глава, в которой автор пытается проникнуть в суть физических законов и задается вопросом: могут ли высокоразвитые цивилизации построить в гиперпространстве тоннели для быстрого межзвездного сообщения и машины для путешествий во времени ?

Червоточины и экзотическое вещество

Закончился 1984/85 академический год. Я провел свой последний семинар и отдыхал в кресле, чувствуя, как постепенно снижается содержание адреналина в крови. Зазвонил телефон. Это был Карл Саган, астрофизик из Корнельского университета и мой друг. «Извини, что беспокою тебя, Кип, — сказал он. — Я сейчас кончаю писать книгу о первом контакте человеческой расы с внеземной цивилизацией и немного беспокоюсь. Я хочу, чтобы научные данные выглядели как можно достовернее, и боюсь, что мог кое-что напутать в физике по поводу гравитации. Не можешь ли ты взглянуть на роман и дать мне совет?» Конечно, я согласился. Это обещало быть интересным, потому что Карл — умный человек. Возможно, это даже будет забавно. Кроме всего прочего, как мог я отклонить просьбу друга?

Спустя две недели я получил книгу. Это была рукопись в три с половиной дюйма толщиной, напечатанная с двойным интервалом. Я сунул эту рукопись в сумку и бросил ее на заднее сиденье машины Линды. Линда — моя бывшая жена. Она подвозила меня из Пасадены в Санта-Круз. Мы с ней и с нашим сыном Бретом ехали навестить нашу дочь Карес, которая как раз кончала колледж.

Линда и Брет попеременно вели машину, а я читал и предавался своим размышлениям. Мои близкие уже привыкли к такому моему поведению; они прожили со мной много лет. Книга была интересной, но у Карла, по моему разумению, были трудности. Его героиня Элеанора Эрроувэй нырнула в черную дыру около Земли, пропутешествовала через гиперпространство подобно тому, как это изображено на рис. 13.4, и через час вынырнула возле Веги, в 26 световых годах от Земли. Карл, который не очень силен был в теории относительности, не был знаком с расчетами: путешествие через гиперпространство из ядра черной дыры в другую часть нашей Вселенной невозможно. Любую черную дыру непрерывно бомбардируют слабые электромагнитные флуктуации вакуума вкупе с малыми дозами излучения. Когда эти флуктуации и излучения попадают в черную дыру, они ускоряются ее гравитацией до огромных энергий и затем проливаются «взрывным» дождем на любую встречную «маленькую закрытую вселенную» или «туннель», или другое средство сообщения, с помощью которого кто-то мог бы попытаться перепрыгнуть через гиперпространство. Расчеты недвусмысленно показывали: любое приспособление для путешествия через гиперпространство разрушается «взрывным» дождем до начала этого путешествия. Сюжет книги Карлу надо было менять.

На обратном пути из Санта-Круз к западу от Фресно на 5-й автостраде у меня мелькнула идея. Может, Карлу будет достаточно заменить свою черную дыру червоточиной в гиперпространстве?

* * *

Червоточина — это гипотетический кратчайший путь между удаленными точками во Вселенной. У нее есть два входа, которые называются «устьями»: один, например, возле Земли, а другой на орбите возле Веги в двадцати шести световых годах. Устья соединены друг с другом туннелем через гиперпространство (червоточиной), который может быть длиной всего лишь один километр. Если мы войдем в околоземное устье, мы окажемся в туннеле. Пропутешествовав всего лишь один километр по туннелю, мы достигнем другого «устья» и вынырнем возле Веги в двадцати шести световых годах от Земли. (Таково измеренное расстояние между Землей и Вегой во внешней Вселенной.)

14.1. Червоточина длиной в 1 км через гиперпространство, соединяющая Землю с окрестностью Веги, расстояние до которой составляет 26 световых лет (масштабы на рисунке не соблюдены)

На рис. 14.1 изображена такая червоточина. Здесь наша трехмерная Вселенная представлена в виде двумерного листа (см. рис. 3.2 и 3.3). Подобно муравью, ползущему по листу бумагу, который не ощущает кривизны листа, так же и мы в нашей Вселенной не чувствуем ее кривизны в гиперпространстве. Однако даже незначительная кривизна важна; она позволяет Земле и Веге быть рядом друг с другом в гиперпространстве, так что их связывает короткая червоточина. И тогда мы подобно муравью или червяку, ползущему по двумерному листу, имеем два возможных пути с Земли на Вегу: длинный, через внешнюю Вселенную длиною двадцать шесть световых лет, и короткий, через червоточину длиной один километр.

Что представляло бы собой устье червоточины, если бы оно находилось на Земле, прямо перед нами? На двумерном изображении Вселенной оно представлено в виде круга; следовательно, в нашей трехмерной Вселенной оно было бы трехмерным аналогом круга, т. е. сферой. По сути дела, такое устье напоминало бы сферический горизонт событий невращающейся черной дыры, но с одним важным исключением: горизонт — это путь с односторонним движением; все что угодно может попасть внутрь, но ничего не может выйти наружу. Напротив, устье червоточины — дорога с двусторонним движением; мы можем ехать по ней в обе стороны: внутрь норы и наружу во внешнюю Вселенную. Заглянув в это сферическое отверстие, мы увидим свет от Веги, который прошел через туннель как через световую трубку или через оптическое волокно и вышел рядом с Землей.

Червоточины — это не просто плод воображения писателей-фантастов. Они были открыты математически Людвигом Фламмом в 1916 г. как решение уравнения поля Эйнштейна всего лишь через несколько месяцев после того, как Эйнштейн сформулировал это уравнение. В 1930-х годах их исследованием занимались Эйнштейн и Натан Роузен, а в 1950-х — Джон Уилер со своей группой, которые проделали много математических расчетов. Но ни одна из таких червоточин, найденных в результате решения уравнения Эйнштейна, не годилась для книжки Карла Сагана, потому что не была безопасна для путешествия. И так было до моей поездки в 1985 г. по 5-й автостраде. До этого момента считалось, что червоточины ведут себя весьма своеобразным образом: они появляются на короткое время, а затем схлопываются и исчезают. Их полное время жизни от момента возникновения до исчезновения настолько мало, что никто и ничто (ни человек, ни излучение, ни какой бы то ни было сигнал) не в состоянии преодолеть туннель от одного устья до другого. Любая попытка пройти через туннель закончится ничем: все будет разрушено в момент его исчезновения. Простой пример этому дан на рис. 14.2.

Как и большинство моих коллег-физиков, я долгое время был скептически настроен по отношению к червоточинам. И не только потому, что из уравнения поля Эйнштейна следует, что червоточина, предоставленная сама себе, имеет короткий срок жизни; случайно попадающее в них излучение еще более укорачивает этот срок. В соответствии с расчетами Дуга Эрдли и Яна Редмаунта, излучение ускоряется до сверхвысоких энергий силами гравитации червоточины; это излучение бомбардирует ее устье, заставляя его сжиматься и стягиваться еще быстрее. Таким образом, червоточина имеет вообще очень мало шансов на существование.

Была еще одна причина для скептицизма. В то время как черные дыры представляют собой неизбежное следствие звездной эволюции (они возникают в результате коллапса массивных, медленно вращающихся звезд, которые в изобилии содержатся в нашей галактике), аналогичного механизма образования червоточин естественным путем не существует. По сути дела, нет никакого основания предполагать, что в нашей Вселенной сегодня есть какие-либо сингулярности, которые могут привести к образованию червоточин (рис. 14.2); если бы такие сингулярности существовали, трудно понять, как две из них могли бы найти друг друга в бескрайнем гиперпространстве, чтобы образовать червоточину на манер той, какая изображена на рис. 14.2.

* * *

Когда одному из друзей нужна помощь, мы готовы перевернуть мир. Червоточины — несмотря на мой скептицизм по их поводу — только они одни могли помочь Карлу. Возможно, пришло мне в голову на 5-й автостраде к западу от Фресно, некая очень высокоразвитая цивилизация нашла способ держать червоточину открытой, т. е. не давать ей схлопываться, так что Элеанора Эрроувэй сможет путешествовать по ней от Земли до Веги и обратно. Я вытащил ручку и бумагу и начал вычислять. (К счастью, пятерка — очень прямой хайвэй, и я мог без труда делать расчеты.)

14.2. Эволюция совершенно сферической червоточины, внутри которой нет вещества. (Эта эволюция — результат решения уравнения поля Эйнштейна, полученного в середине 1950-х годов Мартином Крускалом, молодым сотрудником Уилера в Принстонском университете.) (д) Вначале червоточины нет. Вместо этого существует одна сингулярность возле Земли и другая — возле Веги. Затем, в некоторый момент времени (б), обе сингулярности дотягиваются друг до друга через гиперпространство, находят друг друга и аннигилируют друг в друге. В результате этой аннигиляции возникает червоточина. Поперечный размер ее растет (в), затем начинает сжиматься (г) и стягивается в точку (д), создавая две сингулярности (е), похожие на те, из которых она когда-то и возникла. Но есть одна существенная разница — каждая начальная сингулярность (д) похожа на ту, что была при Большом взрыве: время истекает из нее, давая начало последующим событиям: после Большого взрыва возникает Вселенная, а в нашем случае возникает червоточина. В отличие от этого, каждая конечная сингулярность (е) похожа на Большой хруст (глава 13); время в нее втекает, и на этом все заканчивается: Вселенная в результате Большого хруста и червоточина в нашем случае. Все, что пытается пройти через червоточину за время ее короткой жизни, оказывается захваченным в момент стягивания и уничтоженным вместе с самой червоточиной в конечных сингулярностях (е)

Чтобы упростить вычисления, я рассмотрел идеализированную, совершенно сферическую червоточину (как на рис. 14.1, где наша трехмерная Вселенная представлена в двумерном виде, а червоточина — совершенно круглая в поперечном сечении). В результате двух страниц вычислений на основе уравнения поля Эйнштейна я открыл три вещи.

Во-первых, единственный способ удержать червоточину открытой — пропустить через нее вещество, которое будет расталкивать ее стенки гравитационными силами. Я буду называть такое вещество экзотическим, потому что, как мы увидим, оно сильно отличается от любого вещества, с которым когда-либо имел дело человек.

Во-вторых, я обнаружил, что точно так же, как экзотическое вещество расталкивает стенки червоточины, оно будет расталкивать гравитационными силами лучи света, проходящие через него. Другими словами, экзотическое вещество будет вести себя подобно дефокусирующей линзе; оно расфокусирует световой пучок гравитационными силами (см. Врезку 14.1).

В-третьих, я понял из уравнения поля Эйнштейна, что для того чтобы расфокусировать гравитационными силами световые пучки и раздвинуть стенки червоточины, экзотическое вещество в ней должно иметь отрицательную среднюю плотность энергии. Это утверждение требует некоторого объяснения. Вспомним, что гравитация (кривизна пространства-времени) есть производная массы (Врезка 2.6) и что масса и энергия эквивалентны (Врезка 5.2, где эквивалентность формулируется знаменитым уравнением Эйнштейна Е = Мс2). Это означает, что о гравитации тоже можно думать как о производной от энергии. Возьмем теперь плотность энергии вещества внутри червоточины (энергия на кубический сантиметр) с точки зрения светового пучка — т. е. с точки зрения путешественника, который движется через нору со скоростью света, — и усредним эту плотность энергии по траектории светового пучка. Результирующая усредненная плотность энергии должна быть отрицательной, для того чтобы вещество могло расфокусировать световой пучок и удерживать нору открытой — т. е. для того, чтобы вещество червоточины было «экзотическим».

Врезка 14.1

Экзотическое вещество: как удержать открывшуюся червоточину

Любая сферическая червоточина, через которую может распространяться свет, будет дефокусировать его гравитационными силами. Чтобы доказать это, представим себе (см. рисунок), что пучок света перед тем как войти в червоточину проходит через собирающую линзу. Таким образом, световые лучи будут сходиться в направлении центра червоточины. Затем лучи будут продолжать распространяться радиально (как же еще им распространяться?). Это значит, что когда они появятся из другого отверстия, они будут расходиться радиально из центра червоточины. Пучок дефокусирован. Пространственно-временная кривизна червоточины, которая является причиной дефокусировки, является следствием экзотического вещества, которое пронизывает червоточину, удерживая ее открытой.

Поскольку эта кривизна эквивалентна гравитации, то дефокусировка светового пучка по сути дела производится силами гравитации экзотического вещества. Другими словами, экзотическое вещество расталкивает гравитационными силами световые лучи, отпихивая их от себя и, следовательно, друг от друга, т. е. дефокусирует их.

Это в точности противоположно тому, что происходит в гравитационной линзе (рис. 8.2). Там свет от удаленной звезды фокусируется гравитационным притяжением находящейся на его пути звезды, галактики или черной дыры, здесь свет дефокусируется.

Это необязательно означает, что экзотическое вещество имеет отрицательную энергию с точки зрения наблюдателя, находящегося в покое внутри червоточины. Плотность энергии — это относительное понятие: в одной системе отсчета она может быть отрицательной, а в другой — положительной. Экзотическое вещество может иметь отрицательную плотность энергии в системе отсчета светового пучка, распространяющегося через него, но положительную плотность энергии в системе отсчета червоточины. Тем не менее, поскольку почти все формы материи, с которыми встречались когда-либо люди, имеют положительную среднюю плотность энергии в любой системе отсчета, физики долгое время подозревали, что экзотическое вещество не может существовать. Предположительно законы физики запрещают существование экзотического вещества, о котором идет речь, но каким именно образом это делается, понять мы не могли.

Возможно, наша предубежденность к экзотическому веществу несправедлива, подумал я, когда ехал все по той же пятерке. Возможно, экзотическое вещество существует. Это был единственный способ, с помощью которого я мог помочь Карлу. Поэтому, прибыв в Пасадену, я написал Карлу длинное письмо, в котором объяснил, почему его героиня не могла воспользоваться черной дырой для быстрого межзвездного путешествия. Я предложил, чтобы вместо черных дыр она воспользовалась червоточинами, а кто-то из героев его романа открыл бы экзотическое вещество, то самое вещество, которое позволяет держать червоточины открытыми. Карл с удовольствием принял мое предложение и включил идею в окончательную версию романа «Контакт».

* * *

После того как я поделился с Карлом Саганом моими размышлениями, мне пришло в голову, что его книгу можно использовать как учебное пособие для студентов, изучающих общую теорию относительности. В качестве помощи для студентов осенью 1985 г. мы с Майком Моррисом (одним из моих студентов) начали писать статью по уравнениям общей теории относительности для червоточин, поддерживаемых экзотическим веществом, и о связи этих уравнений с книгой Сагана.

Мы писали медленно — другие проекты были более срочными и более приоритетными. В начале зимы 1987–1988 гг. мы заслали нашу статью в American Journal of Physics, но она еще не была напечатана. Моррис, который заканчивал аспирантуру, начал искать место постдока. Вместе со своими данными он рассылал повсюду рукопись нашей статьи. Одно из таких писем получил Дон Пейдж (профессор Пенсильванского университета и бывший мой и Хокинга студент), который прочел нашу рукопись и сразу же ответил Моррису.

«Дорогой Майк, как следует из положения 9.2.8 книги Хокинга и Эллиса, а также из уравнений поля Эйнштейна, любая червоточина [требует экзотического вещества для того, чтобы быть открытой]. Искренне Ваш, Дон. Н. Пейдж».

Я себя почувствовал ужасно глупым. Я никогда глубоко не изучал глобальные методы (основная тема книги Хокинга и Эллиса) и теперь я пожинал плоды своего невежества. На пятом хайвэе без больших усилий я вывел, что для поддержания в открытом состоянии совершенно сферической червоточины необходимо пропустить через нее экзотическое вещество. Теперь, однако, с помощью глобальных методов и затратив еще меньше усилий, Пейдж показал, что такое вещество требуется для поддержания любой червоточины (сферической, кубической и т. п.). Позднее я узнал, что Деннис Гэннон и К. В. Ли пришли почти к такому же выводу в 1975 г.

* * *

Это открытие, что для поддержания открытого состояния всех червоточин требуется экзотическое вещество, возбудило в 1988—1992-х годах многочисленные теоретические исследования. (Разрешают ли законы физики существование экзотического вещества, и если да, то при каких обстоятельствах?) Это было ключевым вопросом.

Ключ к ответу был уже предложен Стивеном Хокингом в 1970-х годах. В 1970 г., доказывая, что площадь поверхности черной дыры всегда возрастает (глава 12), Хокинг должен был предположить, что возле горизонта событий черной дыры нет экзотического вещества. Если бы оно там присутствовало, доказательство Хокинга потеряло бы силу, и его теорема оказалась бы неправильной, и площадь поверхности горизонта событий могла бы сжиматься. Однако Хокинга все это не слишком беспокоило; в 1970 г. сама возможность существования экзотического вещества казалась маловероятной.

Но 1974-й год приподнес всем нам большой сюрприз: исследуя испарение черных дыр, Хокинг показал (глава 12), что вакуумные флуктуации возле горизонта событий черной дыры являются экзотическими: они имеют с точки зрения световых лучей, выходящих наружу возле горизонта событий черной дыры отрицательную среднюю плотность энергии. По сути дела, именно это экзотическое свойство вакуумных флуктуаций позволяет сжиматься горизонту событий черной дыры по мере ее испарения, в нарушение теоремы Хокинга о возрастающей площади. Поскольку экзотическое вещество очень важно для физики, я позволю себе объяснить этот момент более детально.

Вспомним происхождение и природу флуктуаций вакуума (Врезка 12.4). При попытке удалить из некоторой области пространства все электрические и магнитные поля, т. е. при попытке создать совершенный вакуум, всегда остается обилие случайных, непредсказуемых электромагнитных колебаний — колебаний, которые вызваны «противоборством» соседствующих областей пространства. Поля «здесь» занимают энергию у полей «там», оставляя их с дефицитом энергии, т. е. фактически с отрицательной энергией. Эти поля «там» быстро захватывают энергию обратно, причем с некоторым избытком, что приводит к тому, что их энергия на какой-то момент времени становится положительной. Так это и происходит.

При нормальных условиях на Земле средняя энергия таких вакуумных флуктуаций равна нулю. Дефицит энергии и ее избыток продолжаются примерно одинаковое время и поэтому в среднем они уравновешивают друг друга, но, как показали расчеты Хокинга в 1974 г., так происходит вдали от горизонта событий испаряющейся черной дыры. Возле горизонта событий средняя энергия должна быть отрицательной, по крайней мере, с точки зрения световых лучей. Это и означает, что флуктуации вакуума — экзотические.

Конкретные детали этого процесса стали понятны только в начале 1980-х годов, когда Дон Пейдж из Пенсильванского университета, Филип Канделас из Оксфорда и многие другие физики применили законы квантовых полей в искривленном пространстве-времени для детального исследования влияния горизонта событий черной дыры на флуктуации вакуума. Они обнаружили, что это влияние имеет большое значение. Горизонт событий изменяет форму вакуумных флуктуаций, и они становятся совершенно непохожими на земные. В результате этого смещения формы их средняя плотность энергии становится отрицательной, а флуктуации — экзотическими.

При каких других обстоятельствах могут вакуумные флуктуации стать экзотическими? Могут ли они быть экзотическими внутри червоточины и таким образом поддерживать ее открытой? В этом заключался основной вопрос исследовательских усилий, предпринятых Пейджем, который заметил, что единственный способ поддерживать любую червоточину открытой — снабдить ее экзотическим веществом.

Ответ, если это можно назвать ответом, дался нелегко. Гуннар Клинкхаммер (мой студент) доказал, что в плоском пространстве-времени, т. е. далеко от всех притягивающих объектов, флуктуации атомов никогда не могут быть экзотическими — они никогда не могут иметь отрицательную среднюю плотность энергии в системе отсчета световых пучков. С другой стороны, Роберт Уолд (бывший студент Уилера) и Улви Юртсевер (бывший мой студент) доказали, что в искривленном пространстве-времени при самых разных условиях кривизна искажает флуктуации вакуума и таким образом делает их экзотическими.

Подчиняется ли червоточина, которая стремится сжаться, таким условиям? Может ли кривизна червоточины, искажая вакуумные флуктуации, сделать их экзотическими, чтобы червоточина оставалась открытой? В тот момент, когда эта книга шла в печать, мы все еще не знали ответа.

* * *

В начале 1988 г., когда в самом разгаре были теоретические исследования экзотического вещества, толчком к которым был звонок Карла Сагана, я начал осознавать всю их значимость. Я был также абсолютно уверен в том, что путь к истине будет сложным и многотрудным. Мысленные эксперименты такого типа позволяют проложить дорогу к истине, эксперименты, которые спрашивают: «что законы физики разрешают делать высокоразвитой цивилизации и что они запрещают?» (под «высокоразвитой» цивилизацией я имею в виду такую, чья активность ограничена только законами физики, а не отсутствием должного интеллектуального и технологического уровня).

Думаю что мы, физики, стремились избегать таких вопросов, поскольку они слишком близки к научной фантастике. В то время как многие из нас могут получать удовольствие от чтения фантастики или даже писать ее, мы боимся оказаться смешными перед нашими коллегами, затевая исследования на грани этого жанра. Поэтому мы стремились сконцентрироваться на двух других, менее радикальных, типах вопросов: «Что реально происходит во Вселенной?» (Например, существуют ли реально черные дыры, и существуют ли реально червоточины?) И «Что мы, люди, с нашим нынешним уровнем развития, можем сделать сейчас или в ближайшем будущем?» (Например, можем ли мы производить новые элементы, такие как плутоний, и использовать их для производства атомных бомб? И можем ли мы производить высокотемпературные сверхпроводники и использовать их для экономии электроэнергии, создания летающих поездов и Суперколлайдера?)

К 1988 г. мне стало ясно, что мы, физики, были слишком консервативны в своих вопросах. К этому времени один из сагановских вопросов (как я их буду называть) уже принес свои плоды. После того как мы с Моррисом спросили себя: «Может ли высокоразвитая цивилизация поддерживать червоточины для быстрых межзвездных перелетов?» — нам стало ясно, что для их поддержания требуется экзотическое вещество. И тогда мы начали прилагать усилия в попытках понять, при каких условиях законы физики разрешают, а при каких запрещают существование экзотического вещества.

* * *

Предположим, что наша Вселенная возникла (во время Большого взрыва) вовсе без червоточин. Затем, много эпох спустя, когда возникшая разумная жизнь достигнет (гипотетически) очень высокого уровня развития, сможет ли эта высокоразвитая цивилизация построить для быстрых межзвездных перелетов червоточины. Разрешают ли законы физики сконструировать червоточины там, где их в начале не было? Позволяют ли законы производить такие изменения в топологии пространства нашей Вселенной?

Эти вопросы представляют собой вторую половину межзвездной транспортной проблемы Карла Сагана. Первую половину, которая заключается в том, что червоточина поддерживается с момента своего создания, Саган решил с помощью экзотического вещества. В своей книге Саган описывает червоточину, через которую путешествует Элеанора Эрроувэй, поддерживаемую с помощью экзотического вещества, но эта червоточина была создана в отдаленном прошлом некоторой высокоразвитой цивилизацией, все следы которой утеряны.

Мы, физики, конечно, не испытываем удовольствия, относя создание червоточин к предыстории. Мы хотим знать, как можно и можно ли вообще изменить топологию Вселенной сейчас, в рамках физических законов.

Мы можем представить себе две стратегии построения червоточины там, где раньше ее не было: квантовую и классическую.

Квантовая стратегия опирается на гравитационные вакуумные флуктуации (Врезка 12.4), т. е. гравитационный аналог электромагнитных вакуумных флуктуаций, обсуждавшихся выше: случайные, вероятностные флуктуации кривизны пространства, вызванные «заимствованием» энергии у соседних областей пространства с последующим ее возвращением. По-видимому, гравитационные вакуумные флуктуации существуют везде, но при обычных обстоятельствах они настолько малы, что никакой экспериментатор никогда их не обнаруживал.

14.3. (То же самое, что и на рис. 13.7.) Диаграммы, иллюстрирующие квантовую пену. Геометрия и топология пространства не являются точно определенными, они являются вероятностными. Например, с вероятностью 0,1 % может существовать пена, показанная на рис. (а), с вероятностью 0,4 % — на рис (б) и с вероятностью 0,02 % — на рис. (в) (и т. д.)

Так же, как случайные движения электрона в вырожденном состоянии при его ограничении во все меньшей области становятся все интенсивнее (глава 4), гравитационные флуктуации вакуума сильнее в маленьких областях. То есть для коротких длин волн они сильнее, чем для длинных. В 1955 г. Джон Уилер сделал первый шаг в объединении законов квантовой механики и законов ОТО. При этом он пришел к выводу, что в области с размером, равным длине Планка — Уилера(1,62х10-33 см или меньше), флуктуации вакуума настолько огромны, что пространство, которое мы знаем, «вскипает» и превращается в квантовую пену, ту же квантовую пену, которая является ядром сингулярности пространства-времени (глава 13; рис. 14.3).

Таким образом, квантовая пена содержится везде: внутри черных дыр, в межзвездном пространстве, в комнате, в которой вы находитесь, в вашем мозгу. Но для того чтобы увидеть ее, нам пришлось бы использовать сверхмощный микроскоп, проникая все глубже и глубже в микромир. Нам пришлось бы перейти из нашего обычного мира (сотни сантиметров) в мир атома (10-8 см), затем в мир атомного ядра (10-13 см) и потом еще глубже на двадцать порядков, к 10-33 см. На всех ранних «больших» масштабах пространство выглядит совершенно гладким с определенной, но «крошечной» кривизной. Но когда масштаб приближается к 10-32 см, мы увидим, что пространство начинает скручиваться, вначале немного, а затем все более и более сильно. Когда весь окуляр микроскопа займет область 10-33 см, пространство превратится в накипь вероятностной квантовой пены.

Поскольку квантовая пена находится повсюду, заманчиво представить себе высокоразвитую цивилизацию, которая сумела добраться до квантовой пены, обнаружила в ней червоточину (скажем, ту «большую» на рис. 14.36, наблюдаемую с вероятностью 0,4 %), попыталась ее захватить и расширить до классического размера. Если цивилизация действительно высокоразвита, в 0,4 % случаев ее попытки могли бы привести к успеху. Или нет?

Мы еще недостаточно хорошо знаем законы квантовой гравитации. Прежде всего мы плохо понимаем саму квантовую пену. Мы даже не на сто процентов уверены, что она существует. Однако такой мысленный эксперимент «сагановского типа» по вытягиванию высокоразвитой цивилизацией червоточины из квантовой пены может оказать нам концептуальную помощь в ближайшие годы в попытке утвердиться в понимании квантовой пены и квантовой гравитации.

Пожалуй, хватит о квантовом методе образования червоточин. В чем заключается классический метод?

Следуя классическому методу, наша высокоразвитая цивилизация попыталась бы деформировать и скрутить пространство на макроскопическом уровне так, чтобы сделать червоточину там, где ее прежде не существовало. Кажется вполне очевидным, что для удачного исхода необходимо прорвать две дыры в пространстве и сшить их вместе. На рис. 14.4 показан пример такой процедуры.

Каждый такой прорыв пространства моментально приводит в точке разрыва к образованию сингулярности пространства-времени, т. е. резкой границы, на которой пространство-время заканчивается. Поскольку сингулярности управляются законами квантовой гравитации, такой способ образования червоточин фактически является не классическим, а квантово-механическим. Пока мы не поймем законов квантовой гравитации, мы не узнаем даже, существует ли он вообще.

Есть ли какой-нибудь выход из этого положения? Можно ли сделать червоточину, не вовлекая в процесс плохо понимаемые нами законы квантовой гравитации, т. е. существует ли чисто классический способ!

14.4. Один из способов изготовления червоточины, (а) В кривизне пространства образуется «карман», (б) Пространство вне кармана слегка сгибается в гиперпространстве. (в) В кармане формируется дырка, прямо под этой дыркой образуется дыра в пространстве, и края дыр «сшиваются» вместе. Этот метод на первый взгляд выглядит классическим (макроскопическим). Однако разрыв производит, по крайне мере, на краткое время, сингулярность в пространстве-времени, которая управляется законами квантовой гравитации; следовательно, этот метод на самом деле является квантовым

Удивительно, но существует — но за это придется заплатить большую цену. В 1966 г. Роберт Герох (студент Уилера в Принстоне) использовал глобальные методы и показал, что можно построить червоточину с помощью гладкой деформации и скручивания пространства-времени, избежав при этом сингулярности. Но это можно сделать только, если в процессе создания во всех системах отсчета будет сворачиваться также и время. Более точно выражаясь, такое создание червоточины требует возможности путешествия назад во времени: каким бы «механизмом» эта червоточина ни создавалась, он, фактически, является машиной времени, которая переносит объекты из более поздних моментов строительства к более ранним (но не раньше начала строительства).

Всеобщую реакцию на теорему Героха можно выразить следующими словами (1967): «Конечно, законы физики запрещают существование машины времени, поэтому они будут препятствовать любому классическому методу образования червоточин, т. е. без образования дыр в пространстве».

За десятилетия, прошедшие с 1967 г., мы убедились в том, что некоторые вещи, в которых мы были уверены, оказались неверными. (Например, мы никогда бы не поверили в 1967 г., что черная дыра может испаряться.) Поэтому мы научились некоторой осторожности, в частности, в конце 1980-х годов мы стали задавать вопросы типа: «Запрещают ли на самом деле законы физики машину времени и если да, то почему? Из чего следует такой запрет?» К этому вопросу я вернусь ниже.

* * *

Теперь давайте остановимся и посмотрим, что мы имеем. В 1993 г. мы думаем о червоточинах следующее:

Если червоточины не были созданы во время Большого взрыва, то высокоразвитая цивилизация могла бы попытаться сконструировать подобную червоточину одним из двух методов: квантовым (подцепив ее из квантовой пены) или классическим (скручивая пространство-время без его разрыва). В 1993 г. мы все еще недостаточно хорошо понимаем законы квантовой гравитации, чтобы решить, возможно ли квантовое создание червоточин. То, что мы знаем, — это законы классической гравитации и общая теория относительности, из которых следует, что классическое создание червоточин разрешено только в случае, если «механизм» их создания, каким бы он ни был, очень сильно сворачивает время (во всех системах отсчета), так сильно, что хотя бы на короткое время создается машина времени.

Мы также знаем, что если у высокоразвитой цивилизации каким-то образом появляется червоточина, то единственный способ удержать ее открытой (и использовать для межзвездных путешествий) — это пропустить через нее экзотическое вещество. Мы знаем, что в этом смысле обнадеживающими являются вакуумные флуктуации электромагнитного поля: они могут быть экзотическими (иметь отрицательную среднюю плотность энергии с точки зрения светового пучка) в искривленном пространстве-времени при весьма различных обстоятельствах. Мы еще не знаем, однако, могут ли они быть экзотическими внутри червоточины, т. е. поддерживать ее открытой.

На следующих страницах я буду предполагать, что высокоразвитая цивилизация каким-то образом получила червоточину и поддерживает ее открытой с помощью некоторого экзотического вещества; давайте рассмотрим, какие еще применения, кроме межзвездных полетов, могла бы найти цивилизация для своей червоточины.

Машины времени

В декабре 1986 г. в Чикаго (Иллинойс) проводился четырнадцатый полугодовой Техасский симпозиум по релятивистской астрофизике. Эти «Техаски» начали проводиться с 1963 г.; на первом симпозиуме в Далласе (Техас) впервые обсуждалась тайна квазаров (главы 7 и 9). С тех пор проведение их стало традицией. Я поехал на симпозиум, чтобы прочесть лекцию о проектах и планах, связанных с LIGO (глава 10). Майк Моррис (мой студент, занимавшийся «червоточинами») поехал со мной, чтобы впервые выступить перед международной аудиторией из физиков-релятивистов и астрофизиков.

Между лекциями в кулуарах Моррис познакомился с Томом Романом, молодым ассистентом профессора из Коннектикутского государственного университета, который несколько лет тому назад интенсивно занимался вопросами экзотического вещества. Их беседа быстро перешла к червоточинам. Роман заметил: «Если червоточину действительно можно держать открытой, она позволит путешествовать на межзвездные расстояния со скоростью, гораздо быстрее скорости света. Не означает ли это, что червоточину можно использовать также для путешествия назад во времени?»

Какими глупцами почувствовали себя мы с Майком! Конечно же, Роман был прав. Мы еще в детстве читали о таком путешествии во времени в известном лимерике:

После комментария Романа, вспомнив это стихотворение, мы легко представили, как построить машину времени с помощью двух червоточин, которые движутся с большими скоростями друг относительно друга. (Я не буду здесь описывать эту машину времени, из-за ее сложности; вскоре я перейду к описанию более простой машины времени.)

* * *

Я одиночка. Я люблю удаляться в горы или на уединенное морское побережье, или просто на чердак, чтобы подумать. Новые идеи приходят медленно, для их вынашивания требуется спокойствие и одиночество. Для того чтобы произвести необходимые расчеты, часто требуются дни или недели интенсивной, постоянной концентрации мысли. Телефонный звонок, прозвучавший в ненужный момент, может полностью сбить мою мысль, отбросив меня назад на несколько часов. Поэтому я прячусь от мира.

Но прятаться слишком долго опасно. Время от времени мне нужно встречаться и беседовать с людьми, которые думают по-другому, чтобы взбодрить себя.

В этой главе я уже привел три примера. Без телефонного звонка Карла Сагана и стремления сделать его книгу корректной в научном плане я бы никогда не предпринял исследования червоточин и машин времени. Без письма Дона Пейджа мы с Майком Моррисом не узнали бы, что все червоточины, независимо от их формы, требуют экзотического вещества для поддержания их открытыми. И без замечания Тома Романа мы с Моррисом могли бы до сих пор пребывать в беспечном неведении того, что развитая цивилизация может легко сделать машину времени из червоточин.

На следующих страницах я расскажу о других открытиях, сделанных под влиянием «взбадривающих» обстоятельств. Однако не все идеи возникают таким образом. Некоторые появляются в результате «общения» с самим собой. Именно таким был июнь 1987 г.

В начале июня 1987 г., после нескольких месяцев интенсивного преподавания и работы с моей исследовательской группой, а также с группой LIGO, я почувствовал себя очень усталым и решил уединиться.

Всю весну меня что-то грызло, но я не обращал на это особого внимания, ожидая спокойных дней для работы. Эти дни, наконец, пришли. В уединении я позволил неясной мысли вынырнуть из моего подсознания и начал ее исследовать: «Откуда время знает, каким образом ему надо проползти через червоточину?» В этом и была суть дела.

Чтобы сделать вопрос более конкретным, я рассмотрел следующий пример. Предположим, что у меня есть очень короткая червоточина — туннель, который в гиперпространстве имеет длину всего лишь в тридцать сантиметров. Предположим также, что оба устья червоточины — две сферы, каждая два метра в диаметре — находятся в моей гостиной в Пасадене. Предположим, наконец, что я влезаю головой вперед в эту червоточину. С моей точки зрения, я должен вынырнуть из второго устья сразу же после того, как я проник в первое, без всякой задержки, что означает, фактически, что когда моя голова появится из второго устья, мои ноги все еще будут пролезать в первое. Значит ли это, что моя жена Кароли, сидящая на диване в гостиной, тоже увидит одновременно мою голову, появляющуюся из второго устья и мои ноги из первого (см. рис. 14.5)? Если да, то время как-то «просачивается через червоточину» и течет так же, как и вне червоточины.

14.5. Как я пробираюсь через очень короткую гипотетическую червоточину

С другой стороны, спросил я себя, возможно ли, что хотя путешествие через червоточину по моим расчетам почти не отнимает времени, Кароли придется целый час ждать, пока она увидит мое появление из второго устья. А возможно ли, чтобы она увидела меня за час до того, как я войду в устье? Если так, то время течет через червоточину иначе, не так как вне ее.

Что могло бы заставить время вести себя таким ненормальным образом? — спросил я себя. С другой стороны, почему бы и нет? Только законы физики знают ответ, подумал я. Так или иначе, мне следовало вывести поведение времени из законов физики.

На следующем этапе для понимания того, как законы физики контролируют течение времени, я рассмотрел более сложную ситуацию. Предположим, что одно устье червоточины находится в покое в моей гостиной, а другое — в межзвездном пространстве и удаляется от Земли почти со скоростью света. Предположим, что, несмотря на это относительное движение двух устьев, длина червоточины (длина туннеля через гиперпространство) всегда фиксирована и составляет ровно тридцать сантиметров. (Рис. 14.6 объясняет, как длина червоточины может оставаться фиксированной, несмотря на то, что ее устья движутся относительно друг друга во внешней Вселенной.) С точки зрения внешней Вселенной два отверстия находятся в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга с большой скоростью, следовательно, в этих устьях время должно течь по-разному. С другой стороны, с точки зрения самой червоточины, по отношению друг к другу устья находятся в покое, т. е. они относятся к общей системе отсчета, а это означает, что в этих отверстиях время должно течь одинаковым образом. С внешней точки зрения, время в них течет по-разному, а с внутренней, — совершенно одинаково. Однако!

14.6. Устья червоточины могут двигаться относительно друг друга во внешней Вселенной, в то время как длина червоточины остается постоянной. Каждая из этих схем — это такая же диаграмма, как на рис. 14.1, только «в профиль». Диаграммы последовательно представляют собой движение Вселенной и червоточины по отношению к гиперпространству. (Вспомним, однако, что гиперпространство — это всего лишь плод нашего воображения; мы, люди, в действительности никогда не сможем увидеть его или испытать на себе; см. рис. 3.2 и 3.3.) По отношению к гиперпространству нижняя часть нашей Вселенной на диаграммах скользит направо, а червоточина и верхняя часть Вселенной остаются в покое. Соответственно, если смотреть из нашей Вселенной, устья движутся друг относительно друга (отодвигаются все дальше), но если смотреть через червоточину, то по отношению друг к другу они остаются в покое, и длина червоточины не изменяется

Постепенно недоумение покинуло меня в моем тихом уединении, и все стало ясно. Законы общей теории относительности однозначно предсказывают, как должно течь время, и они недвусмысленно указывают, что два потока времени будут одинаковыми, если их сравнивать через червоточину, и разными, если их сравнивать снаружи. В этом смысле через червоточину время течет иначе, чем во внешней Вселенной, когда два устья движутся относительно друг друга.

И тогда я сообразил, что благодаря этой разнице высокоразвитая цивилизация может сделать машину времени из одной-единственной червоточины. Для этого не нужно иметь две. Но как это сделать? Легко, если Вы — представитель высокоразвитой цивилизации.

Для объяснения давайте представим себе мысленный эксперимент, в котором мы, люди, являемся высокоразвитыми существами. Допустим, мы с Кароли нашли очень короткую червоточину и поместили одно из ее отверстий в гостиной у себя дома, а другое в нашем семейном космическом корабле, находящемся на лужайке перед домом.

В ходе мысленного эксперимента мы покажем, что ход времени через какую-либо червоточину зависит от ее предыстории. Для простоты давайте предположим, что когда мы с Кароли приобрели эту червоточину, она вела себя очень просто — время в ней текло точно так же, как в остальной Вселенной. Другими словами, если бы я пробирался через эту червоточину, то и Кароли, и я, и любой человек на Земле согласился бы с тем, что я выхожу из устья в космическом корабле в тот же самый момент, как я вхожу в устье в гостиной.

14.7. Кароли и я строим машину времени из червоточины. Слева: я остаюсь дома в Пасадене рядом с одним из устьев червоточины. Справа: Кароли перевозит другое устье во время сверхскоростного путешествия через Вселенную. Врезка: Наши руки внутри червоточины

Убедившись в том, что время действительно течет через червоточину таким образом, мы с Кароли решили осуществить следующий план: я остаюсь дома в нашей гостиной, в которой находится одно из устьев, а Кароли отправляется вместе с другим устьем на нашем космическом корабле в необъятные просторы Вселенной. Там она развивает очень высокую скорость, а затем возвращается обратно. В течение всего путешествия мы держим друг друга за руки, протянув их в червоточину (см. рис. 14.7).

Кароли улетает в девять часов утра первого января 2000 года по ее и по моим часам. Кароли покидает Землю и летит шесть часов почти со скоростью света по ее собственным часам, затем она поворачивает обратно и летит назад, прибывая на лужайку перед нашим домом спустя двенадцать часов после отлета по ее собственным часам. Я держу ее за руку и вижу червоточину на протяжении всего путешествия. Конечно, я соглашаюсь, глядя через червоточину, что она вернулась через двенадцать часов, в девять часов вечера первого января 2000 года. Глядя через червоточину в девять часов вечера, я вижу не только Кароли, но и лужайку с нашим домом позади нее.

Затем в девять часов одну минуту я оборачиваюсь и смотрю в окно — там я вижу пустую лужайку перед домом. Космического корабля с Кароли и другим устьем червоточины там нет. Если бы у меня был достаточно хороший телескоп, я бы увидел космический корабль Кароли, улетающий от Земли. Этот полет по земным часам, как он выглядит из внешней Вселенной, продлится десять лет. [Это стандартный «парадокс близнецов»; «близнец», который улетает и возвращается обратно с большой скоростью (Кароли), пробудет в пути только двенадцать часов, в то время как «близнец», который остается на Земле (я), должен ждать окончания путешествия десять лет.]

Затем начинается моя повседневная жизнь. День за днем, месяц за месяцем, год за годом я продолжаю жить в ожидании — и, наконец, первого января 2010 года Кароли возвращается из путешествия и приземляется на лужайке перед домом. Я выхожу ее встречать и обнаруживаю, как и ожидалось, что она постарела только на двенадцать часов, а не на десять лет. Она сидит в космическом корабле, протянув руку в устье червоточины, и держит там кого-то за руку. Я стою позади нее, смотрю в отверстие норы и вижу, что человек, которого она держит, — это я сам, но на десять лет моложе, сидящий в нашей гостиной первого января 2000 года. Червоточина стала машиной времени. Если я сейчас (первого января 2010 года) войду в устье червоточины, которое находится в космическом корабле, то появлюсь из другого отверстия в нашей гостиной первого января 2000 года, где повстречаю молодого самого себя. И наоборот, если мой молодой двойник пройдет в отверстие в гостиной первого января 2000 года, то он появится из отверстия в космическом корабле первого января 2010 года. Путешествие через червоточину в одном направлении отбрасывает меня назад во времени на 10 лет; путешествие в другом направлении переносит меня на 10 лет вперед.

Но ни я и никто другой не смогут воспользоваться червоточиной, чтобы перенестись назад во времени дальше, чем девять часов утра первого января 2000 года. Тот момент, когда червоточина превратилась в машину времени, является границей для путешествия назад.

Законы общей теории относительности выполняются четко. Это прямо следует из них, если червоточины можно удерживать с помощью экзотического вещества.

Летом 1987 г., через месяц после того, как я пришел к этим выводам, моей жене позвонил Ричард Прайс. Он беспокоился обо мне. Ричард — мой близкий друг, шестнадцать лет назад он показал, что черная дыра избавляется от всех своих «волос» с помощью излучения (глава 7). Он услышал, что я работаю над теорией машин времени, испугался, что я немного не в себе и впал в старческое слабоумие. Кароли попыталась его переубедить.

Звонок Ричарда немного встряхнул меня. Не потому, что я сомневался в собственном здравом смысле; таких сомнений у меня не было. Но если даже мои ближайшие друзья обеспокоены, то (по крайней мере, с целью защиты Майка Морриса и других моих студентов) следует быть осторожным, когда мы будем знакомить с результатами наших исследований сообщество физиков и широкую публику.

Зимой 1987–1988 гг. в качестве такой предосторожности я решил опубликовать кое-что о машинах времени. Вместе с моими учениками Майком Моррисом и Улви Юртсевером мы попытались еще раз проанализировать все, что мы знали о червоточинах и ходе времени. И только после того, как мне все стало предельно ясно, я решился на публикацию.

Когда я скрывался в уединении, Моррис, Юртсевер и я работали, поддерживая связь с помощью компьютера и телефона. Тогда Кароли получила приглашение на два года на место постдока в городе Мэдисон (Висконсин), и первые семь месяцев, с января по июль 1988 г., я был при ней «домохозяйкой». Я настроил свой компьютер и оборудовал рабочее место на чердаке дома, который мы снимали в Мэдисоне; большую часть своего времени я проводил на этом чердаке: думал, считал, писал; в основном это касалось других тем, но иногда я думал над проблемой времени и червоточин.

Чтобы получить дополнительный стимул и проверить свои идеи у искушенных «оппонентов», раз в несколько недель я ездил в Милуоки, где общался с ведущими специалистами по общей теории относительности из группы Джона Фридмана и Леонарда Паркера. Иногда я ездил в Чикаго, чтобы поговорить со специалистами из другой группы, возглавляемой Субраманьяном Чандрасекаром, Робертом Герохом и Робертом Уолдом.

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 разрушаться 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.

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

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

* * *

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, 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 матереубийцы [142]В научно-фантастической литературе чаше используется термин «парадокс дедушки». По-видимому, рыцарски настроенные писатели-фантасты, среди которых больше мужчин, предпочитают «убивать» старых мужчин, а не молодых женщин.
: 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. 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.

Возьмем червоточину, которая была переделана в машину времени, и разместим два ее устья в межпланетном пространстве, причем оба они будут в покое и рядом друг с другом (рис. 14.9). Допустим, бильярдный шар запускается в правое отверстие с некоторой начальной скоростью из некоторой начальной точки. Шар войдет в правое устье, переместится назад во времени и вылетит из левого устья до того, как он вошел в правое (с точки зрения внешнего наблюдателя). Затем он ударит самого себя, только более «молодого», и таким образом воспрепятствует себе войти в правое отверстие и затем ударить себя.

Эта ситуация, подобно парадоксу матереубийцы, связана с перемещением назад во времени и изменением истории. В парадоксе матереубийцы я возвращаюсь назад во времени и, убив мою мать, не даю самому себе родиться. В парадоксе Полчински бильярдный шар возвращается назад во времени и, ударив самого себя, препятствует своему путешествию во времени.

Обе ситуации не имеют смысла. Законы физики должны логически соответствовать друг другу. Точно так же эволюция Вселенной, управляемая законами физики, должна полностью согласовываться сама с собой — по крайней мере, это будет так, пока Вселенная ведет себя классическим образом (не квантово-механическим); царство квантовой механики более призрачно. Мы с бильярдным шаром — в высшей степени классические объекты (т. е. мы проявляем квантово-механические свойства, только если на нас производить чрезвычайно точные измерения; см. главу 10). Поэтому для нас с бильярдным шаром не существует способа вернуться назад во времени и изменить наши собственные истории.

14.9. Бильярдная версия парадокса матереубийцы, придуманная Полчински. Червоточина очень короткая и служит машиной времени, так что любой предмет, который входит в ее правое отверстие, выходит из норы за тридцать минут до своего входа в нее (по часам внешнего наблюдателя). Течение времени вне отверстия обозначается символом г, течение времени, испытываемое самим бильярдным шаром, обозначается буквой t. Бильярдный шар запускается в момент t = 3 часа дня из некоторой точки и именно с той скоростью, чтобы войти в правое отверстие в момент t = 3 часа 45 минут. Шар появляется из левого отверстия на 30 минут раньше, в момент t = 3 часа 15 минут, и ударяет самого себя, более «молодого», в момент t = 3 часа 30 минут дня. Он сталкивает самого себя с траектории и поэтому уже не может войти в правое отверстие, а следовательно, и не ударит себя

Так что же происходит с бильярдным шаром? Чтобы это понять, мы с Моррисом и Юртсевером углубились в изучение начальных условий шара, т. е. его начального местоположения и скорости. Мы спросили себя: «Для тех же самых начальных условий, которые привели к парадоксу Полчински, существует ли какая-либо другая траектория бильярдного шара, кроме изображенной на рис. 14.9, которая являлась бы логически самосогласованным решением и следствием физических законов, управляющих движением классических бильярдных шаров?» После многочисленных дискуссий мы пришли к выводу, что ответ, скорее всего, положительный, но мы не были абсолютно уверены в этом. И у нас уже не было времени это уточнять. Моррис и Юртсевер заканчивали писать свои диссертации и покидали Калифорнийский институт: им удалось получить работу в Милуоки и Триесте.

* * *

К счастью, в Калифорнийском институте не перевелись умные студенты. На подходе были еще двое: Фернандо Эчеверрия и Гуннар Клинкхаммер. Они и подхватили эстафету с парадоксом Полчински.

После нескольких месяцев сложных математических выкладок они доказали, что действительно существует полностью самосогласованная траектория бильярдного шара, в основе которой лежат начальные данные Полчински и которая удовлетворяет всем законам физики, управляющим движением классических бильярдных шаров. По сути дела, есть две такие траектории. Они показаны на рис. 14.10. Я опишу каждую из этих траекторий по очереди, с точки зрения самого шара.

На схеме (а) (левая половина рис. 14.10) изображена траектория молодого, чистого изначального шара, который начинает свое движение в момент времени t = 3 часа дня и движется по тому же самому маршруту, как в парадоксе Полчински (рис. 14.9). Этот маршрут должен привести его к правому входу в червоточину. Через полчаса, в момент t = 3 часа 30 минут, сзади слева на него налетает более пожилой и потрепанный шар (который, для нас это ясно, он же, только постарше). Этот удар достаточно мягок и он только немного отклоняет молодой шар от его первоначального курса. Но этого удара вполне хватает, чтобы его помять. Молодой шар, уже помятый, продолжает двигаться по слегка измененной траектории и входит в отверстие червоточины в момент времени t = 3 часа 45 минут. Затем он путешествует назад во времени на 30 минут и выходит из другого отверстия в момент t = 3 часа 15 минут. По сравнению с траекторией в парадоксе Полчински (рис. 14.9), его теперешняя траектория немного изменена. Поэтому наш старый и помятый шар наносит своему более молодому «Я» мягкий скользящий удар в левый бок в момент времени t = 3 часа 30 минут. Такого сильного удара, как на рис. 14.9, не будет. Таким образом, последовательность действий шара вполне самосогласованна.

На схеме (б) (правая половина рис. 14.10) изображена та же траектория, что и на схеме (а), но здесь геометрия столкновения несколько отличается, соответственно, траектория между столкновениями является немного другой. В частности, старый помятый шар возникает из левого отверстия и направляется по другой траектории, чем на схеме (а). Эта траектория выводит его перед молодым изначальным шаром (а не позади него), и он ударяет юный шар по его переднему правому боку (а не по левому заднему).

Эчеверрия и Клинкхаммер показали, что обе траектории, (а) и (б), удовлетворяют всем физическим законам, которые управляют движением классических бильярдных шаров. Поэтому обе они могут возникнуть в реальной Вселенной (если реальная Вселенная может содержать машины времени, построенные на червоточинах).

14.10. Разрешение парадокса матереубийцы в версии Полчински (рис. 14.9): бильярдный шар, начинающий свое движение в 3 часа дня с теми же начальными условиями (исходная точка и скорость), как в парадоксе Полчински, может двигаться по одной из двух указанных здесь траекторий. Каждая из этих траекторий является полностью самосогласованной и удовлетворяет всем классическим законам физики на всем протяжении траектории

Это и внушает наибольшее беспокойство. Такая ситуация никогда не может произойти во вселенной без машин времени. Если нет машин времени, каждый набор начальных условий для бильярдного шара дает одну, и только одну траекторию, удовлетворяющую всем классическим законам физики. Есть только одно направление, по которому может двигаться наш шар. Машина времени разрушает такой порядок. Теперь есть два одинаково хороших возможных направления, по которым шар может двигаться.

На самом деле ситуация еще хуже, чем выглядит на первый взгляд: машина времени разрешает существование бесконечного числа одинаково хороших возможных направлений для движения шара. Во Врезке 14.2 описан простой пример.

Врезка 14.2

Кризис бильярдного шара: бесконечное множество траекторий

Однажды, сидя в аэропорту Сан-Франциско в ожидании самолета, я сообразил, что бильярдный шар, запущенный между двумя устьями червоточины, превращенной в машину времени, может двигаться по двум траекториям. По одной из них, (а), он пролетит между двумя устьями без приключений. По другой, (б), во время его прохода между двумя отверстиями в результате столкновения его отбрасывает направо.

Затем он продолжает движение к левому отверстию норы, выходит из него ранее своего предыдущего входа, ударяет сам себя и улетает прочь.

Через несколько месяцев Роберт Форвард [один из пионеров детектирования гравитационных волн методом лазерной интерферометрии (глава 10) и писатель-фантаст] нашел третью траекторию, удовлетворяющую всем законам физики. Это траектория ( в ), изображенная ниже. Столкновение происходит перед тем как шар приближается к устьям червоточины. Затем я понял, как можно сделать так, чтобы столкновение происходило все раньше и раньше, как на схемах (г) и (д): шар должен между своими двумя визитами к месту столкновения пройти по червоточине несколько раз.

Например, на схеме (д) шар проходит по маршруту а, получает удар от своего старого альтер-эго, выходит на маршрут [3 и затем влетает в правое устье. Потом он проходит сквозь червоточину (назад во времени), достигает левого устья и возвращается обратно через червоточину по маршруту у (еще дальше назад во времени). Еще одно возвращение через червоточину по маршруту 8 (еще дальше назад во времени) и, наконец, маршрут е, который приводит шар к месту столкновения, откуда он берет курс

Очевидно, существует бесконечное множество траекторий (соответствующих разному числу переходов через червоточину), которые удовлетворяют классическим (не квантовым) законам физики и имеют одинаковые начальные условия (одинаковые местоположения и скорости бильярдного шара). Остается гадать, сошла ли физика с ума или законы физики каким-то образом подскажут, какую траекторию следует выбрать шару.

* * *

Неужели машины времени сводят физику с ума? Неужели из-за них невозможно предсказать, что будет происходить в тот или иной момент? Если нет, как законы физики помогают выбрать из бесконечного множества траекторий ту, по которой проследует бильярдный шар?

В поисках ответа на эти вопросы мы с Гуннаром Клинкхаммером обратились в 1989 г. от классических законов физики к квантовым. Почему к ним? Потому что квантовые законы — «Верховные правители» нашей Вселенной.

В частности, законы квантовой гравитации контролируют силы гравитации и структуру пространства и времени. Классические законы гравитации общей теории относительности Эйнштейна являются просто приближением к законам квантовой гравитации — приближением, которое имеет превосходную точность вдали от всех сингулярностей и на масштабах, гораздо больших, чем 10-33 см, тем не менее, это все-таки приближение (глава 13).

Точно так же классические законы физики, которые мы с моими студентами использовали при изучении движения бильярдных шаров в парадоксе Полчински, являются всего лишь приближением к квантово-механическим законам. Поскольку классические законы предсказывают «чепуху» (бесконечное множество возможных траекторий для бильярдного шара), мы с Клинкхаммером обратились к законам квантовой механики для более глубокого понимания процесса.

«Правила игры» в квантовой физике совершенно другие, чем в классической физике. Когда мы задаем начальные условия и пользуемся при этом классическими законами, они предсказывают, что произойдет впоследствии (например, по какой траектории проследует шар); и если машин времени не существует, эти предсказания дают единственно возможный результат. Наоборот, квантовые законы предсказывают всего лишь вероятности возможных событий (например, вероятность того, что шар проследует в ту или иную область пространства).

В свете этих правил квантово-механической игры нас не удивил ответ, который мы с Клинкхаммером получили из квантово-механических законов. Мы поняли следующее: если шар начинает движение по траектории Полчински (рис 14.9 и 14.10 в момент времени t= 3 часа дня), то существует определенная квантово-механическая вероятность — скажем, 48 процентов того, что он последует по траектории (а) на рис. 14.10, и определенная вероятность — скажем, тоже 48 процентов для траектории (б). Определенная (гораздо меньшая) вероятность существует для каждой из бесконечного множества других траекторий, разрешенных классической физикой. В каждом «эксперименте» шар проследует только по одной траектории, разрешаемой классическими законами; но если мы выполним огромное количество таких экспериментов с бильярдным шаром, в 48 процентов случаев шар выберет траекторию (а), еще в 48 процентах случаев — траекторию (б), и т. д.

Этот вывод отчасти является удовлетворительным. Из него следует, что законы физики достаточно легко могут приспособиться к законам времени. Будут и сюрпризы, однако ничего сверхъестественного и парадоксального не ожидается. Мы можем представить, что National Enquirer, узнав о наших результатах, вполне способен поместить шапку: ФИЗИКИ ДОКАЗАЛИ, ЧТО МАШИНЫ ВРЕМЕНИ СУЩЕСТВУЮТ. (Вот такого «освещения» я все время и боюсь.)

* * *

Осенью 1988 г., через три месяца после публикации нашей статьи «Червоточины, машины времени и слабое энергетическое условие», Кэй Дэвидсон, репортер из San Francisco Examiner, наткнулся на эту статью в Physical Review Letters и все испортил.

Могло быть и хуже. По крайней мере, сообщество физиков в течение трех месяцев спокойно впитывало наши идеи без сенсационной шумихи.

Но шквал журналистских страстей остановить было невозможно. ФИЗИКИ ИЗОБРЕЛИ МАШИНЫ ВРЕМЕНИ! — такие заголовки можно было увидеть повсюду. Журнал «Калифорния» в статье «Человек, который изобрел путешествие во времени» даже поместил фотографию, где я в голом виде занимаюсь физикой на горе Паломар. Я был убит — не из-за фотографии, а из-за сыпавшихся отовсюду утверждений, что я изобрел машины времени и путешествия во времени. Если законы физики разрешают машины времени (а я сомневаюсь в этом, как будет ясно в конце этой главы), то их осуществление, скорее всего, менее доступно современному человечеству, чем космические путешествия неандертальцам.

Поговорив с двумя репортерами, я оставил все попытки остановить лавину и добиться правильного освещения событий и стал скрываться от прессы. Пэт Лайон, мой помощник по административным делам, вынужден был отбиваться от осаждавших его представителей прессы с помощью заявлений типа: «Профессор Торн считает, что пока еще не пришло время обнародовать результаты его исследований. Когда он выяснит, запрещают или нет законы физики существование машин времени, он напишет об этом популярную статью».

Написав эту главу для книги, я фактически выполняю свое обещание.

Защита хронологии?

В феврале 1989 г., когда основная шумиха в прессе утихла, а мы с Эчеверрия и Клинкхаммером бились над парадоксом Полчински, я полетел в Боузмен (Монтана), чтобы прочесть там лекцию. Там я встретился с Биллом Хискоком, бывшим студентом Чарльза Мизнера, и начал выяснять у него, что он думает по поводу червоточин и машин времени. В последнее время это стало моим пунктиком. Я хотел услышать обоснованные критические замечания, ожидал новых идей и точек зрения.

«Может быть, вам следует заняться изучением электромагнитных вакуумных флуктуаций», — сказал мне Хискок. — «Может быть, они разрушат червоточину, когда высокоразвитые существа попытаются превратить ее в машину времени». Хискок подразумевал мысленный эксперимент, в котором моя жена Кароли (как некое высокоразвитое существо) летит назад, на Землю, в семейном космическом корабле, в котором находится один из входов в червоточину; а я в это время сижу на Земле рядом с другим входом, и червоточина вот-вот превратится в машину времени (рис. 14.7 и 14.8). Хискок утверждал, что электромагнитные флуктуации вакуума могут циркулировать в червоточине наподобие пучков излучения (рис. 14.8). Накладываясь друг на друга, эти флуктуации могут стать бесконечно большими и разрушить червоточину.

Я отнесся к этому утверждению скептически. За год до этого, когда я ехал домой из Чикаго, я пришел к выводу, что пучки излучения, циркулирующие по червоточине, не будут накапливаться и создавать пучок бесконечной энергии, т. е. они не будут разрушать червоточину. Червоточина спасает сама себя путем дефокусировки излучения. Таким же образом, подумал я, она может дефокусировать и циркулирующие электромагнитные вакуумные флуктуаций и таким образом сможет спасти себя.

С другой стороны, подумалось мне, машины времени — это такое радикальное понятие в физике, что мы должны исследовать любую возможность их разрушения. Поэтому, отбросив свой скептицизм и взяв в помощники ученого из моей группы по имени Сунг-Вон Ким, я приступил к расчетам поведения циркулирующих флуктуаций вакуума.

За несколько лет до этого Хискок и Дебора Конковски разработали математический аппарат и внесли ряд идей, которые нам сильно помогли. Несмотря на эту помощь, нас с Кимом сильно сдерживало наше невежество в вопросах вакуумных флуктуаций, точнее, в законах квантовых полей в искривленном пространстве-времени (глава 13). Но, наконец, в феврале 1990 г., после целого года фальстартов и ошибок, наши вычисления сошлись и дали долгожданный ответ.

Я был удивлен и даже шокирован. Несмотря на все усилия червоточины дефокусировать флуктуации вакуума, они стремились снова сфокусироваться (рис. 14.11). Дефокусированные червоточиной флуктуации расширялись, удаляясь от устья на Земле; вначале казалось, что они не попадут на космический корабль. Затем, как будто притянутые какой-то таинственной силой, они сходились к устью червоточины на космическом корабле Кароли. Вернувшись через червоточину к Земле, они затем снова расходились от земного устья и опять сходились к устью на корабле. Этот процесс повторялся снова и снова, и в результате формировался мощный пучок вакуумных флуктуаций.

Но будет ли этот пучок электромагнитных вакуумных флуктуаций достаточно интенсивным, чтобы разрушить червоточину? — спросили мы себя. Мы пытались найти ответ на этот вопрос в течение восьми месяцев, с февраля по сентябрь 1990 г. После ряда неудачных попыток мы, наконец, пришли к выводу (неправильному): «Возможно, нет». Наши доводы показались нам и некоторым ранее знакомым с ними нашим коллегам достаточно убедительными, поэтому мы написали статью и представили ее в Physical Review.

Рассуждения наши были следующими: вычисления показали, что циркулирующие электромагнитные флуктуации вакуума становятся бесконечно большими только на исчезающе коротком промежутке времени. Они приобретают максимальное значение точно в тот момент, когда впервые становится возможным использовать червоточину для обратного путешествия во времени (т. е. в тот момент, когда червоточина впервые становится машиной времени); и затем они немедленно исчезают (рис. 14.12).

Но законы квантовой гравитации (которые мы не очень хорошо понимаем), по-видимому, говорят о том, что такого понятия, как «исчезающе короткий промежуток времени», не существует. Флуктуации пространственно-временной кривизны делают понятие длины бессмысленным на масштабах меньших, чем длина Планка — Уилера, 10-33 см (рис. 14.3 и соответствующий раздел текста). Точно так же флуктуации кривизны должны делать понятие времени бессмысленным на масштабах менее 10-43 с («время Планка — Уилера», которое равно длине Планка — Уилера, деленной на скорость света). Более короткие временные интервалы существовать не могут. Так утверждают законы квантовой гравитации. На таких маленьких интервалах не имеют смысла понятия до, после и эволюция во времени.

14.11. Мы с Кароли пытаемся превратить червоточину в машину времени с помощью метода, показанного на рис 14.7. При этом электромагнитные флуктуации вакуума распространяются между двумя устьями по червоточине, накладываясь друг на друга и создавая пучок огромной флуктуационной энергии

Поэтому, как утверждали мы с Кимом, циркулирующие электромагнитные флуктуации вакуума должны прекратить развиваться во времени, т. е. должны перестать нарастать за 10-43 с до того, как червоточина превратится в машину времени. Законы квантовой гравитации должны обрезать рост флуктуаций. Эти же законы позволят флуктуациям продолжить свое теперь уже затухание снова спустя всего лишь 10-43 с после того, как машина времени заработала. Между этими моментами время как таковое не существует, и эволюции тоже нет (рис. 14.12). Важным моментом становится вопрос: насколько интенсивным стал пучок циркулирующих флуктуаций, когда квантовая гравитация обрезала их рост? Наши расчеты ясно и недвусмысленно показали: когда пучок перестал расти, он все еще слишком слаб, чтобы разрушить червоточину; следовательно, говоря словами из нашей статьи, весьма вероятно, что «вакуумные флуктуации не могут препятствовать образованию или существованию замкнутых времяподобных кривых». (Замкнутые времяподобные кривые на языке физиков означают «машины времени»; обжегшись на прессе, я перестал пользоваться словами «машина времени» в своих статьях; чтобы пресса, не знакомая с физическим жаргоном, ничего не могла в них более понять.)

В сентябре 1990 г., когда мы послали нашу статью в Physical Review, мы с Кимом также послали несколько копий некоторым нашим коллегам, включая Стивена Хокинга. Он с интересом прочел нашу статью — и не согласился с ней. Хокинг не возражал против наших расчетов, касающихся пучка циркулирующих флуктуаций вакуума (по сути дела, аналогичные вычисления Валерия Фролова в Москве подтвердили к тому времени наши результаты). Хокинг протестовал против нашего анализа эффектов квантовой гравитации.

14.12.Кривая интенсивности электромагнитных флуктуаций вакуума, циркулирующих по червоточине до и после начала работы машины времени

Хокинг соглашался с тем, что квантовая гравитация, по-видимо-му, обрежет рост вакуумных флуктуаций за 10-43 с до того, как появится машина времени, т. е. за 10-43 с до того, как они могли бы стать бесконечно большими. «Но кем будут измерены эти 10-43 секунды? В чьей системе отсчета?» — спросил он. Время — не абсолютная категория, а «относительная», напомнил нам Хокинг; оно зависит от системы отсчета. Мы с Кимом предположили, что это может быть система отсчета кого-либо, находящегося в покое в устье червоточины. Хокинг же ратовал за другую систему отсчета, связанную с самими флуктуациями. Точнее говоря, за систему отсчета наблюдателя, который вместе с флуктуациями циркулирует между Землей и космическим кораблем по червоточине так быстро, что он видит расстояние между Землей и кораблем, сжатое от 10 световых лет (1019 см) до длины Планка — Уилера (10-33 см). Законы квантовой гравитации могут остановить рост пучка только за 10-43 с до того, как червоточина превратится в машину времени, по часам такого «циркулирующего» наблюдателя. Таково было замечание Хокинга.

Возвращаясь к точке зрения наблюдателя, находящегося в покое в червоточине (на показания которого полагались мы с Кимом), можно сказать, что вывод Хокинга означал: обрезание за счет квантовой гравитации возникает за 10-95 с до того, как червоточина станет машиной времени, а не за 10-43 с. К этому времени, в соответствии с нашими расчетами, вакуумный флуктуационный пучок станет достаточно сильным и, может быть, будет в состоянии разрушить червоточину.

* * *

Замечание Хокинга о месте квантово-гравитационного обрезания было убедительным. Возможно, он прав, заключили мы с Кимом после длительных раздумий; и мы смогли внести изменения в нашу статью с учетом его рекомендаций до ее публикации. Однако последняя выделенная курсивом строчка неоднозначна. Даже если Хокинг был прав, было совершенно не ясно, разрушит ли пучок вакуумных флуктуаций червоточину. Чтобы это понять наверняка, требовалось узнать, что происходит в момент образования машины времени, в интервале времени 10-95 с, когда все определяется силами квантовой гравитации.

Короче говоря, законы квантовой гравитации прячут от нас ответ на вопрос, можно ли успешно превратить червоточины в машины времени. Чтобы получить ответ, люди вначале должны понять законы квантовой гравитации.

У Хокинга было свое твердое мнение о машинах времени. Он считал, что природа их терпеть не может, и выразил эту «неприязнь» в виде гипотезы о защите хронологии. Гипотеза гласит, что законы физики запрещают существование машин времени. (Хокинг, с присущим ему юморком, характеризовал этот вывод так: «дабы сохранить этот мир для историков!»)

Хокинг подозревал, что рост пучка вакуумных флуктуаций — это способ, которым природа усиливает защиту хронологии: всякий раз, когда кто-то пытается создать машину времени, независимо от того, какой тип устройства используется при этой попытке (червоточина, вращающийся цилиндр,«космическая струна», и т. д.), перед тем как это устройство превратится в машину времени, через это устройство начнет циркулировать пучок вакуумных флуктуаций и разрушит его. Хокинг готов был держать какое угодно пари по этому поводу.

У меня нет ни малейшего желания бросать ему вызов. Я получаю большое удовольствие от споров с Хокингом, но только от тех споров, в которых у меня большой шанс на победу. Я нутром чувствую, что этот спор проиграю. Наши с Кимом расчеты, а также неопубликованные расчеты, которые недавно сделал Иенна Фланаган (мой студент) говорят о том, что Хокинг, скорее всего, прав. Каждая машина времени, по-видимому, самоуничтожается (с помощью циркулирующих вакуумных флуктуаций) в момент ее активации. Однако мы этого до конца не узнаем до тех пор, пока физики не познают законы квантовой гравитации.