Кратчайшая история времени - Стивен Уильям Хокинг

С другой стороны, в квантовой теории гравитации появляется новая возможность, которая может решить эту проблему. В квантовой теории пространство-время может иметь конечную протяженность и при этом не иметь сингулярностей вроде границы или края. Пространство-время может напоминать поверхность Земли, но с двумя дополнительными измерениями. Как мы уже отмечали выше, если двигаться по поверхности Земли в определенном направлении, то вы никогда не наткнетесь на непреодолимое препятствие и не упадете с края, но в какой-то момент вернетесь в точку, откуда начали свое путешествие, так и не встретив на своем пути сингулярность. Если это так, то квантовая теория гравитации откроет новую возможность обойтись без сингулярностей, где нарушаются законы науки.

При отсутствии у пространства-времени границ отпадает необходимость задавать поведение решения на границе – нам больше не надо знать начальное состояние Вселенной. У пространства-времени нет края, где нам потребовалась бы помощь Бога или новый закон, чтобы задать начальные условия. Можно сказать, что граничным условием для Вселенной является отсутствие у нее границы. Вселенная окажется полностью самодостаточной, без какого бы то ни было влияния извне. Ее ничто и никто не создал и не разрушит. Она просто есть. Пока мы считали, что у Вселенной было начало, казалось понятным, в чем состоит роль творца. Но если Вселенная самодостаточна, не имеет ни границы, ни края, ни начала, ни конца, то ответ на вопрос о роли Творца перестает быть очевидным.

В предыдущих главах мы увидели, как менялись наши представления о времени. До начала XX века время считалось абсолютным. То есть каждому событию можно однозначно поставить в соответствие некий ярлык под названием «время» и все правильные часы должны измерять единый интервал времени между любыми двумя выбранными событиями. Но открытие постоянства скорости света для всех наблюдателей независимо от их движения привело к созданию теории относительности и отказу от представления о существовании единого абсолютного времени. Приписать каждому событию время однозначным образом оказалось невозможным – мера времени у каждого наблюдателя своя и определяется его часами, причем часы разных наблюдателей не обязаны давать одинаковые показания. Таким образом, время стало более субъективным, связанным с измеряющим его наблюдателем. И при этом время продолжали рассматривать как прямую колею, по которой можно двигаться в одном из двух направлений. Но что, если колея делает петли и разветвляется так, что поезд может вернуться на пройденную станцию, при этом двигаясь только вперед? Другими словами, возможно ли путешествие в будущее или в прошлое? Возможности таких путешествий Герберт Уэллс рассматривал в своем романе «Машина времени», и этой же теме посвящены произведения множества писателей-фантастов после него. И ведь многие идеи фантастов – например, подводные лодки и полеты на Луну – стали реальностью. Так что, каковы перспективы путешествий во времени?

Машина времени. Авторы в машине времени

Путешествие в будущее возможно. Теория относительности допускает создание машины времени, с помощью которой можно совершить прыжок вперед во времени. Вы садитесь в машину, выходите из нее, и оказывается, что на Земле прошло гораздо больше времени, чем для вас. Пока что мы не располагаем техническими возможностями для таких путешествий, но это всего лишь вопрос развития технологий: мы знаем, что это возможно. Один из методов прибегает к ситуации, которую мы обсуждали в главе 6, где говорилось о парадоксе близнецов. В этом случае, пока вы находитесь в машине времени, она взлетает, разгоняется почти до скорости света, летит какое-то время (в зависимости от того, в насколько далекое будущее вы хотите попасть) и потом возвращается обратно. Вас не должно удивлять, что машина времени имеет вид космического корабля, потому что в теории относительности время и пространство взаимосвязаны. Но что касается вас, то единственное «место», которое вы посетили за всю поездку, – это сама машина времени. И выйдя из нее, вы обнаружите, что на Земле прошло больше времени, чем протекло для вас. Вы совершили путешествие в будущее. Но можно ли вернуться назад? Можно ли создать условия для путешествий назад во времени?

Первое свидетельство того, что законы физики действительно допускают возможность путешествия назад во времени, появилось в 1949 году, когда Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна – то есть новый тип пространства-времени, допускаемый общей теорией относительности. Уравнениям Эйнштейна удовлетворяют многие математические модели, но это не значит, что они описывают Вселенную, в которой мы живем. Они отличаются, например, начальными или граничными условиями. Чтобы решить, могут ли эти модели соответствовать нашей Вселенной, необходимо проверить их физические предсказания. Гедель был математиком, известность которому принесло доказательство невозможности доказать все верные высказывания, даже в такой ограниченной области, как арифметика. Теорема Геделя о неполноте, подобно принципу неопределенности, представляет собой фундаментальное ограничение на нашу способность понимать Вселенную и предсказывать ее развитие. Гедель узнал об общей теории относительности уже в преклонном возрасте, работая вместе с Эйнштейном в Институте перспективных исследований в Принстоне. Любопытным свойством пространства-времени Геделя является то, что у него вся Вселенная вращается.

Что же означает вращение всей Вселенной? Вращаться значит поворачиваться вокруг себя, но не означает ли это существования некой неподвижной точки? Может возникнуть вопрос: относительно чего вращается Вселенная? Ответ на него имеет математически довольно сложный вид, но в основном сводится к тому, что далекое вещество вращается относительно направлений, задаваемых внутри Вселенной маленькими юлами или гироскопами. Один из побочных математических эффектов в пространстве-времени Геделя состоит в том, что если вы отправитесь в далекое путешествие, то можете вернуться на Землю до того, как покинули ее. То, что его уравнения допускают эту возможность, сильно расстроило Эйнштейна, который считал, что общая теория относительности не позволяют совершать путешествия во времени. Но хотя решение Геделя удовлетворяет уравнениям Эйнштейна, оно не соответствует нашей Вселенной, потому что согласно данным наблюдений наша Вселенная не обладает заметным вращением. К тому же в отличие от нашей Вселенной вселенная Геделя не расширяется. Но с тех пор ученые, изучавшие уравнения Эйнштейна, нашли другие варианты пространства-времени, не противоречащие общей теории относительности и допускающие возможность путешествия в прошлое. И все же наблюдения фонового реликтового излучения и содержания химических элементов – в первую очередь водорода и гелия – свидетельствуют