Как построить машину времени в космосе?

Классическая двумерная кротовая нора.

Ученые обещают открыть доступ и в прошлое, и в будущее с помощью черных дыр, космических струн или коллайдера

Черные дыры в коллайдере

Когда 21 октября 2008 года состоялась торжественная церемония официального открытия – инаугурация - Большого адронного коллайдера (БАКа), никому и в голову не пришло, сколько страхов и надежд испытывают ученые перед новым проектом. 

Напомним, что БАК (Large Hadron Collider, LHC) - ускоритель, предназначенный для разгона элементарных частиц, в частности, протонов. Расположен он в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Europen pour la Recherche Nuclaire, CERN), на границе Швейцарии и Франции. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Длина основного кольца коллайдера составляет почти 27 километров (26 659 м.) Для чего же он нужен? При помощи коллайдера ученые надеются больше узнать об элементарных частицах. На практике подтвердить или опровергнуть существующие теории. Например, теорию «Большого взрыва». Наконец узнать, откуда же взялась наша Вселенная.

Главные опасения возникли сразу после пуска ускорителя. Некоторые ученые вдруг забили тревогу, призывая запретить все эксперименты. По их мнению, в результате столкновения частиц в коллайдере, могут образоваться черные дыры, которые, якобы, могут засосать в себя всю Землю. Тогда эти заявления, действительно, серьезно напугали обывателей. Но страхи оказались беспочвенными. 

На мой вопрос «Не проедят ли возникшие дыры Землю насквозь, как моль?» Виктор Матвеев, академик РАН, директор Института ядерных исследований Российской академии наук, председатель международного объединения ученых, участвующих в исследованиях на коллайдере, ответил мне так: 

- Это фантазии. Даже если представить некие гипотетические черные дыры, то они не могут привести к катастрофическим последствиям в экспериментах. Если бы такое было возможно, то мы бы сейчас с вами не разговаривали. В природе процессы, которые мы изучаем на коллайдерах, протекают постоянно в течение миллиардов лет. И Вселенная до сих пор прекрасно выживает. Конечно, энергия при столкновении двух протонов на БАКе для микромира огромная, но она в миллионы раз меньше энергии, возникающей при столкновении двух бильярдных шаров. Играя в бильярд, вы же не боитесь, что вырвется джинн из бутылки?

Кротовые норы могут соединять различные области пространства-времени.

А вот надежды, связанные с опытами на БАКе, были фантастическими до головокружения. Дело в том, что некоторые исследователи полагали: с помощью коллайдера возможны перемещения во времени!

Искривления пространства и времени

С таким сенсационным заявлением в авторитетном журнале New Scientist выступил в то время член-корреспондент Российской академии наук, заведующий отделом математической физики Математического института имени Стеклова (МИАН) Игорь Волович. По расчетам Воловича и его коллег получалось, что уже в ближайшее время у нас появятся самые настоящие машины времени. А произойдет это после запуска БАКа. По мнению ученого, при столкновении частиц в гигантском ускорителе может произойти искривление пространства - времени и появятся «кротовые норы», по которым можно будет передвигаться во времени в двух направлениях - в будущее и прошлое.

- Я надеюсь, что БАК продемонстрирует признаки существования «червоточин», - объяснял профессор. - Если часть энергии столкновения будет куда-то пропадать, то это можно объяснить созданием частиц, которые пронзают время через такую «червоточину». Однако не стоит забывать, что не только «червоточины», но даже сами черные дыры до сих пор остаются гипотетическими объектами, и вероятность их образования по сей день ставится физиками под сомнение. Соответственно говорить о возможности путешествий по времени как о доказанной реальности пока нельзя.

Профессора Воловича поддержал тогда старший научный сотрудник Физического института Академии наук, доктор физико-математических наук Евгений Кудрявцев.

- Современная теоретическая физика подошла к самому краю своих возможностей, и как она станет развиваться дальше, какие теории окажутся истинными, остается только гадать, - рассуждал доктор Кудрявцев. - Хотя предположение моего коллеги из МИАНа звучит фантастически, ничего сверхъестественного, противоречащего существующей ныне физической картине мира, в нем нет. О возможности образования в ускорителях частиц микроскопических черных дыр говорили еще несколько лет назад. В статье Воловича утверждается, что протонные столкновения могут приводить к формированию специфических областей пространства-времени с замкнутыми временеподобными кривыми, в которых возможны нарушения причинно-следственных связей. Одна из допустимых моделей действующей машины времени - это так называемая проходимая «червоточина», или «кротовая нора» - то есть туннель, ведущий в иное время или пространство. В новой работе утверждается, что вероятность формирования такой червоточины в БАК сопоставима с вероятностью возникновения собственно черной дыры. Правда, для того, чтобы червоточина оказалась стабильной, «проходимой», необходимо еще «укрепить» ее стенки экзотической антигравитационной субстанцией. А таковой у физиков пока нет. Тем не менее, ничего в принципе невозможного во всем этом нет. 

Одним словом, заявление член-корра РАН Воловича тогда, в 2008 году, вызвало настоящий ажиотаж в научном мире. Все замерли в ожидании чуда. Но… коллайдер стал ломаться. А потом долго не выходил на проектную мощность. А вообще, если не на коллайдере, то как еще можно сделать действующую машину времени? Такую машину, которая не противоречит никаким нашим знаниям о физике?

Руководство по эксплуатации Вселенной

- Общая теория относительности показывает, что массивные тела вроде Солнца или черной дыры сворачивают пространство и время, - рассказывают в своей новой книге «Вселенная: руководство по эксплуатации» физики Дэйв Голдберг и Джефф Бломквист. – Однако сворачивание пространства – явление локального масштаба. Мы имеем в виду примерно следующее: если взять лист бумаги и свернуть его в трубочку, то крошечный муравей, ползущий по его поверхности, не поймет, свернут лист или нет.

В принципе, мы могли бы опереться на тот факт, что для того, чтобы сделать машину времени, пространство можно «сложить». Этот факт – основа идеи «кротовых нор», которая долгие годы служит фантастам верой и правдой. Кротовая нора – это теоретическое решение уравнений Эйнштейна из области общей теории относительности, в которых пространство настолько искажается, что создается путь, соединяющий две потенциальные далекие области пространства. По теоретическим описаниям, издалека кротовая нора похожа на черную дыру. Если бы мы на нее посмотрели, то увидели бы сферу, сквозь которую видно другое устье кротовой норы. Однако если приблизиться к кротовой норе, то, в отличие от черной дыры, гравитация не усиливается, и человек или звездолет может пролететь ее насквозь целым и невредимым.

Путешествовать во времени можно будет и с помощью коллайдера.

У нас есть серьезные косвенные свидетельства существования черных дыр, но нет ни прямых, ни косвенных свидетельств существования кротовых нор, и, что бы ни думали и на что бы ни уповали фантасты, есть подозрение, что они если и существуют, то исключительно на микроскопических масштабах. Общая теория относительности говорит нам только о том, что их существование не невероятно.

Главный сюжет – можно нырнуть в один конец кротовой норы и вынырнуть из другого, далеко-далеко. Более того, можно организовать это так, что будешь перемещаться быстрее света. На минуту забудем о том, насколько на самом деле это трудно. И укажем на некоторые очевидные детали. Хотя кажется, что кротовые норы – это отличные устройства для телепортации, не так очевидно, что их можно использовать и как машины времени. Однако это вполне реально – вот, например, Кипу Торну из Калифорнийского технологического университета это под силу. В своей книге «Черные дыры и свертывание времени» он описывает машину времени, основанную на кротовой норе, идею которой он предложил еще в 1988 году.

Однако у торновского поразительного устройства для телепортации нашлось много серьезных ограничений. Например, путешествуя во времени, нельзя вернуться в то время, когда машину времени еще не создали. Именно поэтому мы до сих пор не встречаем рядом с собой хронотуристов. Кроме того, очень трудно держать кротовую нору открытой, поскольку она имеет естественную тенденцию сплющивать любую материю или энергию, которые попадают к ней внутрь – так как стенки кротовой норы притягивает друг к другу гравитация. Кротовая нора вообще может ра-а-аз – и схлопнуться! И мы даже, создав или обнаружив ее, не успеем ее использовать для своих нужд. И одна из самых трудно разрешимых на сегодня проблем, возникающих в связи с моделью черных дыр, заключается в том, что она объединяет две области физики, которые мы пока что не сумели привести в соответствие, - квантовую механику и общую теорию относительности.

Физики Голдберг и Бломквист приходят к выводу: 

- Вероятно, кротовые норы годятся на роль машины времени, но остался сущий пустяк – создать кротовую нору. Возможно, что они существуют на микроскопическом уровне, а возможно, и нет, но пока нет никаких свидетельств, что во Вселенной имеются кротовые норы диаметром со звездолет, и мы абсолютно не представляем, как их создать. А если мы даже их сделаем, есть все основания предполагать, что кротовая нора сомкнется прежде, чем вы сквозь нее пролетите.

Прокатимся по струнам?

Есть еще один объект во Вселенной, с помощью которого можно попробовать создать машину времени. Это космические струны - гипотетические реликтовые астрономические образования, представляющие собой гигантские складки пространства-времени. По предположениям астрофизиков, они очень плотные и либо бесконечно длинные, либо свернуты в петлю. Можете представить себе, какие сильные гравитационные поля они создают, а, следовательно, с какой силой свертывают пространство. Известный исследователь Ричард Готт из Принстонского университета даже разработал модель машины времени, основанную на космических струнах, и описал эту модель в своей работе «Путешествие во времени в эйнштейновской вселенной».

- Однако есть одно очень важное физическое ограничение подобных проектов, - считают Голдберг и Бломквист. – Нет никаких наблюдаемых свидетельств, что космические струны существуют на самом деле, а если их нет, то создать их будет трудно. Во-первых, данный конкретный дизайн требует космических струн бесконечной длины, и на ее создание уйдет бесконечно много времени. А во-вторых, существует вполне реальная проблема – как разогнать гигантские струны почти до скорости света. Наш вердикт: манипуляции с космическими струнами, вероятно, возможны для крайне развитых цивилизации, но только в том случае, если космические струны уже есть во Вселенной.

Так что пока остается надежда все же на Большой адронный коллайдер.

- Мы надеемся найти что-то, что называется «новая физика», - говорит Виктор Саврин, заместитель директора НИИ ядерной физики МГУ. - Есть очень много разных сценариев. И мы надеемся, что результат, полученный на БАКе, позволит, по крайней мере, понять, какие из них реализованы в природе. Ведь те исследования, которые будут проводиться на коллайдере, они еще глубже уходят внутрь материи. И мы поймем свойства материи на еще более малых расстояниях. И, возможно, это через 50 или 100 лет даст какие-то возможности для практического применения.

Возможно, что и для путешествий во времени.

МНЕНИЯ СКЕПТИКОВ

Научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, кандидат физико-математических наук Олег Калашов:

- Думаю, что перемещения во времени с помощью БАКа невозможны. Да, энергия частиц в ускорителе громадна. Но нашу планету из космоса бомбардируют частицы с еще более высокой энергией. И никто никогда не наблюдал никаких случаев временных аномалий или «кротовых нор».

Заместитель директора Института прикладной физики РАН Евгений Суворов: