Интерстеллар
Шрифт:
Как действует эта «гравитация в прошлое»? Я дам свою интерпретацию после того, как расскажу, что я знаю (или думаю, что знаю) о путешествиях назад во времени.
Путешествие во времени без балка: что я об этом (кажется) знаю
В 1987 году я с подачи Карла Сагана (см. главу 14 ) понял кое-что потрясающее о червоточинах. Если законы физики допускают существование червоточин, тогда теория относительности допускает их преобразование в машины времени. Отличный пример этого был открыт год спустя моим близким другом Игорем
Рис. 30.3. Червоточина как машина времени
На рис. 30.3 нижнее устье червоточины находится на орбите вокруг черной дыры, а верхнее – вдалеке от нее.
Поскольку черная дыра обладает сильным гравитационным притяжением, эйнштейновский закон искривления времени утверждает, что у нижнего устья червоточины время течет медленнее, чем у верхнего. Медленнее – относительно пути интенсивного гравитационного притяжения, который проходит через внешнюю Вселенную (фиолетовый пунктир). Будем считать, что это дало отставание в один час, то есть если сравнить показания часов во внешней Вселенной, то часы у нижнего устья будут показывать на час меньше, чем часы у верхнего. И дальше это отставание будет расти.
Поскольку внутри червоточины гравитационное притяжение крайне невелико, то, согласно эйнштейновскому закону искривления, время в верхнем устье червоточины течет с той же скоростью, что и в нижнем. Поэтому если сравнивать показания часов для пути сквозь червоточину, отставания не будет – часы будут синхронизированы.
Предположим, расстояние от устья до устья во внешней Вселенной мало настолько, что вы можете пройти его за пять минут по показаниям часов, ну а путь сквозь червоточину займет у вас минуту. В таком случае червоточина уже является машиной времени: вы покидаете верхнее устье по показаниям верхних часов в 2:00 и через внешнюю Вселенную движетесь к нижнему устью, прибыв туда в 2:05 по верхним часам и в 1:05 по нижним. Затем вы за одну минуту добираетесь по червоточине от нижнего ее устья до верхнего. Поскольку относительно пути сквозь червоточину часы сверху и снизу синхронизированы, вы прибудете к верхнему устью в 1:06 по показаниям и тех и других часов. Вы оказались в начальной точке своего путешествия на 54 минуты раньше своего же отбытия в 2:00 и встретили младшую версию самого себя.
Ранее, когда разница по времени между устьями была гораздо меньше, червоточина еще не была машиной времени. Но она стала ею в тот момент, когда нечто, двигаясь с максимально возможной скоростью – скоростью света, – смогло пройти ваш путь и вернуться назад к верхнему устью точно в момент своего отправления.
Если это нечто – квант света (фотон), то выходит, что мы начали с одного фотона, а теперь в начальном месте и в начальное время их уже два. После того как эти два фотона пройдут тот же путь, мы получим в том же месте и в то же время уже четыре фотона, затем восемь, затем шестнадцать!.. Сквозь червоточину течет крещендо энергии, и, возможно, гравитация этой энергии уничтожит червоточину в тот самый момент, когда она станет машиной времени.
Казалось бы, это несложно предотвратить, просто оградив червоточину от фотонов. Однако кое от чего отгородиться не выйдет – от сверхвысокочастотных квантовых флуктуаций света, флуктуаций, которые неизбежно существуют, согласно законам квантовой физики (см. главу 26 ). В 1990 году Сунг Вон Ким (постдокторант из моей исследовательской группы) и я использовали законы квантовой физики, чтобы рассчитать, во что выльются эти флуктуации. Результатом оказался нарастающий взрыв (рис. 30.4). Сначала мы подумали, что силы такого взрыва недостаточно, чтобы уничтожить червоточину, и она станет машиной времени, несмотря на взрыв.
Рис. 30.4. Квантовые флуктуации света, путешествуя по красному пути, нарастают, приводя к взрыву в тот момент, когда червоточина становится машиной времени
Стивен, однако, был настолько уверен, что недопустимость машины времени в конце концов будет доказана, что сформулировал «гипотезу защиты хронологии». Она гласит, что законы физики всегда будут препятствовать путешествию назад во времени, «оставляя Вселенную безопасной территорией для историков».
Многие исследователи в течение последних двадцати лет старались найти доказательство или опровержение этой гипотезы Хокинга. Итог, на мой взгляд, остается тем же, что и в начале девяностых, когда мы со Стивеном обсуждали этот вопрос: нас рассудят только законы квантовой гравитации.
Путешествие во времени через балк
Все эти исследования и выводы – обоснованные предположения – базируются на законах физики, которые преобладают вне балка с «большим» (то есть несвернутым) пятым измерением. Что же будет с путешествиями во времени, если принять существование «большого» балка, как в «Интерстеллар»?
Нам, физикам, законы теории относительности кажутся столь универсальными, что мы предполагаем, что они справедливы для балка не меньше, чем для нашей браны. Поэтому Лиза Рэндалл, Раман Сандрам и другие распространили законы Эйнштейна на балк нехитрым способом – добавив пространству одно измерение. Математически такое расширение выглядит просто и изящно, будто намекая, что физики на верном пути. В Кип-версии такое расширение служит исходным пунктом в вычислениях профессора Брэнда и в его попытках разобраться с гравитационными аномалиями (см. главу 25 ).
Если такое умозрительное расширение корректно, тогда в балке время ведет себя в целом так же, как и в нашей бране. В частности, объекты и сигналы в балке, так же как и в бране, могут двигаться в локально замеренном времени (локальном времени балка) лишь в одном направлении – от прошлого к будущему. Они не могут двигаться во времени назад, оставаясь в тех же пространственных координатах. Если в балке путешествие назад во времени допустимо, этого можно достичь, лишь перемещаясь в пространстве балка и вернувшись до начала путешествия, но при этом всегда двигаясь вперед в локальном времени балка. Это аналог путешествия туда-обратно на рис. 30.3 для балка.
Сообщения для Мёрф: интерпретация физика
Такое понимание времени лежит в основе Кип-интерпретации для передачи сообщений от Купера к Мёрф.
Вспомните, что тессеракт – это объект, грани которого обладают тремя пространственными измерениями, а его внутренняя часть – четырьмя. Эта внутренняя часть относится к балку. Все, что мы видим в сценах с тессерактом, происходит в его гранях: Купер, Мёрф, спальня Мёрф, стержни спальни, мировые трубки книг и часов – все это располагается в гранях тессеракта. Нам не показывают внутреннюю часть тессеракта, да мы и не сможем ее увидеть, поскольку свет распространяется лишь в трех измерениях, а не в четырех. Однако четвертое измерение доступно гравитации.