Червоточины: как создать антигравитацию
Ключ к созданию антигравитации был найден голландским физиком Хендриком Казимиром еще в 1948 году. Казимир с 1942 года работал в научно-исследовательских лабораториях гиганта электрической промышленности Philips, и именно во время работы над коллоидными растворами он открыл явление, которое стало известным как эффект Казимира.
Квантовый вакуум
Квантовый вакуум не похож на «ничто», абсолютную пустоту, каким представляли вакуум физики до квантовой эры. Он наполнен активностью частицами, которые являются носителями электромагнитных сил, некоторые из них являются частицами света. Действительно, представить рождение в вакууме виртуальных фотонов очень легко, отчасти потому, что фотон сам себе античастица, а также потому, что у фотонов нет «массы покоя» (то есть они не участвуют в гравитационном взаимодействии), поэтому вся энергия, которую нужно «позаимствовать» из квантовой неопределенности, – это энергия волны, связанной с определенным фотоном.
Фотоны с разной энергией связаны с электромагнитными волнами разной длины; причем чем короче длина волн, тем больше энергия. Учитывая этот электромагнитный аспект квантового вакуума, его (вакуум) можно представить как пустое пространство, наполненное эфемерными электромагнитными волнами всевозможной длины.
Эта электромагнитная активность в вакууме и дает ему энергию, но эта энергия везде одинакова, поэтому она не может быть обнаружена и использована. Энергию можно использовать для выполнения какой-то работы, и тем самым доказать ее присутствие, можно только в том случае, если энергия в одной точке отличается от энергии в другой (то есть есть разница энергий).
Казимир отметил, что между двумя электрически проводящими пластинами электромагнитные волны могут образовывать только определенные устойчивые закономерности. Волны, возникающие между двумя пластинами, похожи на волны, возникающие в звенящей гитарной струне. Такая струна может вибрировать только определенным образом и производить определенные ноты – те, в которых вибрации струны соответствуют длине струны таким образом, что на фиксированных концах струны нет вибрации.
Допустимые вибрации представляют собой основную ноту для определенной длины струны, и ее гармонику, или обертоны. Точно так же, только излучение с определенной длиной волн (частотой) может поместиться в зазор между двумя пластинами в эксперименте Казимира. В частности, в этот зазор не поместится ни один фотон, который соответствует длине волн, превышающей расстояние между пластинами. Это означает, что часть активности вакуума подавляется в зазоре между пластинами, в то время как за его пределами (в окружающем его пространстве) продолжается обычная активность.
Как следствие, на одном кубическом сантиметре пространства меньше виртуальных фотонов, перемещающихся между пластинами, чем снаружи, и пластины притягиваются друг к другу под действием силы, которая получила название силы Казимира. Это может показаться странным, но это действительно так. Было проведено несколько экспериментов с целью измерения силы Казимира между двумя пластинами с использованием плоских и изогнутых пластин, изготовленных из различных материалов. Сила была измерена для расстояний зазора между пластинами от 1,4 нм до 15 нм (один нанометр равен одной миллиардной части метра) и в точности подтвердила прогнозы Казимира.
Возможность все-таки существует...
В статье, опубликованной в 1987 году, Моррис и Торн обратили внимание на возможности вакуума Казимира, а также отметили, что даже простое электрическое или магнитное поле в червоточине «приближается к экзотической материи; и если бы его напряжение было бесконечно большим… оно могло бы удовлетворить наши требования к червоточине». В той же работе ученые пришли к выводу, что «не следует предполагать, что невозможно получить экзотическую материю, необходимую для входа в проходимую кротовину».
Здесь Моррис и Торн делают важное наблюдение о том, что большинству физиков недостает воображения, когда речь идет о рассмотрении уравнений, описывающих материю и энергию в условиях гораздо более экстремальных, чем те, с которыми мы сталкиваемся на Земле. Ученые доказывают это на примере курса общей теории относительности для начинающих, который они читали в Калифорнийском технологическом институте осенью 1985 года, после первого этапа работы по просьбе Сагана, но до того, как результаты их исследований были обнародованы. Студентам не рассказывали ничего конкретного о кротовинах, но учили анализировать физическое значение пространственно-временных характеристик.
На экзамене студентам задавали вопрос, который постепенно, шаг за шагом, подвел их к математическому описанию характеристик кротовины.
«Удивительно было видеть, насколько бедная у студентов фантазия и заскорузлое мышление. Большинство могли расшифровать подробные свойства характеристик, но очень немногие поняли, что эти характеристики принадлежат проходимой кротовине, соединяющий две разные вселенные», - рассказывали Морри и Торн.
Перед теми, у кого не столь заскорузлое мышление, стоит две проблемы, - найти способ сделать червоточину достаточно большой для прохождения сквозь нее людей (и космических кораблей) и предотвратить контакт экзотической материи с таким космическим кораблем. Любая перспектива создания такого устройства находится далеко за пределами наших нынешних возможностей.
Но, как подчеркивают Моррис и Торн, это возможно, и «поэтому мы не можем исключать возможность существования проходимой червоточины». Почти 500 лет назад другой неисправимый фантазер Леонардо да Винчи задумывался о возможности существования летательных аппаратов. Он разработал конструкцию вертолета и самолета с крыльями, и, по словам современных авиационных инженеров, самолет его конструкции, вероятно, мог бы подняться в воздух, если бы в распоряжении Леонардо были современные двигатели. А ведь во времени Леонардо не существовало физической возможности создать летательный аппарат с двигателем, способный поднять человека в воздух.
Леонардо не мог даже представить себе реактивный двигатель и огромные авиалайнеры, перевозящие пассажиров через океан со сверхзвуковой скоростью. Тем не менее, Concorde и реактивные самолеты работают по тому же базовому физическому принципу, что и придуманные им летательные аппараты. Прошло каких-то пятьсот лет – и все его самые смелые мечты осуществились.
Возможно, для создания действующей проходимой кротовины потребуется больше пятисот лет, но законы физики говорят, что это возможно – и, как считает Саган, что-то в этом роде, возможно, уже было создано цивилизацией, превосходящей нашу по развитию.
