Кратчайшая история времени - Хокинг Стивен Уильям (книги бесплатно читать без TXT) 📗
Глава десятая
КРОТОВЫЕ НОРЫ И ПУТЕШЕСТВИЯ ВО ВРЕМЕНИ
В предыдущих главах мы показали, как менялись наши взгляды на природу времени с течением лет. До начала двадцатого столетия люди верили в абсолютное время. Иначе говоря, каждому событию можно было однозначно приписать число, называемое «временем», и все исправные часы должны были показывать одинаковый интервал времени между двумя событиями. Однако открытие постоянства скорости света для любого наблюдателя независимо от его движения, привело к созданию теории относительности и отказу от идеи единственного абсолютного времени. Моменты времени для событий стало невозможно определить однозначным образом. Оказалось, что каждый наблюдатель имеет свою собственную меру времени, фиксируемую его часами, и вовсе необязательно, что показания часов разных наблюдателей сойдутся. Таким образом, время стало более субъективным понятием, относящимся к наблюдателю, который его измеряет. Тем не менее время трактовали так, будто это прямая железнодорожная линия, по которой можно двигаться только вперед или назад. А что, если железнодорожная линия ветвится или имеет окружные пути и поезд, двигаясь вперед, возвращается на станцию, которую уже проезжал? Другими словами, можно ли путешествовать в будущее или в прошлое? Такую возможность исследовал Герберт Уэллс в «Машине времени», а вслед за ним и бессчетное множество других фантастов. Однако многие из идей научной фантастики, такие как подводные лодки и путешествия на Луну, стали научными фактами. Так каковы перспективы путешествий во времени?
Путешествия в будущее возможны. Теория относительности показывает, что можно создать машину времени, которая перенесет вас в будущее (рис. 30). Вы входите в нее, ждете, выходите и обнаруживаете, что на Земле прошло гораздо больше времени, чем протекло для вас. Сегодня мы не располагаем технологиями, позволяющими осуществить подобное, но это лишь дело техники: мы знаем, что это возможно. Один из способов построения такой машины времени состоит в том, чтобы использовать парадокс близнецов, который мы обсуждали в гл. 6. Данный способ предполагает, что машина времени, в которой вы сидите, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы хотите отправиться) и затем возвращается назад. Вас не должно удивлять, что машина времени по совместительству является космическим кораблем, потому что согласно теории относительности время и пространство взаимосвязаны. В любом случае на протяжении всей процедуры единственным «местом» для вас будет помещение машины времени. Когда же вы выйдете наружу, то убедитесь, что на Земле минуло больше времени, чем прошло для вас. Вы совершили путешествие в будущее. Но сможете ли вернуться? Можем ли мы создать условия, необходимые для путешествия назад во времени?
Первый намек на то, что законы физики позволяют людям путешествовать назад во времени, появился в 1949 г ., когда Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна, то есть новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения общей теории относительности. Уравнениям Эйнштейна удовлетворяет много различных математических моделей Вселенной. Они различаются, например, начальными или граничными условиями. Мы должны проверить их физические предсказания, чтобы решить, соответствуют ли они Вселенной, в которой мы живем.
Как математик Гедель прославился своим доказательством того, что не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения предмета столь ясно очерченного и формального, как арифметика. Подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную. Гедель познакомился с общей теорией относительности, когда на склоне лет работал с Эйнштейном в Принстонском институте перспективных исследований. Пространство-время Гёделя имело любопытную особенность: Вселенная у него вращалась как целое.
Какой смысл несет в себе утверждение, что вращается вся Вселенная? Вращаться — значит крутиться вокруг чего-то, но не подразумевает ли это существование неподвижного центра вращения? Так что можно было бы спросить: вращается относительно чего? Ответ носит несколько технический характер, но в основном сводится к тому, что удаленная материя вращается относительно направлений, на которые указывают оси волчков или гироскопов. В пространстве-времени Гёделя вращение имеет математический побочный эффект, состоящий в том, что если бы кто-то удалился на большое расстояние от Земли, а затем вернулся, то он мог бы попасть на Землю до того момента, когда отправился в путь.
Эйнштейна сильно расстраивало то, что его уравнения допускают подобное решение. Он полагал, что общая теория относительности не должна позволять путешествия во времени. Но решение Гёделя, хотя и удовлетворяет уравнениям Эйнштейна, не соответствует Вселенной, в которой мы живем. Наблюдения показывают, что наша Вселенная не вращается — по крайней мере, это не заметно. Кроме того, вселенная Гёделя не расширяется, как наша. Однако за минувшие годы ученые, анализирующие уравнения Эйнштейна, нашли другие структуры пространства-времени, приемлемые с точки зрения общей теории относительности и допускающие путешествие в прошлое. Тем не менее наблюдения микроволнового фона и данные о распространенности легких элементов свидетельствуют, что ранняя Вселенная не была искривлена так, как предусматривают эти модели и как требуется, чтобы стали возможны путешествия во времени. Тот же самый вывод следует и из теоретических выкладок, при условии что справедливо предположение об отсутствии границ. Итак, вопрос сводится к следующему: если Вселенная изначально не искривлена так, как требуется для путешествий во времени, удастся ли нам впоследствии деформировать ограниченные области пространства-времени настолько, чтобы это стало возможным?
И поскольку время и пространство взаимосвязаны, вас опять-таки не должно удивлять, что вопрос о путешествиях назад во времени тесно переплетается с проблемой перемещения на сверхсветовых скоростях. Нетрудно показать, что путешествия во времени предполагают сверхсветовые передвижения: сделав последний этап вашего путешествия перемещением назад во времени, вы сможете уложить всю вашу одиссею в сколь угодно короткий срок, а значит, сможете перемещаться с неограниченной скоростью! Но, как мы увидим, верно также и обратное: если вы способны перемещаться с неограниченной скоростью, то сможете и путешествовать назад во времени — одно невозможно без другого.
Проблема путешествий со сверхсветовой скоростью сильно занимает фантастов. Суть ее состоит в следующем: согласно теории относительности, отправив космический корабль к ближайшей звезде, альфе Центавра, которая находится на расстоянии около четырех световых лет, мы не можем рассчитывать, что его команда вернется к нам и сообщит о своих открытиях ранее чем через восемь лет. А если бы экспедиция отправилась к центру нашей Галактики, этот срок составил бы как минимум сто тысяч лет. Скверная ситуация для историй о межгалактических войнах!
Теория относительности оставляет одно утешение, опять-таки касающееся парадокса близнецов: можно сделать так, что космическим странникам путешествие покажется намного короче, чем оставшимся на Земле. Но немного радости в том, чтобы, проведя в космическом рейсе несколько лет, обнаружить по возвращении, что все, кого вы оставили, умерли тысячелетия назад. И дабы подогреть естественный человеческий интерес к своим историям, фантасты вынуждены были предположить, что однажды мы научимся перемещаться быстрее света. Большинство из них, кажется, не осознает того, что возможность перемещаться быстрее света влечет за собой в соответствии с теорией относительности и возможность путешествий в прошлое, как говорится в лимерике:
