«Если», 2004 № 08

Сергей Дерябин Малетт, или Туда и обратно

С тех пор, как в 1895 году Герберт Уэллс «изобрел» машину времени, мало кто из фантастов не отдал дань этой «вечной» теме — хронопутешествию.

Способы, с помощью которых они заставляли перемещаться туда и обратно, при всех нюансах сводились к двум: либо «инструментальный» (некое устройство), либо природный (дыры в пространстве-времени). Посмотрим, как наука относится к подобным версиям.

Понятие «стрела времени», столь популярное в фантастике, было впервые использовано знаменитым ученым Артуром Эддингтоном в 1928 г. в книге «Природа физического мира». Не будем касаться сложных физических и философских проблем, стоящих за этим термином. Скажем только, что оно предполагало обратимость физических явлений при «развороте» этой стрелы на 180 градусов. Иногда для наглядности в научно-популярной литературе приводили пример с записью на киноленту. Так вот, если заснять, допустим, падение стакана на пол, а затем прокрутить ленту обратно, то на экране мы увидим, как осколки собираются вместе, а затем целый стакан взмывает обратно на стол. Или предположим, что кто-то умеет двигаться обратно во времени, как, например, в повести Владимира Савченко «Встречники». Такой «встречник» увидит абсолютно тот же процесс, только вывернутый наизнанку.

Речь идет, как вы понимаете, о некоей симметрии. Отсюда предполагалось, что при определенных условиях (то есть с помощью машины времени, а то и вовсе без нее, одной силой мысли, как в романе Джека Финнея «Меж двух времен») можно вернуться назад и предотвратить падение стакана.

Но, увы, по столь ясной, логичной и притягательной для фантастов картине был нанесен удар.

Нобелевский лауреат, бельгиец Илья Пригожин, рассмотрев проблему «стрелы времени» с точки зрения современной термодинамики, заявил, что обратимость процессов во времени невозможна. Иными словами, если киноленту пустить обратно, то на столе появится вовсе не стакан, да и стола может не оказаться на месте. Дорога в прошлое была перекрыта не только для путешественников, но и для теоретиков.

Казалось, тема, с научной точки зрения, закрыта, да и носила она чисто умозрительный характер. Но в том, наверное, и состоит главный парадокс любой науки, что вокруг очередной «стены» возникают десятки обходных тропинок.

В прошлом веке многие ученые пытались создать единую теорию поля на основе одной лишь геометрии[2]. Так, гравитация рассматривалась как кривизна четырехмерного пространства-времени, а остальные силы — как кривизна пространств более высокого порядка. Вот и в начале 60-х физик Джон Уилер решил создать всеобъемлющую теорию, в которой все силы природы были бы сведены к проявлению некоей скрытой геометрии. Уилер даже придумал название для новой дисциплины — геометродинамика. Не вдаваясь в подробности, рассмотрим лишь модель электрического заряда по Уилеру. Представьте себе похожую на половинку бублика трубку, приклеенную к листу бумаги. Заряженная частица представляет собой нечто вроде входа в трубку, соединяющую друг с другом точки пространства, а сама трубка (sic!) проходит сквозь другое измерение. Уилер назвал такие туннели «кротовыми норами». Впоследствии Уилер отказался от этой теории, но «кротовые норы» или «червоточины» в пространстве-времени зажили своей жизнью. И вообще, Уилеру везло на создание новых терминов. Например, весьма прижилась «черная дыра»…

История гласит, что причиной вспыхнувшего интереса к червоточинам стал… научно-фантастический роман! Знаменитый ученый Карл Саган, известный также как писатель-фантаст, попросил своего друга, астрофизика Кипа Торна, дать хоть какое-то наукообразное объяснение эффекту мгновенного перемещения в романе «Контакт». Дело в том, что прыжок к звездам, который осуществила героиня книги (и фильма), имел место в некоем пространственном туннеле — червоточине.

Торн заинтересовался проблемой и подключил к ней своих сотрудников. Для начала они подсчитали, что стенки такого туннеля должны выдерживать давление в триллионы атмосфер, а масса их должна быть отрицательной. То есть атомы такой материи отталкивают, а не притягивают друг друга. Но это были только «технологические детали». Парадоксы начались чуть позже.

Саган и его «Контакт» имели успех, а Торн продолжал свои теоретические исследования червоточин. Тут и выяснилось, что если на входе и выходе в червоточину поместить черные дыры, то получится нечто вроде туннеля во времени! То есть можно будет нырнуть в такую червоточину сегодня, а вынырнуть вчера.

Вообще-то гипотеза Торна достаточно безумна для того, чтобы оказаться верной. К тому же в свое время Стивен Хокинг и Джон Уилер предположили, что, собственно говоря, все наше пространство изъедено такими червоточинами, правда, очень маленькими, около 10^-43 см. Можно ли расширить такую микродыру до приличных размеров, не изменяя при этом сущности нашего мироздания — вот в чем вопрос.

Несмотря на всю фантастичность гипотезы о перемещении во времени посредством таких червоточин, сам Торн относится к ней исключительно серьезно и полагает, что со временем человек научится манипулировать черными дырами, и тогда Вселенная, ее прошлое и будущее окажутся у его ног. А что касается машины, способной манипулировать временем, — это уже не наука, а фантастика.

Ан не тут-то было!

Весьма уважаемый в научном мире профессор теоретической физики Коннектикутского университета Рональд Малетт вполне серьезно заявил, что знает, как построить настоящую машину времени. Что заставило его рискнуть своей репутацией и карьерой?

Эта история немного напоминает эпизод из фантастического сериала «Квантовый скачок». Кстати, не исключено, что именно Малетт стал прототипом героя сериала, ученого, открывшего принцип перемещения во времени.

Как выяснилось, отец Малетта не заботился о здоровье, пил-курил в свое удовольствие и умер в 1955 году от инфаркта. Будущему профессору было тогда 10 лет. Вскоре мальчик прочитает знаменитое произведение Герберта Уэллса «Машина времени» и задумается о том, как вернуться в прошлое и спасти отца.

Прошло много лет. Изучая проблемы деформации пространства и времени вблизи вращающихся тел, Малетт пришел к тем же выводам, что и многие ученые до него. Действительно, чем сильнее гравитационное поле, тем больше отклонение светового луча от прямой линии. А такие объекты, как черные дыры, вообще приводят к закольцовке света, замыкая его траекторию в границах свернутого пространства-времени. Концепция Торна о червоточинах — ходах во времени — уже тогда была весьма популярна. Но любой здравомыслящий человек понимает, что черные дыры в ближайшие тысячелетия вряд ли станут подвластны манипуляциям. Малетт не предполагал прожить столько времени.

Он решил вывернуть проблему наизнанку. Управление гравитационными полями нам пока недоступно. Хорошо, но как там насчет света? Суть идеи Малетта такова: если закольцевать свет и к тому же замедлить его скорость до весьма низких показателей, это даст возможность двигаться против потока времени.

Малетт уверяет, что он экспериментально получил весьма обнадеживающие результаты. По его словам, световой луч, идущий по кругу (с помощью зеркал или призм), вызывает странные эффекты, что-то вроде «пространственного вихря». Поэтому свет может стать средством для искривления пространства.

А как же быть со временем? И вот тут Малетт выкладывает на стол козырной туз. Чтобы «свернуть» время, он предлагает пустить по тому же кругу встречный луч. И тогда, манипулируя интенсивностью света, можно поменять местами пространство и время. Иначе говоря, внутри светового кольца время двинется по кругу.

На первый взгляд, все это выглядит как научная фантастика, благо фантастами неоднократно описывалось, как человек, попав в аналогичную петлю времени, встречался сам с собой по выходе из нее, и ни к чему хорошему это не приводило. А на второй взгляд, это выглядит как ненаучная фантастика, потому что основным требованием Малетта является замедление скорости света чуть ли не до полной остановки. Помня еще из школьной физики, что скорость света — 300 000 км/с, а фотон не имеет массы покоя, мы могли бы спокойно забыть безумную идею Рональда Малетта. Но тут подоспели новые данные…

Не так давно из Гарвардского университета пришло сообщение о том, что голландка Лене Хау снизила скорость света до нескольких метров в секунду и даже до полной остановки. При проведении своих экспериментов она использовала так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна.

Это чрезвычайно воодушевило профессора Малетта. Согласно его теории, чем меньше скорость света, тем большее искривление пространства он вызывает, поскольку при замедлении света возрастает его инерция. А при увеличении инерции возрастает энергия, что в итоге приведет к нужному результату. Теперь же, считает Малетт, проблема создания машины времени приобретает технологический характер. Обеспечить циркуляцию света сквозь конденсат гораздо проще, чем иметь дело с червоточинами или черными дырами.

О каком конденсате идет речь?

В 1924 году индийский физик Чатьендра Бозе прислал Альберту Эйнштейну письмо, в котором речь шла о математическом обосновании статистики Эйнштейна, описывающей распределение световых квантов. В свою очередь, Эйнштейн обнаружил, что статистика Бозе подходит не только для световых квантов, но и для частиц. Фактически речь шла о существовании пятого состояния вещества — абсолютно противоположного плазме, которое было названо «суператомом». Дело в том, что все составляющие его атомы в определенный момент ререходят в одно и то же квантовое состояние. А согласно теории, в природе в одном квантовом состоянии может находиться только один атом.

Многие известные ученые полагали бозе-эйнштейновский конденсат научным заблуждением. Однако в 1938 году Петр Капица открыл сверхтекучесть жидкого гелия при сверхнизких температурах, а в 1941-м Лев Ландау объяснил механизм возникновения и свойства так называемой «квантовой жидкости», или, иначе говоря, «жидкости Бозе». Долгие годы предполагалось, что гелий — уникальный элемент с уникальными свойствами, а «заморозить» другие атомы вряд ли удастся. Для многих газов температура такого перехода весьма низка, и поэтому они переходят в твердую фазу до того, как начнется конденсация в подобную жидкость.

Однако нобелевская премия 2001 года по физике была присуждена американцам Эрику Корнеллу, Карлу Виману и их коллеге немцу Вольфгангу Кеттерле именно за экспериментальное получение конденсата Бозе-Эйнштейна, причем в ощутимом (для приборов) количестве. Иными словами, они превратили вещество в объект, обладающий квантовыми свойствами.

На самом деле конденсацией это явление названо условно, хотя и возникает аналогия с конденсацией молекул пара в жидкость при его охлаждении. В действительности процесс носит несколько иной характер. Для тех, кто интересуется деталями: распределение частиц в обычном пространстве остается прежним, а конденсация возникает в некоем «пространстве импульсов». До недавнего времени был известен лишь один конденсат — сверхтекучий жидкий гелий. Впрочем, и явление сверхпроводимости тоже имеет отношение к этому состоянию, хотя немного из другой области… Исследование конденсата других элементов породило весьма энергично развивающуюся область физики — лазерное охлаждение и захват атомов в магнитооптические ловушки.

Перед учеными открылось новое поле исследований, границы которого находятся за пределами наших знаний. Загадки начались, когда Виман и Корнелл исследовали конденсат. Внезапно при изменении магнитного поля произошел своеобразный взрыв части нового вещества. Несмотря на то, что масштаб взрыва, с обыденной точки зрения, был ничтожен, ученые тем не менее обнаружили в нем подобие процесса, сопровождающего возникновение так называемых «сверхновых» — звезд, заканчивающих свою жизнь вспышкой чудовищной силы.

Нобелевские лауреаты обнаружили также новое явление — «испарение» конденсата, не вписывающееся ни в какие существующие теории. К тому же магнитное поле в определенных условиях могло изменять характер взаимодействия между атомами, позволяя взаимно отталкиваться или притягивать друг друга. Возможно, именно это подвигло Вимана в одной из публикаций сравнить подобное взаимодействие с гравитационными процессами, порождающими черные дыры.

Но вернемся к Рональду Малетту. В ближайшее время он намерен провести серию экспериментов. Малетт собирается зафиксировать свертывание пространства, наблюдая за частицей, помещенной в кольцо света. И если он сумеет запустить встречный луч, то кто знает, не получит ли он подтверждение своей гипотезы о возможности перемещения во времени.

Что интересно, Малетта поддержали ученые Гарвардского университета, в лаборатории которого он и намерен осуществить свои эксперименты. Впрочем, даже при самых невероятных результатах, утешает нас Малетт, его машина времени не позволит нам отправиться на охоту к динозаврам или ненароком убить своего далекого предка.

Исходя из концепции нашего изобретателя, мы сможем двигаться назад во времени лишь до того момента, когда была включена машина. А поскольку она еще не заработала, то, возможно, именно поэтому к нам в гости пока не захаживают внуки наших внуков. Не исключено, что само кольцо можно создавать на весьма ограниченные промежутки времени.

Но ведь прошлым является и то, что было день, час или секунду назад.

Помнится, в старом рассказе Айзека Азимова «Мертвое прошлое» была изобретена плохонькая машина времени, которая не позволяла людям перемещаться далеко в прошлое, но зато они могли подглядывать практически за всеми в настоящем… доли секунды тому назад.

Вот и решай после этого — что будет, если машина Малетта заработает: очередной рывок прогресса или наша жизнь превратится в ад?