Машина времени Кипа Торна, или Почему временные путешествия обречены на провал

Немного теории и законов физики.

Если сравнить два великих океана, которые простирались еще до появления человечества — пресные и соленые воды Земли и более сложные для понимания «воды» космоса, — мы увидим, что они схожи не только в поэтичном смысле, но и на фундаментальном уровне. Все это — обширные, таинственные пейзажи с рельефом, детали которого по-прежнему нам недоступны. Возможно, мы знакомы с ними на каком-то абстрактном уровне, но истинную близость нам еще предстоит изучить. Сверху, будь мы на космическом спутнике или в кабине вертолета, океан выглядит достаточно безмятежным. Это очаровательное голубое платье, которое переливается на солнце и время от времени утяжеляется миндалевидными силуэтами маленьких лодок. А потом мы видим подол из пены. Это крошечные белые крабы, песок, галька, осколки кораллов и пузыри, которые «бурлят» у берегов в результате внутренней деятельности океана.

У Вселенной тоже есть такая пена.

В рамках планковской длины (1,6 х 10-³⁵м) наблюдается большая кривизна и текстура. Эта «космическая пена» возникает из-за того, что виртуальные частицы появляются и исчезают в том, что мы считаем вакуумом. Большинство этих частиц представляют собой танцующие пары электронов и антиэлектронов, которые сталкиваются при встрече и превращаются в иные частицы, отличные от исходных, — этот процесс называется «аннигиляцией».  

Но существует теория, согласно которой некоторые из этих пар могут быть совершенно новыми мирами в виде пузырьков мини-вселенных и червоточин. Они «живут» слишком мало, чтобы мы могли их увидеть, хотя возможно, что даже мы могли появиться в результате этого квантового танца, который раздулся до нынешней широты по пока неизвестной нам причине.

В 1980-х годах эти червоточины из квантовой пены были использованы для создания первого по-настоящему серьезного и увлекательного тезиса о путешествии во времени. Он возник из нового решения некоторых уравнений Эйнштейна.

Решения, которые предполагали возможность путешествий во времени, были и раньше, но все они подразумевали невозможные явления: бесконечные цилиндры или вращающееся пространство-время. Невозможные, потому что мы знаем о существовании реликтового излучения, которое предполагает расширение Вселенной, а не ее вращение. Тем не менее сам факт того, что уравнения Эйнштейна допускали путешествия во времени, раздражал физика, заставляя его терзаться над всеми парадоксами, появление которых повлекло его собственные выводы.

Решение, разработанное в 1988 году физиком Кипом Торном, не требовало невозможного: лишь нескольких вещей, которые нам еще предстоит обнаружить. И тех — вроде отрицательной энергии, — которые у нас уже есть.

 Nasa

В модели Вселенной Гёделя можно посетить любое событие в любой момент времени. Это решение уравнений Эйнштейна с помощью вращающейся Вселенной внутри, в которой можно перемещаться в разные моменты времени так же, как и в разные точки в пространстве — но с помощью космического корабля, двигающегося со скоростью, близкой к скорости света. Сила вращения должна быть достаточной, чтобы удержать вселенную Гёделя от коллапса, однако для большей вселенной требуется большая центробежная сила и, следовательно, более высокая скорость вращения. Чтобы не разрушиться, Вселенная диаметром 93 миллиарда световых лет, подобная нашей, должна вращаться каждые 70 миллиардов лет.

Как только в квантовой пене обнаруживается червоточина, она расширяется, а затем поддерживается в открытом состоянии за счет экзотической материи или энергии. Ее крайне сложно представить. Отрицательная материя, присутствующая на ранних этапах создания Земли, должно быть, обладала антигравитацией. Это значит, что ее отбросило телом нашего или любого другого мира, и она «уплыла» в глубины космоса, где точно таким же образом ускользнула от обычной материи комет и спутников. Планет и звезд. В этом случае — если она действительно существует — ее очень сложно обнаружить из-за отсутствия хоть какого-то взаимодействия. А вот отрицательная энергия, с другой стороны, уже существует.

Этот эффект впервые предсказал физик Хендрик Казимир. Согласно его предположению, две незаряженные параллельные металлические пластины, размещенные на расстоянии нескольких нанометров, испытают силу притяжения, которая немного их сблизит. Эта сила будет связана с виртуальными частицами. Они не смогут распространяться в узком пространстве — это значит, что виртуальных частиц, окружающих пластины, больше, чем частиц между пластинами. Такой дисбаланс приведет к колебаниям — признаку отрицательной плотности энергии в желаемой форме отрицательной энергии. Чем меньше расстояние между пластинами, тем больше будет отрицательной энергии. Это предположение голландского ученого, которое он выдвинул в 1948 году, в 1957-м было подтверждено экспериментальным путем.

Вот только этот эффект Казимира дает не очень много результатов. Все, что мы можем сделать в настоящее время, — лишь стабилизировать червоточину субатомного размера. Для стабилизации более крупной черной дыры потребуется количество отрицательной энергии в масштабе газового гиганта размером с Юпитер. А для всех путешествий во времени через червоточину, согласно Стивену Хокингу, необходима эта отрицательная энергия.

Альтернативный способ создать отрицательную энергию — использовать зеркало, движущееся почти со скоростью света. Отрицательная энергия будет исходить от передней части зеркала и распространяться перед ним по мере его ускорения. Отрицательную энергию также можно получить из мощного лазерного луча, где импульс отрицательной энергии будет длиться 10 секунд. За этим следует импульс положительной энергии в так называемом «сжатом состоянии» внутри лазера. Главное — отделить друг от друга положительные и отрицательные импульсы.

На анимации — изображение квантовых флуктуаций Ахмеда Нейтрона / Wikipedia

Машина времени Торна начинается с чего-то похожего на эксперименты Казимира. Однако вместо двух параллельных пластин используются две сферы: одна находится внутри другой так близко, что сферы почти соприкасаются. Туннель в пространстве-времени — червоточина — соединяет один набор сфер с другим. Так что, по сути, каждый такой набор представляет собой «рот», через который может пройти какой-нибудь отважный путешественник. Согласно теории Торна, один «рот» уносится в космос. Двигаясь с невероятно высокой скоростью, он затратит на путешествие меньше времени, чем «рот», который остался на Земле. По возвращении домой одна сфера соединится с прошлым, так что вход в один конец червоточины сегодня может означать выход с другой стороны в какой-то момент в прошлом.

Вот такая замечательная машина времени.

За исключением того, что по иронии судьбы именно то, что делает эту машину времени возможной — причина, по которой она обречена на провал. Немного успокоившись, Торн понял, что как только машина времени будет готова к использованию, она взорвется. Всплеск энергии превратит ее в удивительный взрыв, унеся с собой наши шансы когда-либо исследовать парадоксы, которые так тревожили Эйнштейна.

Энергетические маленькие виртуальные частицы, которые создали отрицательную энергию, пройдут через червоточину, возвращаясь в свою исходную точку и накладываясь друг на друга. Они будут дублироваться, тем самым увеличиваясь с каждым полетом, пока их энергия не станет настолько большой, чтобы вызвать взрыв. То есть червоточина — это мост, соединяющий точки во времени, который разрушится еще до того, как его можно будет пересечь.

Еще одна идея, над которой работал Хокинг, — это испарение черной дыры. Якобы отрицательная энергия просачивается из горизонта событий, так что из «ртов» в некоторых концепциях машины времени будет помещен рядом с черной дырой как средство сбора экзотической энергии. Но это опасное положение, по сути, балансирующее на краю великой пропасти.

 Wikipedia

Не исключено, что после взрыва машина времени уцелеет. Правда, это довольно туманная перспектива. У нас еще нет теории всего — такой теории, как квантовая гравитация, которая бы «подружила» квантовую механику и общую теорию относительности, — и из-за этого исход взрыва по-прежнему скрыт от глаз. Машина вполне может выжить, хотя, по словам Хокинга, шансы на ее успешное использование с червоточиной составят примерно одну десятую. Этот мрачный прогноз был рассчитан на основе его собственных предположений относительно квантовой гравитации. Факты подтверждают гипотезу Хокинга «о защищенности хронологии», согласно которой законы физики предотвращают путешествия назад во времени: мы не можем быть уверенными, что червоточины вообще существуют, а еще мы не сможем создать достаточно экзотической материи, чтобы удерживать их открытыми. И если предположить, что из этой затеи все же что-нибудь выйдет, даже тогда эти «мосты» могут рухнуть — как раз в тот момент, когда они подарят нам надежду на захватывающее путешествие в прошлое.

Если бы мы каким-то образом преодолели все эти препятствия, машина времени Торна не позволила бы путешествовать дальше момента ее создания. Это значит, что мы не вернемся, чтобы вновь увидеть сегодня. Все эти моменты вроде рассвета этим чудесным утром, густого тумана реликтовых лесов, кратких дискуссий в старинных бальных залах или в шатких поездах навсегда останутся нетронутыми нашими будущими версиями. И в этом есть что-то особенное. Сегодняшние времена могут быть неопределенными и мрачными, но они уникальны. Эмоции и чувства, переполнявшие эти дни, не испытает никто — даже самые амбициозные представители завтрашнего дня.

Обложка: artstation.com / Christopher Strachan

Источник статьи: The Thorne Time Machine

Оцените новость:
1 029
Источник — © 1gai.ru
Автор — 1gai

Новостная рассылка


Рассылка анонсов статей производится каждый понедельник