Кратчайшая история времени - Стивен Уильям Хокинг

пространства-времени, – это не изобретение фантастов, а была предложена солидными учеными. В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен написали статью, в которой показали, что общая теория относительности допускает существование «мостов», которые теперь называют кротовыми норами. Мост Эйнштейна-Розена оказался слишком короткоживущим, чтобы космический корабль успел пройти по нему: корабль должен успеть нырнуть в сингулярность, пока нора не схлопнулась. Правда, было выдвинуто предположение, что высокоразвитая цивилизация сумеет не дать кротовой норе закрыться. Для этого, а также для того, чтобы искривить пространство-время любым иным способом для обеспечения возможности путешествий во времени, нужна область пространства-времени с отрицательной кривизной наподобие седлообразной поверхности. Обычное вещество, плотность энергии которого положительна, придает пространству-времени положительную кривизну, наподобие поверхности шара. Поэтому для того, чтобы искривить пространство-время так, чтобы стало возможным путешествовать назад во времени, требуется вещество с отрицательной плотностью энергии. Что же означает отрицательная плотность энергии? Энергия чем-то напоминает деньги: если баланс вашего счета положителен, то вы можете распределять свои денежные средства разными способами, но, согласно классическим законам вековой давности, вы не можете «уйти в минус» ни по одному из своих счетов. Таким образом, классические законы исключают возможность отрицательной плотности энергии и, следовательно, любую возможность путешествий назад во времени. Однако, как говорилось в предыдущих главах, на смену классическим законам пришли квантовые законы, основанные на принципе неопределенности. Квантовые законы допускают большую свободу и позволяют «уходить в долг» по одному или двум счетам при условии, что общий баланс остается положительным. Другими словами, квантовая теория допускает, чтобы плотность энергии была отрицательной в некоторых областях, при условии, что это компенсируется положительной плотностью энергии в других местах так, чтобы суммарная энергия оставалась положительной. Таким образом, есть основания считать, что пространство-время можно искривить требуемым образом для обеспечения возможности путешествий во времени.

В соответствии с фейнмановским суммированием по траекториям путешествие в прошлое в каком-то смысле происходит на уровне отдельных частиц. В методе Фейнмана обычная частица, движущаяся вперед по времени, эквивалентна античастице, движущейся назад по времени. В фейнмановском методе совместно порожденная пара частица-античастица может рассматриваться как одна частица, движущаяся по замкнутой траектории в пространстве-времени. Чтобы понять это, представьте себе процесс традиционным образом. В некоторый момент – скажем, в момент A – порождаются частица и античастица. Обе движутся вперед по времени. Потом в некоторый более поздний момент – момент B – они снова взаимодействуют и аннигилируют друг друга. До момента A и после момента B ни одна из частиц не существует. Но согласно Фейнману, на все это можно посмотреть иначе. В момент A порождается одна частица, которая движется вперед по времени до момента B, после чего возвращается назад во времени в момент A. Вместо частицы и античастицы, вместе движущихся вперед во времени, мы имеем единый объект, который движется по замкнутой траектории – «петле» – от момента A до момента B и обратно. Когда объект движется вперед по вектору времени (от A к B), он называется частицей. Но когда он движется назад во времени (от B к A), то он выглядит как античастица, движущаяся вперед по времени. Такое путешествие во времени может сопровождаться наблюдаемыми эффектами. Предположим, например, что один из членов пары частица-античастица (например, античастица) падает в черную дыру и второй член остается без партнера, с которым он мог бы аннигилировать. Оставшаяся частица тоже может упасть в черную дыру, но может также и уйти из ее окрестностей. Для удаленного наблюдателя это будет выглядеть как частица, испущенная черной дырой. Но при этом механизм излучения черной дыры можно представить в виде иной, но эквивалентной интуитивной схемы. Компонент пары, упавший на черную дыру (например, античастицу), можно рассматривать как частицу, движущуюся из черной дыры назад во времени. При достижении момента совместного рождения пары частица-античастица эта пара рассеивается гравитационным полем черной дыры, превращаясь в частицу, которая движется вперед по времени и при этом «убегает» из черной дыры. А в случае если на черную дыру упала частица, то ее можно рассматривать как античастицу, исходящую из черной дыры. Таким образом, излучение черных дыр показывает, что квантовая теория допускает возможность движения назад по времени на микроскопических масштабах. Так что вопрос можно сформулировать так: допускает ли квантовая механика возможность, что при условии соответствующего развития науки и техники мы окажемся в состоянии построить машину времени. На первый взгляд это кажется возможным. В фейнмановской сумме по траекториям суммирование предполагается выполнять по всем траекториям, то есть включая и траектории с искривлением пространства-времени, допускающим возможность путешествия в прошлое. Известные законы физики не допускают путешествий во времени, но есть и другие соображения, заставляющие усомниться в такой возможности.

Античастица по Фейнману. Античастицу можно рассматривать как частицу, которая движется назад во времени. Таким образом, виртуальная пара частица-античастица может рассматриваться как частица, движущаяся по замкнутой траектории в пространстве-времени

Например, такой вопрос: если путешествие в прошлое возможно, то почему никто не прибыл к нам из будущего, чтобы объяснить, как это делается? Конечно, могут быть серьезные основания не раскрывать нам секрет путешествий во времени, пока мы находимся в современном недоразвитом состоянии, но если только человеческая природа радикально не изменится, с трудом верится, что какой-нибудь гость из будущего не проболтался бы. Разумеется, некоторые могут сказать, что наблюдения НЛО доказывают, что нас уже посещали инопланетяне или гости из будущего. (Учитывая большую удаленность от нас других звезд, чтобы добраться до нас за разумное время, инопланетянам надо двигаться быстрее света, так что обе возможности могут оказаться эквивалентными.) Отсутствие гостей из будущего сложно объяснить тем, что прошлое уже фиксировано, поскольку мы его уже наблюдали и убедились, что там нет областей с кривизной, обеспечивающей возможность путешествий из будущего. С другой стороны, будущее неизвестно и открыто, так что там вполне может найтись область с требуемой кривизной. Это означало бы, что путешествия во времени возможны только в пределах будущего. Так что капитан Кирка и его звездолет Enterprise никак не может возникнуть в наше время. Этим может объясняться, почему среди нас не бродят толпы туристов из будущего, но остается другой вопрос, возникающий при возможности вернуться в прошлое и изменить ход событий: почему у нас не возникает проблем с историей? Предположим, например, что кто-нибудь вернулся в прошлое и раскрыл нацистам секрет атомной бомбы или убил своего прапрадеда до того, как у него появились потомки. Существует множество вариантов этого парадокса, но все они, в сущности, сводятся к одному и тому же: возможность