Стівен Вільям Хокінг - Коротка історія часу

з майже світловою швидкістю, йому здаватиметься, що Б (відкриття Конгресу) станеться до події А — стометрівки. Згідно з теорією відносності, закони фізики здаються однаковими для спостерігачів, що рухаються з різними швидкостями.

Вона добре підтверджена експериментами і, певно, залишиться якась її особливість, навіть якщо ми знайдемо досконалішу теорію на заміну теорії відносності. Тому рухомий спостерігач сказав би, що якщо подорож з надсвітловою швидкістю можлива, то повинна бути змога дістатися від події Б, відкриття конгресу, до А, бігу на сто метрів. А якщо хтось рухався трохи швидше, то міг би навіть дістатися ще до бігу і зробити ставку на нього, точно знаючи, хто переможе.

Та є проблема з подоланням світлового бар’єру. Згідно з теорією відносності, тяга ракетного двигуна, необхідна для пришвидшення космічного корабля, стає все більша й більша, що більше він наближається до швидкості світла. І в нас є експериментальні докази щодо цього, проте не завдяки космічним кораблям, а елементарним частинкам у пришвидчувачах частинок, на кшталт тих, що у Фермілабі (лабораторії Фермі) чи ЦЕРНі (Європейському центрі ядерних досліджень). Ми можемо пришвидшувати частинки до 99,99 відсотка від швидкості світла, та хоч скільки б ми додавали енергії, вони не можуть подолати світловий бар’єр. Те ж саме з космічними кораблями: хоч би яка велика була ракетна тяга, швидше за світло розігнатись вони не можуть.

Це, як видається, унеможливлює швидкі космічні подорожі та подорожі в часі. Однак є, можливо, вихід. Можливо, простір-час можна викривити так, щоб був найкоротший шлях між А і Б. Один із способів — створити червоточину між А і Б. Як випливає з назви, червоточина — це тонка трубка простору-часу, яка може з’єднувати дві майже плоскі області, далекі одна від одної.

Не повинно бути ніякого зв’язку між відстанню через червоточину і віддаленістю її кінців у майже плоскому фоні. Уявіть собі, що можна було б створити чи знайти червоточину, яка б вела з околу Сонцевої системи до Альфи Кентавра. Відстань через червоточину могла б бути лише кілька мільйонів миль, хоча у звичайному просторі між Землею та Альфою Кентавра двадцять трильйонів миль. Це дозволило б новині про стометровий забіг прийти до відкриття конгресу. Але тоді спостерігач, що рухається в напрямку Землі, також повинен бути в змозі знайти іншу червоточину, яка б дозволила йому дістатися від відкриття конгресу на Альфі Кентавра на Землю ще до початку бігу. Так червоточини, як і будь-які інші можливі форми надсвітлових подорожей, уможливили б подорожі у минуле.

Ідея червоточин між різними областями простору-часу — не вигадка письменників-фантастів, а походить з дуже поважних джерел.

У 1935 році Айнштайн та Натан Розен написали статтю, в якій вони показали, що загальною теорією відносності дозволені “мости”, як вони це назвали, що нині відомі як червоточини.

Мости Айнштайна — Розена для космічного корабля тривають не досить довго, щоб пройти через них: він попаде в сингулярність, через те що червоточина б стягнулась. Хоча висловлено припущення, що розвинена цивілізація змогла б утримувати червоточину відкритою. Щоб це зробити, або викривити простір-час якимсь іншим способом для уможливлення подорожі в часі, можна показати, що потрібна область простору-часу з від’ємною кривиною, як поверхня сідла. Звичайна матерія, що має позитивну густину енергії, забезпечує просторові-часові позитивну кривину, як у поверхні сфери. Тож для того, щоб викривити простір-час якимсь способом, що дозволить подорожувати у минуле, потрібна матерія з негативною густиною енергії.

Енергія трохи схожа на гроші: якщо у вас позитивний рахунок, ви можете витрачати його як заманеться, та згідно з класичними законами, яким вірили на початку минулого століття, вийти в мінус вам не дозволили б. Отже, ці класичні закони унеможливили б будь-які подорожі в часі. Та як написано у попередніх розділах, класичні закони були замінені квантовими, основаними на принципі невизначеності. Квантові закони ліберальніші і дозволяють перевищувати один чи два рахунки, за умови, якщо загальний баланс позитивний. Іншими словами, квантова теорія дозволяє від’ємну густину енергії в деяких місцях, за умови, що це буде надолужене додатними густинами енергії в інших, так що повна енергія залишається додатною. Прикладом того, як квантова теорія дозволяє від’ємну густину енергії, служить так званий Казимирів ефект. Як ми бачили в розділі 7, навіть той, що ми вважаємо “порожнім”, простір заповнений парами віртуальних частинок і античастинок, які разом появляються, розходяться, знову зближаються і анігілюють одна з одною. Припустімо тепер, що є дві паралельні металеві пластини на невеликій відстані одна від одної. Пластини будуть своєрідними дзеркалами для віртуальних фотонів або частинок світла. Насправді між ними утворюється порожнина, трохи схожа на органну трубу, яка резонуватиме лише на певних нотах. Це означає, що віртуальні фотони можуть траплятися у просторі між пластинами, лише якщо довжини їхніх хвиль (відстань між сусідніми гребнями будь-якої хвилі) у проміжку між пластинами вміщатимуться ціле число разів. Якщо ж у цьому проміжку вміститься хоч на частку довжини хвилі більше, то після декількох відбиттів між пластинами, гребені однієї хвилі збігатимуться з западинами інших і хвилі будуть взаємознищуватися.

Між пластинами буде менше віртуальних фотонів, адже там вони можуть мати лише резонансні довжини хвиль, на відміну від області поза пластинами, де віртуальні фотони можуть мати будь-яку довжину. Тому буде трохи менше віртуальних фотонів ударятися об внутрішні поверхні пластин, ніж об зовнішні. Отже, можна припустити наявність сили, що діє на пластини, штовхаючи їх одна до одної. Ця сила насправді була виявлена і має передбачену величину. Тож у нас є експериментальні докази того, що віртуальні частинки існують і спричиняють реальний ефект.

Те, що між пластинами фотонів менше, означає, що густина їхньої енергії там буде менша, ніж в іншому місці. Але густина повної енергії в “порожньому” просторі далеко від пластин має дорівнювати нулеві, бо інакше густина енергії викривлятиме простір і він не буде майже плоский. Тож якщо густина енергії між пластинами менша, ніж густина енергії десь далеко, то вона мусить бути від’ємна.

Отже, маємо експериментальні докази того, що і простір-час може бути викривлений (виходячи з викривлення світлових променів під час затемнення), і що він може бути викривлений способом, необхідним, щоб уможливити подорож у часі (виходячи з ефекту Казиміра). Можна було б тому сподіватися, що в міру нашого наукового та технологічного просування ми зрештою спроможемося збудувати машину часу. Але якщо це так, чого ж ніхто з майбутнього досі не появився і не розповів нам, як її збудувати? Тут можуть бути вагомі причини, чому було б нерозумно відкривати нам секрет подорожі в