Брайан Грин - Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности
(а) (b)
Рис 15.2 (а) Червоточина, протянутая от Квик-Е-Марта к атомной электростанции. (b) Вид через червоточину, открывающийся от входного отверстия в Квик-Е-Марте ко входному отверстию в атомной электростанции.
Рис 15.3 Геометрия, которая более ясно показывает, что червоточина является коротким путем. (Входное отверстие червоточины на самом деле внутри Квик-Е-Марта и атомной электростанции, хотя это тяжело показать в таком представлении).
Никто не знает, существуют ли червоточины, но много десятилетий назад физики установили, что они допускаются математикой ОТО, так что являются честной игрой в теоретическом исследовании. В 1950е Джон Уилер с сотрудниками был среди первых исследователей по изучению червоточин, и он открыл многое из их фундаментальных математических свойств. Более недавно, однако, Томе и его соратники обнаружили полное богатство свойств червоточин путем осознания, что они не только могут обеспечивать короткие пути через пространство, они могут также обеспечивать короткие пути сквозь время.
Идея такова. Представим, что Барт и Лиза стоят на противоположных концах Спригфилдсовской червоточины, – Барт на электростанции, Лиза в "Квик-Е-Марте", – лениво переговариваясь друг с другом о том, что подарить Гомеру к его дню рождения, когда Барт принимает решение предпринять короткую трансгалактическую экскурсию (чтобы принести Гомеру немного любимых им андромедянских рыбных палочек). Лиза не любительница поездок, но, так как она всегда хотела посмотреть на Андромеду, она уговаривает Барта перенастроить его входное отверстие червоточины на его корабль и взять его с собой, так что она сможет видеть, что происходит. Вы можете подумать, что это значит, что Барт будет растягивать червоточину до большей длины, в то время как будет продолжаться его путешествие, но это предполагало бы, что червоточина соединяет "Квик-Е-Март" и корабль Барта через обычное пространство. Это не так. И, как проиллюстрировано на Рис. 15.4, благодаря чудесам геометрии ОТО длина червоточины может оставаться фиксированной во время всего вояжа. Это ключевой момент. Даже если ракета Барта достигнет Андромеды, его удаление от Лизы через червоточину не изменится. Этим проясняется роль червоточины как короткого пути сквозь пространство.
Для определенности скажем, что Барт ограничивается 99,999999999999999999 процентами от скорости света и путешествует четыре часа, направляясь к Андромеде, все это время продолжая общаться с Лизой через червоточину, точно так же, как они это делали перед полетом. Когда корабль достигает Андромеды, Лиза просит Барта замолчать, чтобы она смогла рассмотреть вид без помех. Она раздражена его настойчивым желанием быстро своровать бутерброды с рыбными палочками, улететь и отправиться назад в Спрингфилд, но соглашается поддерживать связь до возвращения. Четырьмя часами и несколькими дюжинами раундов в крестики-нолики позже Барт благополучно опускает свой корабль на лужайке Спрингфилдсовского университета.
(с) Рис 15.4 (а) Червоточина, соединяющая Квик-Е-Март и атомную электростанцию, (b) Нижнее отверстие червоточины перенесено (из атомной электростанции) во внешнее пространство (на пространственный корабль, здесь не показанный), (с) Отверстие червоточины достигает галактики Андромеда; другое отверстие все еще находится в Квик-Е-Марте. Длина червоточины неизменна на протяжении всего путешествия.
Однако, когда он выглядывает в окно корабля, он слегка приходит в шок. Здания выглядят полностью другими, а информационное табло, плавающее высоко над роллербольным стадионом, выдает дату около 6 миллионов лет после его отбытия. "Круто!?!", говорит он сам себе, но моментом позже все становится ясно. СТО, которую он вспоминает из задушевной беседы, которую он недавно имел с Неудачником Бобом (еще один персонаж сериала о Симпсонах, злейший враг Барта), гарантирует, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее тикают ваши часы. Если вы отправляетесь в пространство с высокой скоростью, а затем возвращаетесь, то на борту вашего корабля может пройти только несколько часов, тогда как тысячи или миллионы лет, если не больше, протекут в соответствии с часами у кого-то стационарного. Короткий расчет подтверждает Барту, что при скорости, с которой он путешествовал, восемь часов, истекших на корабле, означают 6 миллионов лет, прошедших на Земле. Данные на информационном табло верны; Барт осознает, что он оказался далеко в земном будущем.
"...Барт! Алло, Барт!" – кричит Лиза из червоточины. – "Ты меня слышишь? Не переношу его. Я хочу ненадолго пойти домой пообедать". Барт смотрит в его входное отверстие червоточины и говорит Лизе, что он уже приземлился на лужайке Спрингфилдсовского университета. Поглядев более внимательно через червоточину, Лиза видит, что Барт говорит правду, но взглянув от "Квик-Е-Марта" в направлении Спрингфилдсовского университета, она не видит его корабля на лужайке. "Я ничего не понимаю", – говорит она.
"На самом деле это имеет точный смысл," – заносчиво отвечает Барт. – "Я приземлился у Спрингфилдсовского университета, но на 6 миллионов лет в будущем. Ты не можешь видеть меня, глядя из окна "Квик-Е-Марта", поскольку ты смотришь на правильное место, но ты не смотришь в правильное время. Ты смотришь на 6 миллионов лет раньше".
"О, ладно, это эффект СТО расширения времени," – соглашается Лиза. – "Круто. Но все равно, я хочу пойти домой пообедать, так что пролезай через червоточину, поскольку мы проголодались". "О"кей", – говорит Барт, проползая через червоточину. Он покупает пончик у Апу (хозяина супермаркета "Квик-Е-Март"), и они с Лизой направляются к дому.
Отметим, что хотя прохождение Барта через червоточину заняло у него момент, оно переместило его на 6 миллионов лет назад во времени. Он, и его корабль и входное отверстие червоточины приземлились в далеком будущем Земли. Если бы он осмотрелся, поговорил с людьми и ознакомился с новостями, все бы подтвердило этот факт. И еще, когда он прошел через червоточину и объединился с Лизой, он переместился назад в настоящее. То же самое было бы верно для любого другого, кто смог бы последовать за Бартом через входное отверстие червоточины: он также переместился бы на 6 миллионов лет назад во времени. Аналогично, любой, кто пролез бы через входное отверстие червоточины в "Квик-Е-Марте" и вылез бы из входного отверстия, оставленного Бартом в его корабле, переместился бы на 6 миллионов лет в будущее. Важный момент, что Барт не просто взял одно из входных отверстий червоточины в путешествие через пространство. Его путешествие также переместило входное отверстие червоточины через время. Путешествие Барта привело его и входное отверстие червоточины в будущее Земли. Короче, Барт преобразовал туннель сквозь пространство в туннель сквозь время; он переделал червоточину в машину времени.
Грубый способ визуализировать, что произошло, изображен на Рис. 15.5. На Рис. 15.5а мы видим червоточину, соединяющую одно пространственное место с другим, причем конфигурация червоточины нарисована так, чтобы подчеркнуть, что она лежит вне обычного пространства. На Рис. 15.5b мы показали эволюцию этой червоточины во времени, предполагая, что оба ее входных отверстия остаются стационарными. (Временные сечения те же самые, что и у стационарного наблюдателя). На Рис. 15.5с мы показали, что произойдет, когда одно из входных отверстий червоточины будет погружено в пространственный корабль и отправлено в путешествие по замкнутому маршруту. Время для движущегося входного отверстия, так же как время для движущихся часов, замедляется, так что движущееся входное отверстие перемещается в будущее. (Если один час истекает по движущимся часам, но тысяча лет проходит по стационарным часам, движущиеся часы будут перепрыгивать в будущее стационарных часов). Таким образом, вместо стационарного соединения входного отверстия червоточины через туннель червоточины с другим входным отверстием на том же самом временном сечении, она соединяет с входным отверстием на будущем временном сечении, как показано на Рис. 15.5с. Безотносительно к тому, как входные концы червоточины движутся дальше, разница во времени между ними остается фиксированной. В любой момент, если вы войдете в одно входное отверстие и выйдете из другого, вы станете путешественником во времени.
Построение машины времени на червоточине
Один план простроения машины времени теперь понятен. Этап 1: находим или создаем червоточину, достаточно широкую, чтобы в нее прошли вы или любой, кого вы хотите послать сквозь время. Этап 2: устанавливаем временное различие между входными отверстиями червоточины – скажем, путем движения одного отверстия относительно другого. Вот и все. В принципе.
