Мичио Каку Параллельные миры

Любого храбреца, отважившегося пройти мимо цилиндра, засосало бы внутрь с фантастической скоростью. При этом стороннему наблюдателю казалось бы, что тот человек превысил скорость света. Хотя сам Ван Стокум тогда так и не понял, что, облетев вокруг цилиндра, по сути, можно вернуться назад во времени, в момент, предшествующий моменту отлета. Если вы отбыли в полдень, то к тому времени, как вы вернетесь в точку отсчета, может быть, скажем, б часов вчерашнего дня. Чем быстрее вращение цилиндра, тем дальше вы можете унестись назад во времени (при этом единственным ограничением будет то, что вы не смогли бы попасть в момент времени до создания самого цилиндра).

Поскольку сам цилиндр похож на майское дерево (украшенный цветами столб, вокруг которого танцуют в майские праздники в Англии), то каждый раз, когда вы в танце проносились мимо него, вы все дальше и дальше уходили во времени в прошлое. Конечно же, такое решение может быть с легкостью отброшено, поскольку цилиндр все-таки не может быть бесконечно длинным. Кроме того, если бы такой цилиндр все же можно было построить, то центробежная сила, действующая на него, была бы невероятно велика, что стало бы причиной разрушения материала, из которого сделан цилиндр. Вселенная Гёделя

В 1949 году великий математик и логик Курт Гёдель обнаружил еще более сложное решение уравнений Эйнштейна. Он предположил, что Вселенная вращается вся целиком. Подобно случаю с вращающимся цилиндром Ван Стокума, все увлекается пространством-временем, тягучим, словно патока.

Р’Рѕ вселенной Гёделя человек, РІ принципе, может путешествовать между РґРІСѓРјСЏ любыми точками пространства или времени. Р’С‹ можете стать участником любого события, происшедшего РІ любой период времени, РІРЅРµ зависимости РѕС‚ того, насколько далеко РѕРЅ отстоит РѕС‚ настоящего. Р?Р·-Р·Р° действия гравитации вселенная Гёделя имеет тенденцию Рє коллапсу. Поэтому центробежная сила вращения должна сбалансировать гравитационную силу. Р?ными словами, Вселенная должна вращаться СЃ определенной скоростью. Чем больше Вселенная, тем больше ее тенденция Рє коллапсу Рё тем быстрее РѕРЅР° должна вращаться для его предотвращения.

К примеру, Вселенная нашего размера по Гёделю должна была бы совершать один полный оборот за 70 миллиардов лет, а минимальный радиус для путешествия во времени составлял бы 16 миллиардов световых лет. Однако путешествуя во времени в прошлое, вы должны двигаться со скоростью чуть ниже скорости света.

Гёделю было прекрасно известно Рѕ парадоксах, которые могли возникнуть РёР· такого решения, — возможность встретить самого себя РІ прошлом Рё изменить С…РѕРґ истории. «Совершая «кругосветное» путешествие РЅР° ракете РїРѕ достаточно длинному маршруту, РІ этих мирах возможно путешествовать РІ любой момент прошлого, настоящего Рё будущего, Р° потом СЃРЅРѕРІР° возвращаться обратно, также, как РІ РґСЂСѓРіРёС… мирах возможно путешествовать РІ отдаленные области пространства, — писал РѕРЅ. — Такое положение дел, кажется, несет РІ себе элемент абсурда. Р?Р±Рѕ РѕРЅРѕ позволяет человеку путешествовать РІ РЅРµ очень отдаленное прошлое тех мест, РіРґРµ РѕРЅ сам жил РєРѕРіРґР°-то. Там РѕРЅ обнаружил Р±С‹ человека, который был Р±С‹ РёРј самим РІ более ранний период его же жизни. Р? тогда РѕРЅ СЃРјРѕРі Р±С‹ сделать что-РЅРёР±СѓРґСЊ СЃ этим человеком, чего, РїРѕ его воспоминаниям, СЃ РЅРёРј самим РЅРµ происходило».

Эйнштейн был глубоко обеспокоен решением, найденным его РґСЂСѓРіРѕРј Рё коллегой РїРѕ Р?нституту передовых исследований РІ Принстоне. Его ответ был достаточно прозрачен:

Работа Курта Гёделя, на мой взгляд, представляет собой важный вклад в общую теорию относительности, особенно в анализ концепта времени. Проблема, рассмотренная в работе, беспокоила меня еще во время создания общей теории относительности, и я так и не достиг успеха в ее разрешении… Различие «раньше-позже» стирается при рассмотрении точек Вселенной, отстоящих далеко друг от друга в космологическом смысле, а при учете направления причинных связей возникают те парадоксы, о которых говорит господин Гёдель… Будет интересно разобраться, можно ли отбросить их по причине недостаточного физического обоснования.

Ответ Эйнштейна интересен по двум причинам. Во-первых, он признал, что возможность путешествий во времени беспокоила его с того самого момента, когда он впервые сформулировал общую теорию относительности. Поскольку считается, что время и пространство похожи на кусок резины, который может сгибаться и искривляться, Эйнштейна обеспокоило то, что пространство-время может искривиться настолько, что путешествие во времени станет возможно. Во-вторых, он исключил решение Гёделя по причине недостаточного «физического обоснования», — то есть Вселенная не вращается, она расширяется.

Когда Эйнштейн умер, стало известно, что его уравнения допускали существование странных явлений (путешествий во времени, порталов). Но никто о них серьезно не задумывался — ведь ученые считали, что эти явления не могут быть реализованы. Всеобщее мнение гласило: для этих решений не существует основы в реальном мире. Вы бы погибли, если бы попытались попасть в параллельную вселенную через черную дыру; Вселенная не вращается; цилиндр бесконечной длины изготовить нельзя, — все это придавало вопросу о путешествиях во времени чисто теоретический характер. Машина времени Торна

О путешествиях во времени забыли на целых 35 лет до 1985 года, когда астроном Карл Саган написал роман «Контакт» и захотел описать, как его героиня смогла бы попасть на Бегу. Ему требовалось путешествие в оба конца, то есть чтобы героиня сначала попала на Бегу, а потом снова вернулась на Землю, — ас помощью порталов черных дыр это было невозможно. Саган обратился за помощью к физику Кипу Торну. Торн потряс мир физики новыми решениями уравнений Эйнштейна, которые допускали путешествие во времени в обход многих проблем. В 1988 году вместе с коллегами, Майклом Моррисом и Ульви Юртсивером, Торн объявил, что машину времени сконструировать возможно при условии, что каким-то образом будут получены странные формы вещества и энергии, такие, как «экзотическое отрицательное вещество» и «отрицательная энергия». Сначала физики скептически отнеслись к этому новому решению, поскольку никто никогда не видел этого «экзотического вещества», а отрицательная энергия существует только в малых количествах. Но все же это решение являло собой прорыв в нашем понимании путешествия во времени.

Большим преимуществом отрицательного вещества и отрицательной энергии является то, что они могут сделать портал двусторонним и вы сможете совершить путешествие в оба конца, не беспокоясь о «горизонтах событий». По сути, группа Торна обнаружила, что путешествие с помощью машины времени было бы вполне мягким по сравнению со стрессом, который человек испытывает, путешествуя коммерческими авиарейсами.

Однако проблема в том, что «экзотическое вещество» (оно же «отрицательное») обладает весьма удивительными качествами. В отличие от антивещества (которое, как известно, существует и, вероятнее всего, под воздействием гравитационного поля падает на Землю), отрицательное вещество «падает вверх», так что оно будет парить, всплывать вверх под воздействием земной гравитации, поскольку обладает антигравитацией. Оно отталкивается, а не притягивается обычным веществом и другим отрицательным веществом. Это также означает, что его довольно трудно обнаружить в природе, если оно вообще существует. С тех пор как Земля образовалась 4,5 млрд лет назад, любое отрицательное вещество уплыло бы далеко в космос. Так что, возможно, отрицательное вещество плавает в космосе вдали от всех планет. (Отрицательное вещество, возможно, никогда не столкнется с пролетающей мимо звездой или планетой, поскольку оно отталкивается обычным веществом.)

Если отрицательное вещество никто никогда не видел (и вполне возможно, что его вообще не существует), существование от-

рицательной энергии физически возможно, РЅРѕ встречается РѕРЅР° чрезвычайно редко. Р’ 1933 РіРѕРґСѓ Хенрик Казимир доказал, что РґРІРµ незаряженные параллельные металлические пластины РјРѕРіСѓС‚ создавать отрицательную энергию. Обычно ожидается, что РґРІРµ пластинки остаются стационарными, поскольку РЅРµ имеют заряда. Однако Казимир показал, что между этими РґРІСѓРјСЏ незаряженными параллельными пластинками существует очень слабая сила притяжения. Р’ 1948 РіРѕРґСѓ эта незначительная сила действительно была измерена, что доказало реальную возможность существования отрицательной энергии. Эффект Казимира использует довольно необычное свойство вакуума. Согласно квантовой теории, пустое пространство заполнено «виртуальными частицами», Рё это возможно благодаря принципу неопределенности Гейзенберга, который допускает, что исконные классические законы РјРѕРіСѓС‚ быть нарушены, если эти нарушения кратковременны. Например, благодаря принципу неопределенности существует некоторая вероятность того, что электрон Рё позитрон РјРѕРіСѓС‚ возникнуть РёР· ничего, Р° затем аннигилировать РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР°. Поскольку параллельные пластины находятся очень близко РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ, эти виртуальные частицы РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ попасть РІ пространство между пластинами. Таким образом, поскольку РІРѕРєСЂСѓРі пластин находится гораздо больше частиц, чем между РЅРёРјРё, это создает силу, направленную РёР·РІРЅРµ, которая слегка подталкивает пластины РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ. Этот эффект был точно измерен РІ 1996 РіРѕРґСѓ Стивеном Ламоро РёР· Национальной лаборатории Лос-Аламос. Р?змеренная РёРј сила притяжения оказалась крошечной (равной весу 1 /30000 такого насекомого, как муравей). Чем меньше расстояние между пластинами, тем больше сила притяжения.

Р?так, РІ этом заключается возможный принцип работы машины времени, выдуманной РўРѕСЂРЅРѕРј. Высокоразвитая цивилизация могла Р±С‹ начать СЃ РґРІСѓС… параллельных пластин, находящихся РЅР° крайне малом расстоянии РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°. Затем эти параллельные пластины были Р±С‹ преобразованы РІ сферу, состоящую РёР· внешней Рё внутренней оболочек. Затем РѕРЅРё взяли Р±С‹ РґРІРµ такие сферы Рё каким-либо СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј протянули Р±С‹ портал-червоточину между РЅРёРјРё, таким образом эти сферы оказались Р±С‹ соединены пространственным туннелем. Теперь каждая РёР· сфер содержала Р±С‹ РІС…РѕРґ РІ портал.

Обычно течение времени синхронно в обеих сферах Но если мы поместим одну из сфер в ракету и запустим ее, сообщив ей скорость, близкую к световой, то для этой ракеты время замедлит свой ход, и две сферы больше не будут синхронизированы во времени. Часы в ракете идут намного медленнее, чем на Земле. Если затем прыгнуть в сферу на Земле, то через портал, соединяющий сферы, можно попасть в другую ракету, которая находится в прошлом (Однако, опять-таки, эта машина времени не может перенести вас во время, предшествующее созданию самой машины.) Проблемы отрицательной энергии

Несмотря на то что, объявив о найденном решении уравнений Эйнштейна, Торн произвел настоящую сенсацию, реализация его идей затруднялась некоторыми серьезными препятствиями, трудноустранимыми даже в условиях высокоразвитой цивилизации. Для начала нтобходимо было получить большие количества отрицательной энергии, а она встречается довольно редко. Действие портала такого типа зависит от наличия большого количества отрицательной энергии, которая не дает порталу закрыться. Если получать отрицательную энергию, как это описал Казимир, действие ее довольно слабое и размер портала будет намного меньше атома, что делает нереальным путешествие через этот портал. Существуют и другие источники отрицательной энергии, кроме описанного эффекта Казимира, но все их довольно сложно контролировать. Например, физики Пол Дейвис и Стивен Фуллинг показали, что создание отрицательной энергии возможно с помощью быстро перемещаемого зеркала, при этом отрицательная энергия аккумулируется перед зеркалом по мере его передвижения К сожалению, для получения отрицательной энергии зеркало придется перемещать со скоростью, близкой к скорости света. Кроме того, как и в случае с эффектом Казимира, количество полученной отрицательной энергии чрезвычайно мало.

Еще один способ получения отрицательной энергии связан с использованием высокомощных лазерных лучей Среди энергетических состояний лазера наличествуют «сжатые состояния», в которых сосуществуют положительная и отрицательная энергии

Однако это юаимодействие тоже довольно трудно контролировать. Стандартный импульс отрицательной энергии может длиться 10"¹⁵ секунды, после чего Р·Р° РЅРёРј следует импульс положительной энергии. Отделить состояния положительной энергии РѕС‚ состояний отрицательной энергии возможно, хотя Рё чрезвычайно трудно. Более РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ СЏ Р±СѓРґСѓ говорить РѕР± этом РІ главе 11.

Р? наконец, оказывается, отрицательная энергия содержится Рё РІ черной дыре — Сѓ ее «горизонта событий». Как доказали Джейкоб Бекенштейн Рё Стивен РҐРѕРєРёРЅРіВ®, черная дыра РЅРµ является идеально черной, поскольку РѕРЅР° пусть медленно, РЅРѕ испускает энергию. Это РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ потому, что гринцип неопределенности делает возможным туннелирование излучения СЃРєРІРѕР·СЊ невероятную фавитацию черной дыры. РќРѕ поскольку такая черная дыра теряет энергию, СЃРѕ временем «горизонт событий» сужается Обычно, если положительное вещество (например, звезду) бросить РІ черную дыру, то «горизонт событий» расширяется РќРѕ если РјС‹ СЃР±СЂРѕСЃРёРј РІ черную дыру отрицательное вещество, то «горизонт событий» сузится. Таким образом, испускание энергии черной дырой создает отрицательную энергию возле «горизонта событий». (Некоторые ученые вьтдвигали идею поместить устье портала-червоточины СЂСЏРґРѕРј СЃ «горизонтом СЃРѕР±СЊРїРёР№В», чтобы РѕРЅ собирал отрицательную энергию. Однако собирать отрицательную энергию подобным образом было Р±С‹ крайне сложно Рё опасно, поскольку вам РІСЃРµ время пришлось Р±С‹ находиться чрезвычайно близко Рє «горизонту событий».)

Хокинг доказал, что отрицательная энергия в целом необходима для стабипизации всех решений для порталов. Ход его рассуждений довольно прост. Обычно положительная энергия может создать вход в портал-червоточину, который концентрирует вещество и энергию. Таким образом, лучи света фокусируются в устье портала. Однако, если эти же лучи света появятся с другой стороны, то где-то в центре портала-червоточины лучи света должны расфокусироваться. Единственным возможным объяснением такого варианта событий является наличие отрицательной энергии Далее, отрицательная энергия отталкивает, что необходимо для предотвращения сжатия портала под воздействием силы фавитации. Поэтому ключом к созданию машины времени или портала может быть достаточное количество офицательной энфгии-чтобы устье-вход портала было открыто и находилось в устойчивом состоянии. (Многие ученые-физики уже обнаружили, что при наличии сильных гравитационных полей поля отрицательной энергии — явление обычное.) Так что, возможно, когда-нибудь гравитационную отрицательную энергию смогут использовать для управления машиной времени.

Еще одним препятствием, не позволяющим создать такую машину времени, является следующее: где найти портал-червоточину? Торн опирался на тот факт, что порталы-червоточины создаются естественным путем в том, что называют «пеной» пространства-времени. Это возвращает нас к вопросу, который поставил более 2000 лет назад греческий философ Зенон: каково наименьшее расстояние, которое можно пройти?

Зенон РєРѕРіРґР°-то математически доказал, что реку пересечь невозможно. Сначала РѕРЅ заметил, что расстояние между берегами реки можно разделить РЅР° бесконечное количество точек. РќРѕ поскольку для того, чтобы пройти бесконечное множество точек, понадобится бесконечное количество времени, то реку пересечь невозможно. Р?ли, если РЅР° то пошло, ничто вообще РЅРµ может двигаться. (Для разрешения этой головоломки понадобятся еще РґРІР° тысячелетия Рё соответствующее развитие вычислительной науки. Можно доказать, что бесконечное множество точек можно пройти Р·Р° конечное количество времени, что, РІ конце концов, делает движение математически возможным.)

Джон Уилер РёР· Принстона проанализировал уравнения Эйнштейна СЃ целью найти наименьшее расстояние. Уилер обнаружил, что РЅР° невероятно малых расстояниях, РїРѕСЂСЏРґРєР° длины Планка (10"СЃРј), теория Эйнштейна предсказывала, что искривление пространства будет достаточно велико. Р?ными словами, РїСЂРё длине Планка проявляется то обстоятельство, что пространство совсем РЅРµ гладкое, Р° сильно искривленное, то есть его характеризуют неоднородность Рё «пенистость». Пространство становится комковатым Рё буквально бурлит; РїСЂРё этом крошечные пузырьки выпрыгивают РёР· вакуума Рё СЃРЅРѕРІР° исчезают РІ нем. Даже пустое пространство, если его рассматривать РІ таком масштабе, постоянно заполнено мельчайшими пузырьками пространства-времени, которые, РїРѕ сути, представляют СЃРѕР±РѕР№ крошечные порталы-червоточины Рё вселенные-малютки. Обычно «виртуальные частицы состоят РёР· электронных Рё позитронных пар, которые появляются, чтобы тут же аннигилировать РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР°. РќРѕ РїСЂРё длине Планка крошечные пузырьки, представляющие СЃРѕР±РѕР№ целые вселенные Рё порталы, РјРѕРіСѓС‚ возникать только для того, чтобы тут же раствориться РІ вакууме. Наша собственная Вселенная могла зародиться РІ РІРёРґРµ РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· таких крошечных пузырьков, покачивающихся РІ «пене» пространства-времени, который потом раздулся РїРѕ неизвестным нам причинам.

Поскольку порталы-червоточины в естественном состоянии можно обнаружить в «пене», Торн предположил, что высокоразвитая цивилизация сможет извлечь эти порталы из «пены», а затем расширить их и стабилизировать с помощью отрицательной энергии. Хотя это достаточно сложный процесс, но он лежит в пределах возможностей, определяемых законами физики.

Машина времени Торна кажется теоретически возможной, хотя, с точки зрения технологии, сконструировать ее чрезвычайно сложно; но существует еще один нерешенный вопрос: противоречат ли путешествия во времени фундаментальному закону физики? Вселенная у вас в спальне

Р’ 1992 РіРѕРґСѓ Стивен РҐРѕРєРёРЅРі попытался разрешить РІРѕРїСЂРѕСЃ Рѕ путешествиях РІРѕ времени раз Рё навсегда. Р?нстинктивно РѕРЅ был против путешествий РІРѕ времени; ведь если Р±С‹ путешествия СЃРєРІРѕР·СЊ время были таким же обычным явлением, как Рё воскресные РїРёРєРЅРёРєРё, то тогда РјС‹ должны были Р±С‹ видеть туристов РёР· далекого будущего, которые глазели Р±С‹ РЅР° нас Рё фотографировали.

РќРѕ физики часто РїСЂРёРІРѕРґСЏС‚ цитату РёР· эпического романа Рў. X. Уайта «Король былого Рё грядущего», РіРґРµ муравьиное общество заявляет: «Все, что РЅРµ запрещено, обязательно Рє исполнению». Р?ными словами, если нет основополагающего физического принципа, запрещающего путешествия РІРѕ времени, то РѕРЅРё непременно являются физически возможными. (Причиной тому есть принцип неопределенности. Если только что-либо РЅРµ запрещено, то квантовые взаимодействия Рё флуктуации РІ конце концов сделают это возможным РїСЂРё условии достаточно долгого ожидания.) Р’ ответ Стивен РҐРѕРєРёРЅРі предложил «гипотезу защиты хронологии», которая запрещает путешествия РІРѕ времени Рё тем самым «сохраняет историю для историков». Согласно этой гипотезе, путешествия РІРѕ времени невозможны, поскольку противоречат частным физическим принципам.

Поскольку с решениями для порталов-червоточин работать чрезвычайно трудно, Хокинг начал свое доказательство с анализа упрощенной Вселенной, открытой Чарльзом Мизнером из Мэрилендского университета: в ней наличествовали все составляющие, необходимые для путешествий во времени. Пространство Мизнера — это идеализированное пространство, в котором, например, ваша спальня становится целой Вселенной. Пусть каждая точка на левой стене спальни идентична соответствующей точке на правой стене. Это означает, что если вы пойдете по направлению к левой стене и не остановитесь вовремя, то вы не разобьете себе нос в кровь, а пройдете сквозь стену и возникнете вновь из правой стены. Это означает, что в каком-то смысле левая и правая стены соединены цилиндрически.

РљСЂРѕРјРµ того, точки РЅР° передней стене РґРѕРјР° идентичны точкам РЅР° задней стене, Р° точки РЅР° потолке идентичны точкам пола. Таким образом, РёРґСЏ РІ любом направлении, РІС‹ пройдете СЃРєРІРѕР·СЊ РѕРґРЅСѓ РёР· стен спальни Рё СЃРЅРѕРІР° вернетесь РІ нее. Р’С‹ РЅРµ можете выйти РёР· нее. Р?ными словами, ваша спальня поистине является целой Вселенной!

Далее, вглядевшись в левую или правую стену, вы увидите, что она, по сути, прозрачна и на другой стороне этой стены находится точная копия вашей спальни. В этой другой спальне стоит ваш точный клон, хотя вы и можете увидеть только его спину, но никогда — лицо. Если вы посмотрите вверх или вниз, то также увидите точные копии самого себя. По сути, существует бесконечная последовательность точных копий вас самих, стоящих спереди, сзади, внизу и над вами.

Вступить в контакт с самим собой довольно трудно. Каждый раз, когда вы поворачиваете голову, чтобы взглянуть на лица клонов, вы обнаруживаете, что они тоже отворачиваются, и поэтому вы никак не можете увидеть их лица. Но если спальня достаточно маленькая, то вы можете просунуть руку сквозь стену и схватить за плечо клона, стоящего перед стеной. Вас может повергнуть в шок то, что клон сзади вас также протянул руку и схватил вас за плечо. Точно так же вы можете вытянуть руки направо и налево, схватив клонов, стоящих слева и справа, и тогда образуется бесконечная последовательность вас самих, держащихся за руки. В сущности, вы протянулись через всю

В пространстве Мизнера Вселенная заключена в вашей спальне. Противоположные стены идентичны друг другу, а потому, пройдя сквозь одну стену, вы тут же появитесь из противоположной. Точно так же и потолок идентичен полу. Пространство Мизнера часто изучают по той причине, что его топология идентична топологии пор тала-червоточины, но с ним намного легче иметь дело в математическом отношении. Если стены двигаются, то во Вселенной Мизнера путешествия во времени, возможно, допустимы.

Вселенную, чтобы схватить за плечо самого себя. (Не рекомендуется наносить вред своим клонам. Если вы возьмете пистолет и направите его на клона впереди вас, то вам, возможно, стоит пересмотреть свою позицию и не нажимать на курок, потому что клон сзади также целится в вас!)

Представьте, что в пространстве Мизнера стены вокруг вас сжимаются. Ситуация становится интересной. Допустим, что спальня сжимается и правая стена медленно движется по направлению к вам со скоростью 3 км/ч. Если теперь вы пройдете сквозь левую стену, то снова появитесь из правой движущейся стены, но уже приобретете дополнительную скорость, равную 3 км/ч, сообщенную вам стеной, так что теперь вы будете двигаться со скоростью б километров в час. По сути, каждый раз, как вы совершаете полный проход, вам сообщается дополнительная скорость, равная 3 км/ч. После повторения путешествий вокруг Вселенной вы двигаетесь со скоростью 9, потом 12,15 км/ч — до тех пор, пока не достигнете невероятной скорости, близкой к световой.

Р’ определенной критической точке РІС‹ двигаетесь РІ этой Вселенной Мизнера настолько быстро, что начинаете путешествие РІРѕ времени назад — РџРѕ сути, РІС‹ можете посетить любую предыдущую точку пространства-времени. РҐРѕРєРёРЅРі тщательно изучил пространство Мизнера. РћРЅ обнаружил, что СЃ математической точки зрения правая Рё левая стены почти идентичны РґРІСѓРј устьям-входам портала-червоточины. Р?ными словами, ваша спальня Рё есть портал, РіРґРµ правая Рё левая стены одинаковы Рё являются идентичными устьями-входами портала.

Затем РѕРЅ отметил тот факт, что пространство Мизнера неустойчиво СЃ точки зрения как классической, так Рё квантовой механики. Рљ примеру, если РІС‹ направите луч фонарика РЅР° левую стену, то луч будет набирать энергию каждый раз, появляясь РёР· правой стены. Этот луч приобретет голубое смещение — то есть будет содержать РІСЃРµ больше энергии, РґРѕ тех РїРѕСЂ, РїРѕРєР° РѕРЅР° РЅРµ станет бесконечной, Р° это уже невозможно. Р?ли же луч фонаря приобретет такое количество энергии, что создаст СЃРІРѕРµ собственное невероятно сильное гравитационное поле, которое сожмет спальню/портал. Таким образом, портал сожмется, если РІС‹ попытаетесь пройти СЃРєРІРѕР·СЊ него. Также можно доказать, что нечто, называемое тензором энергии-импульса, который измеряет энергетическое Рё вещественное содержимое пространства, станет бесконечным, поскольку излучение может пройти СЃРєРІРѕР·СЊ эти РґРІРµ стены бесконечное количество раз.

Хокинг таким образом нанес завершающий смертельный удар по идее путешествий во времени — многочисленные эффекты излучения накладывались до тех пор, пока не начинали стремиться к бесконечности, создавая отклонения, губя путешественника во времени и закрывая портал.

В своих работах Хокинг поднял вопрос об отклонениях, что вызвало оживленную дискуссию в физической литературе. Ученые разделились — «за» и «против» принципа защиты хронологии. По сути, несколько физиков бросились искать бреши в доказательстве Хокинга, выбирая подходящие значения для порталов, изменяя их параметры — длину и прочее. Они обнаружили, что в некоторых решениях для порталов тензор энергии-импульса действительно отклонялся, нов остальных решениях он был четко определен. Русский физик Сергей Красников рассмотрел вопрос отклонений в связи с различными типами порталов и сделал вывод, что «нет ни крупицы доказательств такого предположения, что машина времени должна быть нестабильна».

Научная мысль так далеко отступила от выводов Хокинга, что физик из Принстона Ли-Синь Ли даже выдвинул гипотезу анти-хронологической защиты: «Не существует такого закона физики, который бы препятствовал появлению замыкающихся временных петель».

В 1998 году Хокинг был вынужден в некотором роде пойти на уступку. Он написал: «Тот факт, что тензор энергии-импульса не выказывает отклонений [в определенных случаях], доказывает, что обратная реакция не навязывает нам существования принципа защиты хронологии». Это совсем не означает, что путешествие во времени возможно, это лишь доказывает, что наши познания в этой области еще далеко не полны. Физик Мэтью Виссер считает, что провал гипотезы Хокинга «вовсе не должен питать надежды энтузиастов путешествий во времени, а скорее указывает на то, что разрешение вопросов защиты хронологии требует доскональной разработки теории квантовой гравитации».

Сегодня РҐРѕРєРёРЅРі уже РЅРµ РіРѕРІРѕСЂРёС‚, что путешествия РІРѕ времени абсолютно невозможны. РћРЅ утверждает лишь, что РѕРЅРё очень СѓР¶ маловероятны Рё трудно осуществимы. Перевес совершенно очевидно РЅРµ РІ пользу путешествий РІРѕ времени. РќРѕ тем РЅРµ менее нельзя полностью отбрасывать возможность РёС… осуществления. Если Р±С‹ можно было каким-либо образом использовать большие количества положительной Рё отрицательной энергии, то путешествия РІРѕ времени Рё вправду стали Р±С‹ возможны. (Р?, возможно, наше время только потому РЅРµ наводнили толпы туристов РёР· будущего, что самым отдаленным временем, РІ которое РѕРЅРё РјРѕРіСѓС‚ отправиться, является момент создания самой машины времени, Р° машины времени РїРѕРєР° что еще РЅРµ сконструированы.) Машина времени Готта

В 1991 году Дж. Ричард Готт III из Принстона предложил еще одно решение эйнштейновских уравнений, которое допускало путешествия во времени. Его подход был интересен потому, что Готт выбрал совершенно новое, можно сказать, свеженькое направление, полностью отбросив вращающиеся объекты, порталы-червоточины и отрицательную энергию.

Готт родился в Луисвилле (штат Кентукки) в 1947 году. В его речи до сих пор слышен мягкий южный акцент, который кажется несколько экзотичным в разреженном, беспорядочном мире теоретической физики. Он начал изучать физику еще в детстве, вступив в клуб астрономов-любителей, где наслаждался видом звездного неба.

В школе Готт выиграл престижный конкурс Вестингауза «Поиски научных талантов», в котором поныне участвует как председатель жюри. Закончив Гарвард со степенью доктора математики, он отправился в Принстон, где работает и по сей день.

Занимаясь исследованиями в области космологии, Готт заинтересовался «космическими струнами», «остатком» Большого Взрыва, существование которых предсказывается во многих теориях. Космические струны могут быть тоньше диаметра атомного ядра, но их масса может быть сравнима со звездной и они протягиваются в пространстве на миллионы световых лет. Готт первым обнаружил решение уравнений Эйнштейна, допускающее существование космических струн. Но затем он заметил в этих космических струнах нечто необычное. Если взять две космические струны и отправить их навстречу друг другу, то прямо перед тем, как они столкнутся, их можно использовать в качестве машины времени. Во-вторых, он обнаружил, что если облететь вокруг сталкивающихся космических струн, то пространство сжимается, что придает ему необычные свойства. Мы знаем, что, если, например, обойти вокруг стола и вернуться на место старта, мы совершим оборот (вокруг стола) в 360°. Но если ракета облетит две космические струны при их прохождении друг сквозь друга, то она, по сути, совершит неполный оборот, меньше 360°, потому что пространство сжимается. (Это топология конуса. Если мы облетим вокруг конуса, то обнаружим, что совершили неполный оборот.) Таким образом, стремительно облетев вокруг обеих струн, вы фактически могли бы превысить скорость света (с точки зрения находящегося в отдалении наблюдателя), поскольку общее расстояние будет меньшим, чем ожидалось. Однако это не противоречит специальной теории относительности, поскольку в вашей собственной системе отсчета скорость ракеты никогда не превысит скорости света.

Но это также означает, что если вы облетите две сталкивающиеся космические струны, то сможете совершить путешествие в прошлое. Готт вспоминает: «Когда я обнаружил это решение, я чрезвычайно взволновался. В решении использовалось только положительное вещество, которое двигалось со скоростью, не превышающей скорость света. Для сравнения: решения, привлекающие порталы, требуют присутствия более экзотического отрицательно-энергетически-плотного вещества (то есть чего-то, что весит меньше, чем ничего)».

Но количество энергии, необходимое для создания машины времени, просто невероятно. «Чтобы сделать возможными путешествия в прошлое, космические струны массой в 10 триллионов на сантиметр должны двигаться в противоположных направлениях со скоростями, составляющими, по меньшей мере, 99,999999996 % скорости света. Мы наблюдали во Вселенной протоны высокой энергии, двигающиеся так же быстро, а потому такие скорости возможны», — замечает он.

Некоторые критики указывают РЅР° то, что космические струны — явление очень редкое, если РѕРЅРё вообще существуют, Р° столкновение космических струн — еще более редко. Поэтому Готт предложил следующее: высокоразвитая цивилизация может обнаружить космическую струну РІ открытом РєРѕСЃРјРѕСЃРµ. Р?спользуя гигантские космические корабли Рё точнейшие РїСЂРёР±РѕСЂС‹ огромных размеров, люди будущего могли Р±С‹ преобразовать эту струну РІ слегка неправильный прямоугольник-петлю (похожий РЅР° наклонный стул). РџРѕ его теории, эта петля-прямоугольник может коллапсировать РїРѕРґ воздействием своей собственной гравитации, так что РґРІР° прямых отрезка космической струны РјРѕРіСѓС‚ пролететь РґСЂСѓРі РјРёРјРѕ РґСЂСѓРіР° СЃРѕ скоростью, близкой Рє скорости света, создав тем самым машину времени. Р? тем РЅРµ менее Готт признает: «Коллапсирующая петля РёР· космической струны, достаточно большая для того, чтобы РІС‹ смогли облететь РІРѕРєСЂСѓРі нее Рё отправиться хотя Р±С‹ РЅР° РіРѕРґ назад РІ прошлое, должна была Р±С‹ иметь массу-энергию более половины всей галактики». Временные парадоксы

Традиционно еще одной причиной, по которой ученые отбрасывали идею путешествия во времени, были временные парадоксы. Например, если вы вернетесь назад во времени и убьете своих родителей до момента вашего рождения, то рождение ваше станет невозможным. Так что, для начала, вы никогда не сможете вернуться назад во времени и убить своих родителей. Это важно, поскольку наука основывается на логически последовательных идеях; такого временного парадокса было бы достаточно, чтобы отбросить идею о путешествии во времени.

Эти временные парадоксы разделяются на несколько категорий: Дедушкин парадокс. Согласно этому парадоксу, вы изменяете прошлое таким образом, что существование настоящего становится невозможным. Например, отправившись в отдаленное прошлое, чтобы взглянуть на динозавров, вы можете случайно наступить на маленькое мохнатое существо, которое, возможно, было первым предком рода человеческого. Уничтожив своего предка, вы делаете собственное существование логически невозможным.

Р?нформационный парадокс. Согласно этому парадоксу, информация РїСЂРёС…РѕРґРёС‚ РёР· будущего, Р° это означает, что Сѓ нее нет начала. Например, представим, что какой-то ученый создал машину времени Рё отправляется РІ прошлое, чтобы поведать секрет путешествия РІРѕ времени самому себе РІ юные РіРѕРґС‹. РЈ этого секрета РЅРµ будет начала, поскольку та машина времени, которую создаст молодой ученый, РЅРµ будет изобретена РёРј самим; секрет ее конструкции будет передан ему его старшим воплощением.

Парадокс Билкера. Предположим, человек знает, каким будет его будущее, и совершает какой-то поступок, что делает существование такого будущего невозможным. Например, вы создаете машину времени, которая может унести вас в будущее, и обнаруживаете, что вам суждено жениться на женщине по имени Джейн. Однако в пику судьбе вы решаете жениться на женщине по имени Хелен, таким образом делая невозможным существование такого будущего.

Сексуальный парадокс. Согласно этому парадоксу, вы являетесь своим собственным отцом, что невозможно биологически. Герой истории, написанной британским философом Джонатаном Гаррисоном, не только является собственным отцом, но и съедает самое себя. В классическом произведении Роберта Хайнлайна «Все вы зомби» герой одновременно и собственный отец, и мать, и дочь, и сын — то есть в нем воплощено все фамильное древо. (За подробностями обратитесь к примечаниям. Раскрыть тайну сексуального парадокса в действительности довольно сложно, поскольку это требует знаний как в области теории путешествий во времени, так и в механике ДНК.)

Р’ «Конце вечности» Айзек РђР·РёРјРѕРІ рисует РІ своем воображении «временную полицию», которая отвечает Р·Р° предотвращение подобных парадоксов. Р’ фильме «Терминатор» сюжет основан РЅР° информационном парадоксе — ученые изучают микрочип, взятый Сѓ робота РёР· далекого будущего, затем РѕРЅРё создают целую расу роботов, которые наделены сознанием, Рё те завоевывают весь РјРёСЂ. Р?ными словами, сама конструкция этих роботов РЅРµ была создана каким-либо изобретателем; РѕРЅР° просто взята РёР· обломков РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· роботов далекого будущего. Р’ фильме «Назад РІ будущее» Майкл Дж. Фокс пытается избежать «дедушкиного парадокса», РєРѕРіРґР° возвращается назад РІРѕ времени Рё встречается СЃРѕ своей матерью-подростком, которая тут же влюбляется РІ него. РќРѕ если РѕРЅР° отвергнет ухаживания отца Фокса, то само существование Майкла будет поставлено РїРѕРґ СѓРіСЂРѕР·Сѓ.

Сценаристы охотно нарушают законы физики, создавая голливудские блокбастеры. Но в кругу физиков к таким парадоксам относятся очень серьезно. Любое решение подобных парадоксов должно быть совместимо с теорией относительности и квантовой теорией. Например, для совмещения с теорией относительности река времени должна быть бесконечной. Вы не можете запрудить реку времени. В общей теории относительности время представлено как гладкая протяженная поверхность, которую нельзя разорвать и на которой не может образоваться рябь. Топология ее может измениться, но просто так остановиться река не может. Это означает, что если вы убьете своих родителей до момента собственного рождения, то вы не исчезнете. Такой вариант развития событий противоречил бы законам физики.

Р’ настоящее время физики делятся РЅР° РґРІРµ РіСЂСѓРїРїС‹, поддерживая РґРІР° возможных решения этих временных парадоксов. Р СѓСЃСЃРєРёР№ космолог Р?РіРѕСЂСЊ РќРѕРІРёРєРѕРІ считает, что РјС‹ вынуждены действовать таким образом, словно парадоксы неизбежны. Его РїРѕРґС…РѕРґ называется «школой непротиворечивости». Если река времени РјСЏРіРєРѕ поворачивает вспять Рё СЃРЅРѕРІР° замыкается РЅР° самой себе, создавая РІРѕРґРѕРІРѕСЂРѕС‚, то, согласно предположениям РќРѕРІРёРєРѕРІР°, если РјС‹ решим вернуться назад РІРѕ времени, что было Р±С‹ чревато созданием временного парадокса, то некая «невидимая рука» должна вмешаться Рё предотвратить прыжок РІ прошлое. РќРѕ РІ РїРѕРґС…РѕРґРµ РќРѕРІРёРєРѕРІР° существуют проблемы СЃРѕ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ волей. Если РјС‹ вернемся назад РІРѕ времени Рё встретим СЃРІРѕРёС… собственных родителей, то можно подумать, что РІ СЃРІРѕРёС… действиях РјС‹ руководствуемся собственной волей; РќРѕРІРёРєРѕРІ считает, что еще РЅРµ открытый закон физики запрещает любое действие, которое изменило Р±С‹ будущее (например, такое действие, как убийство собственных родителей или предотвращение факта собственного рождения). РћРЅ отмечает: «Мы РЅРµ можем отправить путешественника РІРѕ времени РІ сады Эдема, чтобы попросить Еву РЅРµ рвать яблоко СЃ дерева».

Что же это за загадочная сила, не позволяющая нам изменить прошлое и создать временной парадокс? «Такое давление на нашу волю необычно и загадочно, но все же оно имеет свои параллели, — пишет он. — Например, я могу изъявить волю прогуляться по потолку без всякого специального снаряжения. Закон гравитации не позволит мне этого сделать; я упаду на пол, если попытаюсь это сделать, а потому моя свобода воли ограничена».

Но временные парадоксы могут происходить и тогда, когда неодушевленное вещество (вовсе не обладающее свободной волей) забрасывается в прошлое. Предположим, что перед битвой Александра Великого с царем персов Дарием III в 330 году до н. э. вы отправляете в прошлое пулеметы с инструкцией на древнеперсидском по их использованию. Мы бы потенциально изменили всю последующую европейскую историю (и, возможно, обнаружили бы, что вместо одного из европейских языков разговариваем на каком-то диалекте персидского).

По сути, даже мельчайшее вмешательство в прошлое может стать причиной самых неожиданных парадоксов в настоящем. Например, в теории хаоса используется метафора «эффект бабочки». В критические моменты формирования климата Земли достаточно малейшего трепета крыльев бабочки, чтобы пустить по воде рябь, способную нарушить баланс сил и вызвать грозу страшной силы. Даже мельчайшие неодушевленные объекты, будучи отправлены в прошлое, неизбежно изменят прошлое самым непредсказуемым образом, что станет причиной временного парадокса.

Вторым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј разрешения временного парадокса является вариант, РїСЂРё котором река времени РјСЏРіРєРѕ разветвляется РЅР° РґРІРµ реки, или рукава, образуя РґРІРµ различные Вселенные. Р?ными словами, если Р±С‹ РІС‹ отправились РІ прошлое Рё застрелили СЃРІРѕРёС… родителей РґРѕ момента собственного рождения, РІС‹ Р±С‹ убили людей, которые генетически РЅРµ отличаются РѕС‚ ваших родителей РІ альтернативной вселенной, РІ той, РіРґРµ РІС‹ РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ родитесь. РќРѕ ваши родители РІ вашей СЂРѕРґРЅРѕР№ Вселенной останутся живы.

Вторая гипотеза называется «теорией многих миров»: суть ее в том, что все возможные многочисленные миры могут существовать одновременно. Это исключает бесконечное количество расхождений, обнаруженное Хокингом^Л, поскольку излучение не будет раз за разом проходить сквозь портал, как в пространстве Мизнера. Если оно и проникнет сквозь портал, то только один раз. Каждый раз, проходя сквозь портал, оно будет входить в новую вселенную.

Р? этот парадокс РІРѕСЃС…РѕРґРёС‚, возможно, Рє глобальному РІРѕРїСЂРѕСЃСѓ квантовой теории: как может быть РєРѕС‚ Рё живым, Рё мертвым РІ РѕРґРЅРѕ Рё то же время?

Для ответа на этот вопрос физикам пришлось принять во внимание два шокирующих решения: либо Существует Космический Разум, следящий за всеми нами, либо существует бесконечное количество квантовых вселенных.

ГЛАВА 6

Параллельные квантовыевселенные

Думаю, не ошибусь, если скажу, что никто не понимает квантовую механику.

Ричард Фейнман

Любой, кто не поражен квантовой теорией, просто ее не понимает.

Нильс Бор

Двигатель, основанный на принципе Бесконечной Невероятности, — это прекрасный новый способ пересечения огромных межзвездных расстояний за доли секунды без нудного болтания по гиперпространству.

Дуглас Адаме

В сверхпопулярном эксцентричном научно-фантастическом романе Дугласа Адамса «Автостопом по галактике» герой находит оригинальный способ путешествия к звездам. Вместо использования червоточин, гипердорог или порталов в другие измерения для путешествия в иные галактики, он решает овладеть принципом неопределенности, чтобы молниеносно преодолевать широты межгалактического пространства. Если бы мы могли каким-то образом подчинить себе вероятность определенных невероятных событий, то стало бы возможным все что угодно, в том числе путешествия со скоростью, превосходящей световую, и даже путешествия во времени. Достичь далеких звезд за секунды маловероятно, но при условии, что вы можете управлять квантовыми вероятностями по своему усмотрению, даже невозможное может стать делом привычным.

Квантовая теория основана на том, что существует вероятность, что все возможные события могут произойти вне зависимости от того, насколько они фантастичны или глупы. Это, в свою очередь, лежит в основе инфляционной теории — в момент Большого Взрыва произошел квантовый переход в новое состояние, находясь в котором Вселенная внезапно невероятно расширилась. Видимо, вся наша Вселенная могла зародиться в результате маловероятного квантового скачка. Хотя Адаме писал в шутку, мы, физики, понимаем, что если бы можно было каким-то образом управлять этими вероятностями, то стали бы доступны трюки, неотличимые от волшебства. Но в настоящее время изменение вероятностей происхождения событий находится далеко за пределами возможностей нашей технологии.

Р?РЅРѕРіРґР° СЏ даю аспирантам нашего университета задания попроще, например вычислить вероятность того, что РѕРЅРё внезапно дематериализуются Рё СЃРЅРѕРІР° РІРѕР·РЅРёРєРЅСѓС‚ СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны кирпичной стены. Согласно квантовой теории, существует малая, РЅРѕ исчисляемая вероятность того, что такое может произойти. Р?ли, коли РЅР° то пошло, вероятность того, что РјС‹ дематериализуемся Сѓ себя РІ гостиной Рё попадем РЅР° Марс. Согласно квантовой теории, РІ принципе можно внезапно рематериализоваться РЅР° красной планете. Конечно же, эта вероятность настолько мала, что нам пришлось Р±С‹ ждать дольше жизни Вселенной. Р’ результате РІ нашей повседневной жизни РјС‹ отбрасываем вероятность таких событий. РќРѕ РЅР° субатомном СѓСЂРѕРІРЅРµ такие вероятности жизненно необходимы для функционирования электроники, компьютеров Рё лазеров.

По сути, электроны регулярно дематериализуются и рематериа-лизуются на другой стороне стенки в запчастях ваших компьютеров и компакт-дисков. В принципе, вся современная цивилизация потерпела бы крушение, если бы электроны не могли находиться в двух местах одновременно. (Молекулы, из которых состоят наши тела, тоже распались бы, не будь этого причудливого принципа. Представьте себе столкновение двух солнечных систем в космосе, происходящее согласно законам гравитации Ньютона. Столкнувшиеся солнечные системы распались бы и превратились в кучу хаотически разбросанных планет и астероидов. Подобным образом, если бы атомы действовали в соответствии с законами Ньютона, они бы распадались всякий раз, врезаясь в другой атом. Два атома объединяются в молекулу именно на основе способности электронов одновременно находиться в таком огромном количестве мест, что они образуют «электронное облако», которое удерживает атомы вместе. Таким образом, молекулы устойчивы, а Вселенная не разваливается потому, что электроны могут находиться во многих местах одновременно.)

Но если электроны могут существовать в параллельных состояниях, паря на грани существования и небытия, то почему не может то же самое происходить и со Вселенной? В конце концов, в какой-то момент Вселенная была меньше, чем электрон. Признав возможность применения квантового принципа ко Вселенной, мы вынуждены принять во внимание существование параллельных вселенных.

Р?менно эта возможность рассматривается РІ волнующем научно-фантастическом романе Филиппа Дика «Человек РІ высоком замке». Р’ РєРЅРёРіРµ существует другая вселенная, отделенная РѕС‚ нашей РѕРґРЅРёРј-единственным кардинальным событием. Р’ той вселенной РІ 1933 РіРѕРґСѓ история изменяется, РєРѕРіРґР° пуля наемного убийцы убивает президента Рузвельта РІ первый РіРѕРґ после его избрания. Его обязанности берет РЅР° себя вице-президент Гарнер, который РїСЂРѕРІРѕРґРёС‚ политику изоляционизма, РІ военном отношении ослабляющую Соединенные Штаты. РќРµ подготовившись Рє атаке РЅР° Перл-Харбор Рё так Рё РЅРµ оправившись после потери всего флота, Соединенные Штаты РІ 1947 РіРѕРґСѓ вынуждены подчиниться немцам Рё японцам. Р’ конце концов РЎРЁРђ разделили РЅР° три части: германский рейх контролировал восточное побережье, японцы — западное побережье, между которыми находилась тревожная граница — штаты Скалистых Гор. Р’ этой параллельной вселенной загадочный человек пишет РєРЅРёРіСѓ РїРѕРґ названием «Саранча садится тучей», основанную РЅР° цитате РёР· Библии, запрещенной нацистами. Р’ РєРЅРёРіРµ говорится Рѕ РґСЂСѓРіРѕР№ вселенной, РіРґРµ Рузвельта РЅРµ убивают, Р° Британия Рё Соединенные Штаты побеждают нацистов. РњРёСЃСЃРёСЏ героини заключается РІ том, чтобы выяснить, есть ли правда другая вселенная, РіРґРµ царят СЃРІРѕР±РѕРґР° Рё демократия, Р° РЅРµ тирания Рё расизм. Сумеречная Р·РѕРЅР°

Мир «Человека в высоком замке» и наш разделены крошечным несчастным случаем, одной-единственной пулей, вылетевшей из ружья убийцы-наемника. Однако возможно также, что параллельный мир может отделять от нашего ничтожное возможное событие: одно-единственное квантовое событие, воздействие космического луча.

В одном из эпизодов сериала «Сумеречная зона» человек просыпается и обнаруживает, что жена не узнает его. Она с криком выгоняет его, угрожая тем, что вызовет полицию. Бродя по городу, человек выясняет, что и закадычные друзья также не узнают его, будто бы он никогда и не существовал. В конце концов он заходит в гости к своим родителям; это посещение потрясает его до глубины души. Родители заявляют, что они видят его впервые и вообще у них никогда не было сына. Оставшись без семьи, друзей и дома, герой бесцельно бродит по городу и в конце концов, как бездомный, засыпает на скамье в парке. Проснувшись на следующий день, он обнаруживает, что снова лежит в удобной постели рядом со своей женой. Однако, когда жена поворачивается к нему лицом, он с ужасом видит, что это вовсе не его жена, а совершенно незнакомая женщина, которой он никогда прежде не видел.

Возможны ли такие абсурдные ситуации? Может быть. Если Р±С‹ главный герой «Сумеречной зоны» задал несколько откровенных РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРІ своей матери, то, возможно, узнал Р±С‹, что РѕРЅР° перенесла выкидыш, Р° потому Сѓ нее действительно РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ было сына. Р?РЅРѕРіРґР° РѕРґРёРЅ-единственный космический луч, РѕРґРЅР°-единственная частица РёР· открытого РєРѕСЃРјРѕСЃР° может проникнуть глубоко РІ ДНК СЌРјР±СЂРёРѕРЅР° Рё стать причиной мутации, которая РІ конце концов вызовет выкидыш. Р’ таком случае РѕРґРЅРѕ-единственное квантовое событие может разделить РґРІР° РјРёСЂР° — тот, РіРґРµ РІС‹ живете Рё являетесь нормальным полезным гражданином, Рё еще РѕРґРёРЅ, абсолютно идентичный первому, РіРґРµ РІС‹ так Рё РЅРµ были рождены.

Перемещение между этими мирами находится РІ соответствии СЃ законами физики. РќРѕ РѕРЅРѕ чрезвычайно маловероятно; вероятность того, что это случится, астрономически мала. Однако, как РІС‹ видите, квантовая теория дает нам картину намного более странной вселенной, чем та, которую подарил нам Эйнштейн. Р’ теории относительности сцена жизни, РЅР° которой РјС‹ играем СЃРІРѕРё роли, может быть сделана РёР· резины, Рё актеры передвигаются между декорациями РїРѕ РєСЂРёРІРѕР№. Как Рё РІ РјРёСЂРµ Ньютона, актеры РІ РјРёСЂРµ Эйнштейна повторяют строчки СЃРІРѕРёС… написанных заранее ролей. РќРѕ РІ «квантовой» пьесе актеры внезапно выбрасывают СЃРІРѕРё сценарии Рё начинают играть РїРѕ своей собственной воле. Марионетки обрывают СЃРІРѕРё нитки. Устанавливается царство СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕР№ воли. Актеры РјРѕРіСѓС‚ исчезать Рё СЃРЅРѕРІР° появляться РЅР° сцене. Что еще более странно, РѕРЅРё РјРѕРіСѓС‚ обнаружить, что появляются РІ РґРІСѓС… местах одновременно. РџСЂРѕРёР·РЅРѕСЃСЏ СЃРІРѕРё реплики, актер РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ может быть уверен, что партнер внезапно РЅРµ исчезнет Рё РЅРµ появится РІ РґСЂСѓРіРѕРј месте. Р?сполинский СѓРј: Джон Уилер

За исключением разве что Эйнштейна и Бора, никто не вел более горячей борьбы с нелепостями и успешными моментами квантовой теории, чем Джон Уилер. Является ли физическая реальность всего лишь иллюзией? Существуют ли параллельные квантовые вселенные? В прошлом, не вдаваясь в подробности этих упрямых квантовых парадоксов, Уилер применял эти вероятности для конструирования атомной и водородной бомб, а также был пионером в изучении черных дыр. Джон Уилер был последним из гигантов, или, как когда-то назвал их его студент Ричард Фейнман, «исполинских умов», который и до сих пор борется с безумными следствиями квантовой теории.

Р?менно Уилер предложил термин «черная дыра» РІ 1967 РіРѕРґСѓ РІ РќСЊСЋ-Йорке РЅР° конференции РІ Р?нституте космических исследований РёРј. Годдарда, NASA, после открытия первых пульсаров.

Уилер родился в 1911 году в Джексонвилле (штат Флорида). Его отец был библиотекарем, но инженерия были в крови у членов семьи. Три его дяди были горными инженерами и в своей работе часто использовали взрывчатые вещества. Сама идея использования динамита глубоко захватила Джона, он обожал наблюдать за взрывами. (Однажды он неосторожно экспериментировал с куском динамита и тот случайно взорвался прямо у него в руке, оторвав один палец и фалангу другого. По случайному совпадению, когда Эйнштейн учился в школе, с ним произошел подобный случай: из-за его неосторожности взрыв произошел прямо у него в руке, и потребовалось наложить несколько швов.)

В детстве Уилер был развит не по годам, он овладел основами математики и глотал все книги, какие ему только удавалось найти, по новой теории, о которой не переставая говорили его друзья, — квантовой механике. Прямо на его глазах новая теория переживала свое становление в Европе, ее разработкой занимались Нильс Бор, Вернер Гейзенберг и Эрвин Шрёдингер, внезапно раскрышпий секреты атома. Всего лишь несколько лет назад последователи философа Эрнста Маха поднимали на смех саму идею существования атомов, утверждая, что никогда еще атомы не удавалось наблюдать в лабораторных условиях и что вообще они наверняка были всего лишь выдумкой. Чего нельзя увидеть, то и существовать наверняка не может, утверждали они. Великий немецкий физик Людвиг Болыгман, заложивший основы термодинамики, покончил жизнь самоубийством в 1906 году отчасти из-за постоянных насмешек, с которыми ему приходилось иметь дело, проводя в жизнь концепцию атомов.

Затем всего за пару лет, с 1925 по 1927 годы, было раскрыто множество секретов атомов. Современная история не знала случаев, чтобы прорывы такого масштаба были совершены за столь краткий промежуток времени (за исключением работы Эйнштейна в 1905 году). Уилер хотел принять участие в этом перевороте. Но он понимал, что Соединенные Штаты оставались за бортом достижений в области физики: в пределах страны не было ни единого физика мирового масштаба. Подобно Дж. Роберту Оппенгеймеру до него, Уилер уехал из Соединенных Штатов и отправился в Копенгаген, чтобы учиться у самого Маэстро — Нильса Бора.

Эксперименты по изучению электронов показали, что электроны действуют и как частицы, и как волны. Секрет этой странной двойственности был в конце концов раскрыт квантовыми физиками: совершая свой танец вокруг атома, электрон виделся частицей, но эту частицу сопровождала загадочная волна. В 1925 году австрийский физик Эрвин Шрёдингер предложил уравнение (знаменитое уравнение Шрёдингера), которое в точности описывало движение волны, сопровождающей электрон. Эта волна, обозначаемая греческой буквой с ошеломительной точностью прогнозировала поведение атомов, что стало первой искрой, от которой вспыхнул пожар революции в физике. Внезапно, основываясь на самом элементарном знании, стало возможно вглядеться в атом и вычислить, сколько электронов танцуют на своих орбитах, совершая переходы и соединяя атомы в молекулы.

Квантовый физик Поль Дирак хвастливо пообещал, что физики скоро сведут всю химию к простой инженерии. Он заявил: «Основополагающие физические законы, составляющие математическую базу большей части физики и всей химической науки, уже известны. Единственная трудность состоит в том, что применение этих законов приводит к получению слишком сложных и не поддающихся решению уравнений». Как ни была внушительна эта \|/-функция, до сих пор оставалось загадкой, что же именно она представляла.

Р’ конце концов РІ 1928 РіРѕРґСѓ Макс Борн выдвинул идею Рѕ том, что эта волновая функция представляла вероятность обнаружения электрона РІ любой заданной точке. Р?ными словами, РІС‹ РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ могли быть точно уверены, РіРґРµ находится электрон; максимум того, что РІС‹ могли сделать, — это вычислить его волновую функцию, которая давала вероятность его нахождения именно «там». Р?так, если атомная физика могла быть сведена Рє волнам вероятности нахождения электрона «там» или «тут» Рё если электрон, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, РјРѕРі находиться РІ РґРІСѓС… местах одновременно, то как же нам РІ конце концов определить, РіРґРµ РѕРЅ действительно находится?

Бор и Гейзенберг в конце концов сформулировали полный набор рецептов в кулинарной книге физики, которые сработали в атомных экспериментах с потрясающей точностью. Волновая функция дает информацию только о вероятности того, что электрон находится «тут» или «там». Если для какой-то точки волновая функция велика, то это означает высокую вероятность того, что электрон находится именно там. (Если она мала, то маловероятно, что электрон находится там.) Например, если бы мы могли «видеть» волновую функцию человека, то она выглядела бы очень похожей на этого человека. Однако волновая функция также плавно распространяется и на космос, а это значит, что существует малая вероятность того, что человек окажется на Луне. (По сути, волновая функция человека распространяется по всей Вселенной.)

Это также означает, что волновая функция дерева может сообщить вам информацию о вероятности того, стоит ли оно или падает, но она не может определенно ответить вам на вопрос, в каком же состоянии оно действительно находится. Но здравый смысл говорит нам, что объекты находятся в каком-то определенном состоянии. Когда вы смотрите на дерево, оно определенно находится перед вами — либо стоит, либо падает, но не делает и того, и другого одновременно.

Чтобы разрешить несовпадения между волнами вероятности Рё представлением Рѕ существовании, диктуемым нашим здравым смыслом, Бор Рё Гейзенберг предположили, что после измерения, совершенного далеким наблюдателем, волновая функция волшебным образом «коллапсирует» Рё электрон впадает РІ определенное состояние — то есть, посмотрев РЅР° дерево, РјС‹ РІРёРґРёРј, что РѕРЅРѕ действительно стоит. Р?ными словами, процесс наблюдения определяет конечное состояние электрона. Наблюдение жизненно необходимо для существования. После того как РјС‹ взглянем РЅР° электрон, его волновая функция коллапсирует; таким образом, РѕРЅ теперь находится РІ определенном состоянии Рё больше нет нужды РІ волновых функциях.

Р?так, постулаты копенгагенской школы Бора можно суммировать приблизительно РІ следующем РІРёРґРµ:

1. Вся энергия встречается в виде отдельных пучков энергии, называемых квантами. (Например, квантом света является фотон. Кванты слабого взаимодействия называются W- и Z-бозонами, квантом сильного взаимодействия является глю-он, а квант гравитации называется гравитоном, который нам еще предстоит увидеть в лабораториях.)

2. Вещество представлено точечными частицами, но вероятность обнаружения этой частицы определяется волной. Сама волна, в свою очередь, подчиняется определенному волновому уравнению (такому, как волновое уравнение Шрёдингера).

3. Перед наблюдением объект существует во всех возможных состояниях одновременно. Чтобы определить, в каком состоянии находится объект, нам необходимо провести наблюдение, в результате которого волновая функция «коллапсирует» и объект входит в определенное состояние. Сам акт наблюдения уничтожает волновую функцию, и объект приобретает реальную определенность. Волновая функция служит своей цели: она дает нам точную вероятность обнаружения данного объекта в конкретном состоянии. Детерминизм или неопределенность?

Квантовая теория является самой успешной физической теорией всех времен. Совершенной формулировкой квантовой теории является Стандартная модель, в которой представлены плоды десятилетий экспериментов с ускорителями частиц. Некоторые части этой теории были проверены с точностью до миллиардных долей. Если включить сюда массу нейтрино, то Стандартная модель соответствует всем экспериментам с субатомными частицами без исключения.

Но независимо от того, насколько успешна квантовая теория, экспериментально она основана на постулатах, вызвавших целую бурю философских и теологических споров на протяжении последних 80 лет. В частности, второй постулат вызвал гнев церкви, поскольку в нем содержится вопрос о том, кто решает наши судьбы. На протяжении веков философов, теологов и ученых волновало будущее, а также вопрос, возможно ли каким-либо образом узнать об ожидающих нас судьбах. В шекспировском «Макбете» Банко, отчаявшись приподнять завесу, скрывающую будущее, произносит памятные строки:

Когда ваш взор, в посев времен проникнув,

Грядущих всходов зерна различит.

Скажите мне!

(Акт 1, Сцена 3)

Шекспир написал эти слова РІ 1606 РіРѕРґСѓ. 80 лет спустя еще РѕРґРёРЅ англичанин, Р?саак Ньютон, имел дерзость заявить, что ему известен ответ РЅР° этот древний РІРѕРїСЂРѕСЃ. Р? Ньютон, Рё Эйнштейн верили РІ концепцию, называемую детерминизмом, которая утверждает, что РІСЃРµ грядущие события РјРѕРіСѓС‚ быть определены РІ принципе. РЎ точки зрения Ньютона, Вселенная представляла СЃРѕР±РѕР№ гигантские часы, которые Бог завел РІ начале времен. РЎ тех РїРѕСЂ РѕРЅРё тикают, подчиняясь трем законам механики самым предсказуемым образом. Французский математик Пьер РЎРёРјРѕРЅ РґРµ Лаплас, который был ученым советником Наполеона, писал, что, используя законы Ньютона, можно предсказать будущее СЃ той же точностью, СЃ которой РјС‹ рассматриваем наше прошлое. РћРЅ написал, что если Р±С‹ существо могло знать положение Рё скорость всех частиц РІРѕ Вселенной, то «для такого интеллекта ничто РЅРµ было Р±С‹ неопределенным Рё будущее, как Рё наше прошлое, предстало Р±С‹ перед нашими глазами». РљРѕРіРґР° Лаплас подарил Наполеону экземпляр своего шедевра, «Небесной механики», император заметил: «Вы написали эту РѕРіСЂРѕРјРЅСѓСЋ работу Рѕ небесах Рё РЅРё разу РЅРµ упомянули Бога». Лаплас отвечал: «Сир, Сѓ меня РЅРµ было нужды РІ этой гипотезе».

Для Ньютона и Эйнштейна понятие свободной воли, того, что мы хозяева собственной судьбы, было лишь иллюзией. Это банальное понятие реальности, где конкретные объекты, до которых мы можем дотронуться, реальны и существуют в определенных состояниях, Эйнштейн назвал «объективной реальностью». Он в высшей степени ясно изложил свою позицию в нижеследующем отрывке:

Я детерминист, вынужденный действовать таким образом, будто свободная воля существует, поскольку если я хочу жить в цивилизованном обществе, то мне необходимо действовать соответственно. Я знаю, что с философской точки зрения на убийце не лежит ответственность за его преступления, но я бы не стал распивать с ним чай. Мою карьеру определили различные силы, над которыми я не властен, в первую очередь те загадочные железы, в которых природа готовит самую сущность жизни. Генри Форд может назвать это своим Внутренним Голосом, Сократ определил это как своего демона: каждый человек по-своему объясняет тот факт, что человеческая воля не свободна… Все определено… силами, над которыми мы не властны… в равной степени для насекомого и для звезды. Человеческие существа, овощи или космическая пыль — все мы танцуем под загадочное время, модулируемое где-то невидимым исполнителем.

Теологи также боролись с этим вопросом. Большинство мировых религий верит в какую-то форму предопределенности, идею о том, что Бог не только всемогущ и вездесущ, но также всезнающ (ему известно все, даже будущее). В некоторых религиях это означает, что Богу известно, отправимся мы в ад или в рай, еще до нашего рождения. По сути, где-то на небесах существует «книга судеб», где перечислены все наши имена, даты рождения, наши провалы и триумфы, радости и поражения, даже даты смерти и будем ли мы жить в раю или будем осуждены на вечные муки.

(Этот тонкий теологический вопрос предопределенности частично способствовал расколу католической церкви в 1517 году, когда Мартин Лютер приколол 95 тезисов на дверях церкви в Виттен-берге. В этом документе он критиковал практику продажи церковью индульгенций — в сущности, взяток, которые мостили дорогу в рай богатым. Казалось, Лютер говорил, что, возможно, Богу известно наше будущее наперед и наши судьбы предопределены, но Бога нельзя убедить поменять свое решение, сделав щедрое пожертвование на нужды церкви.)

Но для физиков, принимающих концепцию неопределенности, наиболее противоречивым постулатом является третий, причина головной боли целых поколений физиков и философов. «Наблюдение» — это неопределенный слабовыраженный концепт. Более того, он полагается на тот факт, что в действительности существуют два типа физики: одна для причудливого субатомного мира, где электроны, видимо, могут находиться в двух местах одновременно, и вторая — для макроскопического мира, в котором мы живем и который, видимо, подчиняется законам Ньютона, основанным на здравом смысле.

По Бору, существует невидимая «стена», отделяющая мир атомов от обыденного знакомого макроскопического мира. В то время как в мире атомов действуют причудливые правила квантовой теории, мы живем с другой стороны стены, в мире четко определенных планет и звезд, где волны уже коллапсировали.

Уилеру, которому преподавали квантовую механику сами ее создатели, нравилось суммировать взгляды представителей этих двух школ. Он приводит пример трех судей на бейсбольном матче, которые обсуждают тончайшие правила игры. Вынося решение, трое судей говорят:

Первый: Я называю их так, как вижу.

Второй: Я называю их тем, чем они являются.

Третий: Они — ничто до тех пор, пока я не назову их.

Для Уилера второй судья — это Эйнштейн, который верил в существование абсолютной реальности за пределами человеческого опыта. Эйнштейн называет это «объективной реальностью», то есть идеей, согласно которой объекты могут существовать в различных состояниях без вмешательства человека. Третий судья — это Бор, который считал, что реальность существует только после того, как имело место наблюдение. Деревья в лесу

Физики иногда относятся к философам с некоторым пренебрежением, цитируя римлянина Цицерона, который когда-то сказал: «Не существует ничего абсурдного настолько, чтобы философы этого не произнесли». Математик Станислав Улам, который с пессимизмом относился к тому, что глупейшим концептам присваивались возвышенные имена, однажды сказал: «Безумие — это способность проводить четкие грани между различными видами вздора». Сам Эйнштейн однажды сказал по поводу философии: «Разве не похоже, что вся философия будто написана на меду? При созерцании она смотрится чудесно, но взглянув снова, вы видите, что все исчезло. Остается только густая масса».

Физики также любят рассказывать апокрифическую историю Рѕ некоем ректоре университета, который пришел РІ ярость, увидев финансовую смету для физического, математического Рё философского факультетов. РћРЅ сказал: «Почему это физикам РІСЃРµ время нужно столько дорогостоящего оборудования? Р’РѕС‚ смотрите, для математического факультета нужны деньги только РЅР° бумагу, карандаши Рё РєРѕСЂР·РёРЅС‹ для бумаг, Р° что касается факультета философии, так там дело обстоит еще лучше. Р?Рј даже РЅРµ нужны РєРѕСЂР·РёРЅС‹ для бумаг».

Однако может случиться так, что смеяться последними будут все же философы. Квантовая теория не завершена и покоится на шатком философском основании. Эти квантовые расхождения требуют пересмотра работ таких философов, как епископ Беркли, который в XVIII веке заявил, что объекты существуют только потому, что есть люди, которые на них смотрят; такое философское течение называется солипсизмом или идеализмом. Если в лесу падает дерево, но нет никого, кто бы это увидел, то в действительности оно не падает, заявляют приверженцы такого подхода.

Теперь мы имеем дело с квантовой реинтерпретацией деревьев, падающих в лесу. До того как совершается акт наблюдения, вы не знаете, упало дерево или нет. В сущности, дерево существует во всех возможных состояниях одновременно: оно может быть сожжено, свалено, распилено на дрова и опилки и так далее. Когда происходит наблюдение, дерево внезапно попадает в определенное состояние, и мы видим, что оно, к примеру, упало.

Сравнивая философские трудности теории относительности Рё квантовой теории, Фейнман однажды заметил: «Было время, РєРѕРіРґР° РІ газетах писали, что всего лишь двенадцать человек понимают теорию относительности. РЇ РЅРµ верю, что такое время было… РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, думаю, РЅРµ ошибусь, если скажу, что никто РЅРµ понимает квантовую механику». РћРЅ пишет, что квантовая механика «описывает РїСЂРёСЂРѕРґСѓ как нелепицу СЃ точки зрения здравого смысла. Р? это полностью согласуется СЃ экспериментальной базой. Так что, СЏ надеюсь, РІС‹ можете принимать РїСЂРёСЂРѕРґСѓ такой, какая РѕРЅР° есть, — нелепой». Это вызвало чувство неловкости Сѓ РјРЅРѕРіРёС… физиков-практиков, которые чувствуют себя так, будто строят целые РјРёСЂС‹ РЅР° зыбучих песках. Стивен Вайнберг пишет: «Я признаю, что есть некоторый дискомфорт РІ том, что РІСЃСЋ жизнь СЏ работаю СЃ теоретической РѕСЃРЅРѕРІРѕР№, которая РЅРёРєРѕРјСѓ РґРѕ конца РЅРµ понятна».

В традиционной науке наблюдатель пытается оставаться, глядя на мир, настолько беспристрастным, насколько это возможно. (Как сказал один остряк, «Вы всегда можете вычислить ученого в стрип-клубе, поскольку он один смотрит не на подиум, а на публику».) Но сейчас мы впервые видим, что невозможно разделить наблюдателя и предмет его наблюдения. Как однажды заметил Макс Планк, «Наука не может окончательно разрешить загадку Природы. Причина заключена в том, что в конечном счете мы сами часть той загадки, которую пытаемся разрешить». Проблема кота

Эрвин Шрёдингер, который, собственно, и ввел волновое уравнение, считал, что все это зашло слишком далеко. Он признался Бору, что] сожалеет о том, что вообще ввел понятие волны, раз за ним в физику проник концепт вероятности.

Чтобы уничтожить идею вероятностей, он предложил следующий эксперимент. Представьте, что в ящике сидит кот. Внутри также находится бутылка с ядовитым газом, соединенная с молотом, который, в свою очередь, соединен со счетчиком Гейгера, помещенным рядом с куском урана. Никто не станет оспаривать тот факт, что радиоактивный распад атома урана — чисто квантовое событие, которое не может быть предсказано наперед. Пусть существует 50-процентная вероятность того, что распад начнется в следующую секунду. Но если начнется распад атома урана, то запустится счетчик Гейгера, который освободит молот, который разобьет бутылку, что станет причиной смерти кота. До того как вы откроете коробку, нельзя сказать, жив кот или мертв. В сущности, для того, чтобы описать кота, физики добавляют волновую функцию к мертвому коту и живому коту — то есть мы помещаем кота в жуткое состояние, где он на 50 % жив и на 50 % мертв одновременно.

Теперь откроем коробку. Как только мы взглянем внутрь, совершится акт наблюдения, произойдет коллапс волновой функции и мы увидим, что кот, к примеру, жив. Шрёдингеру все это казалось глупостью. Как может быть кот жив и мертв одновременно только потому, что мы на него не смотрим? Он начинает внезапно существовать, как только мы взглянем на него? Эйнштейну тоже не нравилась такая интерпретация. Когда к нему домой приходили гости, он говорил: посмотрите на луну. Неужели она внезапно начинает существовать, когда на нее взглянет мышь? Эйнштейн считал, что ответ на этот вопрос может быть только отрицательный. Но в каком-то смысле ответ мог быть и утвердительным.

Р?стория эта достигла апогея РІ историческом столкновении Эйнштейна Рё Бора РЅР° Сольвеевском конгрессе РІ 1930 РіРѕРґСѓ. Позднее Уилер заметит, что это был величайший известный ему СЃРїРѕСЂ РІ истории мысли. РћРЅ скажет, что Р·Р° тридцать лет РѕРЅ РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ слышал СЃРїРѕСЂР° РґРІСѓС… более великих людей РїРѕ более глубокому РІРѕРїСЂРѕСЃСѓ, который имел Р±С‹ более серьезные последствия для понимания Вселенной.

0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|