Путешествия во времени

Рафаил Нудельман • 16 мая 2016
Эта мечта настолько глубоко въелась в наше сознание, что даже известные ученые и философы всерьез обсуждают сегодня, возможны ли такие путешествия, и если да, то почему к нам самим до сих пор не заявились пришельцы из будущего?

    Заметим при этом одну особенность: все обсуждающие эту возможность молчаливо предполагают, что и то, что уже было («прошлое»), и то, чего еще не было («будущее»), уже существуют «где-то во времени», и, двигаясь по нему, можно туда попасть, оставаясь при этом такими, как «сейчас».

    Так вот, путешествия в будущее в определенном смысле слова осуществимы. Слетав в космос и обратно на околосветовой скорости, можно, не очень даже постарев, заглянуть в любое самое далекое будущее. То же самое можно сделать, проведя какое-то время в местах с очень сильной гравитацией. (Я не обсуждаю сейчас практическую осуществимость этих вариантов.) Но вернуться во времени назад — совсем иное дело, ибо, как легко понять, путешествия в прошлое могут нарушить причинно-следственную цепь событий и привести к сложнейшим парадоксам. Со времен Уэллса фантасты сотни, если не тысячи раз мусолили все мыслимые вариации таких «временных петель» и их логически невозможных решений. (Каюсь, я тоже когда-то приложил к этому руку: в нашем с А. Громовой романе «В Институте времени идет расследование» герой, вернувшись в прошлое, убивает не дедушку, как почему-то принято у всех фантастов, а самого себя. Лему понравилось, как мы потом выкручивались из этого логического противоречия.)

    Но то фантасты. А что говорит по этому поводу физика? Оказывается, физика заявляет, что при некоторых определенных допущениях путешествия во времени, теоретически говоря, возможны, и эти теоретически (или гипотетически) возможные физические способы путешествия во времени распадаются на три большие группы: перемещение с помощью сверхсветовых скоростей, использование так называемых замкнутых траекторий искривленного пространства-времени вблизи массивных вращающихся тел и, наконец, «прокалывание» черной дыры по «туннелю времени». Теперь разберемся по порядку.

    Скорость света, согласно теории относительности, — это максимально возможная скорость перемещения физических объектов и информации в нашей Вселенной. Однако уже в начале ХХ века известный теоретик

    А. Зоммерфельд выдвинул предположение, что в природе могут существовать частицы, движущиеся со сверхсветовыми скоростями, —«тахионы». Теоретическое изучение особенностей этих гипотетических частиц, проведенное полвека спустя Танакой, Сударшаном, Терлецким и другими, показало, что их свойства противоположны свойствам обычных, досветовых частиц («тардионов»). Два эти мира, мир тахионов и мир тардионов, разделяет непроницаемая преграда в виде светового барьера: тахионы существуют только по одну его сторону, тардионы — только по другую. По замечательному выражению физика Ника Герберта, «однажды тахион — навсегда тахион».

    Значит, и этот «слабый вариант» путешествия в прошлое — передача туда информации с помощью сверхсветовых сигналов — тоже, видимо, запрещен природой.

    Интересно, что Эйнштейн уже в 1905 году в своей первой статье о теории относительности счел необходимым специально отметить, что сверхсветовые скорости «не могут существовать». А выдающийся астрофизик Артур Эддингтон разъяснил, почему это так: «Предельность скорости света — это наша защита от переворачиваемости прошлого и будущего. Последствия, которые могла бы породить возможность передачи сигналов быстрее света, столь чудовищны, что о них даже не хочется думать».

    Заметим, однако, что эти предостережения не смущают энтузиастов поиска сверхсветовых скоростей.

    О возможном методе перемещения во времени заговорили после того, как в 1949 году знаменитый математик Курт Гедель (коллега Эйнштейна по принстонскому Институту высших исследований) открыл новое решение эйнштейновых уравнений тяготения, в котором тенденция Вселенной коллапсировать под действием собственной тяжести (тяготения) в точности компенсируется центробежной силой, порожденной вращением Вселенной как целого. Для такой компенсации наша Вселенная, по Геделю, должна совершать один полный оборот каждые 70 миллиардов лет (возраст нашей Вселенной, если помните, составляет 13-14 миллиардов лет).

    Теория Геделя предсказывает, что при такой скорости вращения свойства пространства-времени меняются так, что во Вселенной могут возникнуть некие замкнутые пути, двигаясь по которым путешественник может перейти в будущее, описать петлю и вернуться в собственное время в той же точке, откуда начал путь. Но поскольку дармовых завтраков, как известно, не бывает, такая, как ее называют, замкнутая времяподобная петля (ЗВП) не может быть меньше определенной «критической длины», которая, по тем же расчетам, составляет (для нашей Вселенной) около 100 миллиардов световых лет. Впрочем, вселенную Геделя, в которой такое путешествие возможно, нельзя на самом деле сравнивать с нашей Вселенной, ибо она статична, то есть не расширяется и не сжимается, тогда как наша, реальная Вселенная не только расширяется, но к тому же, судя по изотропности «остаточного излучения», и не вращается.

    Очередное возможное решение эйнштейновых уравнений тяготения впервые открыл новозеландский физик Рой Керр. Черная дыра Керра, подобно всем черным дырам, тоже имеет односторонне пропускающую «мембрану» в виде «горизонта», через который свет и вещество могут войти в дыру, но не могут выйти, а также «сингулярность» в центре. Но в данном случае, в отличие от статичной (невращающейся) дыры, эта сингулярность имеет вид не точки, а кольца, окружающего ось вращения. Это делает возможным (в принципе) достижение каким-нибудь космическим кораблем центра керровской дыры без того, чтобы быть раздавленным бесконечной кривизной (и приливными воздействиями) пространства-времени.

    Более того, решение Керра допускает даже прохождение корабля «сквозь самый центр» дыры, то есть сквозь центральное кольцо на «другую» его сторону. Расчеты показывают, что «по ту сторону» дыры находится «отрицательное» пространство-время, в котором либо расстояния и время, либо гравитация становятся негативными. Представить себе «отрицательное расстояние» нормальному человеку, думается, не под силу, но зато «отрицательное тяготение» представимо легко — это попросту отталкивание (то есть не «стягивающая», а «распирающая» сила, нечто вроде той загадочной «темной энергии», или «квинтэссенции», которая, по нынешним представлениям, повинна в том, что наша Вселенная расширяется не равномерно, а ускоренно).

    Эта особенность керровских дыр приводит, как показывают расчеты, к возможности совершения путешествий в прошлое. Если пересечь плоскость центрального кольца, спуститься «ниже», в область отрицательного пространства-времени, совершить там несколько оборотов вокруг оси вращения дыры и снова подняться «над» кольцом, то можно прибыть туда раньше, чем вышел, и притом тем раньше, чем больше кругов совершил. Плохо лишь, что вылететь обратно из дыры такой путешественник не сможет, поскольку его не выпустит «горизонт».

    Но и тут теория приходит на помощь неутомимым искателям приключений, поскольку дальнейшие исследования керровских дыр показали, что могут существовать и сверхбыстрые черные дыры, в которых действие вращательного момента (центробежная сила) превосходит действие массы (гравитацию), и это приводит к удивительнейшей особенности: у такой дыры исчезает «горизонт», остается одна лишь «ничем не покрытая», «обнаженная» сингулярность. В таком случае путешественник во времени может без опаски спуститься к центру дыры, пройти под ее центральное кольцо, совершить желаемое число оборотов и вернуться не только выше кольца, но и вообще на Землю — никакой «горизонт» не будет ему в этом препятствовать. Такая возможность так взволновала в свое время некоторых физиков, что Роджер Пенроуз даже выдвинул предположение о некой «космической цензуре», запрещающей существование «обнаженных» сингулярностей, а Стивен Хокинг высказал гипотезу о «сохранности хронологии» — согласно этой гипотезе, «природа сама заботится, чтобы историки не сталкивались с нарушениями причинности».

    Нам, интересующимся возможностями путешествий во времени, куда важнее, однако, тот выяснившийся в ходе этих дискуссий факт, что все перечисленные выше возможности таких путешествий являются в высшей степени сомнительными. Оказалось, что те решения уравнений Эйнштейна, на которых эти возможности основаны, получены при весьма существенных упрощениях. Даже учет очевидных реальных деталей (наличия вещества в черной дыре или изотропии «остаточного» излучения) уже приводит к выводу о неустойчивости или даже полной невозможности таких состояний, как вращающаяся вселенная Геделя или сверхбыстрая дыра Керра.

    Конечно, нельзя исключить, что кому-нибудь еще удастся со временем найти какие-то другие, более реалистические решения, тоже содержащие ЗВП, то есть возможность путешествий во времени, но пока что, судя по всему, интерес к поискам в этих направлениях угас (я обнаружил за последние годы лишь одного их энтузиаста). Поэтому самым популярным — и среди физиков, и среди фантастов с их читателями — стал третий возможный способ путешествий во времени: с помощью «прокалывания», или прохождения насквозь, статичной черной дыры вдоль так называемого туннеля времени. (Этим словосочетанием я несколько свободно перевожу английское «timewarp».) Такой способ особенно энергично популяризирует американский теоретик Кип Торн.

    Идеи Торна восходят к теоретическому открытию Эйнштейна и Розена, которые еще в 1935 году пришли к выводу, что уравнения теории тяготения допускают решения, в которых, наряду с нашей Вселенной, существует еще и «вселенная-2», соединенная с нашей неким проходом, этаким «червячным туннелем» (wormhole), по которому можно перейти из одной вселенной в другую, но лишь на сверхсветовых скоростях. Как мы уже знаем, сверхсветовые переходы в обычном пространстве-времени невозможны, но Торн выдвинул предположение, что они становятся возможными в искривленном пространстве-времени вблизи черной дыры.

    Вблизи ее центра искривляется трехмерное пространство, и для наглядности нужно представить, что оно само погружено в некое «гиперпространство», которое можно «проколоть» вдоль трехмерной «хорды», или «червячного туннеля» длиной, скажем, в один километр, и снова выйти в трехмерное пространство на расстоянии в десятки световых лет от точки входа. Проведя сложные расчеты, Торн доказал, что такой туннель может возникнуть в центре дыры спонтанно при условии, что его будет распирать некая «экзотическая энергия» (на самом деле, все та же «отрицательная гравитация») и что в таком случае две черные дыры, соединенные таким туннелем, могут быть использованы как способ «сверхсветового» перемещения в космическом пространстве.

    Далее Торн проанализировал простейший случай, когда две такие дыры, входная и выходная, соединенные очень коротким туннелем, движутся друг относительно друга. Он показал, что для предмета, проходящего сквозь такой туннель, время входа в одну дыру и выхода из второй практически одинаково (из-за крайне малой длины туннеля), тогда как для внешнего наблюдателя эти моменты различаются и в некоторых случаях движения могут даже поменяться местами, то есть путешественник как бы прибудет к этому наблюдателю из будущего, и такой туннель станет, по существу, «машиной времени». Сейчас Торн вместе с группой учеников продолжает эти исследования, пытаясь найти теоретические указания на то, как лучше обеспечить устойчивость туннелей и безопасность их прохождения.

    Может, и в самом деле мы скоро сможем увидеть динозавров?