Тайны квантового мира. О парадоксальности пространства и времени - Олег Фейгин

Астрономам обнаружение антигравитационной квинтэссенции принесло не только радость научного открытия, но и множество трудноразрешимых проблем. Так, под угрозой оказался проверенный временем стандартный сценарий развития модели Большого взрыва. В то же время существует довольно много скептически настроенных ученых, которые вообще отказываются верить в само существование темной энергии и вызванное ею ускоренное расширение пространства. Сейчас уже можно сказать, что открытие удивительной квинтэссенции застигло врасплох не только астрономов, но и привыкших ко всяческим сюрпризам природы физиков-теоретиков, похоже, что вначале им просто нечего было предложить по существу. Пока же ясно одно: незначительная часть нашего мира состоит из обычного вещества, включающего известные и неизвестные еще нам частицы, а подавляющая его часть имеет форму вакуумоподобной энергии, однородно разлитой по всей Вселенной.

Происхождение гравитационных волн

Наблюдаемое сейчас ускоренное расширение Вселенной можно представить в виде гигантских волн пространства-времени, масштаб которых превышает размер видимой части Вселенной. Тут достаточно вспомнить, что теория гравитации Эйнштейна вполне допускает существование своеобразной «мертвой зыби» из волн тяготения на ранних стадиях эволюции Мироздания. Тогда может иметь место космологический сценарий, по которому пространственно-временная рябь, образовавшаяся на самом раннем этапе рождения нашего мира, со временем превращается в гигантские гравитационные волны, ускоряющие разлет далеких галактик.

Как-то раз знаменитый астроном и писатель-фантаст Карл Саган решил написать романтико-героическое произведение о мужественных астрономах, ищущих, несмотря на трудности и насмешки, разумную жизнь во Вселенной. В ходе углубленной проработки сюжета Саган твердо решил хотя бы на книжных страницах наградить стойких искателей собратьев по разуму открытием контакта с одной из высших цивилизаций. При этом Саган не был бы ученым, не сведя контактную информацию к передаче схемы некоего очень загадочного агрегата. Впрочем, здесь писатель был не столь уж оригинален, повторив идею романа «Андромеда» другого, не менее знаменитого астрофизика Фреда Хойла. Так, Хойл в соавторстве с Дж. Эллиотом заставил своих героев, руководствуясь межгалактическими сигналами, построить не только уникальный вычислительный комплекс, но и с его помощью создать сигома — искусственную особь, несущую черты инопланетного разума. И хотя у Хойла — автора «Черного облака» это ни к чему хорошему не привело, он самым серьезным образом вознамерился довести свое литературное дело до настоящей научной модели контакта с инопланетным разумом, «создав» транспортное устройство, полностью соответствующее общепринятым физическим принципам.

Поскольку сообщество первоклассных физиков-теоретиков совсем не велико, Сагану не составило труда выделить в нем еще одного потенциального «фантазера», широко известного в научном мире своими блестящими оригинальными работами в области теории гравитации и космологии, — Кипа Торна.

Торна весьма заинтересовали идеи Сагана, и он тут же создал творческий коллектив из своих аспирантов и студентов для построения математических моделей путешествия во Вселенной и их последующего обсчета. К тому времени уже давно было известно, что уравнения теории относительности имеют решения, из которых вытекает принципиальная возможность практически мгновенных пространственно-временных прыжков по особым траекториям, лежащим как бы вне нашего пространства. Этот удивительный факт обнаружил еще сам Эйнштейн вместе со своим сотрудником Натаном Розеном. Математическая схема таких подпространственных переходов получила название «мостики Эйнштейна — Розена». Впрочем, даже немногочисленные в те годы физики-теоретики полагали, что мостики Эйнштейна — Розена вряд ли существуют в реальности и их тем более нельзя использовать для космических путешествий. Однако Торн и его сотрудники убедительно математически доказали, что пространственно-временной канал можно не только искусственно создать, но и поддерживать в «рабочем» открытом состоянии. Для этого только необходимо заполнить внутренний объем подпространственного туннеля неким экзотическим антигравитационным веществом, наподобие уэллсовского кейворита из романа «Первые люди на Луне» или «сгущенки» из вселенской темной энергии, оказывающим «распирающее» давление на окружающие материальные тела. Подобная субстанция должна иметь отрицательную массу и антигравитировать, отталкивая от себя обычное вещество материи. Созданный с ее помощью канал будет напоминать червоточину в яблоке мира, где мы обитаем на поверхности. Подобная «червоточина» в пространстве-времени могла бы «накоротко» связать любые отдаленные области нашей Галактики и даже межгалактические просторы. Естественно, что поскольку пространство и время в теории относительности жестко связаны, то тут же возникает принципиальная возможность использовать такую «кротовую нору» из нашей реальности и как машину времени.

Сотрудничество Сагана и Торна привело к появлению научно-фантастического бестселлера «Контакт», вскоре положенного в основу очень зрелищного одноименного фильма. Ну а соответствующие исследования коллектива физиков-теоретиков под руководством Торна породили многочисленные публикации, вызвавшие большой научный резонанс.

Работы Торна заставили вспомнить ученых не только о мостиках Эйнштейна — Розена, но и о пространственно-временных туннелях выдающегося физика Д. Уилера. Уилер и ввел вместе с термином «черная дыра» выражения — «кротовая нора», «червоточина» и «червячный ход».

Фантастика «подпространственного перехода»