Кип Торн - Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

Один мартовский визит в Чикаго мне запомнился очень хорошо. Я выступал на семинаре и рассказывал о том, что я знаю о червоточинах и машинах времени. После семинара Герох и Уолд подошли ко мне и в упор спросили: «Разве не будет червоточина автоматически разру-

шаться в тот самый момент, когда развитая цивилизация попытается превратить ее в машину времени?»

Как? Почему? К чему этот вопрос? Они объяснили. Переведенное на язык нашего с Кароли приключения, их объяснение выглядело следующим образом. Предположим, что Кароли возвращается на Землю, по-прежнему имея на борту космического корабля устье червоточины, а я сижу на Земле у себя дома рядом с другим устьем. Вскоре после ее поворота домой излучение (электромагнитные волны) внезапно получает возможность путешествовать во времени вдоль червоточины. Каждый случайный импульс излучения, уходящий из нашего дома в Пасадене и распространяющийся со скоростью света к космическому кораблю, может достигнуть звездолета через пять лет (если смотреть с Земли), проникнуть там в устье червоточины, пропутешествовать назад во времени на пять лет (опять же, если смотреть с Земли) и появиться из отверстия на Земле точно в тот же самый момент, когда этот импульс начал свое путешествие. Излучение накладывается само на себя не в пространстве, а в пространстве-времени и его интенсивность удваивается. Более того, во время путешествия каждый квант излучения (каждый фотон) приобретает дополнительную энергию благодаря относительному движению отверстий червоточины (добавка за счет эффекта Доплера).

После еще одного прохода излучения до космического корабля и обратно (через червоточину) оно вновь возвращается в тот же самый момент, как ушло, и снова накладывается само на себя. И снова его энергия растет за счет эффекта Доплера. Это происходит снова и снова, в результате чего энергия излучения становится бесконечной (рис. 14.8а).

Таким образом, начав с произвольной, очень малой интенсивности, пучок приобретает бесконечную энергию, курсируя в пространстве между двумя отверстиями червоточины. Герох и Уолд утверждали, что при прохождении пучка через червоточину он будет создавать бесконечную кривизну пространства-времени и, скорее всего, разрушит червоточину, не позволив ей превратиться в машину времени.

Из Чикаго в Мэдисон я возвращался по 90-му хайвэю в ошарашенном состоянии. В голове у меня роились геометрические картинки, состоящие из пучков излучения, распространяющихся между устьями червоточины, причем эти отверстия двигались друг относительно друга. Я на зрительных образах пытался понять, что на самом деле случится: правы ли Герох и Уолд, или они ошибаются.

Постепенно, когда я приближался к границе штата Висконсин, образы в моем мозгу приобрели ясность. Червоточина не будет разру-

14.8. (а) Разрушение червоточины (по Героху-Уолду) при попытке ее превращения в машину времени. Интенсивный пучок излучения распространяется между устьями червоточины, постепенно наращивая свою энергию. Эта энергия бесконечно увеличивается и разрушает червоточину. (б) То, что происходит на самом деле: червоточина дефокусирует пучок, уменьшая его мощность. Пучок становится все слабее и слабее, и червоточина не разрушается

шаться. Герох и Уолд не приняли в расчет существенного фактора: каждый раз, когда пучок излучения проходит через червоточину, он дефокусируется (см. Врезку 14.1). После дефокусировки пучок появляется из устья на Земле и расходится достаточно широко, так что только незначительная часть его возвращается обратно к отверстию на космическом корабле и переносится через червоточину вновь к Земле, чтобы «наложиться» на самого себя (рис. 14.8б).

Я образно представил себе конечный результат. Сложив всю энергию излучения после всех проходов туннеля червоточины (после каждой дефокусировки она становится все меньше и меньше), я получил, что конечный пучок должен быть слабым; слишком слабым, чтобы разрушить червоточину.

Мои расчеты оказались правильными, но, как я объясню позже, мне следовало быть более осторожным. Вся эта история с разрушением червоточины должна была предостеречь меня и показать, что создателя машин времени подстерегают неожиданные опасности.

к к к

Студенты выпускного курса часто доставляют мне большое удовольствие. Они делают свои собственные открытия; они спорят со мной и побеждают; они учат меня неожиданным вещам. Именно так произошло с Моррисом и Юртсевером, когда мы заканчивали нашу статью для Physical Review Letters. Авторство большинства технических идей и деталей в статье принадлежало им.

Наша работа подходила к концу. С одной стороны, меня начали одолевать сомнения: как бы не запятнать научную репутацию Морриса и Юртсевера, которые подавали большие надежды, ярлыком «сумасшедших физиков-фантастов»; с другой стороны, я испытывал все больший энтузиазм по поводу того, что мы узнали. Кроме того, мы поняли, что вопросы типа «сагановских» могут быть мощным инструментом в физических исследованиях. В последнюю минуту я подавил свои сомнения (которые Моррис и Юртсевер, по-видимому, не разделяли) и согласился с их предложением назвать нашу статью «Червоточины, машины времени и слабое энергетическое условие» («слабое энергетическое условие» — технический термин, связанный с «экзотическим веществом»).

Несмотря на слова «машины времени» в названии, наша статья была принята к публикации без возражений. Два анонимных рецензента с сочувствием отнеслись к нам. Я вздохнул с облегчением.

Приближалась дата публикации, и меня снова одолели сомнения. Я попросил Отдел связи с общественностью в Калифорнийском технологическом институте не давать никакой рекламы о нашем исследовании, касающемся машин времени. Сенсация в прессе могла бы придать нашей работе оттенок «сумасшедшей» в глазах многих физиков, а я хотел, чтобы к нашей статье сообщество ученых отнеслось с полной серьезностью. Отдел PR согласился.

Наша статья была напечатана, все шло хорошо. Как я и надеялся, пресса не проявила к ней особого интереса, но среди физиков она возбудила определенные сомнения. К нам начали стекаться письма с вопросами и возражениями, но мы сделали свою работу. Нам было что ответить.

Реакция моих друзей была смешанной. Ричард Прайс по-прежнему беспокоился: теперь он не считал меня сумасшедшим, но он стал бояться за мою репутацию. А Игорь Новиков, мой русский друг, 17- 2796 наоборот, пришел в восторг. Он позвонил мне из Санта Круус (Калифорния), где он в тот момент находился, и сказал: «Я так счастлив, Кип! Ты сломал барьер. Если ты смог опубликовать работу по машинам времени, то и я смогу!» И он приступил к своей работе.

Парадокс матереубийцы

Среди дискуссий, вызванных нашей статьей, наиболее ожесточенным был спор о так называемом парадоксе, который я предпочитаю называть парадоксом матереубийцы125 126: если бы у меня была машина времени (сделанная из червоточины или какая-нибудь другая), я смог бы отправиться назад во времени и убить мою мать до собственного зачатия. Но ведь тогда я бы не смог родиться и убить ее!"

Центральной темой в парадоксе матереубийцы является свободная воля: обладаю ли я, как человеческое существо, властью определять свою собственную судьбу? Могу ли я на самом деле убить свою мать, вернувшись назад во времени, или (как в многочисленных научно-фантастических историях) что-то с неизбежностью остановит мою руку, когда я попытаюсь подкрасться к ней во сне?

Даже во Вселенной без машин времени свободная воля — это то, с чем физикам очень трудно иметь дело. Мы часто пытаемся избежать этой проблемы. Она только запутывает совершенно ясные вещи. А с машинами времени все становится еще хуже. Итак, еще до публикации нашей статьи (но после длительных дискуссий с нашими коллегами из Милуоки) мы с Моррисом и Юртсевером решили не упоминать свободную волю вообще. Мы договорились обойти в статье «человеческий фактор», обсуждая путешествия в машине времени с помощью червоточин. Мы имели дело только с простыми неодушевленными предметами, такими как электромагнитные волны.

До публикации мы много думали о волнах, которые путешествуют во времени через червоточину; мы боялись возникновения неразрешимых парадоксов. Наконец (в частности, после существенной подсказки Джона Фридмана), мы убедили себя, что таких неразрешимых парадоксов не существует, и мы высказали эту гипотезу в нашей статье.127 Мы даже расширили гипотезу и предположили, что неразрешимые парадоксы никогда не возникнут, чем бы ни являлся неодушевленный предмет, проходящий через туннель. Именно это предположение вызвало наибольшие дискуссии.

Самое интересное письмо прислал нам Джо Полчински, профессор физики из Техасского университета в Остине. Он писал: «Дорогой Кип, если я правильно понял, вы предполагаете, что в вашей [машине времени, основанной на червоточине, не будет неразрешимых парадоксов]. Мне кажется, что это не так». Затем он предложил элегантный и простой вариант парадокса матереубийцы — вариант, не связанный со свободной волей, и поэтому мы чувствовали, что обязаны его проанализировать.