По моему мнению, фантасты нанесли весьма значительный вред своими концепциями быстрых космических полетов, потому что в основе лежит неверная идея абсолютного времени. Абсолютного времени нет, согласовать часы, между которыми есть хоть какое-то расстояние (то есть, любую пару часов) нельзя в принципе. Можно только для взаимно неподвижных часов, но саму взаимную неподвижность проверить можно только с задержкой. В обычных условиях это неважно, слишком малы задержки и рассинхронизация. А вот прыжки к Магелланову облаку — вещь более серьезная и там такое игнорирование приводит к серьезным ошибкам. Однако в научно-фантастических романах герои летают по галактике и возвращаются к отмеченной в календарике дате. Как будто во Владивосток сгоняли: далеко, но отчего бы и нет.
Все эти прыжки, джампы, гиперы, нуль-транспортировки, врата, туннельные эффекты и что только ещё не — являются потенциальными машинами времени, то есть позволяют при подходящих условиях перейти в своё же прошлое.
Опять-таки, по моему мнению это означает, что их не существует. То есть описанное в книгах является такой же выдумкой, как сжигающий молекулы воздуха лазер, вечные двигатели, сотворение золота из ничего и прохождение сквозь стены силой мысли.
Но некоторые концепции имеют флёр научной достоверности, поскольку соответствующие решения уравнений ОТО существуют. Пусть и с натяжкой. Давайте допустим, что что-то из этого не исключается пока неизвестными нам законами квантовой гравитации или ещё чем-то и потенциально может быть реализовано.
Мне хотелось бы поделиться своими соображениями. Это не общеизвестные вещи, а мои собственные размышления.
Итак.
Я предлагаю разделить все способы на два класса: с изменением топологии пространства и с изменением геометрии при сохранении топологии.
Чтобы не вдаваться в разъяснение математических терминов, давайте использовать простой пример: Землю. Её поверхность является двумерным пространством (ещё говорят "многообразием"): сферой. Допустим, мы можем мять и растягивать эту сферу: это изменение геометрии, но с точки зрения топологии это всё равно сфера. А можем, к примеру, прорыть туннель по диаметру шара: вот это уже не сфера топологически, а тор-бублик. Другой топологический тип.
К первому классу относятся, например, червоточины (кротовые норы). Они изменяют топологию пространства, являясь, по сути, аналогами туннелей в Земле. Ко второму относим пузырь Алькубьерре и подобные идеи: геометрия изменена, но топологически тип пространства тот же.
Теперь смотрим на Землю. Вот есть два города; кратчайшее расстояние между ними задает дуга "большого круга". Но ведь их две!
Пусть для простоты оба города на экваторе. И не диаметрально противоположны. Они делят экватор на две дуги: одна покороче, другая подлиннее. И кратчайшее расстояние доставляет именно более короткая.
А вот более длинная не является кратчайшей, даже локально (среди близких к ней). Не является она и длиннейшей, разумеется. Единственное, что можно сказать, это что она стационарна: если ее чуть-чуть изменить, то длина практически не изменится. Она кратчайшая, если на нее поместить еще несколько городов, которые необходимо посетить.
Ещё раз. Есть две дуги, одна кратчайшая, она и есть расстояние между городами. Другая — просто некий путь, стационарный (то есть "прямой с точки зрения пространства"), а так это просто некоторый путь, совсем не обязательно короткий даже локально.
Растянем наш шар вдоль оси между полюсами, превратив бывший шар в "дыню". Топологически поверхность осталась типа сферы. Кратчайший путь остался таким же, второй тоже не изменился. Правда, теперь второй путь минимален локально: среди близких к нему путей он самый короткий.
Теперь пусть короткий путь почему-то запрещён. Река, океан, болото, пропасть, лес с лешими и разбойниками, горный хребет. Строго формулируя, имеет место разрез по меридиану, от полюса до полюса. Это меняет топологический тип пространства: это уже не сфера, а какое-то многообразие с краем. Кратчайшим расстоянием станет то, что на шаре было длинной дугой экватора.
Это "прямой" путь (геодезическая), и притом кратчайший из всех путей, соединяющих точки и полностью лежащий в многообразии.
Теперь вдруг топологический тип поменялся: засыпали пропасть, построили мост или туннель, научились строить корабли или самолеты, перебили разбойников и построили дорогу или осушили болото. Теперь кратчайший путь тот, что был на сфере, а бывший длинный кусок геодезической перестал быть кратчайшим. Он утратил свое значение.
Теперь пусть существуют червоточины. Они меняют топологический тип пространства и открывают новый кратчайший путь между двумя точками. А старый кратчайший путь... теряет своё значение! Он остается "прямым", то есть геодезической, может он даже локально кратчайший, но кратчайший теперь другой.
И это важно.
В причинно-следственной связи могут находиться только те события, интервал между которыми времени-подобен. События — точки в пространстве-времени, и в заданной системе координат имеют три пространственные координаты и одну временную. В плоском пространстве времени-подобный интервал получается, если расстояние в световых годах меньше, чем время между событиями в годах. В разных координатах расстояние и время могут быть разными, но интервал всегда один и тот же.
И вот у нас две точки, между которыми в некоторых координатах 500 световых лет, и разделены они в этих координатах временем в один год. Это не времени-подобный интервал. В разных координатах эти точки могут идти в разном порядке во времени. Между ними не может быть причинно-следственной связи.
Но мы проделали что-то, изменив топологию пространства, и обрели короткий путь между точками. Теперь между ними совсем маленькое расстояние. И вот тут два варианта: либо этот "туннель" связывает точки с разным координатным временем, либо с одним и тем же, в точности или приблизительно.
В первом случае нет никакого сверхсветового движения. Пройдя коротким путем сто метров, мы попадаем на 500 лет вперед. Вернувшись, окажемся в будущем, скакнув на тысячу лет от старта. Потому что метрика такая, кто же вам виноват.
Во втором случае интереснее. Мы проходим сто метров и оказываемся у далекой звезды, потратив на это какие-то минуты личного времени. Но тогда события "тут сейчас" и "там через час", в выбранных координатах, оказываются причинно связанными, так как их теперь разделяет времени-подобный интервал. Потому что идти недалеко теперь.
Ну например, если мы проколем проход к звезде типа Солнца, до которой миллион световых лет, но через прокол получается 8 световых минут, то мы получим второе Солнце! Через прокол будут проходить свет и тепло, и греть Землю. И то, что до этого Солнца-2 можно добраться обычным путем за миллион лет, уже не так интересно. Может, и до нашего солнца можно добраться "в другую сторону", если Вселенная замкнутая, в точной аналогии с Магелланом. Но если и можно, то этот путь, прямой и локально кратчайший, никому не интересен.
Так же, как путь от Санкт-Петербурга в Москву через Антарктиду. Он есть, он может даже "прямой" в том смысле, что не крутя рули можно добраться, он может быть даже кратчайшим из близких к нему путей (на сфере это не так), но что с того-то?
Однако изменение топологии как правило (вроде не всегда, коллеги, поправьте) связано с сингулярностями. А сингулярность в физике — это черная дыра. Тогда либо такой "прокол" невозможен из-за квантовых, например, правил, либо образуется черная дыра, и это необратимо.
Теперь посмотрим на другой класс способов: без изменения топологии пространства. При этом изменяется метрика, причем так, чтобы лететь было недалеко. Но метрика связана с распределением энергии-импульса.
Здесь, на мой взгляд, общая проблема вот в чем: чтобы совершить полет, необходимо сначала распространить энергию-импульс, создав необходимое распределение, а потом уже там окажется недалеко. Я не буду сейчас вдаваться в подробности реализации, такие как необходимость экзотической материи (который может и не быть вовсе), квантовые запреты или возможность всё-таки прибыть на место. У Алькубьерре, скажем, пространство сжимается перед пузырем и растягивается позади, и формально там становится рукой подать; но неясен вопрос, что дальше делать. Либо надо эту сильно искривленную область пространства пройти, а это огромные приливные силы, либо выпрямить пространство и откатиться домой. Мы о другом: чтобы это проделать, надо сначала создать необходимое искривление, распространив какую-то энергию в пространстве или дав ему время сжаться как требуется: а эти возмущения так или иначе распространяются в виде гравитационных волн со скоростью света. Любой способ потребует непременно сначала изменить геометрию на всем протяжении, а как иначе? А если выполнить такое изменение раз навсегда, а потом шмыгать туда-сюда, то мы, по сути, возвращаемся к первому способу.
Это примерно как с автомобилями или железнодорожным транспортом. Доехать Из Санкт-Петербурга в Москву можно с комфортом, но это когда дороги построены. А пока их не было...
Способы с привлечением новых сущностей (изнанка пространства, гиперпространство, нуль-переход и что там ещё насочиняли авторы-фантасты, попадают в одну из этих двух категорий. Путь через параллельное пространство, например, является червоточиной, так как два пространства, соединенных в двух точках, это уже другой топологический объект. Вы сами можете без труда проследить эту классификацию для ваших любимых книжек.