Физика на невъзможното

11. По-бързо от светлината

В „Междузвездни войни“, докато „Хилядолетният сокол“ излита с гръм и трясък от пустинната планета Татуин, отнасяйки нашите герои Люк Скайуокър и Хан Соло, корабът се натъква на ескадрила от заплашителни имперски бойни кораби, които се движат в орбита около планетата. Бойните кораби на Империята изстрелват наказателен преграден огън от лазерни лъчи към кораба на нашите герои, които проникват равномерно през силовите полета. „Хилядолетният сокол“ е обстрелян успешно. Докато пристяга тялото си с предпазен колан под този унищожителен лазерен огън, Хан Соло извиква, че единствената им надежда за спасение е да направят скок в „хиперпространството“. В критичния момент хипердвигателите възобновяват дейността си. Всички звезди около тях изведнъж се спукват навътре към центъра на зрителния екран, превръщайки се в събиращи се, заслепяващи ивици светлина. Отваря се дупка, през която минава с гръм „Хилядолетният сокол“, достигайки хиперпространството и свободата.

Научна фантастика? Несъмнено. Но възможно ли е тя да се основава на научен факт? Може би. По-бързото от светлината пътуване винаги е било основна тема в научната фантастика, но неотдавна физиците започнаха да обмислят сериозно тази възможност.

Според Айнщайн скоростта на светлината е максималното ограничение на скоростта във Вселената. Дори най-мощните атомни разбивачи, които могат да генерират енергии, откривани само в центъра на експлодиращи звезди или в самия Голям взрив, не могат да засилят субатомните частици до скорост, която е по-висока от скоростта на светлината. Очевидно скоростта на светлината е последният пътен полицай във Вселената. Ако е така, всяка надежда да достигнем далечните галактики изглежда осуетена.

Или може би не е така…

През 1902 г. съвсем не било очевидно, че младият физик Алберт Айнщайн ще стане най-големият физик след Исак Нютон. Всъщност тази година била годината на най-големите неуспехи в живота му. Току-що дипломирал се студент, той бил отхвърлен като преподавател от всички университети, в които кандидатствал. (По-късно установил, че неговият професор Хайнрих Вебер му бил написал крайно неблагоприятни препоръчителни писма, може би за да си отмъсти за това, че Айнщайн често пропускал лекциите му.) Нещо повече, майката на Айнщайн била отрицателно настроена към неговата приятелка Милева Марич, която вече била бременна от него. Тяхната първа дъщеря Лизерл щяла да се роди като извънбрачно дете. Младият Алберт претърпявал провал във всичко, с което се заемал. Дори на скромната му работа като частен учител бил сложен край, когато най-неочаквано бил уволнен. В изпълнените си с отчаяние писма той споделя, че възнамерява да стане продавач, за да изкарва прехраната на семейството си. Дори писал на родителите си, че може би е щяло да бъде по-добре, ако изобщо не бил се раждал, тъй като е бреме за своето семейство и няма никаква перспектива да успее в живота. Когато баща му починал, той изпитвал срам, че родителят му си бил отишъл от този свят с мисълта, че синът му е пълен неудачник.

Но по-късно през същата година късметът на Айнщайн проработил. Един приятел го уредил на работа като чиновник в Швейцарското патентно бюро. От скромната си месторабота Айнщайн щял да предизвика най-голямата революция в съвременната история. Той щял да анализира бързо патентите на бюрото си и след това да прекарва часове в размисъл върху проблемите на физиката, които го интересували от малък.

Каква е тайната на гения му? Може би един ключ към разгадаване на тайната е била неговата способност да мисли посредством материални образи (например, като си представя движещи се влакове, ускоряващи се часовници, разтегнати тъкани), а не с понятия от чистата математика. Веднъж Айнщайн казал, че ако една теория не може да бъде обяснена на дете, тя вероятно е безполезна, т.е. същността на теорията трябва да бъде уловена от материален образ. Затова много физици са се изгубвали в математическия гъсталак, който не води до никъде. Но подобно на Нютон преди него Айнщайн бил завладян от материалния образ; математиката щяла да дойде по-късно. За Нютон материалният образ били падащата ябълка и Луната. Дали силите, които карали една ябълка да падне, били идентични на силите, които направлявали Луната в нейната орбита? Когато Нютон решил, че отговорът е положителен, той създал математическа архитектура на Вселената, която изведнъж разкрила най-голямата тайна на небесата — движението на самите небесни тела.

През 1905 г. Алберт Айнщайн предложил на вниманието на научния свят своята знаменита специална теория на относителността. В центъра на неговата теория се намирала една образна представа, която могат да разберат дори децата. Теорията била връхната точка на една мечта, която той имал от шестнадесетгодишен, когато си задал съдбоносния въпрос: Какво ще се случи, ако изпреварите един светлинен лъч? На младини той знаел, че Нютоновата механика описва движението на обектите на Земята и в небесата и че теорията на Максуел описва светлината. Това били двата стълба на физиката.

Същността на гения на Айнщайн се разкрила, когато той се сетил, че тези два стълба си противоречат взаимно. Единият от тях трябвало да падне.

Според Нютон винаги можете да изпреварите един светлинен лъч, тъй като в скоростта на светлината няма нищо особено. Това означавало, че светлинният лъч трябва да остане неподвижен, докато вие се движите бързо покрай него. Но на младини Айнщайн осъзнал, че никой никога не е виждал светлинна вълна, която да е напълно неподвижна, т.е. да прилича на замръзнала вълна. Вследствие на това Нютоновата теория била безсмислена.

Накрая, докато изучавал в Цюрих теорията на Максуел като студент в колежа, Айнщайн открил отговора. Той открил нещо, което дори Максуел не знаел: че скоростта на светлината е константа, независимо от това с каква скорост се движите. Ако се движите бързо или се отдалечавате бързо от един светлинен лъч, той все още ще се движи със същата скорост, но тази негова характеристика смущава здравия разум. Айнщайн бил открил отговора на въпроса от детството си: никога няма да можете да се движите бързо покрай един светлинен лъч, тъй като той винаги ще се отдалечава от вас с постоянна скорост, независимо от това колко бързо се движите.

Но Нютоновата механика била тясно свързана система: подобно на дърпането на един конец цялата теория можела да се разплете, ако направите и най-малката промяна в нейните допускания. В теорията на Нютон ходът на времето бил еднакъв в цялата вселена. Една секунда на Земята била идентична на една секунда на Венера или на Марс. Също така метричните стълбове, поставени на Земята, имали същата дължина като метричните стълбове на Плутон. Но ако скоростта на светлината е винаги една и съща, независимо от това колко бързо се движите, няма да бъде необходима основна промяна в нашето разбиране на пространството и времето. Ще трябва да настъпят силни изкривявания на континуума пространство-време, за да бъде запазена константността на скоростта на светлината.

Според Айнщайн, ако се намирате на ракетен кораб, който увеличава скоростта си, ходът на времето в ракетата ще трябва да се забавя по отношение на човек, намиращ се на Земята. Времето протича с различни скорости в зависимост от това колко бързо се движите. Освен това пространството в ракетния кораб ще се компресира, затова дължината на метричните стълбове може да се промени в зависимост от вашата скорост. Масата на ракетата също ще се увеличи. Ако се наложи да надникнем в ракетата с нашите телескопи, ще видим, че часовниците в ракетата ще забавят ход, а хората ще се движат бавно и ще ни се струват сплеснати.

На практика, ако ракетата се движи със скоростта на светлината, времето в ракетата видимо ще спре, ракетата ще се компресира до нулевата точка, а масата й ще бъде безкрайна. Тъй като нито едно от тези наблюдения няма смисъл, Айнщайн твърдял, че нищо не може да преодолее светлинната бариера. (Тъй като един обект става толкова по-тежък, колкото по-бързо се движи, това означава, че енергийното движение е преобразувано в маса. Точното количество на енергията, която се превръща в маса, може да се изчисли лесно и така стигаме до прочутото уравнение E=mc².)

След като Айнщайн извел прочутото си уравнение, буквално милиони експерименти потвърдили правотата на революционните му идеи. Например GPS системата, която може да локализира вашето положение на Земята в рамките на няколко фута, няма да постига успех, ако не й се добавят корекции заради относителността. (Тъй като военните разчитат на GPS системата, дори генералите от Пентагона трябва да бъдат инструктирани от физици за Айнщайновата теория на относителността.) Часовниците на GPS наистина се променят, докато летят над Земята, както е предсказал Айнщайн.

Най-нагледната илюстрация на тази представа може да бъде открита в атомните акселератори, в които учените ускоряват частици до скорост, която почти достига тази на светлината. В гигантския ускорител ЦЕРН — Големия адронен колайдер, разположен в близост до Женева, Швейцария, протоните биват ускорени до мощност от трилиони електронволтове и се движат със скорост, която е много близка до тази на светлината.

За един ракетен учен светлинната бариера все още не е проблем, защото ракетите не могат да се движат със скорост от над няколко десетки хиляди мили в час. Но в рамките на един или два века, времеви период, през който ракетните учени обмислят сериозно да изпратят сонди до най-близката звезда (разположена на повече от 4 светлинни години от Земята), светлинната бариера постепенно може да се превърне в проблем.

Десетилетия наред физиците се опитвали да открият пробойни в прочутия афоризъм на Айнщайн. Били намерени някои такива, но повечето от тях не били особено благодатни по посока на развитието на физиката. Например, ако човек кръстоса присвяткащи светлини през небесата, по принцип изображението на светлинния лъч може да надмине скоростта на светлината. За няколко секунди изображението на присвяткащата светлина се придвижва от една точка на хоризонта до срещуположната точка на разстояние, което се простира на стотици и хиляди светлинни години. Но това не е от значение, защото по този начин никаква информация не може да бъде предадена по-бързо от светлината. Изображението на светлинния лъч е надминало скоростта на светлината, но то не пренася енергия или информация.

Също така, ако разполагаме с ножици, точката, в която остриетата се пресичат взаимно, се движи толкова по-бързо, колкото по-далеч се намирате от точката на съединението. Ако си представим ножици, които са дълги една светлинна година, след това чрез затварянето на ножиците точката на пресичане може да се движи по-бързо от светлината. (И в този случай това не е от значение, защото точката на пресичане не пренася енергия или информация.)

Подобно на това, както споменах в четвърта глава, експериментът АПР дава възможност да бъде изпратена информация със скорост, което е по-голяма от тази на светлината. (Припомняме, че при този експеримент два електрона вибрират в унисон и след това биват изпратени в противоположни посоки, като се движат бързо. Тъй като тези електрони са кохерентни, между тях може да се изпраща информация със скорост, която е по-голяма от тази на светлината, но тази информация е произволна и вследствие на това — безполезна. Затова и АПР машините не могат да се използват за изпращане на сонди към далечни звезди.)

Интересното е, че най-важната пробойна е била направена от самия Айнщайн, когато създал общата теория на относителността през 1915 година. Това била теория, която оказала по-глобално влияние от специалната теория на относителността. Семената на общата относителност били посети, когато Айнщайн разглеждал една детска въртележка. Както видяхме по-рано, обектите се смаляват, когато доближат скоростта на светлината. Колкото по-бързо се движите, толкова повече се смачквате. Но в един въртящ се диск външната обиколка се движи по-бързо от центъра. (На практика центърът е почти неподвижен.) Това означава, че линеен стълб, поставен на ръба, трябва да се смали, докато линеен стълб, поставен в центъра, ще остане почти същия, затова повърхността на въртележката вече не е плоска, а изкривена. Така ускорението има следния ефект: то изкривява пространството и времето на въртележката.

В общата теория на относителността континуума пространство-време е тъкан, която може да се разтяга и свива. При някои обстоятелства тъканта може да се разтяга по-бързо от светлината. Помислете си за Големия взрив например, когато Вселената се родила по време на една космическа експлозия преди 15,7 милиарда години. Човек може да изчисли, че първоначално Вселената се е разширявала по-бързо от скоростта на светлината. (Това действие не нарушава специалната относителност, тъй като именно празното пространство — пространството между звездите — било това, което се разширявало, а не се разширявали самите звезди. Разширяващото се пространство не пренася никаква информация.)

Важният момент е, че специалната относителност важи само локално, т.е. непосредствено около вас. Непосредствено около вас, локално (т.е. в Слънчевата система), специалната относителност е валидна, както можем да потвърдим с космическите сонди. Но глобално (т.е. в космологични мащаби, включващи Вселената) вместо нея трябва да използваме общата относителност. В общата относителност континуума пространство-време става тъкан, а тази тъкан се разтяга по-бързо от светлината. Това обстоятелство позволява съществуването на „дупки в пространството“, в които човек може да минава по пряк път през пространството и времето.

Като се имат предвид тези възражения, може би един начин, по който може да се движим по-бързо от светлината, е обръщането за помощ към общата относителност. Два са начините, по които това може да стане.

1. Разтягане на пространството. Ако ви се налага да разтегнете пространството зад вас и да свиете пространството пред вас, то в такъв случай е налице илюзията, че се движите по-бързо от светлината. На практика изобщо няма да сте помръднали от мястото си. Но тъй като пространството е деформирано, това означава, че можете да стигнете до далечни звезди за едно мигване на очите.

2. Разкъсване на пространството. През 1935 г. Айнщайн въвел понятието дупка-червей. Представете си Огледалото на Алиса — вълшебно устройство, което свързва околностите на Оксфорд със Страната на чудесата. Дупката-червей е устройство, което може да свърже две вселени. Когато бяхме в прогимназията, учихме, че най-късото разстояние между две точки е една права линия. Но това не е задължително вярно, защото ако свиехме лист хартия дотогава, че двете точки се докоснеха, в такъв случай виждахме, че най-късото разстояние между тях в действителност е една дупка-червей.

Както казва физикът от Вашингтонския университет Мат Вайсър: „Общността на учените, вярващи в относителността, е започнала да обмисля какво ще бъде необходимо за изваждането на неща като уорп двигателя или дупките-червеи от царството на научната фантастика.“75

Кралският астроном на Великобритания сър Мартин Рийс дори казва: „Дупките-червеи, допълнителните измерения и квантовите компютри разкриват пред нас хипотетични сценарии, които биха могли накрая да преобразят цялата вселена в един «жив космос».“76

Най-подходящият пример за разтягане на пространството е двигателят на Алкубиер, който бил предложен през 1994 г. от физика Мигел Алкубиер въз основа на Айнщайновата теория за гравитацията. Той прилича много на системата за задвижване, която можем да видим в „Стар Трек“. Пилотът на такъв междузвезден кораб ще седи във вътрешността на един мехур (наричан „уорп мехур“), в който на пръв поглед всичко ще изглежда нормално, дори когато космическият кораб преодолее светлинната бариера. На практика пилотът ще смята, че се намира в състояние на покой. Обаче извън уорп мехура ще протичат необикновени изкривявания на континуума пространство-време, докато пространството пред уорп мехура ще бъде компресирано. Няма да има забавяне на времето, затова то ще протича по обичайния начин във вътрешността на уорп мехура.

Алкубиер признава, че „Стар Трек“ може да е изиграл известна роля за откриването на това решение. „Героите на «Стар Трек» непрекъснато говорят за уорп двигателя — представата, че деформирате пространството — казва той. — Ние вече имахме теория за това как пространството може или не може да бъде изкривено и това е общата теория на относителността. Помислих си, че трябва да има някакъв начин да използваме тези концепции, за да разберем как би проработил един уорп двигател.“77 Вероятно това е първият път, когато филм е помогнал на учените, като е вдъхновил откриването на решение на едно от уравненията на Айнщайн.

Алкубиер изказва теоретично предположението, че едно пътуване в предлагания от него междузвезден кораб ще прилича на пътешествие, извършено на „Хилядолетния сокол“ от „Междузвездни войни“. „Струва ми се, че вероятно пътниците ще видят нещо, което много прилича на това. Звездите пред кораба ще се превърнат в дълги линии, в ивици. Зад себе си няма да виждат нищо — освен мрак, — защото светлината, излъчвана от звездите, не би могла да се движи достатъчно бързо, за да ги догони“, казва той.78

Ключът към двигателя на Алкубиер е енергията, необходима за задвижването на космическия кораб със скорости, по-големи от тази на светлината. Обикновено физиците започват с положително количество енергия, за да задвижат междузвезден кораб, който винаги се движи по-бавно от светлината. За да преодолее това ограничение така, че да бъде в състояние да се движи със скорост, по-голяма от тази на светлината, човек трябва да смени горивото. Едно просто изчисление показва, че ще ви трябва „отрицателна маса“ или „отрицателна енергия“, които са може би най-екзотичните обекти във Вселената, ако изобщо съществуват. По традиция физиците са отхвърляли съществуването на отрицателната енергия и отрицателната маса като научна фантастика. Но сега се убеждаваме, че те са задължителни за пътуването по-бързо от светлината и може би наистина съществуват.

Учените са търсели отрицателна материя в естествени условия, но досега не са постигнали успех. (Антиматерията и отрицателната енергия са две напълно различни неща. Първата от тях съществува и притежава положителна енергия, но с обърнат заряд. А все още не е доказано съществуването на отрицателната материя.) Отрицателната материя би представлявала твърде особен обект, тъй като би била по-лека от нищото. На практика тя би се реела безцелно из пространството. Ако отрицателната материя е съществувала в началото на Вселената, тя е щяла да се разпръсне из открития космос. За разлика от метеорите, които се сгромолясват на планетите, тъй като са притеглени от планетарната гравитация, отрицателната енергия би избягвала планетите. Тя би била отблъсквана, а не привличана, от големите тела като звездите и планетите. Вследствие на това, въпреки че отрицателната енергия може да съществува, очакваме да я открием само дълбоко в Космоса, със сигурност не на Земята.

Едно предложение за откриването на отрицателна материя в открития космос включва използването на явлението, наречено „лещи на Айнщайн“. Когато светлината се движи около една звезда или галактика, пътят й се прегъва от нейната гравитация според общата относителност. През 1912 г. (още преди Айнщайн да разработи напълно общата относителност) той предсказал, че една галактика би могла да бъде в състояние да действа като леща на телескоп. Светлината от далечен обект, движещ се около съседна галактика, би се съсредоточила в една точка, докато той преминава около Галактиката, подобно на леща, образувайки характерен пръстенов модел, когато светлината накрая достигне Земята. Тези природни явления сега се наричат „пръстени на Айнщайн“. През 1979 г. първата от тези лещи на Айнщайн е била наблюдавана в открития космос. Оттогава насетне лещите на Айнщайн са станали крайно необходим инструмент за астрономите. (Например някога се смятало, че ще се окаже невъзможно да бъде локализирана „тъмната материя“ в открития космос. (Тъмната материя е мистериозна субстанция, която е невидима, но има тегло. Тя обгръща галактиките и може би количеството й е десет пъти по-голямо от това на обикновената видима материя във Вселената.) Но учените от NASA са успели да картографират тъмната материя, тъй като тя пречупва светлината, докато светлината преминава през нея, по същия начин, по който стъклото пречупва светлината.)

Следователно лещите на Айнщайн трябва да бъдат използвани за търсенето на отрицателна материя и дупките-червеи в открития космос. Те трябва да пречупват светлината по специфичен начин, който трябва да се забелязва с Космическия телескоп „Хъбъл“. Досега лещите на Айнщайн не са открили изображението на отрицателна материя или дупки-червеи в открития космос, но търсенето продължава. Ако един ден космическият телескоп „Хъбъл“ открие следи от отрицателна материя или дупка-червей чрез лещите на Айнщайн, това може да отприщи шокова вълна във физиката.

Отрицателната енергия се различава от отрицателната материя по това, че тя съществува наистина, но само в незначителни количества. През 1933 г. Хендрик Казимир направил странно предсказание, като използвал законите на квантовата теория. Той твърдял, че две незаредени успоредни метални пластини ще се привлекат взаимно, като това става сякаш по магия. Обикновено успоредните пластини са неподвижни, тъй като на тях им липсва какъвто и да е заряд. Но вакуумът между двете успоредни пластини не е празен, а изпълнен с „виртуални частици“, които ту изникват от нищото, ту изчезват в него.

За кратки периоди от време двойките от електрон и антиелектрон изскачат от нищото само за да се анихилират и да изчезнат обратно във вакуума. По ирония на съдбата празното пространство, което някога било смятано за лишено от каквото и да е, сега се оказва „пенещо се“ от квантова активност. Обикновено съвсем малките избухвания на материя и антиматерия като че ли нарушават закона за запазване на енергията. Но заради принципа на неопределеността тези съвсем малки нарушения са невероятно краткотрайни и от средностатистическа гледна точка енергията все още се запазва.

Казимир установил, че облакът от виртуални частици ще създаде мрежово налягане във вакуума. Пространството между двете успоредни пластини е ограничено и вследствие на това налягането е ниско. Но налягането извън пластините е неограничено и по-голямо и вследствие на това съществува мрежово налягане, което привлича взаимно пластините.

Обикновено настъпва състояние на нулева енергия тогава, когато двете пластини се намират в покой и са раздалечени една от друга. Но докато пластините се приближават една към друга, можете да добиете енергия от тях. По този начин, тъй като кинетичната енергия е била извадена от пластините, енергията им е по-малка от нула.

Тази отрицателна енергия наистина била измерена в лабораторни условия през 1948 г. и резултатите потвърдили предвиждането на Казимир. Така отрицателната енергия и ефектът на Казимир вече не са научна фантастика, а установен факт. Проблемът обаче се състои в това, че ефектът на Казимир е твърде слаб. Необходимо е фино измервателно оборудване, достигащо сегашното равнище на технологично усложнение, за да бъде открита тази енергия в лабораторни условия. (И изобщо, енергията на Казимир е пропорционална на противоположната четвърта сила на разстоянието, разделящо пластините. Това означава, че колкото е по-малко разделящото ги пространство, толкова по-голяма е енергията.) Ефектът на Казимир е бил измерен точно през 1996 г. от Стивън Ламоро в Националната лаборатория в Лос Аламос, а силата на привличане достига 1/30 000 от теглото на една мравка.

Откакто Алкубиер предложи пръв своята теория, физиците са открили ред странни свойства. Хората, намиращи се в междузвездния кораб, са откъснати каузално от външния свят. Това означава, че не можете просто да натиснете един бутон по свое желание и да започнете да се движите по-бързо от светлината. Не можете да поддържате връзка през мехура. Трябва да има „магистрала“ през пространството и времето, която да съществува отпреди това, подобно на поредица от влакове, които се движат редовно по разписание. В този смисъл междузвездният кораб няма да бъде обикновен кораб, който може да сменя посоките и скоростите по желание на пилота. В действителност междузвездният кораб ще прилича на пътнически вагон, който се носи върху „вълна“ от компресирано пространство, която съществува отпреди това, за да се придвижва по съществуващ отпреди това коридор от деформирано континуум пространство-време. Алкубиер изказва теоретично следното предположение: „Ще ни бъде необходима серия от генератори на екзотична материя покрай пътя, подобна на магистрала, която манипулира пространството заради вас по синхронизиран начин.“79

Наистина могат да бъдат открити още по-странни типове решения на уравненията на Айнщайн. Според тях, ако ви се предостави определено количество маса или енергия, можете да изчислите деформирането на континуума пространство-време, което ще предизвика масата или енергията (по същия начин, по който, ако хвърлите камък в езеро, можете да изчислите вълните, които той ще създаде). Но можете и да обърнете уравненията отзад напред. Започнете с един странен континуум пространство-време от типа, срещан в някои епизоди на „Зоната на здрача“. (В тези вселени например можете да отворите една врата и да се озовете на Луната. Можете да тичате около едно дърво и да се върнете назад във времето, като вашето сърце ще се намира от дясната страна на тялото ви.) След това изчислявате разпределението на материята и енергията, свързани с този специфичен континуум пространство-време. (Това означава, че ако ви дадат странна сбирка от вълни на повърхността на едно езеро, можете да извършите работа с обратно действие и да изчислите разпределението на камъните, които са били необходими за създаването на тези вълни). На практика това е бил начинът, по който Алкубиер е извел своите уравнения. Той започнал с континуума пространство-време, който бил съвместим с движение, по-бързо от светлината, а след това извършил работа с обратно действие и пресметнал енергията, необходима за неговото създаване.

Освен разтягането на пространството вторият възможен начин за преодоляване на светлинната бариера е това да стане чрез разкъсване на пространството посредством дупки-червеи — проходи, които свързват две вселени. В белетристиката пръв за дупка-червей споменава оксфордският математик Чарлс Доджсън, автор на „Алиса в огледалния свят“ под псевдонима Луис Карол. Огледалото на Алиса е дупката-червей, която свързва околностите на Оксфорд с вълшебния свят на Страната на чудесата. Пъхвайки ръката си през Огледалото, Алиса може да бъде прехвърлена мигновено от една вселена в друга. Математиците ги наричат „умножени свързани пространства“.

Понятието „дупки-червеи“ във физиката датира от 1916 г., т.е. една година, след като Айнщайн публикува епичната си обща теория на относителността. Физикът Карл Шварцшилд, който по онова време служел в армията на кайзера, успял да реши уравненията на Айнщайн само за случая на една-единствена точковидна звезда. Далеч от звездата нейното гравитационно поле приличало много на гравитационното поле на обикновена звезда и на практика Айнщайн използвал решението на Шварцшилд, за да изчисли отклонението на светлината около една звезда. Решението на Шварцшилд оказало незабавно и дълбоко въздействие върху астрономията и дори днес то е едно от най-прочутите решения на уравненията на Айнщайн. Поколения наред физици използвали гравитационното поле около тази точковидна звезда като приближение до полето около една истинска звезда, която има ограничен диаметър.

Но ако вземете насериозно това точковидно решение, след това ще откриете, че в центъра му се спотайва чудовищен точковиден обект, който е шокирал и смайвал физиците в продължение на почти сто години — една черна дупка. Решението на Шварцшилд за гравитацията на една точковидна звезда прилича на Троянски кон. Отвън то изглежда като дар от небето, но вътре в него се крият всякакви демони и духове. Но ако сте приели едното, то трябва да приемете и другото. Решението на Шварцшилд показва, че докато приближавате тази точковидна звезда, стават странни неща. Около звездата има невидима сфера (наречена „хоризонт на събитията“), която била точка, от която нямало завръщане. Всичко минавало през нея, но нищо не можело да излезе навън, подобно на един Роуч мотел. Щом сте минали през хоризонта на събитията, повече никога не се връщате. (Щом се озовете вътре в хоризонта на събитията, ще трябва да се движите по-бързо от светлината, за да избягате навън извън хоризонта на събитията, а това ще се окаже невъзможно.)

Докато приближавате хоризонта на събитията, вашите атоми ще бъдат разтягани от приливните сили. Гравитацията, усетена от нозете ви, ще бъде много по-голяма от гравитацията, усетена от главата ви, затова ще бъдете „спагетиран“ и след това разкъсан. Атомите на вашето тяло също ще бъдат разтегнати и разкъсани от гравитацията.

На външния наблюдател, който следи вашето доближаване до хоризонта на събитията, ще му се струва, че забавяте ход във времето. На практика, когато се блъснете в хоризонта на събитията, ще изглежда, че времето е спряло!

Нещо повече, докато падате край хоризонта на събитията, ще видите светлина, която е била уловена в клопка и кръжи около тази черна дупка от милиарди години. Ще изглежда така, сякаш наблюдавате анимационен филм, който разказва подробно цялата история на черната дупка, връщайки се в самото й начало.

И накрая, ако е възможно да паднете право през черната дупка, от другата страна ще има друга вселена. Това се нарича „мост на Айнщайн-Розен“ — понятие, въведено за първи път от Айнщайн през 1935 г., което днес наричат дупка-червей.

Айнщайн и други физици били на мнение, че една звезда никога няма да може да се развие по естествен път в такъв чудовищен обект. Всъщност, през 1939 г. Айнщайн публикувал статия, в която показвал, че една циркулираща маса от газ и прах никога няма да се кондензира в такава черна дупка. Затова, въпреки че има дупка-червей, която се спотайва в центъра на една черна дупка, той бил сигурен, че такъв странен обект никога не може да се образува по естествен начин. Всъщност веднъж астрофизикът Артър Едингтън казал, че трябва да „има някакъв природен закон, който да пречи на една звезда да се държи по този абсурден начин“. С други думи, черната дупка била наистина допустимо решение на уравненията на Айнщайн, но не съществувал известен механизъм, по който можела да се образува такава по естествен път.

Всичко това се променило с публикуването на една статия на Дж. Робърт Опенхаймер и на неговия студент Хартланд Снайдър, която била написана през същата година и в която се показвало, че черните дупки наистина могат да се образуват по естествен път. Те допуснали, че една умираща звезда е използвала цялото си ядрено гориво и след това е изпаднала в колапс под влияние на гравитацията, така че се е спукала под въздействие на собственото си тегло. Ако гравитацията може да компресира звездата до точката на хоризонта на събитията вътре в нея, нищо, известно на науката, не може да попречи на гравитацията да сгъсти звездата до точка с големината на частица или до черна дупка. (Този имплозивен метод може би е дал на Опенхаймер ключа към конструирането на бомбата, пусната над Нагасаки само няколко години по-късно, която се взривява след спукването на плутониева сфера.)

Следващият пробив настъпил през 1963 г., когато новозеландският математик Рой Кер проучил може би най-реалистичния пример за черна дупка. Обектите се въртят по-бързо, докато се смаляват, до голяма степен по същия начин, по който кънкьорите се въртят по-бързо, когато доближат ръце до тялото си. В резултат на това черните дупки трябва да се въртят с фантастична скорост.

Кер установил, че една въртяща се черна дупка не би колапсирала в точковидна звезда, както е допуснал Шварцшилд, а би колапсирала във въртящ се пръстен. Всеки, който има достатъчно лошия късмет да удари пръстена, ще загине, но някой, който ще падне в него, няма да умре, а в действителност ще мине през него. Но вместо да се озове на другата страна на пръстена, той или тя ще мине по моста на Айнщайн-Розен и ще попадне в друга вселена. С други думи, въртящата се черна дупка е рамката на Огледалото на Алиса.

Ако той или тя трябва да преминат около въртящия се пръстен за втори път, той или тя ще проникнат в трета вселена. На практика повторното влизане във въртящия се пръстен ще изпраща един човек в различни паралелни вселени до голяма степен като натискането на бутона за издигане нагоре в един асансьор. По принцип може да има безброй вселени, като всяка от тях е струпана върху по-долната. „Мини през този вълшебен пръстен и — ето! — ти си в съвсем различна вселена, където радиусът и масата са отрицателни!“, написал Кер.80

Обаче в това положение се крие една важна уловка. Черните дупки са примери за „непрекосими дупки-червеи“, т.е. минаването през хоризонта на събитията е еднопосочно пътуване. Щом минете през хоризонта на събитията и пръстена на Кер, не можете да се върнете през пръстена и да излезете навън през хоризонта на събитията.

Но през 1988 г. Кип Торн и неговите колеги в Кал Тек (Калифорнийския технологичен институт) намерили пример за прекосима дупка-червей, т.е. дупка-червей, през която можете да се движите свободно назад-напред. Всъщност, що се отнася до решението на проблема, пътуването през дупка-червей не би било по-лошо от возенето на самолет.

В обичайни условия гравитацията би строшила гърлото на дупката-червей, като би унищожила астронавтите, които се опитват да стигнат до другата страна. Това е една от причините, поради които по-бързото от светлината пътуване през дупка-червей не е възможно. Но можем да си представим, че отблъскващата сила на отрицателната енергия или отрицателната маса може да държи отворено гърлото достатъчно дълго, за да предостави на астронавтите чист път, по който да преминат. С други думи, отрицателната маса или енергия е крайно необходима и на двигателя на Алкубиер, и на решението, предоставяно от дупката-червей.

През последните няколко години бяха открити поразително много точни решения на уравненията на Айнщайн, които вземат предвид дупките-червеи. Но дали дупките-червеи съществуват наистина, или те са само плод на въображението на математиците? Дупките-червеи са изправени пред няколко значителни проблема.

Първо, за да предизвика силни изкривявания на континуума пространство-време, които са необходими за преминаването през дупка-червей, човек би се нуждаел от невероятни количества положителна и отрицателна материя от порядъка на огромна звезда или черна дупка. По изчисления на Матю Вайсър — физик работещ във Вашингтонския университет, количеството на отрицателната енергия, което ще ви бъде необходимо, за да разгърнете еднометрова дупка-червей, може да се сравни с масата на Юпитер и не стига, ами тя ще трябва да бъде и отрицателна. Той казва: „Ще ви трябва една отрицателна маса на Юпитер, за да свършите работата. Само по себе си манипулирането на една положителна енергийна маса на Юпитер вече представлява доста сложен проблем, надминаващ много нашите възможности в предвидимото бъдеще.“81

Кип Торн от Кал Тек институт изказва теоретично следното предположение: „Ще се окаже, че законите на физиката действително допускат съществуването на достатъчно екзотична материя в дупки-червеи с човешка големина — екзотична материя, която ги държи отворени. Но ще се окаже и че технологията за изработване на дупки-червеи и държането им отворени надминава невъобразимо много възможностите на човешката цивилизация.“82

Второ, не знаем колко стабилни ще бъдат тези дупки-червеи. Радиацията, генерирана от тях, може би ще убие всеки, който влезе вътре. Или може би те изобщо няма да бъдат стабилни, тъй като ще се затворят веднага щом някой влезе в тях.

Трето, светлинните лъчи, които ще падат в черната дупка, ще бъдат синьо изместени; т.е. ще достигат все по-голяма енергия, докато се приближават до хоризонта на събитията. На практика, при самия хоризонт на събитията, светлината е с неограничено синьо изместване от техническа гледна точка, затова радиацията, излъчена от тази падаща вътре енергия, може да убие всички в ракетата.

Да разгледаме проблемите в подробности. Един от проблемите се състои в натрупването на достатъчно енергия, която да разкъса тъканта на континуума пространство-време. Най-простият начин да постигнем това е да компресираме един обект, докато стане по-малък от своя „хоризонт на събитията“. В случая със Слънцето, това означава компресирането му до обект с диаметър 2 мили (около 3,6 км), след което то ще колапсира в черна дупка. (Гравитацията на Слънцето е прекалено слаба, за да го компресира по естествен път до обект с диаметър от 2 мили, затова нашето Слънце никога няма да се превърне в черна дупка. По принцип това означава, че всичко може да се превърне в черна дупка, като в това число влизате дори и вие, ако бъдете компресиран достатъчно. Това ще означава, че всички атоми на вашето тяло са компресирани до разстояния, които са по-малки от субатомните — изключително постижение, което надминава възможностите на модерната наука.)

По-практично би било да сглобим батарея от лазерни лъчи, която да изстреля интензивен лъч към точно определено място. Или да конструираме огромен атомен ускорител, който да генерира два лъча, които след това биха се сблъскали помежду си с фантастични енергии, достатъчни за създаването на малък процеп в тъканта на континуума пространство-време.

Човек може да изчисли енергията, която е необходима за създаването на нестабилност в континуума пространство-време и тя е от порядъка на енергията на Планк или 10¹⁹ милиарда електронволта. Това е наистина невъобразимо голямо число, което е квадрилион пъти по-голямо от енергията, достижима с помощта на днешната най-мощна машина — Големия адронен колайдер (LHC), който е разположен близо до Женева, Швейцария. LHC е в състояние да върти протони в една голяма „поничка“, докато те достигнат енергийни равнища от трилиони електронволта — енергии, наблюдавани след Големия взрив. Но дори тази чудовищна машина се проваля бързо в опитите си да произведе енергия, която се доближава поне в известна степен до енергията на Планк.

Следващият ускорител на частици след LHC ще бъде Международният линеен колайдер (ILC). Вместо да огъва пътя на субатомните частици в кръг ILC ще ги изстрелва по прав път. Енергията ще бъде инжектирана, докато частиците се движат по този път до достигането на невъобразимо високи енергийни равнища. След това сноп от електрони ще се сблъска с антиелектрони, предизвиквайки огромно енергийно избухване. ILC ще бъде дълъг между 30 и 40 километра или ще надвишава десетократно дължината на Станфордския линеен ускорител, който в момента е най-големият линеен ускорител. Ако всичко върви наред, ILC трябва да бъде завършен някъде през следващото десетилетие.

Енергията, произвеждана от ILC, ще варира в рамките на 0,5 и 1,0 трилион електронволта — което е по-малко от 14-те трилиона електронволта на LHC, но не бива да се подлъгваме от това. (В LHC сблъсъците между протоните протичат между съставните кварки, които образуват протона. Вследствие на това сблъсъците с участие на кварки достигат по-малко от 14 трилиона електронволта. Ето защо ILC ще произвежда колизионни енергии, които ще бъдат по-големи от тези на LHC.) Също така, тъй като електронът няма известна съставна част, динамиката на сблъсъците между електрона и антиелектрона е по-проста и по-чиста.

Но реално погледнато, ILC също ще се провали бързо в опитите си да отвори дупка в континуума пространство-време. За тази цел ще ви трябва ускорител, който е квадрилион пъти по-мощен. За нашата цивилизация, която е от 0 тип и използва мъртви растения за гориво (например нефт и въглища), тази технология надминава всичко, което можем да измислим. Но тя може да стане възможна за една цивилизация от III тип.

Спомнете си, че една цивилизация от III тип, която достига галактични мащаби в своята енергийна употреба, потребява 10 милиарда пъти повече енергия от една цивилизация от II тип, чието потребление се основава на енергията на една-единствена звезда. А една цивилизация от II тип на свой ред потребява 10 милиарда пъти повече енергия от една цивилизация от I тип, чието потребление се основава на енергията на една-единствена планета. За период с продължителност между сто или двеста години нашата немощна цивилизация от 0 тип ще достигне статуса на цивилизация от I тип.

Като се има предвид това проектиране на бъдещето, ние сме много, много далеч от възможността да достигнем енергията на Планк. Физиците са на мнение, че на изключително къси разстояния, при разстоянието на Планк от 10^-33 сантиметра, пространството не е празно или гладко, а става „пенливо“. То се пени от съвсем малки мехурчета, които постоянно изникват от нищото, сблъскват се с други мехурчета, а после изчезват обратно във вакуума. Тези мехурчета, които се стрелкат навън-навътре из вакуума, са „виртуални вселени“, които приличат много на виртуалните частици на електроните и антиелектроните, които изскачат от нищото и после изчезват.

Обикновено тази квантова пространствено-времева „пяна“ е напълно невидима за нас. Тези мехурчета се образуват на толкова къси разстояния, че не можем да ги наблюдаваме. Но квантовите физици изказват предположението, че ако концентрираме достатъчно енергия в една-единствена точка, докато достигнем енергията на Планк, тези мехурчета могат да станат големи. Тогава бихме видели пространствено-времевото разпенване от съвсем малки мехурчета, като всяко мехурче е дупка-червей, свързана с „бебе-вселена“.

В миналото тези бебета-вселени били смятани за интелектуален куриоз, за странно следствие от чистата математика. Но сега физиците сериозно смятат, че нашата вселена може да е започнала първоначално съществуването си като една от тези бебета-вселени.

Подобно мислене е най-обикновено теоретизиране, но законите на физиката допускат възможността да бъде отворена дупка в пространството чрез концентрирането на достатъчно енергия в една-единствена точка, докато достигнем пространствено-времевата пяна и се появят дупки-червеи, свързващи нашата вселена с една бебе-вселена.

Отварянето на дупка в пространството, разбира се, би изисквало значителни пробиви в технологиите, но и в този случай това може да се окаже възможно за една цивилизация от III тип. Например, имало е обещаващи разработки в нещо, наречено „ускорител върху маса на Уейкфийлд“. Забележителен е фактът, че този атомен разбивач е толкова малък, че може да бъде поставен върху маса, но той е в състояние да генерира милиарди електронволта енергия. Ускорителят върху маса на Уейкфийлд работи, като изстрелва лазери върху заредени частици, които после се носят върху енергията на този лазер. Експерименти, извършени в Станфордския линеен ускорителен център, в лабораторията „Ръдърфорд Ейпълтън“ в Англия и в „Екол Политехник“ в Париж, показват, че огромните ускорения са възможни дори на малки разстояния, когато се използват лазерни лъчи и плазма за инжектирането на енергия.

Но през 2007 г. бил направен още един пробив, когато физиците и инженерите в Станфордския линеен ускорителен център, UCLA и USC демонстрирали, че можете да удвоите енергията на един огромен ускорител на частици в рамките само на един метър. Те започнали със сноп от електрони, които били изстреляни по тръба с дължина от две мили (около 3,6 км) в Станфорд, достигайки енергия от 42 милиарда електронволта. След това тези високоенергийни електрони били изпратени през „последващ инжектор“, който се състоял от плазмена камера, дълга само 88 сантиметра, където електроните придобили още 42 милиарда електронволта, удвоявайки своята енергия. (Плазмената камера е пълна с литиев газ. Докато електроните минават през газа, те създават плазмена вълна, която създава вълна. Тази вълна на свой ред се влива в задната част на електронния сноп и после го бута напред, придавайки му допълнителен тласък.) При това смайващо постижение физиците подобрили три хиляди пъти предишния рекорд за количеството енергия на метър, с която те биха могли да ускорят един електронен сноп. Като прибавя подобни „последващи инжектори“ към съществуващите ускорители, човек би могъл по принцип да удвои тяхната енергия почти безплатно.

Днес световният рекорд на един ускорител върху маса на Уейкфийлд е 200 милиарда електронволта на метър. Съществуват многобройни проблеми при измерването на този резултат на по-големи разстояния (от рода на поддържането на стабилността на снопа, докато лазерната енергия бъде напомпана в него). Но ако допуснем, че бихме могли да поддържаме равнище на мощност от 200 милиарда електронволта на метър, това означава, че ускорител, който е в състояние да достигне енергията на Планк, ще трябва да бъде дълъг 10 светлинни години. Това е напълно във възможностите на една цивилизация от III тип.

Дупките-червеи и разтегнатото пространство могат да ни осигурят най-реалистичния начин за преодоляване на светлинната бариера. Но не е известно дали тези технологии са стабилни. Ако са такива, все още ще бъде необходимо невероятно количество енергия-положителна или отрицателна, за да ги накараме да проработят.

Може би една напреднала цивилизация от III тип вече разполага с тази технология. Ще изминат хилядолетия, преди да можем дори да си помислим, че сме в състояние да овладеем мощност от този мащаб. Тъй като все още има спорове за фундаменталните закони, които управляват тъканта на континуума пространство-време на квантово равнище, бих класифицирал по-бързото от светлината пътуване като способност, спадаща към Клас II на невъзможните неща.

12. Пътуване във времето

В романа „Уравнението на Янус“ авторът Дж. Сприл изследва един от мъчителните проблеми, свързани с пътуването във времето.83 В тази приказка блестящ математик, чиято цел е да открие тайната на пътуването във времето, среща странна, красива жена, и те стават любовници, въпреки че не знае нищо за нейното минало. Той започва да се интересува от разкриването на истинската й самоличност. Накрая открива, че тя някога си е направила пластична операция, за да промени чертите на лицето си. И че е претърпяла операция за смяна на пола. Накрая установява, че „тя“ в действителност е пътешественик във времето, дошъл от бъдещето, и че „тя“ в действителност е самият той, но от бъдещето. Това означава, че е правил любов със самия себе си. И човек започва да си задава въпроса какво би станало, ако те бяха имали дете? И ако това дете беше отишло в миналото, за да израсне и стане математикът от началото на историята, то в такъв случай възможно ли е да бъдете своя собствена майка, баща, син и дъщеря?

Времето е една от големите загадки във Вселената. Всички ние сме пометени в реката на времето против нашата воля. Около 400 г. св. Августин пише надълго и нашироко за парадоксалния характер на времето: „Как може да има минало и бъдеще, когато миналото вече не протича, а бъдещето още не е настъпило? Що се отнася до настоящето, ако то беше винаги налице и никога не се движеше напред, за да стане минало, нямаше да бъде време, а вечност.“84 Ако развием по-нататък логическите разсъждения на св. Августин, ще видим, че времето не е възможно, тъй като миналото го няма, бъдещето не съществува, а настоящето съществува само за миг. (След това св. Августин задава дълбокомислени теологични въпроси за това как времето трябва да повлияе на Бога — въпроси, уместни дори и днес. Ако Бог е всемогъщ и всесилен, пише теологът, тогава Той обвързан ли е от протичането на времето? С други думи, дали Бог, подобно на останалите от нас — простосмъртните, трябва да бърза, защото е закъснял за уговорена среща? Накрая св. Августин стига до заключението, че Бог е всемогъщ и вследствие на това не може да бъде ограничен от времето и следователно — би трябвало да съществува „извън времето“. Въпреки че концепцията за съществуване извън времето изглежда абсурдна, това е идея, която изниква отново в модерната физика, както ще видим по-нататък.)

Подобно на св. Августин всички ние понякога сме си блъскали главата над странното естество на времето и над това по какво то се различава от пространството. Ако можем да се движим напред-назад в пространството, защо не можем да правим това и във времето? Всички ние сме се питали какво може да крие за нас бъдещето във времето след нашия живот. Хората имат ограничена продължителност на живота, но ние горим от любопитство да узнаем събитията, които ще се случат дълго, след като няма да ни има.

Въпреки че нашият копнеж по пътуването във времето вероятно е древен колкото самото човечество, очевидно първото записано пътуване във времето са „Спомени за двадесети век“, написани през 1733 г. от Самюъл Мадън. В тях се разказва за ангел от 1997 г., който пропътувал повече от 250 години назад във времето, за да даде на един британски посланик документи, в които се описва светът на бъдещето.

Щяло да има още много такива истории. Разказът от 1838 г. „Човекът, който изпуска своя дилижанс: Един анахронизъм“, чийто автор е анонимен, е посветен на човек, чакащ дилижанс, който изведнъж се връща хиляда години назад в миналото. Той среща монах от древен манастир и се опитва да му обясни как ще се развие историята през следващите хиляда години. След това човекът изведнъж се оказва също толкова мистериозно прехвърлен в настоящето, където всичко си е както преди, като изключим това, че е изпуснал дилижанса си.

Дори романът на Чарлс Дикенс от 1843 г. „Коледна песен“ е нещо като история за пътуване във времето, защото Ебънизър Скрудж е прехвърлен първо в миналото, а след това в бъдещето, за да види с очите си света преди настоящето и след своята смърт.

В американската литература първата поява на пътуване във времето датира от романа на Марк Твен от 1889 г. „Един янки в двора на крал Артур“. Един янки от XIX в. е върнат назад във времето, за да попадне в двора на крал Артур през 528 година. Той е взет в плен и му предстои да бъде изгорен на клада, но той обявява, че има силата да скрие Слънцето, знаейки, че в същия този ден ще има слънчево затъмнение. Когато то настъпва, тълпата изпада в ужас и се съгласява да го пусне на свобода, като му дари привилегии в замяна на връщането на Слънцето.

Но първият сериозен опит за проучване на пътуването във времето в белетристиката е класическият роман на Х. Дж. Уелс „Машината на времето“, в който героят е изпратен стотици хиляди години напред в бъдещето. В това далечно бъдеще самото човечество е разделено по генетичен път на две раси, заплашителните морлоки, които обслужват мръсни подземни машини, и безполезните, детеподобни елои, които танцуват на слънчева светлина в горния свят и така и не осъзнават каква ужасна участ ще ги сполети (когато бъдат изядени от морлоките).

Оттогава пътуването във времето е станало постоянна характеристика на научната фантастика, като се почне от „Стар Трек“ и се стигне до „Завръщане в бъдещето“. В „Супермен I“, когато Супермен узнава, че Лоис Лейн е умряла, той решава в отчаянието си да върне назад стрелките на времето, политайки като стрела около Земята, по-бързо от светлината, докато самото време се върне назад. Земята забавя ход, спира и накрая се завърта в противоположната посока, докато стрелките на всичките часовници на Земята се въртят назад. Прииждащите води се оттеглят с бушуване назад, строшените бентове се поправят като по чудо и Лоис Лейн се връща от царството на мъртвите.

От научна гледна точка пътуването във времето е било невъзможно в Нютоновата вселена, където времето е смятано за стрела. Щом бъде изстреляна, тя не може никога да се отклони от своето минало. Една секунда на Земята се равнява на една секунда в цялата вселена. Тази представа била преодоляна от Айнщайн, който показал, че времето прилича повече на река, която лъкатуши из Вселената — ту ускорявайки, ту забавяйки ход, докато се извива из звездите и галактиките. Затова една секунда на Земята не е абсолютна и времето е различно, когато пътуваме из Вселената.

Както посочих по-горе, според специалната теория на относителността на Айнщайн, времето забавя ход в една ракета толкова повече, колкото по-бързо се движи тя. Научните фантасти изказват теоретично хипотезата, че ако сте в състояние да преодолеете светлинната бариера, ще можете да се върнете назад във времето. Но това не е възможно, тъй като ще трябва да имате неограничена маса, за да достигнете скоростта на светлината. Скоростта на светлината е последната бариера пред всяка ракета. Екипажът на „Ентърпрайс“ в „Стар Трек IV: Завръщане на Земята“ отвлича един клингонски космически кораб и го използва, за да профучи около Слънцето, служейки си с него като прашка, за да преодолее светлинната бариера с цел да се озове в Сан Франциско през 60-те години на XX век. Но това противоречи на законите на физиката.

Независимо от това пътуването в бъдещето е възможно и истинността на твърдението е била потвърждавана експериментално милиони пъти. Пътуването на героя на „Машината на времето“ в далечното бъдеще наистина е физически възможно. Ако на един астронавт му се наложи да се движи със скорост, близка до тази на светлината, може да му потрябва, да речем, около една минута, за да стигне до най-близките звезди. На Земята ще са изминали четири години, но за него ще е изминала само една минута, защото времето ще е забавило ход в ракетния кораб. Вследствие на това той ще е пропътувал четири години напред в бъдещето, както ще бъде потвърдено експериментално тук, на Земята. (Нашите астронавти действително правят кратко пътуване в бъдещето всеки път когато отиват в открития космос. Докато те се движат с 18 000 мили (около 32 000 км) в час над Земята, стрелките на техните часовници забавят съвсем слабо ход в сравнение с часовниците на Земята. Вследствие на това след едногодишна мисия на космическата станция те наистина са пропътували частица от една секунда в бъдещето до времето, когато кацат на Земята. Световният рекорд за пътуване в бъдещето в момента се държи от руския космонавт Сергей Авдеев, който се е движел в орбита в продължение на 748 дни и вследствие на това е бил запратен 0,2 секунди в бъдещето.)

Затова машина на времето, която може да ни отведе в бъдещето, е съвместима със специалната теория на относителността на Айнщайн. Но какво ще кажете за пътуването назад във времето?

Ако можехме да пътуваме назад в миналото, щеше да бъде невъзможно да се пише история. Веднага щом един историк напишеше историята на миналото, някой ще може да се върне в миналото и да го промени. Машините на времето не само щяха да лишат от работа историците, но и да ни дадат възможност да променяме по свое желание хода на времето. Ако например ни се наложеше да се върнем в ерата на динозаврите и случайно настъпехме бозайник, който по някаква случайност е наш прародител, може би съвсем случайно щяхме да унищожим целия човешки род. Историята щеше да се превърне в един безкраен, налудничав епизод от сериала „Монти Пайтън“, докато туристите от бъдещето щяха да се тъпчат взаимно на исторически събития, опитвайки се да ги заснемат от най-подходящите ъгли с камерите си.

Може би човекът, който се е отличил най-много в трудните математически уравнения, свързани с черните дупки и машините на времето, е космологът Стивън Хокинг. За разлика от другите изследователи на относителността Хокинг не изпъквал сред съучениците си като малък. Очевидно той бил изключително умен, но учителите му отбелязвали често, че не умее да се съсредоточава върху задачите и никога не разкрива пълния си потенциал. Но през 1962 г. в живота му настъпва обрат след завършване на образованието му в Оксфорд, когато започва да забелязва за първи път в себе си симптомите на АСС (амиотрофична странична склероза). Той е разтърсен от вестта, че страда от това неизлечимо заболяване на двигателните неврони, което ще го лиши от всякакви двигателни функции и вероятно за кратко време ще го погуби. Първоначално вестите били изключително обезпокоителни. Каква полза тогава от дипломирането, ако така или иначе смъртта му наближава?

Но щом се съвзема от първоначалния шок, той започва да се концентрира истински за първи път в живота си. Осъзнавайки, че не му остава много време, се захваща ожесточено с най-трудните проблеми в общата относителност. В началото на 70-те години на XX в. той публикува епохална серия от статии, в които показва, че „сингулярностите“ в теорията на Айнщайн (където гравитационното поле става безкрайно, както в центъра на черните дупки, така и в мига на Големия взрив) са основна характеристика на относителността и не могат да бъдат отхвърлени лесно (както е мислел Айнщайн). През 1974 г. Хокинг доказва и че черните дупки не са напълно черни, а постепенно изпускат лъчение, днес известно като лъчението на Хокинг, защото то може да пробие тунел през гравитационното поле дори на черна дупка. Тази статия е първото значително приложение на квантовата теория върху теорията на относителността и е най-известният му труд.

Както било прогнозирано, АСС довела бавно до парализа на ръцете, краката и дори на гласовите му връзки, но това ставало много по-бавно, отколкото предричали лекарите първоначално. В резултат на това той изживява много от обичайните събития, които протичат в живота на обикновените хора, като става баща на три деца (сега вече е и дядо), развежда се с първата си жена през 1991 г., след четири години се оженва за съпругата на човека, който създава гласовия му синтезатор, и подава молба за развод с втората си жена през 2006 година. През 2007 г. името му попадна в заглавията на вестниците, когато той се качва на борда на един реактивен самолет, където изпада в безтегловност. Така реализира мечта, която лелее цял живот. Следващата му цел е да излети в открития космос.

Днес той е почти напълно парализиран в своята инвалидна количка, като поддържа връзка с външния свят единствено чрез движения на очите си. Но дори с този унищожителен недъг той все още пуска шеги, пише статии, чете лекции и участва в спорове. Той, който само движи очите си, е по-продуктивен от цели екипи учени, които контролират напълно своите тела. (Неговият колега в Кеймбриджкия университет, сър Мартин Рийс, който бе назначен за кралски астроном от кралицата, веднъж ми довери, че недъгът на Хокинг му пречи да прави досадните изчисления, които са необходими за достигането на върха в професията му. По тази причина, вместо да прави това, той съсредоточава вниманието си върху генерирането на нови и свежи идеи, а не върху трудните изчисления, което може да бъде свършено от неговите студенти.)

През 1990 г. Хокинг прочита статии на свои колеги, които предлагат версия на машината на времето, и тутакси изразява скептицизъм. Интуицията му подсказва, че пътуването във времето не е възможно, защото няма туристи от бъдещето. Ако пътуването във времето беше толкова разпространено, колкото ходенето на пикник в парка в неделя, пътешественици във времето, дошли от бъдещето, трябваше да ни досаждат със своите камери, като ни молят да им позираме за снимка.

Хокинг отправя и едно предизвикателство към света на физиката. Той заявява, че трябва да има закон, който прави невъзможно пътуването във времето. Предлага „хипотеза за защита на хронологията“, която да „отлъчи“ пътуването във времето от законите на физиката, за да „направи историята безопасна за историците“.

Смущаващото обаче е че каквито и усилия да полагат физиците, те не могат да открият закон, който възпрепятства пътуването във времето. Очевидно пътуването във времето изглежда съвместимо с известните закони на физиката. Тъй като не се оказа в състояние да открие физически закон, който прави невъзможно пътуването във времето, неотдавна Хокинг промени мнението си. Изявлението му веднага се появи в заглавията на лондонските вестници: „Пътуването във времето може да е възможно, но не е практично.“

Щом се оказа способност на границата на науката, пътуването във времето изведнъж се превърна в любима тема за обсъждане от физиците теоретици. Физикът Кип Торн от Кал Тек пише: „Някога пътуването във времето е било област на компетентност само на научните фантасти. Сериозните учени бягали от него като от чума — дори когато пишели художествена литература под псевдоним или я четели в усамотение. Как се промениха времената! Сега човек открива научни анализи на пътуването във времето в сериозни научни списания, чиито автори са видни физици теоретици… На какво се дължи тази промяна? Това стана, защото ние, физиците, осъзнахме, че естеството на времето е прекалено важен въпрос, за да бъде оставен само в ръцете на научните фантасти.“85

Причината за цялото това объркване и вълнение е, че уравненията на Айнщайн допускат съществуването на много видове машини на времето. (Все още не е ясно обаче дали те ще преживеят предизвикателствата, отправяни от квантовата теория.) Всъщност в теорията на Айнщайн ние често се натъкваме на нещо, наричано „затворени времеподобни криви“, което е технически термин за пътищата, които позволяват пътуването в миналото. Ако следвахме пътя на затворена времеподобна крива, щяхме да се отправим на пътешествие и да се върнем, преди да сме потеглили.

Първата машина на времето включва една дупка-червей. Има много решения на уравненията на Айнщайн, които свързват две далечни точки в пространството. Но тъй като пространството и времето се преплитат взаимно в теорията на Айнщайн, същата тази дупка-червей свързва и две точки във времето. Чрез падането в дупката-червей бихте могли да пътувате (поне математически) в миналото. Можем да си представим, че след това бихте могли да пътувате до първоначалната отправна точка и да се срещнете със себе си, преди да сте се отправили на път. Но както споменахме в предишната глава, преминаването през дупката-червей в центъра на една черна дупка е еднопосочно пътуване. Както казва физикът Ричард Гот: „Не мисля, че може да се спори по въпроса, че човек може да пътува назад във времето, докато се намира в черна дупка. Въпросът е дали той ще може някога да се появи отново при нас, за да се похвали с това.“86

Друга машина на времето включва една въртяща се вселена. През 1949 г. математикът Курт Гьодел открива първото решение на уравненията на Айнщайн, което включва пътуване във времето. Ако Вселената се върти, то тогава, ако пътувате достатъчно бързо около същата тази вселена, ще можете да се озовете в миналото и да пристигнете, преди да сте потеглили. Следователно едно пътуване около Вселената е пътешествие в миналото. Когато астрономите посещават Института за напреднали изследвания, Гьодел често ги пита дали са открили доказателства, че Вселената се върти. Той се разочарова, когато те му казват, че има очевидни доказателства, че Вселената се разширява, но същинското въртене на Вселената е вероятно нулево. (Иначе пътуването във времето може да се окаже нещо обикновено и историята такава, каквато я знаем, ще изпадне в колапс.)

Трето, ако вървите около един безкрайно дълъг, въртящ се цилиндър, също можете да пристигнете в отправната точка, преди да сте потеглили на път. (Това решение било открито от У. Дж. ван Стокъм през 1936 г., преди Гьоделовото решение на пътуването във времето, но Ван Стокъм очевидно не е разбрал, че неговото решение допуска пътуването във времето.) В този случай, ако танцувахте около един въртящ се кол, можехте да се озовете в месец април. (Проблемът при този модел обаче е, че цилиндърът трябва да бъде безкрайно дълъг и да се върти толкова бързо, че повечето материали да се разлетят.)

Най-скорошният пример за пътуване във времето бе открит от Ричард Гот от Принстън през 1991 година. Неговото решение бе основано на откриването на гигантски космически струни (които могат да бъдат останки от първоначалния Голям взрив). Той допуска, че две големи космически струни се готвят да се сблъскат. Ако се движите бързо около тези сблъскващи се космически струни, ще пътувате назад във времето. Предимството на този тип машина на времето е, че няма да ви трябват безкрайни въртящи се цилиндри, въртящи се вселени или черни дупки. (Проблемът обаче е, че първо трябва да откриете огромни космически струни, които да се носят в пространството и след това да ги накарате да се сблъскат по прецизен начин. И възможността за връщане във времето ще бъде достъпна за съвсем кратък период.) Гот казва: „Една колапсираща примка на струна, която е достатъчно голяма, за да ви позволи да я заобиколите един път и да отидете назад във времето с една година, би трябвало да притежава повече от половината от маса-енергията на цяла галактика.“87

Но по-обещаващият модел на машина на времето е „прекосимата дупка-червей“, спомената в последната глава — една дупка в континуума пространство-време, в която човек може да се движи свободно назад-напред във времето. На хартия прекосимите дупки-червеи могат да осигурят не само пътуване, по-бързо от светлината, но и пътуване във времето. Ключът към прекосимите дупки-червеи е отрицателната енергия.

Една машина на времето, която представлява прекосима дупка-червей, би се състояла от две камери. Всяка камера би се състояла от две концентрични сфери, разделяни от съвсем малко разстояние. Чрез спукването на външната сфера двете сфери биха създали ефект на Казимир и вследствие на това биха произвели отрицателна енергия. Допуснете, че една цивилизация от III тип е в състояние да опъне дупка-червей между тези две камери (като може би ще го извлече от пространствено-времевата пяна). Следващата стъпка е да вземете първата камера и да я изпратите в пространството със скорост, близка до тази на светлината. Времето забавя ход в тази камера, затова двата часовника вече не са синхронизирани. Времето тече с различна скорост в двете камери, които са свързани от дупка-червей.

Ако се намирате във втората камера, можете мигновено да преминете през дупката-червей в първата камера, която съществува в по-ранно време. Така вие ще осъществите движение назад във времето.

Този модел е изправен пред страшни проблеми. Дупката-червей може да е съвсем малка, много по-малка от атом. А пластините може би ще трябва да бъдат сгъстени до разстояния с дължината на Планк, за да генерират достатъчно отрицателна енергия. И последно, вие ще бъдете в състояние да се върнете във времето само в точката, в която са изградени машините на времето. Преди това времето в двете камери ще тече с една и съща скорост.

Пътуването във времето поставя за разглеждане всякакви проблеми, както технически, така и социални. Лари Дуайър повдига морални, правни и етични въпроси, като отбелязва: „Трябва ли един пътешественик във времето, който е ударил с юмрук своето по-младо «аз» (или обратното), да бъде обвинен, че е извършил насилие? Трябва ли пътешественикът във времето, който е убил някого и след това е избягал в миналото, за да потърси убежище, да бъде съден в миналото за престъпления, които е извършил в бъдещето? Ако той се ожени в миналото, може ли да бъде съден за двуженство, макар че другата му съпруга няма да се роди през следващите почти 5 000 години?“88

Но може би най-трудните за решаване проблеми са логическите парадокси, създавани от пътуването във времето. Например какво ще се случи, ако убием родителите си, преди да сме се родили? Това е логически невъзможно и се нарича „парадоксът на дядото“.

Има три начина да бъдат решени тези парадокси. Първо, може би просто повтаряте отминалата история, когато се връщате във времето, следователно превръщате в реалност миналото. В такъв случай не притежавате свободна воля. Принуден сте да завършите миналото така, както е било писано. По този начин, ако се върнете в миналото, за да разкриете тайната на пътуването във времето на своето по-младо аз, то в такъв случай е било предопределено това да се случи по този начин. Тайната на пътуването във времето е дошла от бъдещето. Такава е била съдбата ви. (Но това не ни показва откъде е дошла първоначалната идея.)

Второ, вие притежавате свободна воля, затова можете да промените миналото, но в определени граници. На вашата свободна воля не й се разрешава да създаде времеви парадокс. Всеки път когато се опитвате да убиете своите родители, преди да се родите, някаква мистериозна сила ви пречи да натиснете спусъка. Това становище е защитавано от руския физик Игор Новиков. (Той твърди, че има закон, който ни пречи да вървим по тавана, въпреки че може да пожелаем да го сторим. Вследствие на това може да има закон, който да ни пречи да убием нашите родители, преди да се родим. Някакъв странен закон ни пречи да натиснем спусъка.)

Трето, Вселената се разделя на две вселени. В едната времева линия хората, които сте убили, изглеждат точно като вашите родители, но те се различават от тях, защото сега се намирате в паралелна вселена. Тази втора възможност изглежда съвместима с квантовата теория, както ще посоча по-късно, когато говоря за мултивселената.

Втората възможност е тема на филма „Терминатор 3“, в който Арнолд Шварценегер играе ролята на робот от бъдещето, в което смъртоносни машини са взели връх над хората. Малкото останали хора, които са преследвани като животни от машините, са водени от големия лидер, когото машините не са успели да убият. Обезсърчени, машините изпращат подред няколко роботи убийци назад в миналото, преди да се роди големият лидер, за да убият майка му. Но след епични боеве човешката цивилизация накрая е унищожена в края на филма, както е било предопределено да стане.

„Завръщане в бъдещето“ проучва третата възможност. Доктор Браун изобретява задвижвана с плутоний делорианска кола, която в действителност представлява машина на времето, предназначена да извършва пътувания в миналото. Майкъл Дж. Фокс (Марти Макфлай) влиза в машината, отива в миналото и се среща със своята майка по времето, когато тя е още тийнейджърка, която след това се влюбва в него. Това предизвиква мъчителен проблем. Ако тийнейджърката, която трябва да стане майка на Марти Макфлай, отблъсне неговия бъдещ баща, те никога няма да се оженят и героят, чиято роля се играе от Майкъл Дж. Фокс, никога няма да се роди.

Проблемът се изяснява донякъде от Док Браун. Той отива при черната дъска и начертава една хоризонтална линия, която представлява времевата линия на нашата вселена. После начертава втора линия, която се отклонява от първата. Тя представлява паралелна вселена, която се разгръща, когато промените миналото. Така всеки път когато се връщате в реката на времето, тя се разклонява на две реки, и едната времева линия става на две времеви линии, или това, което се нарича „мултисветовен“ подход, който ще разгледаме в следващата глава.

Това означава, че всички парадокси, свързани с пътуването във времето, могат да бъдат решени. Ако сте убили родителите си, преди да сте се родили, това просто означава, че вие сте убили някакви хора, които са идентични в генетично отношение на вашите родители, като те имат същите спомени и самоличност като тях, но не са вашите истински родители.

„Мултисветовната“ идея решава поне един основен проблем, пред който е изправено пътуването във времето. От гледна точка на един физик първата критика към пътуването във времето (освен откриването на отрицателната енергия) гласи, че ще се натрупат радиационни ефекти, докато или вие бъдете убит в мига, в който влезете в машината, или дупката-червей колапсира върху вас. Радиационните ефекти се натрупват, защото всяко лъчение, което проникне във времевия портал, ще бъде изпратено назад в миналото, където накрая ще блуждае около Вселената, докато стигне до сегашния ден, а след това пак ще падне в дупката-червей. Тъй като лъчението може да проникне в отвора на дупката-червей безброй пъти, вътре в нея то може да стане невероятно силно — достатъчно силно, за да ви убие. Но „мултисветовната“ интерпретация решава този проблем. Ако лъчението проникне в машината на времето и бъде изпратено в миналото, то после навлиза в нова вселена. Лъчението не може да се озове повторно в машината на времето и да го прави отново и отново. Това означава просто, че има безброй вселени, като по една от тях спада към всеки цикъл, а всеки цикъл съдържа само един фотон от лъчението, а не безкрайно количество от него.

През 1997 г. дебатът е изяснен донякъде, когато трима физици накрая доказват, че програмата на Хокинг за забрана на пътуването във времето притежава вроден недостатък. Бърнард Кей, Марек Радзиковски и Робърт Уолд доказват, че пътуването във времето е съвместимо с всички известни закони на физиката, като изключим едно положение. Когато пътувате във времето, всички потенциални проблеми се концентрират в хоризонта на събитията (разположен близо до входа на дупката-червей). Но хоризонтът се намира точно там, където очакваме теорията на Айнщайн да претърпи неуспех и квантовите ефекти да вземат връх. Проблемът е, че всеки път когато се опитваме да изчислим радиационните ефекти в момента, в който влизаме в една машина на времето, трябва да използваме теория, която съчетава Айнщайновата теория на общата относителност с квантовата теория на радиацията. Но всеки път когато се опитаме наивно да съчетаем тези две теории, получилата се в резултат на това теория няма смисъл — тя носи серия от безкрайни отговори, които са безсмислени.

Ето къде взема връх една теория на всичко. Всички проблеми на пътуването през дупка-червей, които объркват физиците (например стабилността на дупката-червей, лъчението, което може да ви убие, затварянето на дупката-червей, докато влизате в нея), са концентрирани в хоризонта на събитията — точно там, където теорията на Айнщайн няма смисъл.

Така ключът към разбирането на пътуването във времето се крие в разбирането на физиката на хоризонта на събитията и само една теория на всичко може да го обясни. Това е причината, поради която повечето физици днес биха се съгласили, че единственият начин да се реши категорично въпросът за пътуването във времето е да се излезе с една завършена теория на гравитацията и на континуума пространство-време.

Една теория на всичко би обединила четирите сили във Вселената и би ни дала възможност да пресметнем какво би се случило, когато влезем в машина на времето. Само теорията на всичко би могла да изчисли успешно всички радиационни ефекти, които се създават от една дупка-червей и би решила категорично въпроса за това колко стабилни ще бъдат дупките-червеи, когато влезем в машината на времето. И дори тогава може би ще трябва да чакаме векове или дори още по-дълго, за да изградим наистина машина, с която да проверим тези теории.

Тъй като законите за пътуването във времето са толкова тясно свързани с физиката на дупките-червеи, пътуването във времето, изглежда, може да се причисли към способностите, спадащи към Клас II на невъзможните неща.

13. Паралелни светове

Дали алтернативните светове или вселени са наистина възможни? Те са любим способ на холивудските сценаристи, както е в случая с епизода от „Стар Трек“, озаглавен „Огледало, огледало“. Капитан Кърк е прехвърлен случайно в странна паралелна вселена, в която Федерацията на Планетите е зла империя, която се крепи на бруталните завоевания, алчността и грабежите. В тази вселена Спок носи заплашителна брада, а капитан Кърк е вожд на банда от ненаситни пирати, които се издигат, като поробват своите съперници и убиват своите шефове.

Алтернативните вселени ни дават възможност да проучим света на „какво ще стане, ако“ и неговите възхитителни, интригуващи възможности. В комикса с приключенията на „Супермен“ например има няколко алтернативни свята, в които родната планета на Супермен Криптон никога не е взривявана или пък Супермен накрая разкрива своята истинска самоличност като притежаващия скромни маниери Кларк Кент, или се жени за Лоис Лейн и има супердеца от нея. Но дали паралелните вселени са владение само на повторенията на „Зоната на здрача“ или намират потвърждение в модерната физика?

През цялата история, ако се върнем мислено в почти всички древни общества, ще установим, че хората са вярвали в други нива на съществуване, в селенията на боговете или духовете. Църквата вярва в рая, ада и чистилището. Будистите имат своята нирвана и различни състояния на съзнанието, а индуистите — хиляди равнища на съществуване.

Християнските теолози, тъй като им е било трудно да обяснят къде може да се намира раят, често изказвали теоретично предположението, че може би Бог живее в равнището на по-висшите измерения. Изненадващ е фактът, че ако по-висшите измерения наистина съществуват, много от свойствата, приписвани на боговете, може да станат възможни. Едно същество от по-висше измерение би могло да бъде в състояние да изчезва и да се появява отново, когато му хрумне, или да минава през стени — способности, които обикновено се приписват на божествата.

Неотдавна идеята за паралелните светове стана една от най-разгорещено обсъжданите теми в теоретичната физика. На практика има няколко типа паралелни вселени, което ни принуждава да преразгледаме това, което разбираме под „реално“. Това, което е заложено на карта в дебата за паралелните светове, е ни повече, ни по-малко смисълът на самата реалност.

Има поне три типа паралелни светове, които се обсъждат разпалено в научната литература:

а) хиперпространството или по-висшите измерения;

б) мултивселената;

в) квантовите паралелни вселени.

Паралелният свят, който е бил тема на най-продължителния исторически дебат, е Вселената на по-висшите измерения. Фактът, че живеем в три измерения, (дължина, ширина, височина) е характеристика на здравия разум. Независимо от това как местим един обект в пространството, всичките му позиции могат да бъдат описани от тези три координати. На практика с помощта на трите числа можем да определим местонахождението на всеки обект във Вселената, като се започне от върха на нашите носове и се стигне до най-далечната от всички галактики.

Четвъртото пространствено измерение като че ли противоречи на здравия разум. Ако позволим на дима например да изпълни една стая, няма да видим дима, който изчезва в друго измерение. Никъде в нашата вселена не виждаме обекти, които изчезват внезапно или се прехвърлят в друга вселена. Това означава, че всички по-висши измерения, ако те изобщо съществуват, трябва да бъдат по-малки от атом.

Трите пространствени измерения изграждат фундаменталната основа на гръцката геометрия. Аристотел например писал в своя трактат „За небето“: „Линията има големина по един начин, равнината има такава по два начина, а фигурата с три измерения — по три начина, и извън тях няма друга големина, защото тези три са общо всички.“ През 150 г. Птолемей Александрийски предложил първото „доказателство“, че по-висшите измерения са „невъзможни“. В своя труд „За разстоянието“ той разсъждавал така. „Начертайте три линии, които са взаимно перпендикулярни (подобно на линиите, образуващи ъгъла на една стая). Очевидно — казвал той — четвърта линия, която е перпендикулярна на другите три, не може да бъде начертана. Вследствие на това четвъртото измерение е невъзможно.“ (Това, което доказал той в действителност, било, че нашите мозъци са неспособни да визуализират четвъртото измерение. Персоналният компютър върху вашето бюро прави изчисления в хиперпространството през цялото време.)

В продължение на две хиляди години всеки математик, който дръзнел да говори за четвъртото измерение, можел да бъде осмян и подигран. През 1685 г. математикът Джон Уолис полемизирал срещу четвъртото измерение, като го нарекъл „чудовище в природата, което е по-малко възможно от една химера или кентавър“. През XX в. „принцът на математиците“ Карл Гаус разработил голяма част от математиката на четвъртото измерение, но се страхувал да публикува резултатите си заради бурната реакция, които те щели да предизвикат. Но Гаус провел тайно експерименти, за да установи чрез тях дали плоската, триизмерна гръцка геометрия описва реалистично Вселената. По време на един експеримент той наредил на асистентите си да застанат на три планински върха. Всеки от тях имал фенер, като по този начин те образували един огромен триъгълник. След това Гаус измерил градусите на всеки ъгъл на триъгълника. За свое разочарование установил, че общият сбор на вътрешните ъгли възлиза на 180 градуса. Стигнал до заключението, че ако има отклонения от стандартната гръцка геометрия, те трябва да бъдат толкова малки, че не биха могли да бъдат открити с неговите фенери.

Гаус завещал на своя студент Георг Бернхард Риман задачата да опише фундаменталната математика на по-висшите измерения (която десетилетия по-късно била вмъкната изцяло в Айнщайновата теория на общата относителност). Със силен замах, по време на една прочута лекция, която Риман чел през 1854 г., той преодолял двете хиляди години, през които господствала гръцката геометрия, и положил основите на математиката на по-висшите, изкривени измерения, която използваме и до днес.

След като забележителното откритие на Риман било популяризирано в Европа в края на XX в., „четвъртото измерение“ се превърнало в истинска сензация сред артистите, музикантите, писателите, философите и художниците. На практика кубистичният период на Пикасо до известна степен е бил вдъхновен от четвъртото измерение, според историчката на изкуството Линда Далримпъл Хендерсън. (Рисунките на Пикасо, на които са изобразени жени с очи, които изпъкват напред, а носът им е наклонен настрани, са били опит за визуализиране на четвъртоизмерната перспектива, тъй като човек, който гледа от четвъртото измерение, може да види едновременно лицето, носа и тила на главата на една жена.) Хендерсън пише: „Подобно на една черна дупка, «четвъртото измерение» притежаваше мистериозни характеристики, които не можеха да бъдат разбрани напълно дори от самите учени. Обаче въздействието на «четвъртото измерение» беше много по-всестранно от това на черните дупки или на която и да е друга по-скорошна научна хипотеза, като изключим теорията на относителността след 1919 година.“89

И други художници черпят вдъхновение от четвъртото измерение. В картината на Салвадор Дали „Хиперкубичният Христос“ Христос е разпънат пред странен, подвижен триизмерен кръст, който представлява в действителност „тесеракт“ — оголен четириизмерен куб. В своята прочута рисунка „Упорството на паметта“ той се опитва да представи времето като четвърто измерение и вследствие на това се появява метафората за разтопените часовници. „Гола жена, която слиза по стълба“ на Марсел Дюшан е опит за представяне на времето като четвърто измерение чрез улавяне на отделните моменти от движението на гола жена, която върви по стълба. Четвъртото измерение изниква дори в един разказ на Оскар Уайлд — „Кентървилският призрак“, в който призрак, витаещ в една къща, живее в четвъртото измерение.

Четвъртото измерение се появява и в няколко от произведенията на Х. Дж. Уелс, като в това число влизат „Невидимия“, „Историята на Платнър“ и „Удивителното посещение“. (В последния разказ, който след това става основа на десетки филми на Холивуд и научнофантастични романи, нашата вселена се сблъсква по някакъв начин с друга паралелна вселена. Злополучен ангел от другата вселена попада в нашата вселена, след като случайно е бил прострелян от ловец. Ужасен от цялата алчност, дребнавост и егоизъм, присъщи на хората, ангелът накрая се самоубива.)

Идеята за паралелните вселени е изследвана с дива ирония от Робърт Хайнлайн в „Числото на звяра“. Хайнлайн си представя група от четирима смелчаци, които лудуват из паралелни вселени в междуизмерната спортна кола на един луд професор.

В телевизионния сериал „Слайдърс“ малко момче чете книга и получава от нея вдъхновението да конструира машина, която ще му позволи да „се плъзга“ между паралелните вселени. (Книгата, която чело малкото момче, в действителност е била моята книга „Хиперпространството“).

Но исторически погледнато, четвъртото измерение е смятано за истински куриоз от физиците. Никога не са били откривани доказателства за съществуването на по-висши измерения. Положението започва да се променя през 1919 г., когато физикът Теодор Калуца написва крайно спорна статия, в която се намеква за съществуването на по-висши измерения. Той започва с Айнщайновата теория на общата относителност, но я разполага в пет измерения (едно измерение на времето и четири на пространството, тъй като времето е четвъртото пространствено-времево измерение, днес физиците наричат четвъртото пространствено измерение петото измерение). Ако петото измерение стане възможно най-малко, уравненията по някакъв вълшебен начин се разделят на две части. Едната част описва Айнщайновата стандартна теория на относителността, а другата част се превръща в Максуеловата теория на светлината!

Това било смайващо разкритие. Може би тайната на светлината се крие в петото измерение! Самият Айнщайн бил шокиран от това решение, което като че ли осигурявало елегантно обединяване на светлината и гравитацията. (Айнщайн бил толкова разтърсен от предложението на Калуца, че мислил върху него в продължение на две години, преди накрая да се съгласи да публикува статия.) Айнщайн писал на Калуца: „Идеята за достигане на (единна теория) посредством петизмерен цилиндров свят никога не ми е хрумвала… От пръв поглед харесах невероятно вашата идея… Формалното единство на вашата теория е поразително.“90

Години наред физиците задават въпроса: Ако светлината е вълна, то тогава какво представлява вълнението? Светлината може да премине през празно пространство с дължина от милиарди светлинни години, но то е вакуум, лишен от какъвто и да е материал. В такъв случай какво представлява вълнението във вакуума? С появата на теорията на Калуца ние разполагахме с конкретно предложение за разрешаването на този проблем: светлината представлява вълнички в петото измерение. Уравненията на Максуел, които описват точно всички свойства на светлината, се очертават просто като уравнения за вълните, които се движат в петото измерение.

Представете си риби, които плуват в плитко езеро. Те може никога да не са подозирали, че съществува трето измерение, защото очите им гледат настрани и те могат да плуват само назад-напред, наляво и надясно. Третото измерение за тях може да изглежда невъзможно. Но след това си представете, че върху езерото вали дъжд. Въпреки че не могат да видят третото измерение, те могат да виждат ясно сенките от вълничките на повърхността на езерото. По същия начин теорията на Калуца обяснява светлината като вълнички, които се носят върху петото измерение.

Калуца дава отговор и на въпроса къде се намира то. Тъй като не виждаме доказателства за съществуването на пето измерение, то трябва да „се е свило“ и да е станало толкова малко, че не може да бъде наблюдавано. (Представете си, че вземате двуизмерен лист хартия и го свивате стегнато във формата на цилиндър. От известно разстояние цилиндърът изглежда като едноизмерна линия. По този начин един двуизмерен обект се е превърнал в едноизмерен обект чрез своето свиване.)

Първоначално статията на Калуца предизвиква сензация. Но през следващите години завладяват възражения срещу теорията му. Каква е големината на това ново пето измерение? Как то се е свило? На тези въпроси не могли да бъдат намерени отговори.

В продължение на десетилетия Айнщайн работил върху тази теория с прекъсвания. След като починал през 1955 т. теорията скоро била забравена, като станала странна бележка под линия в развитието на физиката.

Всичко това се променило с появата на една смайваща нова теория, наречена суперструнната теория. До 80-те години на XX в. физиците се давели в море от субатомни частици. Всеки път когато разбивали на парчета един атом с мощните ускорители на частици, те откривали десетки нови частици, които се разделяли. Това било толкова обезсърчаващо, че Дж. Робърт Опенхаймер обявил, че Нобеловата награда по физика трябва да бъде дадена на физика, който не е открил нова частица през тази година! (Енрико Ферми, ужасен от размножаването на субатомни частици с имена, които звучели като на гръцки, казал: „Ако можех да запомня имената на всички тези частици, щях да стана ботаник.“91) След десетилетия усилен труд този зоопарк от частици успял да бъде подреден в нещо, наречено „стандартен модел“. Милиарди долари, потта на хиляди инженери и физици, и двадесет Нобелови награди са отишли за мъчителното сглобяване, парче по парче, на стандартния модел. Той е наистина забележителна теория, която като че ли се съгласува с всички експериментални данни, свързани със субатомните частици.

Но въпреки всичките си експериментални успехи стандартният модел страда от един сериозен дефект. Както казва Стивън Хокинг: „Моделът е грозен и е създаден за случая.“ Той съдържа поне деветнадесет свободни параметъра (сред които влизат масите на частиците и силата на техните взаимодействия с други частици), тридесет и шест кварки и антикварки, три точни и резервни копия на субчастиците и множество странно звучащи субатомни частици като тау неутрината, глуоните на Йанг-Милс, Хигс-бозоните, W-бозоните и Z-частиците. Нещо по-лошо, в стандартния модел не се споменава за гравитацията. Струва ми се, че е трудно да се повярва, че природата на своето най-висше, фундаментално равнище може да действа толкова наслуки и да бъде неелегантна във висша степен. Така се появява теория, която само една майка може да обича. Самата неелегантност на стандартния модел принуждава физиците да направят повторен анализ на всичките си допускания за природата. Нещо било сбъркано, и то страшно много!

Ако човек анализира последните няколко века във физиката, едно от най-важните постижения през последното столетие било обобщаването на цялата фундаментална физика в две големи теории: квантовата теория (представена от стандартния модел) и Айнщайновата теория на общата относителност (описваща гравитацията). Забележителен е фактът, че заедно те представляват общият сбор на цялото физическо познание в областта на физиката на фундаментално ниво. Първата теория описва света на миниатюрното — субатомния квантов свят, в който частиците играят фантастичен танц, изниквайки от нищото, изчезвайки в него и появявайки се на две места по едно и също време. Втората теория описва света на макрокосмоса — черните дупки и Големия взрив, и си служи с езика на гладките повърхности, разтегнатите тъкани и деформираните плоскости. Теориите са противоположни във всяко отношение, тъй като използват различна математика, различни допускания и различни физически визуални образи. Става така, сякаш природата е имала две ръце, като нито едната от двете не е поддържала връзка с другата. Нещо повече, всеки опит за свързване на тези две теории е водел до безсмислени отговори. В продължение на половин век всеки физик, който се е опитвал да уреди чрез посредничеството си насилствен брак между квантовата теория и общата относителност, е установявал, че теорията избухва в лицето му, давайки безкрайно много отговори, които в крайна сметка се обезсмислят.

Всичко това се променя с появата на суперструнната теория, която постулира, че електронът и другите субатомни частици не са нищо друго освен различни вибрации на струна, които действат като съвсем малко кръгло ластиче. Ако човек удари кръглото ластиче, то вибрира в различни ладове, като всяка нота съответства на различна субатомна частица. По този начин суперструнната теория обяснява стотиците субатомни частици, които са открити досега в ускорителите на частици. На практика теорията на Айнщайн се очертава като една от най-ниските вибрации на струната.

Струнната теория бе приветствана като „теория на всичко“, като легендарната теория, която се е изплъзвала на Айнщайн през последните тридесет години от неговия живот. Айнщайн искал една-единствена, всеобхватна теория, която ще обобщава всички физични закони — теория, която ще му позволи „да чете мислите на Бога“. Ако струнната теория наистина обединява гравитацията с квантовата теория, тя представлява върховното постижение на науката, връщайки се мислено още преди две хиляди години, когато гърците са си задали въпроса от какво се състои материята.

Но странната особеност на суперструнната теория е, че струните могат да вибрират само в едно специфично измерение на континуума пространство-време. Те могат да вибрират само в десет измерения. Ако човек се опита да създаде струнна теория в други измерения, тя не издържа в математическо отношение.

Разбира се, нашата вселена е четириизмерна (с три измерения в пространството и едно във времето). Това означава, че другите шест измерения трябва да са колапсирали някак и да са се свили, подобно на петото измерение на Калуца.

Неотдавна физиците започнаха да обмислят сериозно как да докажат или да опровергаят съществуването на тези по-висши измерения. Може би най-простият начин за доказване на съществуването на по-висшите измерения би се състоял в това да се открият отклоненията от Нютоновия закон за гравитацията. В гимназията учим, че гравитацията на Земята намалява, докато навлизаме в открития космос. Или по-точно казано, гравитацията намалява заедно с квадрата на разделящото разстояние. Но това е така само защото живеем в триизмерен свят. (Представете си сфера, която обгръща Земята. Гравитацията на Земята прониква равномерно през повърхността на сферата, така че колкото по-голяма е тя, толкова по-слаба е гравитацията. Но тъй като повърхността на сферата се увеличава, подобно на квадрата на нейния радиус, силата на гравитацията, която е проникнала над повърхността на сферата, трябва да намалява подобно на квадрата на радиуса.)

Но ако Вселената имаше четири пространствени измерения, гравитацията трябваше да намалява като куба на разделящото разстояние. Ако Вселената имаше n пространствени измерения, гравитацията трябваше да намалява подобно на n–1 сила. Прочутият обратно-квадратен закон на Нютон е бил тестван с голяма точност на астрономически разстояния. Ето защо можем да изпращаме космически сонди, които се реят край пръстените на Сатурн със спираща дъха точност. Обратно-квадратният закон на Нютон не е бил тестван никога на малки разстояния в лабораторни условия, но неотдавна това започна да се прави.

Първият експеримент за тестване на обратно-квадратния закон на малки разстояния бе извършен в Колорадския университет през 2003 г. и даде отрицателни резултати. Очевидно няма нито една паралелна вселена, поне не и в Колорадо. Но този отрицателен резултат само изостри апетита на другите физици, които се надяват да извършат повторно този експеримент с по-голяма точност.

Нещо повече, Големият адронен колайдер, който започна работа през 2008 г. близо до Женева, Швейцария, търси нов тип частица, наречена с-частица или суперчастица, която представлява по-висока вибрация на суперструната (всичко, което виждате около себе си, е само най-ниската вибрация на суперструната). Ако бъдат открити с-частици от LHC, това може да е революция в начина, по който гледаме на Вселената. В тази картина на Вселената стандартният модел е най-ниската вибрация на суперструната.

Кип Торн казва: „През 2020 г. физиците ще разбират законите на квантовата гравитация, която ще се окаже вариант на струнната теория.“

Освен по-висшите измерения има още една паралелна вселена, която е предсказана от струнната теория и това е „мултивселената“.

Струнната теория все още трябва да отговаря на един мъчителен въпрос: Защо трябва да има пет различни нейни версии? Струнната теория може да обедини успешно квантовата теория с гравитацията, но има пет начина, по които може да стане това. Това е твърде смущаващо, тъй като повечето физици искат една-единствена „теория на всичко“. Айнщайн например искал да знае дали „Бог е имал някакъв избор при създаването на Вселената“. Той смята че единната полева теория на всичко трябва да бъде единствена по рода си. В такъв случай защо трябва да има пет струнни теории?

През 1994 г. се взриви още една бомба. Едуард Уитън от Принстънския институт за напреднали изследвания и Пол Таунзенд от Кеймбриджкия университет изказаха теоретично предположението, че всичките пет струнни теории на практика са една и съща теория — но само ако добавим единадесето измерение. От изгодната позиция на единадесетото измерение всичките пет различни теории колапсираха в една! В крайна сметка теорията е единствена по рода си, но само ако се покатерим на планинския връх на единадесетото измерение.

В единадесетото измерение може да съществува нов математически обект, наречен мембрана (нещо като повърхността на една сфера). Тук беше направено едно смайващо наблюдение: ако човек падне от единадесетте в десетте измерения, биха се появили всичките пет струнни теории, започвайки от една-единствена мембрана. Вследствие на това всичките пет струнни теории са само различни начини за спускане на една мембрана от единадесетте в десетте измерения.

(За да онагледя визуално тази мисъл, ще ви предложа да си представите водна топка с кръгло ластиче, което е опънато около екватора. Представете си, че вземате ножици и разрязвате водната топка два пъти, веднъж над и веднъж под кръглото ластиче, като по този начин отрязвате горната и долната част на водната топка. Всичко, което остава, е кръглото ластиче — една струна. По същия начин, ако свием единадесетото измерение, всичко, което остава, е мембраната на неговия екватор, която представлява струна. На практика от математическа гледна точка има пет начина, по които може да протече разрязването, което ще ни остави пет различни струнни теории в десет измерения.)

Единадесетото измерение ни дава нова визуална представа. То означава и че може би самата вселена е мембрана, която се носи из едно единадесетизмерно пространство-време. Освен това не всичките измерения трябва да бъдат толкова малки. На практика някои от тях биха могли да бъдат наистина безкрайни.

Това разкрива възможността нашата вселена да съществува в една мултивселена от други вселени. Представете си голяма група от носещи се безцелно сапунени мехурчета или мембрани. Всяко сапунено мехурче представлява цяла вселена, която се движи върху по-голямата арена на единадесетизмерното хиперпространство. Тези мехурчета могат да се съединят с други мехурчета или да се разделят и дори да изскачат от нищото и да изчезват в него. Може би ние живеем върху повърхността само на едно от тези мехурчета-вселени.

Макс Тегмарк от МТИ е на мнение, че след петдесет години „съществуването на тези «паралелни вселени» ще се оспорва не повече, отколкото е било оспорвано съществуването на другите галактики — наричани тогава «островни вселени» — преди 100 години“.92

Колко вселени предрича струнната теория? Смущаваща особеност на тази теория е, че има трилиони трилиони възможни вселени, като всяка от тях е съвместима с относителността и с квантовата теория. Според някои изчисления може да има гугъл такива вселени. (Един гугъл е единица, следвана от 100 нули.)

В нормални условия поддържането на връзка между тези вселени е невъзможно. Атомите на нашето тяло са като мухи, хванати от мухоловка. Можем да се движим свободно в три измерения по нашата мембранна вселена, но не можем да изскочим от нея в хиперпространството, защото сме залепени за нея. Но тъй като гравитацията представлява деформация на континуума пространство-време, тя може да се носи свободно в пространството между вселените.

Всъщност има една теория, според която тъмната материя — невидимата форма на материята, която обгръща Галактиката, — може да бъде обикновена материя, която се носи безцелно из една паралелна вселена. Както се случва в романа на Х. Дж. Уелс „Невидимия“, един човек ще стане невидим, ако се носи точно над нас в четвъртото измерение. Представете си два успоредни листа хартия, като някой се носи върху единия лист, точно над другия.

По същия начин е изказана хипотезата, че тъмната материя може да е обикновена галактика, която се рее над нас в друга мембранна вселена. Бихме могли да усетим гравитацията на тази галактика, тъй като гравитацията се просмуква между вселените, но другата галактика ще бъде невидима за нас, защото светлината се движи под нея. По този начин Галактиката ще притежава гравитация, но ще бъде невидима, което се съгласува с описанието на тъмната материя. (Но има още една възможност — тъмната материя да представлява следващата вибрация на суперструната. Всичко, което виждаме около нас, като атомите и светлината, не е нищо друго освен най-ниската вибрация на суперструната. Тъмната материя може да е следващата по-висока серия от вибрации.)

Разбира се, повечето от тези паралелни вселени вероятно са безжизнени, тъй като се състоят от безформен газ от субатомни частици като електрони и неутрина. В тези вселени протонът е нестабилен, затова цялата материя такава, каквато я знаем, бавно ще се разложи и разпадне. Сложната материя, която се състои от атоми и молекули, вероятно няма да бъде възможна в много от тези вселени.

Други паралелни вселени биха могли да бъдат просто противоположни, като притежават сложни форми на материя, които надминават всичко, което можем да си представим. Вместо само един тип атом, който се състои от протони, неутрони и електрони, те биха могли да имат поразителен набор от други типове стабилна материя.

Тези мембранни вселени ще се сблъскат по всяка вероятност, създавайки космически фойерверки. Някои физици в Принстън смятат, че може би нашата вселена е започнала съществуването си като две гигантски мембрани, които са се сблъскали преди 13,7 милиарда години. Според тях шоковите вълни от този катастрофален сблъсък са създали нашата вселена. Забележителен е фактът, че когато експерименталните последствия от тази странна идея биват изследвани, те съвпадат с резултатите, получени от спътника WMAP, който понастоящем се движи в орбита около Земята. (Това се нарича теорията „голямото пръскане“.)

Теорията за мултивселената разполага с поне един факт в своя подкрепа. Когато анализираме природните константи, ще установим, че те са „настроени“ много прецизно, за да позволят съществуването на живота. Ако увеличим големината на ядрената сила, в такъв случай звездите ще изгорят прекалено бързо, за да породят живот. Ако намалим големината на ядрената сила, в такъв случай звездите никога няма да пламнат изобщо и животът също няма да може да съществува. Ако увеличим силата на гравитацията, нашата вселена ще загине бързо в едно голямо хрускане. Ако намалим силата на гравитацията, Вселената ще се разшири бързо в едно голямо замръзване. На практика има десетки „случайности“, включващи природните константи, които позволяват съществуването на живот. Очевидно нашата вселена живее в „зона на Голдилокс“ с много параметри, като всички те са „фино настроени“ да допуснат съществуването на живот. Така че или ни остава да стигнем до заключението, че някакъв Бог е избрал нашата вселена като „подходяща“ за допускане на съществуването на живот, или има милиарди паралелни вселени, като много от тях са безжизнени. Както казва Фрийман Дайсън: „Вселената сякаш е знаела, че ние идваме.“

Сър Мартин Рийс от Кеймбриджкия университет пише, че тази фина настройка на практика е убедително доказателство за съществуването на мултивселената. Има пет физични константи (като големината на различните сили), които са фино настроени да допускат съществуването на живот и той вярва, че има и безкрайно много вселени, в които природните константи не са съвместими с живота.

Това е т.нар. „антропен принцип“. Според слабата версия просто нашата вселена е фино настроена да допуска съществуването на живот (на първо място, защото сме тук, за да изкажем това твърдение). Според силната версия може би нашето съществуване е било страничен резултат от проект или замисъл. Повечето космолози биха се съгласили със слабата версия на антропния принцип, но се води ожесточен спор по въпроса дали антропният принцип е нов научен принцип, който може да доведе до нови открития и резултати, или е само очевидно твърдение.

Освен по-висшите измерения и мултивселената има още един тип паралелна вселена — тип, който е причинявал главоболия на Айнщайн и който продължава да обърква физиците днес. Това е квантовата вселена, предсказана от обикновената квантова механика. Парадоксите в рамките на квантовата физика изглеждат толкова неразрешими, че Нобеловият лауреат Ричард Файнман обича да казва, че никой не разбира наистина квантовата теория.

По ирония на съдбата, въпреки че квантовата теория е най-сполучливата теория, предлагана някога от човешкия разум (като често достига точност от порядъка на едно на 10 милиарда), тя е изградена върху пясък от шанс, късмет и вероятности. За разлика от Нютоновата теория, която дава точни и ясни отговори на движението на обектите, квантовата теория може да посочва само вероятности. Чудесата на модерната епоха като лазерите, интернета, компютрите, телевизията, клетъчните телефони, радара, микровълновите фурни и т.н. — всички те са основани на подвижните пясъци на вероятностите.

Най-яркият пример за тази главоблъсканица е прочутият проблем с „котката на Шрьодингер“ (формулиран от един от създателите на квантовата теория, който, колкото и парадоксално да звучи, предложил проблема, за да опровергае тази вероятностна интерпретация). Шрьодингер се надсмял над интерпретацията на своята теория, като твърдял следното: „Ако човек трябва да се заяде с тези проклети квантови скокове, съжалявам, че изобщо съм се замесил в тази работа.“93

Парадоксът с котката на Шрьодингер е следният. Една котка е поставена в запечатана кутия. Вътре в нея към котката е насочено оръжие (а спусъкът е свързан с гайгеров брояч, поставен до парче уран). Обикновено когато урановият атом се разпада, той задейства гайгеровия брояч, а после и оръжието и котката бива убита. Урановият атом може или да се разпадне, или да не се разпадне. Котката е или мъртва, или жива. Това е само пример за разумно разсъждение.

Но в квантовата теория не знаем със сигурност дали уранът се е разпаднал. Затова трябва да добавим две възможности, като прибавим вълновата функция на един разпаднал се атом към вълновата функция на един непокътнат атом. Но това означава, че за да опишем котката, трябва да добавим двете състояния на котката. Затова котката не е нито мъртва, нито жива. Тя е представена като сумата от една мъртва и една жива котка!

Както пише Файнман, квантовата механика „описва природата като нещо абсурдно от гледна точка на здравия разум. И това се потвърждава напълно от експериментите. Затова се надявам, че можете да приемете природата като нещо абсурдно!“94

Според Айнщайн и Шрьодингер това е нелепо. Айнщайн вярвал в „обективната реалност“, в представата на здравия разум — Нютонов възглед, според който обектите съществуват в определени състояния, а не като сума от много възможни състояния. Но тази странна интерпретация стои в центъра на модерната цивилизация. Без нея модерната електроника (и самите атоми в нашето тяло) ще престанат да съществуват. (В обичайния свят понякога се шегуваме, че е невъзможно една жена да бъде „малко бременна“. Но в квантовия свят положението е още по-лошо. Ние съществуваме едновременно като сумата от всички възможни телесни състояния: небременна, бременна, дете, възрастна жена, тийнейджър, кариеристка и др.).

Има няколко начина за решаване на този крайно неприятен парадокс. Основателите на квантовата теория са последователи на Копенхагенската школа, според която щом отворите кутията, правите измерване и можете да определите дали котката е мъртва или жива. Вълновата функция е „колапсирала“ в едно-единствено състояние и здравият разум взема връх. Вълните са изчезнали, оставяйки след себе си само частици. Това означава, че сега котката изпада в определено състояние (тя е или мъртва, или жива) и вече не се описва с вълнова функция.

Така има една невидима бариера, която разделя странния свят на атома от макроскопичния свят на хората. Що се отнася до атомния свят, всичко се описва от вълните на вероятността, в която атомите могат да бъдат на много места по едно и също време. Колкото е по-голяма вълната на едно място, толкова е по-голяма вероятността да бъде открита частицата в тази точка. Но в случая с големите обекти тези вълни са колапсирали и обектите съществуват в определени състояния и вследствие на това здравият разум взема връх.

(Когато идвали гости в къщата на Айнщайн, той сочел към Луната и казвал: „Дали Луната съществува, защото една мишка гледа към нея?“ В известен смисъл отговорът на Копенхагенската школа може да е положителен.)

Повечето университетски учебници по физика се придържат ревностно към първоначалната Копенхагенска школа, но много физици изследователи са се отказали от нея. Днес притежаваме нанотехнологии и можем да манипулираме отделните атоми, така че тези, които изникват от нищото и изчезват в него, ще бъдат манипулирани по желание на експериментатора, като бъдат използвани сканиращи тунелни микроскопи. Няма невидима „стена“, която разделя микроскопичния от макроскопичния свят. Има континуум.

В момента няма съгласие по това как да решим този въпрос, който нанася удар в самото сърце на модерната физика. На конференциите много теоретици водят разгорещено съперничество с други. Според една гледна точка, споделяна от малцинството, трябва да има „космическо съзнание“, което прониква цялата вселена. Обектите изскачат наяве и започват да съществуват, когато бъдат направени измервания, а измерванията биват извършвани от съзнаващи същества. Вследствие на това трябва да има космическо съзнание, което прониква цялата вселена и определя състоянието, в което се намираме. Някои учени, като Нобеловия лауреат Юджийн Уигнър, твърдят, че това доказва съществуването на Бог или на някакво космическо съзнание. (Уигнър пише: „Не е било възможно да бъдат формулирани законите (на квантовата теория) по напълно последователен начин без позоваване на съзнанието.“ Всъщност той дори проявил интерес към индуистката философия Веданта, според която Вселената е проникната от едно всеобхватно съзнание.)

Друга гледна точка върху парадокса е идеята за „много светове“, предложена от Хю Евърет през 1957 година.95 Според нея Вселената просто се разделя наполовина, като има една жива котка в едната половина и една мъртва котка в другата половина. Това означава, че огромно размножаване или разклоняване на паралелните вселени протича всеки път когато стане квантово събитие. Всяка вселена, която може да съществува, прави това. Колкото е по-странна Вселената, толкова по-малко вероятно е това да се случи, но тези вселени съществуват. Това означава, че има паралелен свят, в който нацистите са спечелили Втората световна война или свят, в който Испанската армада никога не е била побеждавана и всички говорят на испански. В другите светове вълновата функция никога не колапсира. Тя просто продължава по пътя си, като игриво се разделя на безброй вселени.

Както е казал физикът Алън Гът от МТИ: „Има вселена, в която Елвис е още жив, а Ал Гор е президент.“ Нобеловият лауреат Франк Вилчек казва: „Преследвани сме от чувството, че безкрайно много леко изменени наши копия живеят своя паралелен живот и че всеки момент още двойници започват да съществуват и поемат по пътя на много алтернативни бъдещета.“96

Една гледна точка, която придобива популярност сред физиците, е свързана с нещо, наречено „декохерентност“. Според тази теория всички паралелни вселени са възможни, но нашата вълнова функция е декохерирала от тях (т.е. тя вече не вибрира в унисон с тях) и вследствие на това не си взаимодейства с тях. Това означава, че вътре във вашата всекидневна вие съществувате едновременно с вълновата функция на динозаври, извънземни, пирати и еднорози, като всички те вярват твърдо, че тяхната вселена е „истинската“, но ние вече не сме „настроени на една вълна“ с тях.

Според Нобеловия лауреат Стив Уайнбърг това прилича на настройването на радиото във вашата всекидневна. Знаете, че всекидневната е залята от сигнали от десетки радиостанции от цялата страна, както и от света. Но радиото ви е настроено така, че да приема само една станция. То е „декохерирало“ от всички други станции. (В обобщението Уайнбърг отбелязва, че идеята за „многото светове“ е „жалка идея, откъсната от другите идеи“.)

В такъв случай дали съществува вълновата функция на една зла Федерация на планетите, която ограбва по-слабите планети и избива своите врагове? Може би, но ако е така, ние сме декохерирали от тази вселена.

Когато Хю Евърет обсъждал своята теория за „много светове“ с други физици, той се натъкнал на объркване и безразличие. Един от тези физици, Брайс Деуит от университета в Тексас, отправил възражения срещу теорията му, защото „просто не могъл да се почувства разделен“. Но Евърет казал, че това прилича на начина, по който Галилео е отговорил на критиците си, които казали, че не могат да усетят движението на Земята. (Накрая Деуит бил спечелен на страната на Евърет и станал водещ защитник на теорията.)

Десетилетия наред теорията за „много светове“ чезнела в неизвестност. Просто била прекалено фантастична, за да е вярна. Съветникът на Евърет в Принстън Джон Уилър накрая стига до заключението, че към тази теория е прикачен прекалено много „излишен багаж“. Но една от причините, поради които теорията на Евърет точно сега изведнъж излезе на мода е, че физиците се опитват да приложат квантовата теория върху последния обект, който е устоял на квантуването: самата вселена. Прилагането на принципа на неопределеността върху цялата вселена по естествен път води до една мултивселена.

Концепцията „квантова космология“ на пръв поглед изглежда като противоречие в термините: квантовата теория има за свой обект безкрайно малкия свят на атома, докато космологията има за свой обект цялата вселена. Но помислете върху следното: в мига на Големия взрив Вселената е била много по-малка от един електрон. Всеки физик е съгласен с твърдението, че електроните трябва да се квантуват, т.е. да се опишат чрез вероятностно вълново уравнение (уравнението на Дирак) и могат да съществуват в паралелни състояния. Вследствие на това, ако електроните трябва да се квантуват и ако Вселената някога е била по-малка от електрон, в такъв случай Вселената също трябва да съществува в паралелни състояния — теория, която по естествен път води до „мултисветовен“ подход.

Копенхагенската интерпретация на Нилс Бор обаче се натъква на проблеми, когато бъде приложена върху цялата вселена. Въпреки че Копенхагенската интерпретация се изучава във всеки университетски курс по квантова механика на Земята, тя зависи от един „наблюдател“, който прави наблюдение и колапсира вълновата функция. Процесът на наблюдение е абсолютно необходим за определянето на макроскопичния свят. Но как е възможно човек да се намира „извън“ Вселената, докато наблюдава цялата вселена? Ако една вълнова функция описва Вселената, как е възможно един „външен“ наблюдател да колапсира вълновата функция на Вселената? Всъщност някои смятат невъзможността Вселената да бъде наблюдавана „отвън“ за фатален недостатък на Копенхагенската интерпретация.

В „мултисветовния“ подход решението на този проблем е просто: Вселената просто съществува в много паралелни състояния, като всички те се определят от една главна вълнова функция, наречена „вълновата функция на Вселената“. В квантовата космология Вселената е започнала съществуването си като квантова флуктуация на вакуума, т.е. като съвсем малко мехурче в пространствено-времевата пяна. Повечето бебета-вселени в пространствено-времевата пяна имат Голям взрив, а веднага след това настъпва Голям срив. Ето защо никога не ги виждаме, тъй като те са изключително малки и краткотрайни, като изникват и изчезват във вакуума с танцови движения. Това означава, че дори „нищото“ кипи от бебета-вселени, които изскачат от него и изчезват в него, но в мащаб, който е прекалено малък, за да бъде открит от нашите апаратури. Но по някаква неизвестна причина едно от мехурчетата в пространствено-времевата пяна не е колапсирало отново по време на Голям срив, а е продължило да се разширява. Това е нашата вселена. Според Алън Гът това означава, че цялата вселена е един безплатен обяд.

В квантовата космология физиците започват с аналога на уравнението на Шрьодингер, което управлява вълновата функция на електроните и атомите. Те използват уравнението на Деуит-Уилър, което влияе върху „вълновата функция на Вселената“. Обикновено вълновата функция на Шрьодингер се определя във всяка точка в пространството и времето и вследствие на това можете да изчислите възможностите да откриете един електрон в тази точка в пространството и времето. Но „вълновата функция на Вселената“ се определя във всички възможни вселени. Ако стане така, че вълновата функция на Вселената е голяма, когато бъде определена в случая с една специфична вселена, това означава, че е напълно възможно Вселената да се намира в това особено състояние.

Хокинг лансира тази гледна точка. Той твърди, че нашата вселена заема специално място сред другите вселени. Вълновата функция на Вселената е голяма за нашата вселена и достига почти нула за повечето други вселени. Така има малка, но ограничена вероятност, да е възможно и други вселени да съществуват в мултивселената, но вероятността при нашата е по-голяма. Всъщност Хокинг се опитва да извлече инфлацията по този начин. Според тази представа една вселена, която се разширява, е просто по-вероятна от вселена, която не го прави и вследствие на това нашата вселена се е раздула.

Теорията, че Вселената се е появила от „нищото“ на пространствено-времевата пяна, може да изглежда напълно недоказуема, но тя се съгласува с някои прости наблюдения. Първо, много физици са изтъквали, че е поразителен фактът, че общото количество на положителните и отрицателните заряди в нашата вселена възлиза точно на нула, поне в рамките на експерименталната точност. Допускаме, че в открития космос гравитацията е доминиращата сила, но това е само защото положителните и отрицателните заряди се уравновесяват точно. Ако имаше дори най-слабо нарушение на равновесието между положителните и отрицателните заряди на Земята, то можеше да се окаже достатъчно за разкъсването на планетата, тъй като щеше да преодолее гравитационната сила, която крепи в едно цяло Земята. Един прост начин да обясним защо съществува равновесие между положителните и отрицателните заряди е като приемем, че нашата вселена се е появила от „нищото“, а то има нулев заряд.

Второ, нашата вселена има нулев спин. Въпреки че години наред Курт Гьодел се опитва да покаже, че Вселената се върти, като събирал спиновете на различните галактики, днес астрономите смятат, че общият спин на Вселената е нулев. Явлението би се обяснило лесно, ако Вселената е изникнала от „нищото“, тъй като то има нулев спин.

Трето, възникването на нашата вселена от нищото би спомогнало да се обясни защо общото съдържание на материята и енергията във Вселената е толкова малко, като може би е дори нулево. Когато съберем положителната енергия на материята и отрицателната енергия, свързана с гравитацията, двете като че ли се уравновесяват взаимно. Според общата относителност, ако Вселената е затворена и крайна, общото количество на материята й енергията във Вселената трябва да бъде точно нула. (Ако нашата вселена е отворена и безкрайна система, това не би трябвало да е вярно, но изглежда, че инфлационната теория показва, че общото количество на материята и енергията във Вселената е забележително малко.)

Това положение оставя неразрешени някои мъчителни въпроси: Ако физиците не могат да изключат възможността да съществуват няколко типа паралелни вселени, то ще бъде ли възможно да осъществим контакт с тях? Да ги посетим? Или може би същества от други вселени са ни посещавали — дали и това е възможно?

Контактът с други квантови вселени, които са декохерирали от нас, изглежда крайно неправдоподобен. Причината, поради която сме декохерирали от тези други вселени, е, че нашите атоми са се блъснали в безброй други атоми в околната среда. Всеки път когато протече сблъсък, вълновата функция на атома като че ли „колапсира“ малко, т.е. броят на паралелните вселени намалява. Всеки сблъсък ограничава броя на възможностите. Общият сбор на всички тези трилиони атомни „мини-колапси“ създава илюзията, че атомите на нашето тяло са колапсирали напълно в определено състояние. „Обективната реалност“ на Айнщайн е илюзия, създадена от факта, че разполагаме с толкова много атоми в нашето тяло, като всеки от тях се блъска в други, което всеки път ограничава броя на възможните вселени.

Положението е такова, сякаш гледаме към нефокусирано изображение през камера. То би съответствало на микросвета, където всичко изглежда неясно и неопределено. Но всеки път когато нагласите фокуса на камерата, изображението става все по-ясно. Това съответства на трилионите съвсем малки сблъсъци със съседните атоми, всеки от които намалява броя на възможните вселени. По този начин осъществяваме плавно прехода от неясния микросвят към макросвета.

Затова вероятността да взаимодействаме с друга квантова вселена, подобна на нашата, не е нулева, но намалява заедно с броя на атомите във вашето тяло. Тъй като има трилиони трилиони атоми във вашето тяло, шансът да взаимодействате с друга вселена, обитавана от динозаври или извънземни, е безкрайно малък. Можете да изчислите, че ще трябва да чакате много по-дълго, отколкото продължава животът на Вселената, за да се случи подобно събитие.

Така че контактът с една квантова паралелна вселена не може да бъде изключен, но той би бил изключително рядко събитие, тъй като сме декохерирали от тези други вселени. Но в космологията се натъкваме на различен тип паралелна вселена — една мултивселена от вселени, които съсъществуват взаимно, подобно на сапунени мехурчета, които се носят във вана. Контактът с друга вселена в мултивселената е различен въпрос. Несъмнено това би било трудно и изключително постижение, но то може да бъде възможно за цивилизация от III тип.

Както посочихме по-горе, енергията, необходима за отварянето на дупка в пространството или за увеличаване на пространствено-времевата пяна, е от порядъка на енергията на Планк, където цялата известна физика търпи неуспех. Пространството и времето не са стабилни при тази енергия и това оставя открита възможността да напуснем някога нашата вселена (ако приемем, че съществуват други вселени и не загинем по време на преминаването).

Това не е само академичен въпрос, тъй като всички интелигентни форми на живот във Вселената един ден ще трябва да решат какво да правят, тъй като ще наближи нейният край. В крайна сметка теорията за мултивселената може да се окаже спасението на всички форми на интелигентен живот в нашата вселена. Наскоро получените данни от спътника WMAP, който в момента се движи в орбита около Земята, потвърждават, че Вселената се разширява с увеличаваща се скорост. Един ден всички ние може да загинем по време на това, което физиците наричат голямото замръзване. Накрая цялата вселена ще почернее. Всичките звезди в небесата ще угаснат и Вселената ще се състои от мъртви звезди, неутронни звезди и черни дупки. Дори самите атоми на техните тела ще започнат да се разпадат. Температурите ще спаднат почти до абсолютната нула, правейки невъзможен живота.

Докато Вселената се приближава до този момент, една високоразвита цивилизация, която е изправена пред окончателната й гибел, може да обмисли предприемането на своето последно пътуване — пътуването до друга вселена. Тези същества ще трябва да избират между бялата смърт и напускането. Законите на физиката са смъртна присъда за всички интелигентни форми на живот, но в тези закони има клауза, която допуска измъкването.

Такава цивилизация ще трябва да овладее мощта на огромните атомни ускорители и лазерните снопове с големина на слънчева система или звезден куп, за да концентрира огромна енергия върху една-единствена точка така, че да достигне приказната енергия на Планк. Възможно е самото извършване на това да бъде достатъчно за отварянето на дупка-червей или на портал към друга вселена. Една цивилизация от III тип може да използва колосалната енергия, която има на свое разположение, за да отвори дупка-червей, докато извършва пътуване към друга вселена, напускайки нашата умираща вселена и започвайки всичко отначало.

Колкото и да изглеждат изсмукани от пръстите някои от тези идеи, те са били обмисляни сериозно от физиците. Например, когато се опитваме да разберем как е започнал Големият взрив, трябва да анализираме условията, които може да са довели до тази първоначална експлозия. С други думи, трябва да зададем въпроса: Как правите бебе-вселена в лабораторни условия? Андрей Линде от Станфордския университет, един от съавторите на идеята за инфлационната вселена, казва, че ако можем да създаваме бебета-вселени, то тогава „може би е време да дефинираме отново Бога като нещо, чиято роля е по-сложна от това да бъде само създател на Вселената“.

Идеята не е нова. Преди години, когато физиците изчислиха енергията, необходима за възпламеняване на Големия взрив, „хората веднага започнаха да се питат какво ще стане, ако натрупате много енергия на едно място в лабораторни условия — ако стреляте с много оръдия едновременно. Ще можете ли да концентрирате достатъчно енергия, за да предизвикате един мини Голям взрив?“, пита Линде.

Ако сте концентрирал достатъчно енергия в една-единствена точка, всичко, което ще постигнете, ще бъде колапс на континуума пространство-време в черна дупка, нищо повече. Но през 1981 г. Алън Гът от МТИ и Линде предложиха теорията за „инфлационната вселена“, която впоследствие предизвика огромен интерес сред космолозите. Според тази идея Големият взрив е започнал с турбозаредено разширение, което е протекло много по-бързо, отколкото са смятали учените преди това. (Идеята за инфлационната вселена решила ред трудно преодолими проблеми в космологията като например защо Вселената е толкова еднообразна. Накъдето и да погледнем, от едната част на нощното небе до противоположната страна, виждаме еднообразна вселена, въпреки че не е изминало достатъчно време след Големия взрив, за да влязат в контакт тези разделени от огромни разстояния региони. Отговорът на загадката, според теорията за инфлационната вселена гласи, че едно съвсем малко късче от континуума пространство-време, което било сравнително еднообразно, се е взривило, за да се превърне в цялата видима вселена.) За да стартира със скок раздуването, Гът допуска, че в началото на времето е имало съвсем малки мехурчета континуума пространство-време, едно от които се е раздуло невероятно много, за да се превърне в днешната вселена.

С един замах теорията за инфлационната вселена дава отговор на множество космологични въпроси. Нещо повече, тя се съгласува с всички данни, които се изливат днес от открития космос от спътниците WMAP и COBE. На практика тя безспорно е водещият кандидат за мястото на една теория на Големия взрив.

Обаче теорията за инфлационната вселена повдига поредица от неудобни въпроси. Защо това мехурче е започнало да се раздува? Какво е прекратило разширението, което е довело до появата на днешната вселена? Ако раздуването е протекло някога, то може ли то да настъпи отново? По ирония на съдбата, въпреки че инфлационният сценарий е водещата теория в космологията, почти нищо не е известно за това какво е предизвикало раздуването и защо то е спряло.

За да отговорят на тези мъчителни въпроси, през 1987 г. Алън Гът и Едуард Фери от МТИ задали друг хипотетичен въпрос: как една високоразвита цивилизация може да раздуе своя собствена вселена? Те вярвали, че ако успеят да отговорят на този въпрос, ще могат да бъдат в състояние да отговорят и на по-дълбокомисления въпрос защо Вселената е започнала да се раздува.

Те открили, че ако концентрирате достатъчно енергия в една-единствена точка, ще се образуват спонтанно съвсем малки мехурчета пространство-време. Но ако мехурчетата бъдат прекалено малки, те ще изчезнат обратно в пространствено-времевата пяна. Само ако мехурчетата бъдат достатъчно големи, ще могат да се разширят така, че да се превърнат в цяла вселена.

Отвън раждането на тази нова вселена няма да изглежда кой знае колко впечатляващо, като ще предизвика не по-силно впечатление от това, което се създава при детонирането на 500-килотонова атомна бомба. Ще изглежда така, сякаш едно малко мехурче е изчезнало от Вселената, оставяйки след себе си слаба ядрена експлозия. Но вътре в мехурчето може да изникне с разширение съвсем нова вселена. Представете си едно сапунено мехурче, което се разделя или отделя по-малко мехурче, създавайки сапунено мехурче-бебе. Съвсем малкото сапунено мехурче може да се разшири бързо в съвсем ново сапунено мехурче. Също така вътре във Вселената ще видите огромна експлозия на континуума пространство-време и създаването на цяла вселена.

След 1987 г. бяха предложени много теории, за да се провери дали внасянето на енергия може да накара едно голямо мехурче да се разшири така, че да се превърне в цяла вселена. Според най-общоприетата теория една нова частица, наречена „инфлатон“, е дестабилизирала континуума пространство-време, карайки тези мехурчета да се образуват и разширяват.

Последният спор избухна през 2006 г., когато физиците започнаха да гледат сериозно на едно ново предложение да бъде възпламенена бебе-вселена с монополюс. Въпреки че монополюсите — частици, които имат само един-единствен северен или южен полюс, — никога не са били наблюдавани, се смята, че те са заемали централно място в първоначалната ранна вселена. Те са толкова масивни, че е изключително трудно да бъдат създадени в лабораторни условия, но точно защото са толкова масивни, ако инжектираме още повече енергия в един монополюс, ще бъдем в състояние да възпламеним едно бебе-вселена, за да се разшири то и да се превърне в истинска вселена.

Защо физиците биха искали да създадат една вселена? Линде казва: „При тази перспектива всеки от нас може да стане бог.“ Но има една по-практична причина за желанието да създадем нова вселена: за да избегнем в крайна сметка евентуалната смърт на нашата вселена.

Някои физици доразвиват тази идея още по-нататък, до самите граници на научната фантастика, когато задават въпроса дали някакъв интелект може да е взел участие при проектирането на нашата вселена.

Според представата, изградена от Гът и Фери, една високоразвита цивилизация може да създаде бебе-вселена, но физическите константи (например масата на електрона и протона и големините на четирите сили) са същите като при нас. Но какво ще стане, ако една високоразвита цивилизация може да създава бебета-вселени, които се различават малко по отношение на своите фундаментални константи? В такъв случай бебетата-вселени ще бъдат в състояние да „еволюират“ с течение на времето, като всяко поколение на бебетата-вселени ще се различава малко от предишното.

Ако решим, че фундаменталните константи са „ДНК“-то на една вселена, това означава, че някаква форма на интелигентен живот може би ще бъде в състояние да създаде бебе-вселена с малко по-различно ДНК. Накрая вселените ще еволюират и онези от тях, които са се размножили, ще са тези, които са разполагали с най-качествено „ДНК“, позволило процъфтяването на форми на интелигентен живот. Физикът Едуард Харисън, уповавайки се на предишна идея, лансирана от Лий Смолин, предлага идеята за „естествен подбор“ между вселените. Вселените, които господстват в мултивселената, са точно тези, които притежават най-качественото ДНК, което е съвместимо със създаването на високоразвити цивилизации, които на свой ред създават още бебета-вселени. „Оцеляването на най-приспособения“ — това означава просто оцеляването на вселените, при които има най-благоприятни условия за създаването на високоразвити цивилизации.

Ако тази представа е вярна, това ще обясни защо фундаменталните константи на Вселената са „настроени фино“ да допуснат съществуването на живот. Това означава само че вселените с желани фундаментални константи, съвместими с живота, са вселените, които се размножават в мултивселената.

(Въпреки че идеята за „еволюцията на вселените“ е привлекателна, защото може да бъде в състояние да обясни проблема, породен от антропния принцип, трудността, пред която е изправена, е, че е недоказуема и нефалшифицируема. Ще трябва да чакаме, докато се сдобием със завършена теория на всичко, преди да можем да разберем тази идея.)

Понастоящем технологията е прекалено примитивна, за да разкрие присъствието на паралелни вселени. Затова всичко това би трябвало да бъде окачествено като спадащо към Клас II на невъзможните неща — като нещо, което е невъзможно днес, но не нарушава законите на физиката. Във времеви мащаб, вариращ от хиляди до милиони години, тези хипотези биха могли да станат основата на една нова технология за цивилизация от III тип.