Книга: Механика машины времени

Глава 14. Релятивистское Зазеркалье

Глава 14. Релятивистское Зазеркалье

Одной из главных констант в науке вообще, и физики времени в частности, является скорость света. Эта фундаментальная постоянная не только принципиально ограничивает нашу скорость передвижения в материальной среде, но разделяет мир частиц на две неравные части. Большую часть составляют тардионы, они обладают массой покоя и движутся медленнее света. Вторую категорию составляют люксоны, они лишены массы покоя и передвигаются исключительно со световой скоростью, сюда же входят и сами частицы света, или кванты электромагнитного излучения – фотоны.

Есть и еще один неформальный класс гипотетических частиц, куда входят такие неоткрытые объекты, как гравитоны, передающие действие силы гравитации, и тахионы, летящие со сверхсветовыми скоростями.

Последние теоретически предсказал в 1967 году американский физик Джеральд Фейнберг (независимо от индийского теоретика Эннакала Сударшана).

Вот только сами тахионы с тех пор, как их теоретически открыли, так и не попались на глаза ученым. Их свойства приходится описывать заочно, причем первое, что бросается в глаза, – это запрет на существование сверхсветовых скоростей в теории относительности. Хотя, строго говоря, это неверно, ведь, по теории Эйнштейна, лишь тела, обладающие массой, не могут обогнать свет. Тахионы, лишенные массы покоя, вполне вписываются во все уравнения этой теории и разве только, как шутят физики, «противоречат ее духу».

Шутки шутками, но если тахионы удастся обнаружить, в этом не будет ничего удивительного. В физике не раз бывало так, что элементарная частица, рожденная на кончике пера, вскоре начинала жить самостоятельной жизнью в лабораториях экспериментаторов. Так было с позитронами, антипротонами, нейтрино и кварками. Все они были вначале описаны, а потом найдены. Вот и свойства тахионов достаточно подробно предсказаны сторонниками их существования.

Схематичные модели тахионов:

а) Тахионы, как и фотоны, не могут находиться в состоянии покоя; их масса покоя является величиной мнимой; б) теряя энергию, тахион лишь увеличивает свою скорость. Когда его энергия близка к нулю, скорость движения становится бесконечно велика. И, наоборот, поглощая энергию, тахион замедляет свое движение; теперь его скорость близка к световой; в) в мире тахионов время течет вспять: из будущего в прошлое. Быть может, если бы мы могли наблюдать тахионы, мы предсказывали бы будущее с безукоризненной точностью.

В научной фантастике с помощью сверхсветовой тахионной связи информация из будущего направляется в прошлое, чтобы повлиять на еще не произошедшее. Таким образом, тахионы являются совершенно незаменимыми деталями для любой машины времени. Вот только можем ли мы, состоящие из тардионов, ставить эксперименты с элементами, сложенными из совсем иной материи? Не запрещено ли это законами природы?

В действительности, проектирование тахионных устройств сразу же приводит к парадоксам, например, если запрограммировать тахионный силовой агрегат так, чтобы он взорвался в определенное время, получив предварительный приказ, отправленный после взрыва. Но если машина в самом деле получит предварительную команду и спустя некоторое время взорвется, то никакой приказ никогда не отправится из прошлого. А если этого не произойдет и она не взорвется, в этом случае приказ будет отправлен… Возникает цепь логических неувязок, связанных с тем, что устройство взорвется, если… не взорвется.

Подобные неувязки обычно служат главным возражением против существования тахионов. Если бы к нам беспрерывно прилетали вести из будущего, мир превратился бы в хаос, в котором исчезло бы всякое представление о причинах и следствиях. И хотя большинство физиков твердо придерживается такого мнения, все же вполне возможно, что ученые не совсем точно представляют себе все возможности мира тахионов?

А вообще, всегда ли мы правы, стремясь дойти в происходящем до сути – до четкой картины причин и следствий? Некоторые исследователи полагают, что уже в опытах наших современников удается проникать в таинственный мир тахионов. Время от времени из какой-нибудь научной лаборатории приходит известие о том, что в эксперименте удалось достичь сверхсветовой скорости. Однако всякий раз оказывалось, что результаты опытов были несколько иными, более прозаичными.

Если же тахионы никак не взаимодействуют с материей, то и обнаружить их нельзя. Мир тахионов, образно говоря, «параллелен» нашему миру; они не пересекаются друг с другом. Мы можем описывать тахионы на языке математики, но эти формулы не оживут для нас ни в одном эксперименте.

Но отбрасывать саму идею тахионов нельзя, говорят энтузиасты. Тахионы могут существовать отнюдь не перечеркивая теорию Эйнштейна, а вписываясь в нее – пусть даже на сверхсветовых скоростях! Но ведь, согласно законам теории относительности, по мере приближения скорости любого тела к скорости света масса этого тела катастрофически возрастает, так как вместе со скоростью тела растет и его энергия.

Запрет на достижение сверхсветовых скоростей распространяется на обычные частицы, которые обладают массой покоя и двигаются с досветовыми скоростями. А в случае тахионов такой запрет не действует – их масса покоя является величиной мнимой, и движутся они только быстрее света, потому что не могут двигаться медленнее или точно с той же скоростью. В принципе здесь нет ничего необычного, ведь мы не удивляемся тому, что частицы света – фотоны – рождаются сразу же при движении со скоростью света.

Тахионы имеют еще одно необычное свойство. При взаимодействии с окружающей средой они не теряют энергию, а приобретают ее, при этом не замедляются, а ускоряются! А если каким-нибудь способом сообщить тахиону дополнительную энергию? Скорость станет меньше. Но чтобы снизить скорость до светового барьера, этой энергии понадобится так же много, как и обычной частице для разгона. Итак, чем тахион быстрее, тем он беднее энергией.

Вообще говоря, тахионы не столь уж невозможно парадоксальны. Физика знает не менее удивительные ситуации. Например, у фотона масса покоя равна нулю, и тем не менее фотон реален. И в ходе эксперимента удается измерять время существования тахионов, фиксируя вполне реальные энергию и импульс.

Можно в очередной раз удивляться тому, как современная физика обращается со здравым смыслом. Но не будем забывать, что это не наука зачеркивает здравый смысл, это сегодняшний здравый смысл выступает против себя вчерашнего. Тахионы появились, разумеется, как частицы гипотетические, но теоретически исследовать их стали только после того, как выяснили, что законы физики не налагают на них прямого запрета. А искать их в экспериментах стали тогда, когда исследователи встретились с загадками, к которым в качестве отгадки вполне подошли бы тахионы.

Экспериментаторы пытались получить тахионы на мощных ускорителях. Но обычные частицы, что бы с ними на этих ускорителях ни проделывали, отказывались рождать тахионы (или же ученые просто не умели эти тахионы ловить).

Не нашли тахионы и в космических лучах. Между тем, по одной из гипотез, самые обыкновенные фотоны, частицы света, должны распадаться на тахионы и антитахионы. При этом получается, что Вселенная буквально насыщена потоками тахионов. Может быть, все дело в том, что мы не умеем их ловить, регистрировать, как совсем недавно не умели ловить нейтрино, еще раньше – позитроны, нейтроны, а до этого – даже обыкновенные радиоволны? Может, тахионы ищут не там?

Если тахионы все же взаимодействуют с обычным веществом, то тут-то и начинается подлинная фантастика. Потому что сам факт существования тахионов приводит к странным вещам, которые в определенных условиях должны происходить и со временем, и с причинно-следственной связью, той самой связью, на которой держится наш огромный мир. Речь идет о возможности путешествия в прошлое, правда, только для элементарных частиц (с визитом к Ивану Васильевичу /Грозному/ придется несколько повременить), хотя и при этом возможно, что причина и следствие поменяются местами во времени. Фантастика придумала много способов разрешить этот парадокс или хотя бы как-то обойти его.

Главным здесь является понятие «петля времени». Этот термин уже встречался в нашей книге и означает логический парадокс при совершении в прошлом действия, изменяющего уже состоявшееся настоящее. В научных трудах, посвященных физике микромира, также можно встретиться с понятием «петля времени», которое вытекает из определенных теоретических предпосылок. Но, как следует из формул, никакие превращения не нужны для образования петли времени, если мы имеем несколько связанных друг с другом источников тахионов. Каждый новый сигнал будет получен не позже, как следовало бы, а раньше предыдущего. Но самое любопытное – это то, что тахион при переходе к другой системе координат может оказаться в ней частицей с отрицательной энергией, а также то, что он может двигаться обратно во времени из будущего в прошлое.

Таким образом, тахионы, предстающие частицами, существование которых сразу возможно и невозможно, воплощают парадоксальность современной физики. Формально ученые принимают подобные частицы с отрицательной энергией за античастицы с положительной энергией, двигающиеся во времени в обычном направлении.

Аналогичным образом когда-то решил проблему позитрона знаменитый теоретик Поль Дирак. Он предложил рассматривать позитрон, то есть частицу с массой электрона, но заряженную положительно, просто-напросто как пустое место, дырку на сплошном фоне обычных электронов с отрицательным зарядом.

Поль Дирак (1902–1984)

Выдающийся британский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики.

Из этого многие ученые делают простой вывод: тахионов или нет, или их взаимодействие с обычными частицами невозможно. Другие ученые предлагают усложнить само представление о причинности, как уже усложнились в современной физике многие представления, считая, что в особых случаях следствие может опережать при – чину.

Однако никакие самые тонкие эксперименты не показали нам пока, что такое явление возможно. А критерием истинности любой теории является ее опытное подтверждение. Здесь у физиков есть устойчивое мнение, что если тахионы существуют, и связанные с ними парадоксы имеют место, то сфера их проявления – ультрамалые пространства и сверхкраткие временные интервалы. Тут возникает любопытный вопрос: а стоит ли иметь сверхсветовые скорости, чтобы прилагать их в таком масштабе?

Но, во-первых, силы, сжимающие атомное ядро, действуют тоже на очень маленьких расстояниях, однако лишь благодаря им существует окружающий нас мир материальных тел. И вполне может быть, что тахионы также играют в нашей Вселенной не менее важную роль. Ну, а во-вторых, теоретически изучаемые на тахионах парадоксы движения со сверхсветовой скоростью еще могут пригодиться на практике. Ведь обязательно придет время, когда ученые начнут практические исследования возможностей преодоления светового предела скорости.