Физика с Хокингом. Ключевые идеи в популярном изложении - Рюдигер Ваас

Лафламм получил докторскую степень в 1988 году. В 1993 году Хокинг совместно с Гленном У. Лайонсом опубликовал подробные доказательства того, что время невозможно повернуть вспять.

Поэтому гипотетически астрономы будущего будут наблюдать, как галактики становятся все ближе и ближе друг к другу, а температура космоса повышается. Однако черные дыры будут продолжать поглощать материю и постоянно расти, пока не сольются в конечной стадии существования Вселенной и не займут все больше и больше пространства. Поэтому финальный взрыв не будет зеркальным отражением Большого взрыва, он будет крайне неоднородным: пространство-время будет полностью смято черными дырами и другими гравитационными эффектами. (Если плотность материи во Вселенной будет настолько высока, что произойдет окончательный взрыв, это должно произойти через время от нескольких десятков до 100 миллиардов лет задолго до того, как черные дыры испарятся.) Энтропия также будет расти до самого конца, поскольку большая ее часть содержится в черных дырах.

«Что делать, если вы поняли, что совершили такую ошибку? Некоторые люди никогда не признают своей неправоты и постоянно находят новые, часто весьма противоречивые аргументы в поддержку своей точки зрения. Мне кажется, что гораздо лучше и логичнее открыто признать свою неправоту».

Думать наперед

Стивен Хокинг любил научную фантастику. Он даже появился в качестве гостя в эпизоде популярного телесериала «Звездный путь: Следующее поколение». Там он играл в покер на голопалубе с Исааком Ньютоном, Альбертом Эйнштейном и андроидом Дейтой и выиграл.

Другие физики также с энтузиазмом относятся к научной фантастике, поскольку это больше, чем просто оригинальное развлечение. Тому есть множество примеров, и Хокинг изучил некоторые из них строго научным методом. Основное внимание уделяется не тому, что реалистично или осуществимо, а тому, что было бы возможно в рамках законов природы.

Но что физически возможно? Можно ли преодолеть «световой барьер», установленный теорией относительности, чтобы можно было развивать сверхсветовую скорость в пространстве и осуществить путешествия во Вселенной? Есть ли вообще лазейки – короткие пути через измерения и врата в другие Вселенные? Возможны ли путешествия во времени, полеты в далекое будущее или прошлое? Могут ли архитекторы времени вообще создать новое, лучшее будущее?

Даже вспышки вдохновения за чашкой кофе – это моменты победы порядка над хаосом. Иногда так находят объяснения тайнам мироздания.

Физика, как и философия – это больше, чем просто каталог фактов и законов природы. По крайней мере, фундаментальные исследования также предполагают любопытство, свободную игру воображения и своего рода мышление наперед. Потому что наука – это не бюрократическая административная работа, следующая установленным правилам в рамках офиса (даже если политикам, менеджерам и контролерам это и нравится), а творческий процесс. Многие новаторские – а теперь отчасти и экономически прибыльные – открытия были сделаны не только за рабочим столом, но и во время прогулок или в беседах в кафе с расчетами на бумажных салфетках.

Например, ученые изобрели антиматерию и сверхпроводимость, радиоволны и гравитационные волны, нейтронные звезды и черные дыры, нейтрино и другие экзотические элементарные частицы, а также космическое фоновое излучение от Большого взрыва и зловещую темную энергию задолго до того, как их удалось обнаружить, или даже до того, как кому-то пришла в голову идея их искать.

Кротовые норы и квантовая пена

Пространство и время не являются непрерывными, гладкими и произвольно делимыми, а двигаются рывками в самых малых масштабах. По предположению ученых, они имеют пенистую или зернистую структуру, подобную изображению, которое при сильном увеличении уже не является целым, а состоит из отдельных пикселей. Как и свет, который состоит из квантов[12], пространство и время квантуются[13]. Это одно из важнейших открытий теории квантовой гравитации, которая все еще находится в зачаточном состоянии. Она призвана объединить теорию относительности и квантовую теорию. На расстоянии около 10-33 сантиметров и времени около 10-43 секунд, в Планковских единицах[14], вакуум уже не просто пустое пространство, а бурлящее море различных геометрий.

В наименьшем физически возможном масштабе – в Планковских единицах – пространство и время не являются непрерывными и гладкими, а колеблются и искривляются. Эта квантовая пена может содержать субмикроскопические кротовые норы.

(Планковские единицы восходят к идее, которая возникла у Макса Планка еще в 1899 году: хитрое сочетание трех естественных констант – гравитационной постоянной, скорости света и постоянной Планка – приводит к физическим единицам, которые не зависят от чисто условных величин, таких как «метры».) Квантовый вакуум создает, так сказать, пузыри, возможно, даже отсекая зачаточные Вселенные. Он пронизан виртуальными черными дырами и, возможно, кишит крошечными кротовыми норами. Как утверждают Хокинг и другие физики, такие каналы постоянно создаются и уничтожаются в этом наименьшем масштабе природы в результате квантовых физических событий.

Это похоже на приключенческий роман, но, возможно, удастся найти способ превратить такую структуру в проходимую кротовую нору (к примеру, используя механизм космической инфляции). Также возможно, что крупные кротовые норы образовались уже во время Большого взрыва и находятся где-то в космосе. Или что передовые технологии смогут создавать или прорезать кротовые норы в пространстве-времени. Или что черные дыры могут быть преобразованы в кротовые норы, поскольку с физической точки зрения оба явления тесно связаны.

В научной фантастике кротовые норы играют важную роль в путешествиях к другим звездам, но изначально эти идеи исходят из теории относительности. Альберт Эйнштейн уже писал об этом (но термин «кротовая нора» был введен в обиход только в 1957 году Джоном Уилером). Однако только в 1980-х годах были впервые рассчитаны возможности их использования в качестве космических переходов. На самом деле, кротовые норы в принципе могут обеспечить возможность перемещения со скоростью, превышающей скорость света. Но не путем прорыва через «световую стену» вопреки теории относительности, а используя кратчайший путь в космосе. Это допускается общей теорией относительности и может быть реализовано только в ее рамках, но это не так просто. Чтобы удержать кротовую нору открытой и стабилизировать её, предотвращая разрушение, требуются экстремальные силы.

Кротовые норы