Землю описывают как мрамор; жизнерадостно голубую с золотыми континентами, скрытыми под белыми облаками. Она гладкая и самодостаточная, издали кажется совершенно круглой, даже если знать о страшных ямах и обрывах на ее поверхности. И хотя эти впадины и горные цепи являются нормальным результатом механизмов планеты, легко понять, как кто-то с другой поверхности — даже с такой близкой, как Луна — мог бы принять ее за плоскую голубую точку. Только прибыв на ее поверхность и ощутив тропические песчаные пляжи или густую листву на полу тропического леса, можно понять, насколько текстурирована Земля. Вселенная, на фундаментальном уровне, может быть точно такой же.
Космические струны — это своего рода текстура для Вселенной. Они являются топологическими дефектами, которые могли возникнуть через 10-³⁵ секунд после Большого взрыва, когда Вселенная пережила фазовый переход. Этот фазовый переход аналогичен тому, который демонстрирует вода, переходя из твердого состояния в жидкое, а затем в газообразное. В случае Вселенной фазовый переход произошел бы в подобном жидкости квантовом поле, которое пронизывает все пространство. Частицы, которые нам знакомы — фотоны, глюоны, кварки, электроны — все происходят от ряби в квантовых полях, которые, в свою очередь, создают моря, космос и каждого человека на Земле. Если Вселенная охлаждалась слишком быстро, пространство-время трескалось бы на тонкие линии разломов, как острые белые прожилки, часто видимые в блоках льда. Это произошло бы потому, что поля не всегда выравнивались бы друг с другом. Возникающие трещины и есть космические струны.
Одной из самых замечательных особенностей этих струн является огромное количество энергии, хранящейся в них. Хотя они тоньше протона и поэтому невидимы даже для наших самых продвинутых технологий, они имеют огромный вес. Около полумили (1 км) космической струны имели бы массу, эквивалентную массе всей планеты. Во время фазового перехода, когда окружающая Вселенная падала до более низкой энергии, более высокая энергия застряла бы внутри струн, пока они не стали в миллиард раз более энергетичными, чем столкновения частиц, созданные человеком. По сути, космические струны можно рассматривать как одномерные черные дыры. Вместо того чтобы быть сферическими вокруг точки, струны симметричны вокруг бесконечной линии. Эти струны (около дюжины или двух из них) простираются на всю длину наблюдаемой Вселенной. Однако меньшие космические «петли» насчитываются миллиардами, и их количество постоянно пополняется по мере формирования новых петель. Это происходит, когда колеблющаяся космическая струна пересекает саму себя и таким образом отсекает петлю размером с один световой год. Эти петли, в свою очередь, могут самопересекаться.
В ранних исследованиях космических струн считалось, что петли могли привести к образованию галактик, поскольку количество петель, присутствовавших в ранней Вселенной, близко совпадало с количеством галактик, также присутствовавших в то время. Однако данные о космическом микроволновом фоне не поддержали эту идею, не показав никаких признаков этих неуловимых струн.
Для многих ученых они стали фантазией или не более чем случайной мыслью. В поп-культуре их трактовали аналогичным образом. Путешествия во времени осуществляются с помощью варп-драйвов Алькубьерре или открытием великих бурлящих червоточин, соединяющих нас с другим местом и временем. И все же математические модели и теории физики частиц продолжают предсказывать космические струны снова и снова. Такие физики, как Стивен Хокинг и Том Киббл (ответственный за открытие бозона Хиггса), поддерживали идею, что где-то там, на краях Вселенной, эти струны существуют, даже если их трудно найти.
Интерес к космическим струнам вернулся в 90-х. Вместе с ним появилась идея путешествий во времени.
Теоретически, чтобы вернуться назад во времени, нужно двигаться быстрее скорости света. Общая теория относительности говорит нам, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, но она также говорит нам, что ткань пространства можно манипулировать и искажать. Именно эта манипуляция могла бы дать нам кратчайший путь к сверхсветовым скоростям.
Растягивание струн до таких невообразимых размеров подвергает их огромному напряжению (около ста миллиардов миллиардов миллиардов тонн). Из-за этого напряжения струны ускоряются очень близко к скорости света, искажая пространство-время вокруг них в форму конуса. Это приводит к гравитационному линзированию. При гравитационном линзировании свет от объекта может проходить более чем по одному пути. Исследования света, путешествующего от квазаров, показывают, что два отдельных световых луча, пройдя по двум разным путям, могут различаться на более чем год (в данном случае 417 дней). Если две космические струны приблизятся и пересекутся, искажение будет настолько сильным, что человек, двигающийся вокруг них, мог бы пройти по более короткому пути, двигаясь быстрее света и таким образом вернувшись в прошлое. После того, как вы обойдете космическую струну, вы встретите себя до того, как вы вообще ушли.
Но у этой машины времени есть определенные ограничения. Во-первых, гравитационные силы, вовлеченные в процесс, могут вызвать черную дыру. И если это не проблема, есть еще тот факт, что вы не можете вернуться в прошлое до момента существования машины. Если мы построим одну в этом году, люди 2098 года смогут вернуться и посетить нас в 2019 году, но никто из нас не сможет отправиться в более экзотическую и старинную эпоху 1800-х годов. Ричард Готт, предложивший эту идею в 1991 году, подчеркивает, что путешествия во времени — это занятие только для сверхцивилизаций. Энергия и манипуляции, необходимые для этого, далеко превосходят все, что мы способны сделать сегодня.
На данный момент мы сосредотачиваемся на первой задаче — обнаружении космических струн с помощью молодой науки гравитационной волновой астрономии. Если струны существуют, их основной способ потери энергии — излучение гравитационных волн. Когда они колеблются в пространстве, части струн хлещут со скоростью света, испуская сигналы, которые мы можем обнаружить с помощью LIGO или VIRGO (обсерваторий гравитационных волн). Эти сигналы также могут исходить от вращающихся петель. Но ученые предполагают, что сигналы слишком низкой частоты, чтобы мы могли их услышать. Наш лучший шанс обнаружить эти чудеса будет в 2034 году с помощью лазерной интерферометрической космической антенны (LISA).
Есть одна последняя тревожная мысль, связанная с космическими струнами. Если они действительно сформировались вскоре после Большого взрыва, они могли рассеяться слишком быстро, чтобы оставить какой-либо след. Они были бы частью истории Вселенной, которая утеряна для нас, как и некоторые виды космоса будут утеряны для будущих людей по мере продолжения расширения пространства. Как бы мы ни пытались полностью понять Вселенную — или мультивселенную — в которой мы живем, она может всегда оставаться для нас мрамором. Яркой и полированной, но с истинными ландшафтами, скрытыми под защитным слоем стекла.
