Demon
10-10-2004, 12:23 AM
Вот вам статья для размышлений:)
Машина времени. От ракет до «кротовых нор»
«ЗС» № 10/1990
Можно ли путешествовать во времени — по своему желанию переноситься в отдаленное будущее, в далекое прошлое и обратно? До сих пор обсуждение подобных вопросов относилось к числу «ненаучных» и было уделом писателей-фантастов.
Однако недавние исследования, связанные с гравитационными полями и теорией относительности, говорят о том, что машину времени, по-видимому, можно построить.
Вывод удивительный — трудно придумать что-либо более поражающее человеческое воображение! И тем не менее — это следствие строгих формул теории относительности и других разделов теоретической физики.
Каков же принцип действия такой машины? Что нужно для того, чтобы «слетать», например, в Xxiii век, побывать на празднике древнеегипетских фараонов, поохотиться на динозавров или заглянуть на нашу планету, когда на ней вообще еще не было жизни? Не нарушат ли такие посещения весь ход последующей истории? Попытаемся разобраться.
Искривленное время
В течение тысячелетий время рассматривалось людьми как нечто вечное, неизменное, ни от чего не зависящее. И ньютоновская механика, рассчитывающая движение небесных тел на десятки лет вперед, предсказывающая наступление солнечных и лунных затмений с точностью до долей секунды, тоже подтвердила эту вековечную уверенность. В ее уравнения время входит как свободный, ни с чем не связанный параметр — бесконечная, равномерно текущая река, волны которой несут нас из прошлого в будущее. Миры рождаются и умирают, а время, инертное и ко всему безучастное, существует всегда и везде. И никакая сила не в состоянии повлиять на его ход — ни ускорить, ни замедлить…
С этой точки зрения само собой разумеется, что для движущегося и неподвижного наблюдателей время течет совершенно одинаково. А как же может быть иначе? Никому и в голову не приходило усомниться в этом непреложном факте, который был одним из краеугольных камней человеческого мироощущения — того, что принято называть здравым смыслом.
Тем более поразительным был вывод созданной в начале нашего века теории относительности о том, что время зависит от скорости движения — пассажиры быстро мчащегося автомобиля заметят, что их хронометры все больше и больше отстают от часов, укрепленных на стенах автовокзалов, мимо которых проносится их автомобиль. И чем больше его скорость, тем заметнее запаздывание.
Причина этого удивительного явления долго оставалась загадкой. Ответ дала лишь теория гравитации (тяготения), созданная через полтора десятка лет после специальной теории относительности. Оказалось, что замедление времени связано с его… искривлением.
Чтобы понять, в чем тут дело, следует вспомнить известный еще из школьной физики вывод о том, что силы инерции — перегрузка, возникающая при ускорении и торможении автомобиля, — эквивалентны силе тяжести. Вспомним, как прижимает нас к спинке сиденья, когда автомобиль резко берет с места. И если мы изолированы от окружающего мира и не знаем истинной причины, то никак не сможем установить, что же на нас действует — инерция движения или же гравитационная сила. Не зря эффект невесомости при обучении космонавтов имитируют их «плаванием» в кабине пикирующего самолета: тянущее космонавта вниз гравитационное поле Земли при этом полностью компенсируется направленной к потолку силой инерции, и космонавт, не ощущая тяжести, свободно парит в пространстве кабины.
Так вот, из формул теории гравитации следует, что время только кажется инертным и безучастным к проходящим в мире процессам, на самом же деле на него, как и на водяной поток, действуют силы тяготения. Чем они сильнее, тем более вялым, медленнее текущим становится время. Образно говоря, под действием тяготения река времени перестает быть прямолинейной. Она изгибается, растягивается, скручивается. И поскольку всякая кривая длиннее прямой, то временное «расстояние» между двумя событиями увеличивается — «искривленное» время больше «прямого».
Конечно, представить себе искривление времени весьма не просто даже людям с богатым воображением. Отчасти здесь может помочь симметрия между временной и пространственными координатами, которую установила теория относительности. Время в ее формулах — всего лишь одна из четырех равноправных величин. Каждый может представить себе, как искривляется, гофрируется прямолинейный отрезок вдоль оси X, У или Z. Ну, а для временной оси — по аналогии.
Теперь понятно, что замедляет ход часов в движущемся автомобиле. Это силы инерции, возникающие при его разгоне. Чем они больше, тем больше его скорость и тем заметнее сдвиг времени, отсчитываемого по вокзальным и автомобильным часам.
Открытие зависимости времени от скорости движения и полей тяготения — одно из самых важных научных достижений нашего века. Оно позволяет нам в определенных пределах управлять ходом времени, мы перестаем быть его рабами. А отсюда уже недалеко и до машины времени, с помощью которой можно так искривить поток локального (местного) времени, что он вынесет нас в будущее или в прошлое.
Путешествия в будущее
В полях тяготения — например, вблизи массивных тел — время течет медленнее, чем в «пустом» пространстве. Все процессы там, в том числе и биологические реакции в живых организмах, становятся продолжительнее. Если наблюдать со стороны за людьми, живущими в слабом и сильном гравитационных полях, то у первых жизнь будет короче. И если экипаж звездолета, крейсировавшего в окрестностях «черной дыры», где гигантские поля тяготения, сумеет избежать падения в ее кратер и вернется домой, он застанет своих друзей и родственников глубокими стариками, а если еще помедлит, то попадет в далекое будущее своей планеты. «Черные дыры» — это естественные, созданные самой природой машины времени, правда действующие лишь в одном направлении — только в сторону будущего.
В научно-фантастическом романе С. Снегова «Люди как боги» рассказывается о космической «расе разрушителей», полулюдей-полумеханизмов, которые, овладев законами тяготения, создали мощные генераторы гравитационных волн и, подобно тому, как мы сегодня делаем тепловые «уколы» лучом лазера, наносили своим противникам направленные гравитационные удары. Для такой высокоразвитой цивилизации нетрудно было бы построить и компактную машину времени — что-то вроде телефонной кабины или шкафа, посидев в котором некоторое время, можно по желанию выйти в то или иное будущее.
Несмотря на фантастичность подобных путешествий, когда-нибудь их удастся осуществить. История науки убеждает нас в том, что если какая-то возможность разрешена законами природы, то ее осуществление — лишь вопрос времени. Однако сегодня мы еще очень далеки от этого. Честно говоря, мы даже не знаем, как подступиться к гравитационной машине времени. Мы хорошо умеем генерировать электромагнитные поля — в виде света, радиоволн, лучей лазера, уже научились создавать нейтринные лучи, но вот как построить мощный генератор гравитационного излучения, который бы по нашему желанию увеличивал или уменьшал силу всемирного тяготения, — этого пока никто не знает.
Гравитационный генератор интересует не только писателей-фантастов, сегодня им всерьез занимаются во многих физических лабораториях мира. Одна из них работает в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне. Исследуют различные возможности, пишут теоретические статьи, проводят международные конференции. Но повторить опыт, который когда-то А. С. Попов выполнил с электромагнитной волной — генерировать и детектировать хотя бы очень слабенькую гравиволну, — никому не удается. Пока не выходит даже более простая задача — «поймать» гравиволну, родившуюся при каком-либо космическом катаклизме, которые во множестве происходят вокруг нас и порождают мощные всплески гравитационного излучения. Но физики продолжают упорно трудиться…
Впрочем, существует обходной путь — заменить гравитацию силами инерции. Такие силы мы создавать умеем. Как уже говорилось, движущиеся часы идут медленнее неподвижных, и шофер быстро мчащегося грузовика дольше останется молодым, чем кассир автовокзала. В обычных условиях различие, понятно, совершенно ничтожно. Чтобы оно стало заметным, скорость движения должна быть близка к скорости света. Например, если автомобиль безостановочно в течение целого года двигался со скоростью сто километров в час, то он уйдет в будущее всего лишь на пару десятимиллионных долей секунды. Если он будет мчаться со скоростью, равной половине скорости света, то сдвиг в будущее составит уже около полутора месяцев. По сравнению с человеческой жизнью, в общем-то, тоже немного. Для того чтобы далеко уйти в будущее, скажем, на несколько тысячелетий, нужна скорость движения, лишь на десятимиллионную долю отличающаяся от световой.
Разгоняясь почти до скорости света, придется затратить огромное количество энергии. Ресурсов известных нам источников энергии, включая ядерную и термоядерную, для этого недостаточно. Поэтому практическое осуществление ракетных «скачков во времени» опять-таки дело будущего, хотя трудности здесь только технические, и запаздывание времени космические путешественники заметят, по-видимому, уже в следующем столетии. Один из проектов — использовать для этого фотонную ракету, испускающую реактивную струю мощного светового излучения, а в качестве горючего использовать улавливаемые с помощью огромных зонтов-пылесосов космическую пыль и газы. Опубликована даже серьезная монография с математическим обоснованием такого проекта. Интересная задача для инженеров будущего!
Не имея пока возможности направить в будущее живого наблюдателя, мы можем тем не менее проверить предсказания теории, отправив путешествовать легкие микрочастицы. Для их разгона энергии у нас хватит. С помощью ускорителей, которые построены во многих странах, их можно разогнать до скоростей, лишь на малую долю процента отличающихся от скорости света. И такие частицы действительно становятся долгожителями! Так, медленный пи-мезон живет лишь несколько стомиллионных долей секунды и погибает, распавшись на более легкие частицы. Другое дело — «сноп» разлетающихся почти со световой скоростью «мезонных искр», рождающихся при столкновении протона высокой энергии с атомным ядром. Они успевают «отметиться» во многих стоящих на их пути детекторах. По показаниям этих приборов можно определить длину пути и скорость пролетевших мезонов, а поделив одно на другое — узнать их время жизни. В полном соответствии с теорией оно бывает в сотни и даже тысячи раз больше, чем у их медленных собратьев. Консервируя короткоживущие частицы в «застывшем времени», удается транспортировать их на десятки и сотни метров.
Итак, по крайней мере в модельном исполнении, для микрочастиц, машина времени построена. Правда, это только ее половина — лишь для путешествий в будущее. Теперь нужно придумать, как соорудить вторую половину, с помощью которой можно было бы двигаться в обратном направлении — из настоящего и будущего в прошлое. Оказывается, и такое возможно.
Как поговорить со своей давно умершей бабушкой?
Любой из нас знает, что передача сообщения всегда предшествует его получению. Когда скорость носителя информации велика, а расстояния малы, как, например, в городской телефонной сети, передача сообщения происходит почти мгновенно; космический же радиотелефон работает уже с заметной задержкой, но, как бы там ни было, всегда имеет место только запаздывание, опережения никогда не происходит, если… если только не воспользоваться сверхбыстрыми, обгоняющими свет лучами. Формулы теории относительности говорят, что, перемигиваясь вспышками таких лучей, неподвижный и движущийся наблюдатели увидят ход событий каждый по-своему: для одного это будет переход сверхсветового луча из точки А в точку В, а для другого, наоборот, — сверхсветовая молния из точки В в точку А. Как в кино, когда крутят пленку в обратном направлении.
Теория относительности строго доказывает, что в мире со сверхсветовыми скоростями один из движущихся друг относительно друга наблюдателей действительно увидит, как старенькая бабушка посылает сверхсветовую скоростную депешу своему улетевшему в космическое путешествие внуку, которую тот получит, когда его любимой бабушки уже нет в живых. Второй наблюдатель увидит сначала срабатывание телеграфного аппарата в ракете у внука и лишь потом на почте у бабушки. С его точки зрения, порядок событий — прошлое и будущее — поменялся местами, и он с удивлением будет наблюдать, как внук разговаривает со своей уже давно умершей бабушкой!
Более того, второй наблюдатель может так подобрать скорость своего движения (и для этого вполне достаточно обычных, досветовых скоростей), что поменяются местами далеко отстоящие во времени события. Например, можно осветить «сверхсветовым светом» и прочитать письмо в руках живого Наполеона или наблюдать в сверхсветовом луче борьбу двух динозавров, которая произошла миллионы лет до нашей эры. С его точки зрения, все эти события происходят после того, как вспыхнул сверхсветовой прожектор, хотя с точки зрения неподвижного наблюдателя после смерти Наполеона прошло много-много лет и лишь тогда был изобретен и изготовлен прожектор сверхсветовых лучей.
Вот уж действительно, как говорится, не верь глазам своим! Кинопленка событий крутится то в одну, то в другую сторону.
С помощью сверхсветового лазера можно вмешаться в ход Бородинского сражения, изменив весь ход последующей истории, и даже (о ужас!) отравить самого себя в колыбели. Во всех этих случаях разрывается цепь времен, причины и следствия перепутываются между собой — наступает хронологический хаос.
Вот какие противоречивые, несуразные, с точки зрения логики, события предсказывают формулы теории относительности, если бы в природе существовали сверхсветовые лучи! А это должно означать, что гипотеза о таких лучах не верна — более быстрых, чем свет, лучей в природе быть просто не может. Правда, с одной оговоркой.
Сверхсветовые скорости могут существовать в области ультрамалых масштабов — на расстояниях, в тысячи раз меньших размеров протона. Как показывают эксперименты, пространство там нельзя однозначно разделить на правое и левое, а время — на прошлое и будущее. Поэтому причинных парадоксов там не возникает. Существование там сверхсветовых скоростей — вопрос эксперимента. Пока их не обнаружили; возможно, откроют в будущем… Мы не станем сейчас обсуждать этот вопрос, для нас важно, что в окружающем нас макроскопическом пространстве сверхсветовые сигналы невозможны, а следовательно, и нельзя надеяться использовать их в машине времени, хотя еще совсем недавно часть физиков обсуждала такую возможность вполне серьезно.
Кротовые норы Вселенной
В научно-фантастической литературе часто говорится о «проколах трехмерного мира», «нуль-транспортировках», «скачках в подпространстве» и тому подобных экзотических способах космических путешествии, когда переход из одного пункта в другой совершается «вне нашего пространства». Например, в уже упоминавшемся романе С. Снегова то и дело речь идет о том, как звездолеты землян и «разрушителей» уходят в подпространство и неожиданно выныривают оттуда, мгновенно промчавшись миллионы километров. Как утки на поверхности пруда — нырнули, сделались невидимыми и вынырнули у другого берега.
Конечно, все эти разговоры о всякого рода под- и гиперпространствах — всего лишь способ побудить нашу фантазию создать образ чего-то таинственно глубинного, «почти потустороннего». И тем не менее писатели-фантасты не так уж далеки от истины, и вот в каком смысле. Представим себе двухмерный мир — что-то вроде бесконечно тонкого листа бумаги, у которого две стороны слились в одну. В таком мире, так же, как и в нашем, любые две отстоящие друг от друга точки соединяет множество тропинок, но среди них всегда есть самая короткая, и, если мы хотим попасть в другую точку как можно скорее, нам следует воспользоваться именно этой дорожкой.
А можно ли прийти еще быстрее? Оказывается, можно, если в начале и в конце пути изогнуть, продавить пространство, образовав воронки и соединив их трубкой-каналом. Получится нечто похожее на ручку чемодана. Теперь из одной точки в другую можно попасть двумя способами — по поверхности листа и воспользовавшись каналом. Для плоского листа последний путь, понятно, не дает никакого выигрыша, путь вдоль «ручки» даже длиннее, поскольку кривая всегда больше прямой. Но если лист перегнуть пополам — так, чтобы начальная и конечная точки пути почти касались друг друга, то соединяющий их канал станет очень коротким и по сравнению с обычным путем переход сквозь него будет практически мгновенным.
Все это похоже на то, как крот в своей норе переходит с одной стороны бугорка на другую — напрямик, минуя его вершину. Другой наглядный пример — червяк, соединяющий две стороны яблока узким тоннелем.
Почти мгновенный переход между двумя удаленными точками жители двухмерного мира вправе назвать проколом пространства, нуль-транспортировкой и другими терминами, придуманными писателями-фантастами. При этом они нигде не выходят за пределы своей двухмерной вселенной, поскольку все точки — и на листе, и в канале, и на склонах воронок — принадлежат одной и той же двухмерной поверхности. Такой «лист с ручкой» существует сам по себе, независимо от того, есть обнимающее его трехмерное пространство или же его вообще нет в природе.
Подобные «кротовые», или, как их еще называют, «червячные норы» могут быть и в нашем, трехмерном пространстве. И так же, как в двухмерном случае, для этого не нужно ни «подпространства», ни мира большей размерности. Просто наш мир приобретает еще одно топологическое свойство — становится многосвязным. Теперь далеко не всякий замкнутый контур можно стянуть в точку. Петли вокруг ручек устранить таким образом нельзя.
Согласитесь, свойство весьма удивительное — стоит представить себе, как были бы мы поражены, обнаружив вдруг, что нельзя распутать завязанные «бантиком» шнурки ботинок или скомкать и спрятать в карман сумку-авоську. Вот был бы сюрприз!
И вот что еще особенно важно: рассмотренный выше двухмерный мир может иметь одну пространственную, а вторую временную координату. Тогда проколы из пространственных превратятся в пространственно-временные — они будут соединять точки с разными временами, то есть служить тоннелями для путешествий во времени. Так же и в нашем мире — войдя в тоннель, можно выйти из него совсем в другом месте и в другую эпоху.
В научно-фантастических рассказах подобный переход описывается примерно так: «Карол открыл тяжелую дверь в похожую на большой комод кабину, сделал шаг в темноту и на половине второго почувствовал легкую дурноту… Пол у него под ногами дернулся, в глазах поплыли яркие радужные круги. Боясь упасть, он вытянул перед собой руки и вдруг понял, что находится в незнакомой комнате. Даже не в комнате, а внутри какой-то раковины с гофрированными перламутровыми стенками и большим овальным отверстием, через которое светили сразу два солнца, красное и желтое…»
Вот каким удобным средством передвижения могут стать «кротовые норы»! Дело, как говорится, за малым — нужно найти естественную либо построить искусственную «нору», и грезы писателей-фантастов станут реальностью. Оказывается, это — небезнадежное дело. Теория гравитации подсказывает, где искать и как строить.
Машина времени. От ракет до «кротовых нор»
«ЗС» № 10/1990
Можно ли путешествовать во времени — по своему желанию переноситься в отдаленное будущее, в далекое прошлое и обратно? До сих пор обсуждение подобных вопросов относилось к числу «ненаучных» и было уделом писателей-фантастов.
Однако недавние исследования, связанные с гравитационными полями и теорией относительности, говорят о том, что машину времени, по-видимому, можно построить.
Вывод удивительный — трудно придумать что-либо более поражающее человеческое воображение! И тем не менее — это следствие строгих формул теории относительности и других разделов теоретической физики.
Каков же принцип действия такой машины? Что нужно для того, чтобы «слетать», например, в Xxiii век, побывать на празднике древнеегипетских фараонов, поохотиться на динозавров или заглянуть на нашу планету, когда на ней вообще еще не было жизни? Не нарушат ли такие посещения весь ход последующей истории? Попытаемся разобраться.
Искривленное время
В течение тысячелетий время рассматривалось людьми как нечто вечное, неизменное, ни от чего не зависящее. И ньютоновская механика, рассчитывающая движение небесных тел на десятки лет вперед, предсказывающая наступление солнечных и лунных затмений с точностью до долей секунды, тоже подтвердила эту вековечную уверенность. В ее уравнения время входит как свободный, ни с чем не связанный параметр — бесконечная, равномерно текущая река, волны которой несут нас из прошлого в будущее. Миры рождаются и умирают, а время, инертное и ко всему безучастное, существует всегда и везде. И никакая сила не в состоянии повлиять на его ход — ни ускорить, ни замедлить…
С этой точки зрения само собой разумеется, что для движущегося и неподвижного наблюдателей время течет совершенно одинаково. А как же может быть иначе? Никому и в голову не приходило усомниться в этом непреложном факте, который был одним из краеугольных камней человеческого мироощущения — того, что принято называть здравым смыслом.
Тем более поразительным был вывод созданной в начале нашего века теории относительности о том, что время зависит от скорости движения — пассажиры быстро мчащегося автомобиля заметят, что их хронометры все больше и больше отстают от часов, укрепленных на стенах автовокзалов, мимо которых проносится их автомобиль. И чем больше его скорость, тем заметнее запаздывание.
Причина этого удивительного явления долго оставалась загадкой. Ответ дала лишь теория гравитации (тяготения), созданная через полтора десятка лет после специальной теории относительности. Оказалось, что замедление времени связано с его… искривлением.
Чтобы понять, в чем тут дело, следует вспомнить известный еще из школьной физики вывод о том, что силы инерции — перегрузка, возникающая при ускорении и торможении автомобиля, — эквивалентны силе тяжести. Вспомним, как прижимает нас к спинке сиденья, когда автомобиль резко берет с места. И если мы изолированы от окружающего мира и не знаем истинной причины, то никак не сможем установить, что же на нас действует — инерция движения или же гравитационная сила. Не зря эффект невесомости при обучении космонавтов имитируют их «плаванием» в кабине пикирующего самолета: тянущее космонавта вниз гравитационное поле Земли при этом полностью компенсируется направленной к потолку силой инерции, и космонавт, не ощущая тяжести, свободно парит в пространстве кабины.
Так вот, из формул теории гравитации следует, что время только кажется инертным и безучастным к проходящим в мире процессам, на самом же деле на него, как и на водяной поток, действуют силы тяготения. Чем они сильнее, тем более вялым, медленнее текущим становится время. Образно говоря, под действием тяготения река времени перестает быть прямолинейной. Она изгибается, растягивается, скручивается. И поскольку всякая кривая длиннее прямой, то временное «расстояние» между двумя событиями увеличивается — «искривленное» время больше «прямого».
Конечно, представить себе искривление времени весьма не просто даже людям с богатым воображением. Отчасти здесь может помочь симметрия между временной и пространственными координатами, которую установила теория относительности. Время в ее формулах — всего лишь одна из четырех равноправных величин. Каждый может представить себе, как искривляется, гофрируется прямолинейный отрезок вдоль оси X, У или Z. Ну, а для временной оси — по аналогии.
Теперь понятно, что замедляет ход часов в движущемся автомобиле. Это силы инерции, возникающие при его разгоне. Чем они больше, тем больше его скорость и тем заметнее сдвиг времени, отсчитываемого по вокзальным и автомобильным часам.
Открытие зависимости времени от скорости движения и полей тяготения — одно из самых важных научных достижений нашего века. Оно позволяет нам в определенных пределах управлять ходом времени, мы перестаем быть его рабами. А отсюда уже недалеко и до машины времени, с помощью которой можно так искривить поток локального (местного) времени, что он вынесет нас в будущее или в прошлое.
Путешествия в будущее
В полях тяготения — например, вблизи массивных тел — время течет медленнее, чем в «пустом» пространстве. Все процессы там, в том числе и биологические реакции в живых организмах, становятся продолжительнее. Если наблюдать со стороны за людьми, живущими в слабом и сильном гравитационных полях, то у первых жизнь будет короче. И если экипаж звездолета, крейсировавшего в окрестностях «черной дыры», где гигантские поля тяготения, сумеет избежать падения в ее кратер и вернется домой, он застанет своих друзей и родственников глубокими стариками, а если еще помедлит, то попадет в далекое будущее своей планеты. «Черные дыры» — это естественные, созданные самой природой машины времени, правда действующие лишь в одном направлении — только в сторону будущего.
В научно-фантастическом романе С. Снегова «Люди как боги» рассказывается о космической «расе разрушителей», полулюдей-полумеханизмов, которые, овладев законами тяготения, создали мощные генераторы гравитационных волн и, подобно тому, как мы сегодня делаем тепловые «уколы» лучом лазера, наносили своим противникам направленные гравитационные удары. Для такой высокоразвитой цивилизации нетрудно было бы построить и компактную машину времени — что-то вроде телефонной кабины или шкафа, посидев в котором некоторое время, можно по желанию выйти в то или иное будущее.
Несмотря на фантастичность подобных путешествий, когда-нибудь их удастся осуществить. История науки убеждает нас в том, что если какая-то возможность разрешена законами природы, то ее осуществление — лишь вопрос времени. Однако сегодня мы еще очень далеки от этого. Честно говоря, мы даже не знаем, как подступиться к гравитационной машине времени. Мы хорошо умеем генерировать электромагнитные поля — в виде света, радиоволн, лучей лазера, уже научились создавать нейтринные лучи, но вот как построить мощный генератор гравитационного излучения, который бы по нашему желанию увеличивал или уменьшал силу всемирного тяготения, — этого пока никто не знает.
Гравитационный генератор интересует не только писателей-фантастов, сегодня им всерьез занимаются во многих физических лабораториях мира. Одна из них работает в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне. Исследуют различные возможности, пишут теоретические статьи, проводят международные конференции. Но повторить опыт, который когда-то А. С. Попов выполнил с электромагнитной волной — генерировать и детектировать хотя бы очень слабенькую гравиволну, — никому не удается. Пока не выходит даже более простая задача — «поймать» гравиволну, родившуюся при каком-либо космическом катаклизме, которые во множестве происходят вокруг нас и порождают мощные всплески гравитационного излучения. Но физики продолжают упорно трудиться…
Впрочем, существует обходной путь — заменить гравитацию силами инерции. Такие силы мы создавать умеем. Как уже говорилось, движущиеся часы идут медленнее неподвижных, и шофер быстро мчащегося грузовика дольше останется молодым, чем кассир автовокзала. В обычных условиях различие, понятно, совершенно ничтожно. Чтобы оно стало заметным, скорость движения должна быть близка к скорости света. Например, если автомобиль безостановочно в течение целого года двигался со скоростью сто километров в час, то он уйдет в будущее всего лишь на пару десятимиллионных долей секунды. Если он будет мчаться со скоростью, равной половине скорости света, то сдвиг в будущее составит уже около полутора месяцев. По сравнению с человеческой жизнью, в общем-то, тоже немного. Для того чтобы далеко уйти в будущее, скажем, на несколько тысячелетий, нужна скорость движения, лишь на десятимиллионную долю отличающаяся от световой.
Разгоняясь почти до скорости света, придется затратить огромное количество энергии. Ресурсов известных нам источников энергии, включая ядерную и термоядерную, для этого недостаточно. Поэтому практическое осуществление ракетных «скачков во времени» опять-таки дело будущего, хотя трудности здесь только технические, и запаздывание времени космические путешественники заметят, по-видимому, уже в следующем столетии. Один из проектов — использовать для этого фотонную ракету, испускающую реактивную струю мощного светового излучения, а в качестве горючего использовать улавливаемые с помощью огромных зонтов-пылесосов космическую пыль и газы. Опубликована даже серьезная монография с математическим обоснованием такого проекта. Интересная задача для инженеров будущего!
Не имея пока возможности направить в будущее живого наблюдателя, мы можем тем не менее проверить предсказания теории, отправив путешествовать легкие микрочастицы. Для их разгона энергии у нас хватит. С помощью ускорителей, которые построены во многих странах, их можно разогнать до скоростей, лишь на малую долю процента отличающихся от скорости света. И такие частицы действительно становятся долгожителями! Так, медленный пи-мезон живет лишь несколько стомиллионных долей секунды и погибает, распавшись на более легкие частицы. Другое дело — «сноп» разлетающихся почти со световой скоростью «мезонных искр», рождающихся при столкновении протона высокой энергии с атомным ядром. Они успевают «отметиться» во многих стоящих на их пути детекторах. По показаниям этих приборов можно определить длину пути и скорость пролетевших мезонов, а поделив одно на другое — узнать их время жизни. В полном соответствии с теорией оно бывает в сотни и даже тысячи раз больше, чем у их медленных собратьев. Консервируя короткоживущие частицы в «застывшем времени», удается транспортировать их на десятки и сотни метров.
Итак, по крайней мере в модельном исполнении, для микрочастиц, машина времени построена. Правда, это только ее половина — лишь для путешествий в будущее. Теперь нужно придумать, как соорудить вторую половину, с помощью которой можно было бы двигаться в обратном направлении — из настоящего и будущего в прошлое. Оказывается, и такое возможно.
Как поговорить со своей давно умершей бабушкой?
Любой из нас знает, что передача сообщения всегда предшествует его получению. Когда скорость носителя информации велика, а расстояния малы, как, например, в городской телефонной сети, передача сообщения происходит почти мгновенно; космический же радиотелефон работает уже с заметной задержкой, но, как бы там ни было, всегда имеет место только запаздывание, опережения никогда не происходит, если… если только не воспользоваться сверхбыстрыми, обгоняющими свет лучами. Формулы теории относительности говорят, что, перемигиваясь вспышками таких лучей, неподвижный и движущийся наблюдатели увидят ход событий каждый по-своему: для одного это будет переход сверхсветового луча из точки А в точку В, а для другого, наоборот, — сверхсветовая молния из точки В в точку А. Как в кино, когда крутят пленку в обратном направлении.
Теория относительности строго доказывает, что в мире со сверхсветовыми скоростями один из движущихся друг относительно друга наблюдателей действительно увидит, как старенькая бабушка посылает сверхсветовую скоростную депешу своему улетевшему в космическое путешествие внуку, которую тот получит, когда его любимой бабушки уже нет в живых. Второй наблюдатель увидит сначала срабатывание телеграфного аппарата в ракете у внука и лишь потом на почте у бабушки. С его точки зрения, порядок событий — прошлое и будущее — поменялся местами, и он с удивлением будет наблюдать, как внук разговаривает со своей уже давно умершей бабушкой!
Более того, второй наблюдатель может так подобрать скорость своего движения (и для этого вполне достаточно обычных, досветовых скоростей), что поменяются местами далеко отстоящие во времени события. Например, можно осветить «сверхсветовым светом» и прочитать письмо в руках живого Наполеона или наблюдать в сверхсветовом луче борьбу двух динозавров, которая произошла миллионы лет до нашей эры. С его точки зрения, все эти события происходят после того, как вспыхнул сверхсветовой прожектор, хотя с точки зрения неподвижного наблюдателя после смерти Наполеона прошло много-много лет и лишь тогда был изобретен и изготовлен прожектор сверхсветовых лучей.
Вот уж действительно, как говорится, не верь глазам своим! Кинопленка событий крутится то в одну, то в другую сторону.
С помощью сверхсветового лазера можно вмешаться в ход Бородинского сражения, изменив весь ход последующей истории, и даже (о ужас!) отравить самого себя в колыбели. Во всех этих случаях разрывается цепь времен, причины и следствия перепутываются между собой — наступает хронологический хаос.
Вот какие противоречивые, несуразные, с точки зрения логики, события предсказывают формулы теории относительности, если бы в природе существовали сверхсветовые лучи! А это должно означать, что гипотеза о таких лучах не верна — более быстрых, чем свет, лучей в природе быть просто не может. Правда, с одной оговоркой.
Сверхсветовые скорости могут существовать в области ультрамалых масштабов — на расстояниях, в тысячи раз меньших размеров протона. Как показывают эксперименты, пространство там нельзя однозначно разделить на правое и левое, а время — на прошлое и будущее. Поэтому причинных парадоксов там не возникает. Существование там сверхсветовых скоростей — вопрос эксперимента. Пока их не обнаружили; возможно, откроют в будущем… Мы не станем сейчас обсуждать этот вопрос, для нас важно, что в окружающем нас макроскопическом пространстве сверхсветовые сигналы невозможны, а следовательно, и нельзя надеяться использовать их в машине времени, хотя еще совсем недавно часть физиков обсуждала такую возможность вполне серьезно.
Кротовые норы Вселенной
В научно-фантастической литературе часто говорится о «проколах трехмерного мира», «нуль-транспортировках», «скачках в подпространстве» и тому подобных экзотических способах космических путешествии, когда переход из одного пункта в другой совершается «вне нашего пространства». Например, в уже упоминавшемся романе С. Снегова то и дело речь идет о том, как звездолеты землян и «разрушителей» уходят в подпространство и неожиданно выныривают оттуда, мгновенно промчавшись миллионы километров. Как утки на поверхности пруда — нырнули, сделались невидимыми и вынырнули у другого берега.
Конечно, все эти разговоры о всякого рода под- и гиперпространствах — всего лишь способ побудить нашу фантазию создать образ чего-то таинственно глубинного, «почти потустороннего». И тем не менее писатели-фантасты не так уж далеки от истины, и вот в каком смысле. Представим себе двухмерный мир — что-то вроде бесконечно тонкого листа бумаги, у которого две стороны слились в одну. В таком мире, так же, как и в нашем, любые две отстоящие друг от друга точки соединяет множество тропинок, но среди них всегда есть самая короткая, и, если мы хотим попасть в другую точку как можно скорее, нам следует воспользоваться именно этой дорожкой.
А можно ли прийти еще быстрее? Оказывается, можно, если в начале и в конце пути изогнуть, продавить пространство, образовав воронки и соединив их трубкой-каналом. Получится нечто похожее на ручку чемодана. Теперь из одной точки в другую можно попасть двумя способами — по поверхности листа и воспользовавшись каналом. Для плоского листа последний путь, понятно, не дает никакого выигрыша, путь вдоль «ручки» даже длиннее, поскольку кривая всегда больше прямой. Но если лист перегнуть пополам — так, чтобы начальная и конечная точки пути почти касались друг друга, то соединяющий их канал станет очень коротким и по сравнению с обычным путем переход сквозь него будет практически мгновенным.
Все это похоже на то, как крот в своей норе переходит с одной стороны бугорка на другую — напрямик, минуя его вершину. Другой наглядный пример — червяк, соединяющий две стороны яблока узким тоннелем.
Почти мгновенный переход между двумя удаленными точками жители двухмерного мира вправе назвать проколом пространства, нуль-транспортировкой и другими терминами, придуманными писателями-фантастами. При этом они нигде не выходят за пределы своей двухмерной вселенной, поскольку все точки — и на листе, и в канале, и на склонах воронок — принадлежат одной и той же двухмерной поверхности. Такой «лист с ручкой» существует сам по себе, независимо от того, есть обнимающее его трехмерное пространство или же его вообще нет в природе.
Подобные «кротовые», или, как их еще называют, «червячные норы» могут быть и в нашем, трехмерном пространстве. И так же, как в двухмерном случае, для этого не нужно ни «подпространства», ни мира большей размерности. Просто наш мир приобретает еще одно топологическое свойство — становится многосвязным. Теперь далеко не всякий замкнутый контур можно стянуть в точку. Петли вокруг ручек устранить таким образом нельзя.
Согласитесь, свойство весьма удивительное — стоит представить себе, как были бы мы поражены, обнаружив вдруг, что нельзя распутать завязанные «бантиком» шнурки ботинок или скомкать и спрятать в карман сумку-авоську. Вот был бы сюрприз!
И вот что еще особенно важно: рассмотренный выше двухмерный мир может иметь одну пространственную, а вторую временную координату. Тогда проколы из пространственных превратятся в пространственно-временные — они будут соединять точки с разными временами, то есть служить тоннелями для путешествий во времени. Так же и в нашем мире — войдя в тоннель, можно выйти из него совсем в другом месте и в другую эпоху.
В научно-фантастических рассказах подобный переход описывается примерно так: «Карол открыл тяжелую дверь в похожую на большой комод кабину, сделал шаг в темноту и на половине второго почувствовал легкую дурноту… Пол у него под ногами дернулся, в глазах поплыли яркие радужные круги. Боясь упасть, он вытянул перед собой руки и вдруг понял, что находится в незнакомой комнате. Даже не в комнате, а внутри какой-то раковины с гофрированными перламутровыми стенками и большим овальным отверстием, через которое светили сразу два солнца, красное и желтое…»
Вот каким удобным средством передвижения могут стать «кротовые норы»! Дело, как говорится, за малым — нужно найти естественную либо построить искусственную «нору», и грезы писателей-фантастов станут реальностью. Оказывается, это — небезнадежное дело. Теория гравитации подсказывает, где искать и как строить.