С 1930-х годов физики задумывались о существовании «кротовых нор» в ткани пространства. Червоточины, кротовые норы или кротовины по существу представляют собой замкнутые туннели между различными частями Вселенной и образуются путем соединения пары черных дыр. Это фактически создает туннель сквозь время и пространство: путешественник, проходя сквозь чревоточину, входит в один его конец и выходит в другой – в другое время и другое место.
Трудность заключается в том, чтобы удержать червоточину открытой во время путешествия сквозь время и пространство: если этот туннель закрывается, путешественник во времени так и не выйдет с другой стороны кротовой норы, а потеряется во времени и пространстве. По мнению Стивен Хокинга, червоточины могут нестабильными, и потому неприменимы на практике.
На протяжении многих лет ученые полагали, что осуществить такой переход физически невозможно. Но недавнее исследование американского физика Кипа Торна показывает, что такой переход возможен при условии использования экзотических материалов, способных выдерживать огромные силы, необходимые для подобного перемещения. Но даже в этом случае машина времени будет иметь ограниченное применение – например, вы не можете вернуться во время, когда червоточина еще не существовала. Использование технологии червоточины возможно только в технологически развитом обществе, которое научилось использовать энергию черны дыр в свою пользу.
Однако пройти сквозь кротовину и попасть в другое время и пространство не было бы невозможно – просто очень, очень трудно.
Создание кротовин
Существует одна проблема, связанная с кротовинами, которую должны принимать во внимание инженеры, работающие с гиперпространством. Простейшие расчеты показывают, что независимо от того, что происходит во Вселенной за пределами нашей галактики, любые попытки космического корабля пройти сквозь туннель в пространстве-времени приведут к тому, что «звездные врата» захлопнутся. Проблема в том, что ускорение объекта, в соответствии с общей теорией относительности, создает искажения (рябь) в ткани пространства-времени, известные как гравитационные волны.
Гравитационное излучение, которое проникает в черную дыру со скоростью света и раньше, чем космический корабль, так как предшествует ему, может усиливаться до бесконечности по мере приближении к сингулярности внутри черной дыры, что приведет к искажению пространства-времени вокруг него и закрытию «врат», ведущих в черную дыру, прямо перед кораблем. Даже если проходимая кротовина все же существует в природе, она нестабильна и реагирует на малейшие колебания, в том числе искажения, вызванные любыми попытками прохождения сквозь нее.
Но команда Торна нашла ответ на этот вопрос. В конце концов, червоточины в «Контакте» определенно не природного происхождения, они созданы человеком. Один из героев романа объясняет: «Существует внутренний туннель в точном решении Керра уравнений Эйнштейна, но он нестабилен. Малейшее возмущение – и он закрывается и превращается в физическую сингулярность, через которую ничто не может пройти. Я попытался представить себе высокоразвитую цивилизации, которая способна контролировать внутреннюю структуру коллапсирующей звезды, чтобы сохранить стабильность этого туннеля. Это очень трудно. Эта цивилизация вынуждена будет контролировать и стабилизировать туннель вечно».
Но дело в том, что этот «фокус», хотя и очень сложен, все же осуществим. Для его осуществления нужно использовать процесс отрицательной обратной связи, когда любое искажение структуры пространственно-временного континуума червоточины создает другое искажение, которое нейтрализует первое искажение.
Этот эффект противоположен знакомому всем явлению положительной обратной связи, которое возникает, например, когда фонит микрофон, установленный недалеко от колонок. В этом случае звук из динамиков попадает в микрофон, воспроизводится с усилением динамиком, снова попадает в микрофон… и так далее. Представьте вместо этого, что звук, попадающий из микрофона в динамики, анализируется компьютером, который затем создают звуковую волну, что с точностью до наоборот воспроизводит характеристики второго динамика.
Две звуковые волны взаимно уничтожатся (нейтрализуют друг друга), что приведет к полной тишине.
Этот «фокус» действительно можно проделать с простыми звуковыми волнами, здесь, на Земле, в наше время. Нейтрализовать более сложные шумы, например, рев толпы футбольных фанатов, пока не представляется возможным, но через несколько лет это может стать осуществимым. Поэтому вполне можно представить, как «высокоразвитая цивилизация», описанная Саганом, создает систему приема/передачи гравитационной волны, которая находится внутри кротовины и фиксирует возмущения пространства-времени, вызванные прохождением сквозь нее космического корабля, и «воспроизводящую» ряд гравитационных волн, которые будут точно нейтрализовать возмущения пространственно-временного континуума, прежде чем они уничтожат туннель.
Откуда же берутся червоточины в первую очередь?
Подход Морриса, Юртсевера и Торна к вопросу происхождения черных дыр противоречит всему, что думали о черных дырах до них. Вместо того чтобы рассматривать возможных космических кандидатов на роль черной дыры, например, мертвую массивную звезду или квазары, и пытаться понять, каким образом они могли бы превратиться в черную дыру, они начали с построения математического описания геометрической структуры, которая описывала бы проходимую кротовину, а затем использовали уравнения общей теории относительности, чтобы понять, какие виды материи и энергии могли бы соответствовать такому пространственно-временному континууму. Их выводы и открытия почти (если знать о них заранее) очевидны и совершенно не противоречат здравому смыслу.
Гравитация, сила земного притяжения, приводит к созданию сингулярностей и закрытию входа в червоточину. Уравнения показали, что для того, чтобы искусственная (т.е. созданная человеком) червоточина оставалась открытой, вход в нее должен содержать некую материю или некое поле, имеющее отрицательное давление и вызывающее антигравитацию (отрицательное гравитационное тяготение, то есть отталкивание).
Вспомнить курс физики в средней школе, вы можете подумать, что это полностью исключает возможность создания проходимой червоточины. Отрицательное давление не встречается в повседневной жизни (представьте, что вы надуваете воздушный шарик под отрицательным давлением, и в результате он сдувается). Не может же экзотическая материя существовать в реальной Вселенной?
В этом вы можете ошибаться.
