Как устроена машина времени?

И он-таки нашел возможность доказать, что «черная дыра» может посылать в пространство некое излучение, радиацию, которую теперь так и называют – радиация Хокинга.

«Представьте себе, что поверхность шара, по которому мы. только что двигались, вибрирует, – продолжает свои рассуждения Стивен Хокинг. – Эта вибрация едва заметна, ее величина 10-23 см, то есть в 10-20 меньше, чем диаметр протона. Но тем не менее этой величины вполне достаточно, чтобы поверхность шара претерпевала изменения, а значит, от него в пространстве распространялись некие волны излучения…»

Говоря иначе, Хокинг с другой стороны подошел к теории замкнутой или почти замкнутой Вселенной. Он попытался объединить два понятия, существовавших до того раздельно, – фридмоны и «черные дыры». Это объединение повлекло за собой далеко идущие последствия, к рассказу которых мы сейчас и перейдем.

Представьте себе тот же шар, который мы использовали в своих аналогиях уже неоднократно. По поверхности этого шара ползают все те же плоскостники-двухмерники. Понятно, что для того, чтобы попасть из точки А в точку В на поверхности шара, они должны преодолеть некий путь по дуге. И вот некий гений местного масштаба однажды все-таки сумел сообразить не только то, что движение по поверхности шара происходит по дуге, но и то, как этот путь можно спрямить. Не берусь рассказать обо всем ходе и логике рассуждений «двухмерника», в нашем же трехмерно-четырехмерном мире это можно показать на простейшей аналогии.

На яблоке поселился червяк. Вместо того чтобы передвигаться из одной точки в другую по поверхности яблока, он просто прогрызает ходы-червоточины. Так путь по дуге превращается в более короткий путь по хорде.

Оказывается, подобные «червоточины» вполне могут существовать и в окружающей нас Вселенной. Чтобы понять, как это может быть, давайте несколько отступим по времени назад и расположим события в их логической последовательности.

Как известно, суть гравитации, открытой И. Ньютоном в 1687 году, заключается в том, что два тела, обладающих некой массой, испытывают взаимное притяжение. Сила притяжения зависит от расстояния между телами. А это, в свою очередь, позволяет выдвинуть следующее предположение: если одно из тел меняет свое положение, меняется и сила притяжения, которое оно оказывает на другое тело.

Причем гравитационные эффекты протекают, со скоростью, значительно большей, чем скорость света. Это на сегодняшний день известно точно: если солнечный луч движется к нам 8 мин, то стоит Солнцу чуть изменить свое положение, как Земля чувствует изменение гравитационного поля немедленно.

Как же тогда примирить эту особенность с теорией Эйнштейна, которая утверждает, что именно скорость света есть абсолютно непреодолимый предел скорости? Сам Эйнштейн попытался найти решение этой проблемы в рамках общей теории относительности.

Суть ее для данного случая заключается в том, что согласно предположению Эйнштейна пространство не «плоское», как полагали раньше, а «изогнутое», деформированное под воздействием распределенных в нем массы и энергии.

Говоря другими словами, это означает, что наше трехмерное пространство загибается в некое четвертое измерение, подобно тому как двухмерный лист бумаги, если его скрутить, загибается в третье измерение.

Последствия этой теории не до конца осознаны и в наши дни. Пространство и время потеряли свой абсолютный характер и, как мы уже говорили, уступили место новому понятию «пространства-времени». Изменения, вносимые при этом в наши геометрические понятия, одновременно носят и количественный и качественный характер.

Количественный – потому, что отныне необходимо учитывать искривленность пространства и времени, а это предполагает, к примеру, что сумма углов треугольника не обязательно должна быть равна 180° (пространственная геометрия Лобачевского), а прямые параллельные линии согласно той же геометрии в некоторых случаях могут и пересекаться.

Качественный – в основном потому, что становится возможным соединить две точки совершенно различными способами, не имеющими друг с другом пространственно-временной связи. Именно на этих неожиданных путях вселенские «червяки» и прогрызают свои необыкновенные «дыры».

Чтобы яснее понять, что же знаменуют собой те «различные способы», которыми можно соединить две точки, обратимся к наглядному примеру, приводимому, тем же Стивеном Хокингом в его новой книге «Короткая история времени».

Понаблюдаем за самолетом, летящим над пересеченной местностью, предлагает нам английский ученый. Его траектория в небе – прямая линия в трехмерном пространстве. А вот тень его следует по изогнутой траектории – в зависимости от рельефа – в двухмерном пространстве.

Точно так же Земля движется вокруг Солнца по прямой траектории в четырехмерном пространстве (три классических пространственных измерения плюс четвертая координата – время). А вот в трехмерном пространстве отображение нашей планеты перемещается по изогнутой траектории – эллипсу, примерно так же, как движется по какой-то кривой тень самолета.

Из всего этого следует, что при помощи «червячной дыры», проходящей через четвертое пространственное измерение, можно изрядно сократить себе путь как в пространстве,, так и во времени.

Существование таких кратчайших путей было предсказано теоретиками еще в 1916 году, но только двадцать лет спустя, когда Эйнштейн совместно с Розеном взялся за анализ своих же уравнений, была выдвинута достаточно проработанная гипотеза о неком «мосте», который может связывать две точки более коротким путем, чем общепринято. Эта гипотеза получила название «мост Эйнштейна – Розена».

И вот в конце 50-х годов Джон Уилер впервые ясно обрисовал, где именно эти «мосты» в нашей Вселенной могут быть наведены. Ему же принадлежит и название «червячные дыры» по известной аналогии с ходами, проделываемыми плодовым червяком. Итак, согласно Уилеру, «червячные ходы», скорее всего, могут возникать в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. То есть, говоря иначе, в районах, где существуют те самые «черные дыры», о которых мы уже говорили.

При этом, однако, Уилер и его последователи получили поначалу не слишком обнадеживающую картину. Во-первых, было неясно, как именно могла бы появиться «червоточина» – теория не находила механизмов для ее образования. Во-вторых, получалось, что два входа «червоточины» – теоретики назвали их «ртами» – могут сообщаться между собой весьма незначительное время. Не успеет «червоточина» появиться, как канал или «глотка», соединяющая оба «рта», тотчас должна мгновенно стянуться, давая в итоге две не сообщающиеся между собой «черные дыры».

Таким образом, сконструированные теоретиками «червоточины» показались им нежизнеспособными, и интерес к космическим туннелям вскоре угас.

Интерес к «червоточинам» возродился всего несколько лет назад, когда известный американский астрофизик Кип Торн при участии своих сотрудников и учеников решил вновь заняться этой проблемой. Говорят, одним из толчков к исследованию послужила просьба, адресованная Торну его коллегой и приятелем, известным ученым Карлом Саганом. Саган на сей раз решил выступить в несвойственной ему роли и написал научно-фантастический роман «Контакт», действие которого происходит как раз в туннеле-«червоточине».

Чтобы придать правдоподобие выдумке своего приятеля, Торн и решил посмотреть, каким образом «червоточину» можно уберечь от мгновенного разрушения. Для начала исследователи попробовали укрепить стенки туннеля некой «экзотической материей».

Материя должна быть действительно на редкость экзотической: она должна выдерживать давления в миллиарды миллиардов атмосфер да при этом еще и обладать, как показывают расчеты, отрицательной… массой – явлением еще не известным в физике.