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

Фантастам уже давно тесно в узких рамках евклидова пространства, ведь даже разогнаться в нем можно лишь до скорости света. На помощь воображению здесь приходят самые разнообразные «подпространственные переходы», «субквантовые скачки», «проколы пространства», «сверхсветовые прыжки» и прочие забавные выдумки. Хотя, как оказывается, над подобными вещами размышляют и вполне серьезные ученые…

Карл Саган со спускаемым марсианским модулем автоматической межпланетной станции «Викинг»

Коллапсионный провал кротовой норы

Маршрут перехода по лоренцевской червоточине

В ходе исследования вариантов пространственно-временных путешествий выяснилось, что для них неплохо подходят довольно узкие «червоточины», получившие название лоренцевских, по имени одного из создателей теории относительности, известного голландского физика Хендрика Антона Лоренца.

Успех романа Сагана и особенно поставленного по его мотивам фильма, а также последующие публикации Торна вызвали самый горячий интерес к проблеме межпространственных переходов. Вскоре выявились два основных направления исследований — квантовое и полуклассическое. Квантовые червоточины подчиняются как уравнениям теории относительности, так и принципам квантовой механики, и вначале казалось, что они довольно неустойчивы. Первичные расчеты показывали, что космонавты, летящие по подпространственному туннелю червоточины, могут в любой момент «закуклиться» в коконе замкнутого пространства, который через мгновение раскроется в канал, ведущий в совершенно невообразимую точку пространства-времени. В отличие от этого полуклассические кротовые норы пролегают хоть и в сильно искривленном, но все же не кипящем вакууме пространства-времени, и вроде бы на первый взгляд должны быть устойчивее своих квантовых аналогов. Поскольку их поведение более предсказуемо, долгое время считалось, что они лучше подходят для перемещений во времени, а не пространстве.

Однако уже на следующем витке развития исследований ситуация кардинально поменялась и углубленные расчеты показали, что именно полуклассические червоточины скорее всего и будут наиболее нестабильны. Похоже, что переходы по таким каналам лишены всякого научного смысла, поскольку все материальные тела, включая космонавтов или исследовательские зонды, тут же оказывались бы замкнутыми в иной реальности, с иными физическими законами и иным числом измерений. Трудно сказать, что произошло бы в этом случае с живой и тем более мыслящей материей. Например, замечательный математик и популяризатор науки Мартин Гарднер в своем рассказе «Нульсторонний профессор» высказывает мысль, что ничего страшного с человеком в иных измерениях не произойдет, главное — правильно построить алгоритм возвращения в наш мир, который математики любят называть четырехмерным многообразием, а физики — пространственно-временным континуумом. Наглядно представить себе путешествие в подпространственном канале иных измерений довольно трудно, если не сказать — невозможно, однако здесь нам на помощь приходит художественное воображение замечательного голландского графика Мориса Эсхера, создавшего целую галерею «невозможных» пространственных проекций.

А вот именно к квантовым червоточинам вывод о возможности путешествия в подпространстве не относится, они способны действовать достаточно долго, чтобы пропустить через свою горловину космический корабль со всеми его пассажирами. Но делать окончательные заключения еще рано. Квантовый червячный ход также часто будет работать с совершенно непредсказуемым результатом. Если вам надо лететь к Веге, вы можете попасть к Сириусу, а то и вовсе очутиться у динозавров. В общем, пока еще ученые не придумали конструкцию достаточно надежных кротовых нор для космической машины времени.

Исследования теоретиков также показывают, что антигравитационный материал с отрицательным давлением, необходимый для облицовки стен подпространственных туннелей, во многом похож на таинственную темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью. Физическая природа этой энергии пока еще непонятна. А ведь от ее свойств зависит судьба нашего мира. Так, не исключено, что в далеком будущем темная энергия может просто разорвать в клочья всю обычную материю от галактик до атомов. Однако есть и более оптимистичные сценарии будущего, в которых темная энергия потеряет стабильность и саморазрушится.

Мостики Эйнштейна — Розена чем-то напоминают подземные уличные переходы. Различие лишь в том, что подпространственные каналы соединяют не только разные части нашей Метагалактики, но и разные времена. Двигаясь вдоль червоточины, можно попасть как в отдаленный участок Вселенной, так и в другую эпоху. Космическая система кротовых нор, подобная описанной в романе К. Сагана, могла бы служить своеобразной транспортной сетью, быстро переносящей нас из прошлого в отдаленное будущее и обратно — в наше настоящее и в прошлое.

Однако насколько правдоподобны выводы физиков-теоретиков? Существуют ли в действительности червячные ходы в пространстве-времени, или же это всего лишь нереализуемые математические фантазии? Но тогда почему они не реализуются, ведь опыт убеждает нас в том, что в мире воплощается все, что не противоречит законам природы? И самый главный вопрос — можно ли предложить какие-либо реальные эксперименты, вплоть до создания искусственных подпространственных кротовых нор, пусть даже в отдаленном будущем, когда наша цивилизация станет достаточно развитой и мощной?

Путь в иные миры

В научно-фантастической литературе часто рассказывается о самых экзотичных способах преодолеть пространство и время. Там можно встретить и проколы трехмерного евклидова пространства, и нуль-транспортировки, не говоря уже о прыжках в подпространство и вневременных лифтах. Родилась даже своеобразная тактика будущих космических сражений, когда звездолеты землян уходят в подпространство и неожиданно выныривают оттуда прямо у баз инопланетян, мгновенно промчавшись миллионы километров. Как современные субмарины — нырнули, сделались невидимыми и вынырнули у кораблей противника.

Морис Корнелис Эсхер. Водопад