Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Существование в природе замкнутых мировых линий в свое время исследовал немецкий математик Курт Гедель. Замкнутые мировые линии, известные в научно-популярной и фантастической литературе как «петли времени», появляются в окрестности массивных черных дыр. Так, из предыдущего параграфа мы знаем, что Кип Торн показал возможность образования петель времени в туннеле, соединяющем систему замороженных звезд. Другой английский космолог, Ричард Готт, развивая теорию суперструн (о которой мы уже много рассказывали), доказал, что прохождение таких струн сквозь друг друга должно порождать петли времени. Убедившись, что петли времени не противоречат теории относительности, физики попробовали избавиться от логических парадоксов путем ввода неизвестного нам закона природы, запрещающего вмешиваться в собственное прошлое.

Более радикальное объяснение невозможности парадоксов предложил Стивен Хокинг. Используя сочетание теории гравитации с квантовой механикой, описывающей движение элементарных частиц, он показал, что квантовые эффекты должны вызвать разрушение тех петель времени, которые предсказываются уравнениями Эйнштейна. Поэтому теория замкнутых мировых линий должна обязательно учитывать квантовые эффекты.

Мы уже рассказывали про кипение физического вакуума, именно на этом самом элементарном уровне пространства-времени квантовая физика указывает на возможность возникновения петель времени. По квантовой теории пространство-время здесь имеет «пенистую» структуру, включающую множество микроскопических замкнутых мировых линий. Впрочем, это не единственный космологический парадокс, ответы на который дает физика времени.

Подавляющая часть звезд и галактик находится от нас на расстоянии, с которого свет придет только через несколько миллиардов лет. За прошедшие десяток или больше миллиардов лет с момента вспышки первой звезды в нашей Вселенной их свет еще не успел достигнуть нашей планеты. Эти звезды находятся как бы за «берегом реки нашего времени». Те звезды, свет которых успел прийти в Солнечную систему, по расчетам астрономов, составляют лишь незначительную часть всех существующих звездных объектов. Именно поэтому яркость их света ничтожно мала и ночью на окраине нашей Галактики — Млечного Пути бывает темно. Так физика времени со своей точки зрения разрешила еще один знаменитый астрономический «парадокс Ольберса», названный так по имени сформулировавшего его немецкого астронома позапрошлого века.

Одной из самых интригующих проблем физики является поиск возможностей изменения направления полета «стрелы времени» или, в более широком смысле, приложение вектора хода времени в окружающих нас физических процессах. В начале двадцатых годов прошлого века, воодушевленный новыми теориями относительности и квантов, выдающийся отечественный геолог, геохимик и минералог Александр Евгеньевич Ферсман писал: «Поставить время в зависимость от скорости, от пространства, от движения тела, создать часы для его измерения в давно прошедшем прошлом, научиться считать его вне настоящего и овладевать его течением в будущем — разве все это не детские фантазии, недопустимые для ученого, естествоиспытателя и физика?»

Ответом на риторические вопросы академика Ферсмана может служить вся история развития современной теоретической и квантовой физики, наглядно показывающая, что известные законы, по-видимому, не противоречат принципиальной возможности создания машины времени (Т-агрегата), позволяющей путешествовать в прошлое и будущее. Существуют даже многовариантные схемы такой машины. При этом общим здесь является необходимость предварительного создания в общем-то фантастических конструкций, сжимающих и скручивающих окружающее нас пространство. Подобные трудновообразимые «фокусы» с привычным нам окружением физики и математики называют «сложной топологией евклидового многообразия» или «изменением топологии трехмерного континуума». Интуитивно смысл этих загадочных фраз понятен, топология — это наука о самых общих геометрических свойствах пространств с различной размерностью, а многообразие и континуум — это все то же окружающее нас пространство.

Естественно, любая теория перемещения во времени пока еще является лишь «голой теорией» или чистой «научной спекуляцией». Чаще всего, когда речь заходит о зримом образе времени, школьные учителя и университетские профессора, следуя классической теории, рисуют на доске стрелку и говорят, что существует лишь одно временное измерение, составляющее единственное одномерное временное пространство.