Время - Назад XX век: Хроника необъяснимого
Шрифт:
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,
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,
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.
Так была решена, казалось бы, совершенно безнадежная задача. Опубликование в одном из ведущих научных журналов выводов американских физиков поразило даже видавших виды теоретиков. Не зря говорят, что современная наука фантастичнее любой научно-фантастической книги.
Конечно, проблемы этим не исчерпаны. Нужно еще придумать сам способ построения "кротовой норы". Может, для этого придется воспользоваться гравитационным коллапсом массивного тела, так как это имеет место при образовании канала "черной дыры", прикрывая образующиеся в пространстве вмятины-воронки металлическими заглушками, которые предохранят от полного «схлопывания». А может быть, космические инженеры изобретут какие-то новые подходы…
Размышляя над свойствами "кротовых нор" и приключениями героев романа Сагана, Торн и его коллеги придумали простую конструкцию машины времени (если только слово «простая» применимо к космическим сооружениям), позволяющую путешествовать в любых направлениях во времени — в будущее, в прошлое, куда угодно.
Поскольку лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, представим себе, что мы отправляемся в путешествие с помощью одной из таких машин. Это поможет нам нагляднее понять принцип ее действия.