Новости

20.05.2020 22:34
Рубрика: Общество

Черную дыру заменили кротовиной

Ученые приблизились к разгадке тайны путешествий во времени
Вот бы перенестись в май 2019 года, когда евро стоил 70 рублей, курорты принимали туристов, а слово "корона" не вызывало нервного тика. "Сказка", - скажете вы. "Наука", - парируют физики. О том, насколько близко ученые приблизились к созданию машины времени, рассказывает профессор Артем Юров, директор Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета имени Канта.
Артем Юров, директор Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета имени Канта. Фото: Пресс-служба  БФУ Артем Юров, директор Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета имени Канта. Фото: Пресс-служба  БФУ
Артем Юров, директор Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета имени Канта. Фото: Пресс-служба БФУ

Артем Юров: Все современные рассуждения ученых о путешествиях во времени основаны на общей теории относительности Эйнштейна. Он установил, что гравитация - это проявление кривизны пространства-времени, и написал соответствующие уравнения. Кроме того, он знал, что различные точки пространства-времени могут соединяться между собой короткими тоннелями. Раньше эти тоннели называли мостами Эйнштейна - Розена, а сейчас - кротовыми норами или кротовинами.

Представьте себе лист бумаги, на двух отдаленных концах которого мы нарисовали по точке. И представьте, что бумага огромна - размером с галактику. Тогда путь от одной точки к другой по прямой займет у нас тысячи и тысячи лет. Но давайте сложим два противоположных конца бумаги друг с другом так, что точки соприкоснутся. Крошечный тоннельчик, образовавшийся между ними, - это и есть кротовина. А так как время возле одной точки может идти быстрее, чем возле другой, то в принципе такая конструкция позволяет путешествовать не только в пространстве, но и во времени.

Невероятно!

Артем Юров: Еще как! Тем не менее тема не нова: работа Торна, Моррисона и Юртсевера, где это показано, была опубликована в 1988 году. А написана статья при весьма забавных обстоятельствах. Как-то в середине 1980-х к Кипу Торну, который тогда еще не был нобелевским лауреатом, обратился его друг Карл Саган. Он работал над книгой о первом контакте человечества с внеземной цивилизацией и попросил Торна оценить ее с научной точки зрения.

Изначально Саган перенес свою героиню от Земли к звезде Вега с помощью черной дыры. Но такое путешествие, как указал другу Торн, не согласуется с общей теорией относительности Эйнштейна. Героиню, упавшую в черную дыру, просто жестоко порвало бы на части. И вот Торну пришла в голову идея: заменить черную дыру кротовиной.

Вот только она, согласно уравнению поля Эйнштейна, является очень нестабильным объектом. Достаточно одного залетевшего фотона, и все - она схлопнулась. Но Торн взялся за расчеты и пришел к выводу: кротовую нору способно стабилизировать некое экзотическое вещество, имеющее отрицательную среднюю плотность энергии. Это не фантазии, роль экзотического вещества может играть, скажем, так называемый казимировский вакуум, существование которого надежно подтверждено в лабораториях еще в 1957 году.

Сагану идея понравилась, он опубликовал книгу, по которой позже сняли фильм "Контакт" с Джоди Фостер. А Кип Торн вместе со своими студентами доработал вычисления, доказав возможность путешествовать с помощью кротовины и в пространстве, и во времени.

Что же мешает создать стабильную кротовую нору прямо сейчас?

Артем Юров: Куча причин. Прежде всего, мы не представляем, как в принципе создать кротовину, даже в теории! А даже если бы и знали, с технической точки зрения задача абсолютно запредельна для такой слаборазвитой цивилизации, как мы.

Возьмем кротовину, показанную в замечательном фильме "Интерстеллар", одним из сценаристов которого, кстати, выступил Кип Торн. Чтобы поддерживать существование такой огромной кротовой норы (через нее смог пролететь космический корабль), необходима энергия миллионов звезд! Такая энергетика человечеству пока что даже не снится!

Насколько мне известно, вам с испанским ученым Педро Гонзалезом-Диазом удалось найти решение, при котором для стабилизации кротовой норы не потребуется немыслимая энергия.

Артем Юров: Действительно, мы построили точное решение для браны. Поясню, что это такое. Теория струн утверждает, что пространство вокруг на самом деле не трехмерное, а многомерное. Наша Вселенная при этом выглядит как трехмерный лист бумаги, вложенный в четырехмерный объем. Называется такая конструкция браной. Рядом с нашей браной может быть расположено множество других бран со своим трехмерным пространством.

Так вот, мы с испанским коллегой решили изучить, как будут вести себя кротовые норы на гипотетической бране особого вида. Оказалось, что ограничения, имеющие вид строгих математических неравенств, из-за которых кротовина быстро схлопывается, здесь не работают. Следовательно, чтобы создать кротовую нору, через которую сможет пройти человек, уже не потребуется энергия миллионов звезд. Но только в случае, если мы действительно живем на такой бране, что я считаю практически невероятным.

Интересно, что браны тоже используются в фильме "Интерстеллар". Область многомерного пространства, в которое погружена брана, называется балком. Именно в балке находился Купер, герой Мэттью Макконахи. Помните крышесносный эпизод, когда он плавает в странной комнате и передает информацию своей повзрослевшей дочери? Зрители могут в этот момент подумать, что сценарист сошел с ума. Но нет, там все строго по науке, выдумок в духе фэнтези нет. "Интерстеллар", как мне кажется, - это вообще лучший фантастический фильм последнего времени.

О парадоксе путешественника во времени

Как насчет фантастической литературы? Есть ли книги, посвященные путешествиям во времени, которые стоит почитать?

Артем Юров: Принцип кротовой норы здорово обыгрывается в "Палимпсесте" Чарльза Стросса.

Ее я читала, но кое-что не поняла. В самом начале книги главный герой отправляется в прошлое и убивает своего дедушку. Почему герой в тот же момент не испарился?

Артем Юров: Это классический пример парадокса путешественника во времени. Представим, я отправляюсь в прошлое и убиваю дедушку... Хотя нет, не хочу я представлять такие ужасные вещи. Давайте лучше предположим, что я каким-то образом мешаю дедушке познакомиться с юной красавицей бабушкой.

Если брак бабули и дедули расстроился, значит, я не родился. А если я не родился, я не отправился в прошлое и не расстроил брак бабули и дедули. А если брак все же состоялся, я родился. И отправился в прошлое... И так до бесконечности. То есть парадокс не в том, что я вмешался в судьбу бабушки и дедушки, а в том, что, сделав это, я создал порочный круг. Я не дал себе родиться и вмешаться в их судьбу, и благодаря этому родился и вмешался, а значит, не дал себе родиться, а значит, не вмешался, а значит, родился, а значит... Понимаете? Конца нет. Чисто логическое противоречие, как знаменитый и сносящий мозг логический "парадокс лжеца", который был известен еще в Древней Греции и до сих пор смущает логиков.

Есть два решения. Первый - у меня не получится расстроить знакомство бабушки и дедушки, как бы я ни старался. Я заблужусь, или в самый важный момент отвлекусь, или поскользнусь на банановой кожуре - вариантов может быть масса, если в дело вмешиваются законы физики.

По версии замечательного физика из Пулково Сергея Красникова, мы никогда не сможем сами построить машину времени. Помешает та самая "банановая кожура" - обстоятельства, препятствующие нашему вмешательству в прошлое.

Второе возможное решение связано с квантовой теорией Хью Эверетта, которая предполагает, если очень сильно упрощать, существование бесконечного множества параллельных вселенных. Если я отправился в прошлое и помешал знакомству бабушки с дедушкой, я просто оказался в одной из множества вселенных, где брак бабули и дедули не состоялся и где я не родился. В другой вселенной я родился - и никаких противоречий здесь нет. В "Палимпсесте", очевидно, обыгрывается второе решение.

Хотя для многих такой подход к квантовой механике выглядит как полное безумие, он завоевывает все больше последователей. Дело в том, что эвереттовская интерпретация, по-видимому, самая непротиворечивая, хотя и самая пугающая (даже ужасающая!) из всех интерпретаций. Кстати, эвереттовская теория превосходно обыгрывается в новом фантастическом мини-сериале Алекса Гарленда "Разрабы" (в оригинале Devs). Весьма рекомендую. По моему мнению, после "Интерстеллара" этот фильм достоин второго места.

Но какое из этих решений на самом деле верное?

Артем Юров: Это мы узнаем, только создав - или использовав уже созданную природой - машину времени. Не исключено, что ответ будет получен совершенно неожиданно.

В фильме "Интерстеллар" все строго по науке. Фото: Кадр из фильма "Интерстеллар"

В регионах Общество Наука Филиалы РГ Северо-Запад СЗФО Калининградская область Калининград