было найдено Кипом Томе и его студентами в Калифорнийском Технологическом Институте. Они использовали червоточины (они же кротовые норы).


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.




c:\0\tkankosmosa_files\i2c9b9c9926 

(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.
c:\0\tkankosmosa_files\iaaf09842c8

Рис 15.3 Геометрия, 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.


c:\0\tkankosmosa_files\ia0637238ec

(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.

"...Барт! Алло, Барт!" – кричит Лиза из червоточины. – "Ты меня слышишь? Не переношу его. Я хочу ненадолго пойти домой пообедать". Барт смотрит в его входное отверстие червоточины и говорит Лизе, что он уже приземлился на лужайке Спрингфилдсовского университета. Поглядев более внимательно через червоточину, Лиза видит, что Барт говорит правду, но взглянув от "Квик-Е-Марта" в направлении Спрингфилдсовского университета, она не видит его корабля на лужайке. "Я ничего не понимаю", – говорит она.

"На самом деле это имеет точный смысл," – заносчиво отвечает Барт. – "Я приземлился у Спрингфилдсовского университета, но на 6 миллионов лет в будущем. Ты не можешь видеть меня, глядя из окна "Квик-Е-Марта", поскольку ты смотришь на правильное место, но ты не смотришь в правильное время. Ты смотришь на 6 миллионов лет раньше".

"О, ладно, это эффект СТО расширения времени," – соглашается Лиза. – "Круто. Но все равно, я хочу пойти домой пообедать, так что пролезай через червоточину, поскольку мы проголодались". "О"кей", – говорит Барт, проползая через червоточину. Он покупает пончик у Апу (хозяина супермаркета "Квик-Е-Март"), и они с Лизой направляются к дому.

Отметим, что хотя прохождение Барта через червоточину заняло у него момент, оно переместило его на 6 миллионов лет назад во времени. Он, и его корабль и входное отверстие червоточины приземлились в далеком будущем Земли. Если бы он осмотрелся, поговорил с людьми и ознакомился с новостями, все бы подтвердило этот факт. И еще, когда он прошел через червоточину и объединился с Лизой, он переместился назад в настоящее. То же самое было бы верно для любого другого, кто смог бы последовать за Бартом через входное отверстие червоточины: он также переместился бы на 6 миллионов лет назад во времени. Аналогично, любой, кто пролез бы через входное отверстие червоточины в "Квик-Е-Марте" и вылез бы из входного отверстия, оставленного Бартом в его корабле, переместился бы на 6 миллионов лет в будущее. Важный момент, что Барт не просто взял одно из входных отверстий червоточины в путешествие через пространство. Его путешествие также переместило входное отверстие червоточины через время. Путешествие Барта привело его и входное отверстие червоточины в будущее Земли. Короче, Барт преобразовал туннель сквозь пространство в туннель сквозь время; он переделал червоточину в машину времени.

Грубый способ визуализировать, что произошло, изображен на Рис. 15.5. На Рис. 15.5а мы видим червоточину, соединяющую одно пространственное место с другим, причем конфигурация червоточины нарисована так, чтобы подчеркнуть, что она лежит вне обычного пространства. На Рис. 15.5b мы показали эволюцию этой червоточины во времени, предполагая, что оба ее входных отверстия остаются стационарными. (Временные сечения те же самые, что и у стационарного наблюдателя). На Рис. 15.5с мы показали, что произойдет, когда одно из входных отверстий червоточины будет погружено в пространственный корабль и отправлено в путешествие по замкнутому маршруту. Время для движущегося входного отверстия, так же как время для движущихся часов, замедляется, так что движущееся входное отверстие перемещается в будущее. (Если один час истекает по движущимся часам, но тысяча лет проходит по стационарным часам, движущиеся часы будут перепрыгивать в будущее стационарных часов). Таким образом, вместо стационарного соединения входного отверстия червоточины через туннель червоточины с другим входным отверстием на том же самом временном сечении, она соединяет с входным отверстием на будущем временном сечении, как показано на Рис. 15.5с. Безотносительно к тому, как входные концы червоточины движутся дальше, разница во времени между ними остается фиксированной. В любой момент, если вы войдете в одно входное отверстие и выйдете из другого, вы станете путешественником во времени.


Построение машины времени на червоточине

Один план простроения машины времени теперь понятен. Этап 1: находим или создаем червоточину, достаточно широкую, чтобы в нее прошли вы или любой, кого вы хотите послать сквозь время. Этап 2: устанавливаем временное различие между входными отверстиями червоточины – скажем, путем движения одного отверстия относительно другого. Вот и все. В принципе.


c:\0\tkankosmosa_files\i6f9caf98fd

(с) Рис 15.5 (а) Червоточина, созданная в некоторый момент времени, соединяет одно место в пространстве с другим, (b). Если входное отверстие червоточины не движется относительно другого входного отверстия, они "перемещаются" сквозь время в одном и том же темпе, так что туннель соединяет две области в одно и то же время, (с) Если одно входное отверстие червоточины отправляется в путешествие по замкнутому маршруту (не показано), для этого входного отверстия протечет меньше времени, а потому туннель будет соединять две области пространства в различные моменты времени. Червоточина станет машиной времени.
Как насчет практики? Ну, как я упоминал в начале, никто не знает, даже существуют ли червоточины. Некоторые физики предполагали, что мельчайшие червоточины могут быть в изобилии в мельчайшей структуре пространственной ткани, постоянно воспроизводясь квантовыми флуктуациями гравитационного поля. Если так, пробема будет в увеличении их до макроскопического размера. Предложения, как это могло бы быть сделано, делались, но они находятся просто за пределами теоретических полетов фантазии. Другие физики воображали создание больших червоточин как инженерный проект по прикладной ОТО. Мы знаем, что пространство реагирует на распределение материи и энергии, так что при достаточном контроле над материей и энергией мы могли бы заставить область пространства породить червоточину. Этот подход представляет дополнительные трудности, поскольку точно так же, как мы должны проделать дырку в склоне горы, чтобы создать входное отверстие туннеля, мы должны проделать дырку в ткани пространства, чтобы создать входное отверстие червоточины.[12] Никто не знает, позволяются ли такие дырки в пространстве законами физики. Работа, к которой я имел отношение в теории струн (см. страницу 386), показала, что определенные виды пространственных дыр возможны, но до настоящего момента мы не имеем идей, могут ли эти разрезы быть пригодными для создания червоточин. Подводя черту, видим, что преднамеренное овладение макроскопическими червоточинами является фантазией, которая, в лучшем случае, предполагает очень долгий путь до реализации.

Более того, даже если мы как-то умудримся получить в наши руки макроскопическую червоточину, мы ничего не сможем сделать; мы все еще будем стоять перед парой существенных препятствий. Первое, в 1960х Уилер и Роберт Фуллер показали с использованием уравнений ОТО, что червоточины нестабильны. Их стенки имеют тенденцию схлопываться внутрь за долю секунды, что уничтожает из пригодность как средства путешествия. Однако, совсем недавно физики (включая Томе и Морриса, а также Мэтта Виссера) нашли, что есть потенциальный путь, обходящий проблему коллапса. Если червоточина не пуста, а напротив, содержит материал, – так называемую экзотическую материю, – которая может оказать расталкивающее давление на ее стенки, тогда может быть возможным удержать червоточину открытой и стабильной. Хотя это и похоже по своему эффекту на космологическую константу, экзотическая материя будет генерировать расталкивающую вовне отрицательную гравитацию посредством имеющейся у нее отрицательной энергии (а не просто отрицательного давления, характеризующего космологическую константу[13]). При в высшей степени специальных условиях квантовая механика допускает отрицательную энергию,[14] но монументальной проблемой будет сгенерировать достаточно экзотической материи, чтобы удержать макроскопическую червоточину открытой. (Например, Виссер рассчитал, что количество отрицательной энергии, необходимой для поддержания открытой червоточины в метр шириной грубо равно величине полной энергии, производимой Солнцем примерно за 10 миллионов лет.[15])

Второе, даже если мы каким-то образом найдем или создадим макроскопическую червоточину, и даже если мы как-то будем в состоянии удержать ее стенки от немедленного схлопывания, и даже если мы сможем индуцировать разницу времен между входными отверстиями червоточины (скажем, через круговой полет одного из входных отверстий с высокой скоростью), останется другая сложность овладевания машиной времени. Большое число физиков, включая Стивена Хокинга, подняли вопрос о возможности того, что вакуумные флуктуации – дрожания, возникающие из-за квантовой неопределенности, испытываемые всеми полями даже в пустом пространстве, обсужденные в Главе 12, - могут разрушить червоточину точно так же, как это может сказаться на положении, где окажется машина времени. Причина в том, что уже в момент, когда путешествие во времени через червоточину станет возможным, может вступить в игру разрушительный механизм обратной связи, чем-то похожий на визгливый шум, генерируемый, когда уровни микрофона и говорящего в звуковой системе не урегулированы должным образом. Вакуумные флуктуации из будущего могут проникнуть через червоточину в прошлое, где они затем могут распространиться через обычное пространство и время в будущее, войти в червоточину и пропутешествовать назад в прошлое снова, создавая бесконечный цикл через червоточину и наполняя ее все возрастающей энергией. Вероятно, такое интенсивное возрастание энергии разрушит червоточину. Теоретические расчеты подтверждают, что это реальная возможность, но необходимые расчеты находятся на пределе нашего текущего понимания ОТО – и квантовой механики в искривленном пространстве-времени, – так что пока здесь нет убедительного доказательства.

Проблемы с построением машины времени на червоточине, очевидно, безмерны. Но конечное слово не может быть произнесено до того, как будет усовершенствовано дальше наше умение в обращении с квантовой механикой и ОТО, возможно, через достижения в теории суперструн. Хотя на интуитивном уровне физики в целом согласны, что путешествия во времени в прошлое невозможны, на сегодняшний день вопрос еще предстоит полностью закрыть.


Космический туризм

Размышляя о путешествиях во времени, Хокинг обратил внимание на интересный момент. Почему, спрашивает он, если путешествия во времени возможны, мы не затоплены визитерами из будущего? Ну, вы можете ответить, может быть, мы и затоплены. И вы можете пойти дальше и сказать, что мы столько раз сажали путешественников во времени в закрытые (и охраняемые) места, что большинство из остальных не осмеливается идентифицировать себя. Конечно, Хокинг наполовину шутит, я делаю также, но он поднимает серьезный вопрос. Если вы верите, как и я, что нас никто не посещал из будущего, не эквивалентно ли это уверенности, что путешествия во времени невозможны? Конечно, если люди преуспели в построении машин времени в будущем, некоторые историки подпрыгнут от возможности получить грант на изучение, непосредственно и персонально, построения первой атомной бомбы, или первого путешествия на Луну, или первых шагов в реальном телевидении. Так что, если мы верим, что никто из будущего нас не посещал, возможно, мы неявно говорим, что мы верим, что никакая машина времени никогда не будет построена.

На самом деле, однако, это не обязательное заключение. Машины времени, которые до сих пор были предложены, не позволяют путешествовать в более раннее время, чем была простроена сама первая машина времени. Для машины времени на червоточине это легко увидеть, изучив Рис. 15.5. Хотя имеется разница во времени между входными отверстиями червоточины, и хотя эта разница позволяет путешествовать вперед и назад во времени, вы не сможете достичь времени перед моментом, когда разница была установлена. Сама червоточина не существует далеко слева на пространственно-временном батоне, так что нет способа, которым вы бы смогли использовать ее в этой области. Так что если первая машина времени построена, скажем, через 10 000 лет от сегодняшнего дня, этот момент, несомненно, будет привлекать множество туристов во времени, но все предыдущие моменты, вроде нашего, останутся недоступными.

Я нахожу забавным и неотразимым, что наше текущее понимание законов природы не только предлагает, как избежать кажущихся парадоксов путешествия во времени, но также предлагает средства для того, как путешествие во времени может на самом деле быть совершено. Хотелось бы не ошибиться: я числю себя среди здравомыслящих физиков, которые интуитивно чувствуют, что однажды мы исключим путешествия во времени в прошлое. Но до получения убедительного доказательства этого, я думаю, что обоснованно и приемлемо держать разум открытым. В самом крайнем случае, исследователи, сосредоточенные на этих проблемах, в значительной степени углубляют наше понимание пространства и времени в экстремальных условиях. В самом лучшем случае, они, возможно, делают первые критические шаги в направлении приобщения нас к пространственно-временному супершоссе. В конце концов, каждый момент, который проходит без достижения нами успеха в построении машины времени, является моментом, который навсегда останется вне нашей досягаемости и вне досягаемости всех, кто идет следом.

16 Будущее в намеках

ПАНОРАМА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ


Каталог: art -> theory -> Briyan Grin
art -> Вилена александровна развитие межкультурной компетенции студентов-лингвистов средствами
art -> Кодекс ткп 45 04-78-2007 (02250) установившейся практики
art -> Кодекс ткп 45 04-208-2010 (02250) установившейся практики
art -> Технический кодекс ткп 2006
art -> Сестринский процесс: пациент с нарушением целостности кожных покровов
art -> Технологии Raid – немного теории и практика использвания
art -> Диетическая добавка к пище
Briyan Grin -> Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   34


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница