Структура статьи
Введение. Что нам известно об искривлении пространства–времени?
1. Связь времени и пространства
2. О природе сингулярности
3. Почему вы не убьёте своего дедушку?
Заключение
Введение. Что нам известно об искривлении пространства–времени?
Конечно же, многим известно, что вокруг объектов, обладающих энергией или массой (а это буквально любой объект), наблюдается искривление пространства–времени, уменьшающее свой эффект или полностью исчезающее при взаимодействии с противодействующей тёмной энергией (подробнее в первом посте).
Проведём мысленный эксперимент, для любого наблюдателя, находящегося вблизи массивного объекта, расстояние и время будут немного отличаться от этих же параметров для другого наблюдателя. Наблюдатель вне зоны действия массивного объекта, при наличии невероятного зрения и внимательности, мог бы увидеть, что объект его наблюдения движется чуть медленнее по слегка удлиненному пути.
В привычных же нам условиях ни первый, ни второй участник данного эксперимента не заметит никаких странностей ни у себя, ни у кого-либо ещё, однако по мере увеличения массы объекта увеличивается и искривление, которое значительно вызывают черные дыры.
1. Связь времени и пространства
Теоретические следствия ОТО гласят о том, что при попадании в чёрную дыру и дальнейшем приближении к сингулярности, время и пространство меняются местами. Ошеломляющее и контринтуитивное заявление. Но что оно значит на языке физики?
А значит оно следующее – пространственная (радиальная) координата «r», неизбежно ведущая к сингулярности, становится "временеподобной" и подобно тому, как во внешнем мире невозможно остановить время или повернуть его вспять, внутри горизонта событий невозможно остановить или обратить вспять уменьшение этой радиальной координаты, которая для падающего наблюдателя выступает в роли того, что называют судьбой. Но если пространство "стало временем", то что же стало пространством?
Роль пространственной координаты начинает играть координата времени «t». Внутри горизонта «t» превращается в пространственноподобную координату. Это означает, что, теоретически, возможно перемещение вдоль оси «t», подобно движению в пространстве, однако на практике это движение было бы ограничено и привело бы к тому же самому финалу — сингулярности.
Чрезвычайно необходимо подчеркнуть, что популярная формулировка о "смене мест" пространства и времени является крайним упрощением, к тому же сбивающим с толку. Речь идет не о приобретении свойств машины времени, а о фундаментальном изменении геометрической структуры континуума, в которой направление к центру (r) становится неотвратимым, а всё "перемещение во времени" на практике сводится лишь к возможности сместить момент достижения сингулярности (t) на шкале времени внешнего наблюдателя, что, по правде говоря, не дает никаких практических преимуществ самому падающему, что и будет рассмотрено чуть позже. При этом пространственная и временная координаты за пределами горизонта не находятся в доступности падающего к сингулярности наблюдателя и, соответственно, теряют для него свой абсолютный статус.
Теперь поподробнее. Как происходит смещение собственного момента «t» относительно внешнего наблюдателя? Очень просто – для его смещения достаточно будет лишь ускориться (при наличии соответствующего оборудования). В таком случае, по правилам ОТО, наблюдатель, дополнительно к уже имеющемуся искривлению от чёрной дыры, искривит пространство–время вокруг себя. То есть для него за пределами черной дыры пройдет еще больше времени, нежели бы он находился в состоянии покоя.
Допустим, если другой наблюдатель за пределами чёрной дыры рассчитал, что падающий, относительно своего собственного времени, достигнет сингулярности через час и начал бы отсчитывать этот час, то при таком смещении момента «t» внешнему наблюдателю потребуется отсчитывать дольше рассчитанного значения. Конечно, ввиду отсутствия обратной связи, внешний наблюдатель ничего не узнает и не заметит, но заметит ли что-то сам падающий?
И так, если падающий наблюдатель ускоряется внутри черной дыры – даже в направлении, кажущемся обратным падению, – он никак не сможет растянуть длительность своих потенциально последних моментов жизни. Наоборот, это ускорение приведет к тому, что он достигнет сингулярности еще быстрее по собственным часам из-за того же смещения момента. При ускорении, время для любого наблюдателя будет протекать медленнее, по сравнению с наблюдателем, находящимся в покое. Поэтому, ускоряющийся наблюдатель может заметить, что вместо гипотетического часа, для достижения сингулярности ему понадобилось меньше времени, скажем, минут 45, в то время как для покоящегося наблюдателя и самой черной дыры (если рассматривать её как взаимодействующего с окружением наблюдателя) прошел ровно час.
Стоит отметить ключевой момент – все вышеописанное без проблем работает и вне черной дыры, а именно где угодно, в том числе на Земле. То есть, если, по аналогии, кто-то решит прыгнуть из самолета без парашюта, то получится следующее – радиальная координата «r» такого прыгуна будет вести его в точку приземления, а если он попробует ускориться (в данном случае в любом направлении, кроме направления от поверхности земли), то сместит собственный момент «t», приземлившись на малую долю секунды быстрее, чем если бы находился в покое. Так в чём же отличие?
Оно заключается в том, что при падении в черную дыру, наблюдатель неизбежно достигнет сингулярности, в отличие от прыжка без парашюта, где этого прыгуна может поймать другой прыгун с парашютом и спасти его, или же он сам сможет чудом найти в воздухе парашют или реактивный ранец. Шанс невелик, но абсолютно неизбежным такое падение назвать нельзя, в отличие от черной дыры, из которой, в рамках общепринятой ОТО, выбраться невозможно, если конечно не учитывать возможность изобретения варп–двигателя или квантовой телепортации, которые могли бы открыть невиданные горизонты для изучений.
Таким образом, если кому-нибудь когда-нибудь понадобится дать совет упавшему в черную дыру астронавту, то неплохим вариантом будет сказать: «Расслабься. Если хочешь прожить дольше, не сопротивляйся своей судьбе». Однако это касается случая, если мы рассматриваем падение в черную дыру как неизбежную смерть, но может ли там быть нечто совершенно иное?
2. О природе сингулярности
Установив, что пространство и время — не независимые сущности, а взаимозависимые координаты единой ткани пространства–времени, мы подходим к главному вопросу. Если эта связь — не метафора, а фундаментальное свойство мироздания, то как она ведёт себя в условиях, где сама ткань рвется? Может ли в сумасшедших, невообразимых условиях сингулярности произойти что-то с этой связью? Чтобы найти ответ, необходимо сначала понять природу самой сингулярности.
Конечно, никто точно не знает, что происходит внутри неё, однако из современных наблюдений за природой реальности можно предположить следующее – классическое пространство–время, как и все устойчивые формы материи, — это эмерджентные свойства, которые возникают из чего-то более фундаментального. Согласно передовым гипотезам, этим фундаментальным являются квантовые флуктуации. Так вот, в сингулярности классическая геометрия, эта «гладкая поверхность», испаряется. Эмерджентные свойства — расстояния, длительности, причина и следствие — распадаются, обнажая изначальную, догеометрическую сущность реальности: ту самую квантовую пену, хаотический кипящий «океан» вероятностных состояний, флуктуаций, которые мы рассмотрим, как пары квантово запутанных КЧБ и КБД, свойства которых подробно рассматривались в теории квантовой гравитации на данном канале. Для лучшего понимания рекомендуется ознакомиться с данной теорией.
Переход к концепции квантовых чёрных и белых дыр (КЧД и КБД) проливает свет на природу бесконечной кривизны. Искривление метрики устремляется к бесконечности потому, что на планковских масштабах, к которым стремится сингулярность, плотность энергии становится запредельной. Стоит уточнить, что черная дыра сама по себе является объектом с положительной формой энергии. Эта положительная энергия гравитационного поля "перевешивает" систему, смещая состояние квантовой пены в сторону преобладания процессов, связанных с квантовыми чёрными дырами (КЧД), и не позволяя паре КЧД и КБД достичь "идеальной компенсации". Также важно понимать, что процессы, аналогичные происходящим в сердцевине черной дыры, в теории могут иметь место где угодно, но становятся значимыми лишь на планковских масштабах, где привычные эмерджентные свойства мира исчезают.
Из этого можно заключить, что и в сингулярности, и на планковских масштабах вне черной дыры, пространство представляет собой квантово запутанные пары КЧД и КБД. Если вспомнить их гипотетические свойства — быть связующими мостами (кротовыми норами) в структуре самой реальности, — то может показаться, что ключ к межпространственным и даже межвременным перемещениям найден – достаточно просто нырнуть в сингулярность.
И, как это ни парадоксально, с точки зрения принципов квантовой гравитации, это действительно может оказаться проще, чем попытка «выловить» и стабилизировать отдельные квантовые флуктуации в привычном нам вакууме в эмерджентном пространстве, ведь в сингулярности любой наблюдатель сам потеряет данные свойства и превратится в этот «океан пены».
Однако, как это обычно и бывает, везде есть свои нюансы –неизвестно сохраняется ли в условиях сингулярности какая-либо форма сознания или нет. Это крайне непростой вопрос, на который, на текущий момент, также нет ответа и который конкретно в данной статье рассматриваться не будет. Скажу только то, что оно, вероятнее всего, также является эмерджентным проявлением, а значит в сингулярности вряд ли останется нетронутым.
3. Почему вы не убьёте своего дедушку?
Отметив, что из хаотичного квантового океана — запутанных пар КЧД и КБД, где нет ни «до», ни «после», ни "как", ни "куда" — рождаются все привычные нам устойчивые свойства, интересно было бы задаться вопросом. Если та же первозданная хаотичность царит в сингулярности, может ли в ней самой образоваться нечто устойчивое?
С огромной долей уверенности можно ответить "да", ведь хаос формирует упорядоченные структуры, но как и где это происходит? Что ж, если все же нырнуть в сингулярность и, при этом остаться хотя бы сознанием, то мы смогли бы наблюдать что такое бесконечная кривизна и неопределенность пространства–времени и отсутствие причинно-следственной связи. Описать такое можно было бы как пространственный коридор, проходящий сквозь каждый момент времени в нашей реальности. По сути, это связь пространства и времени, но не для момента, который мы наблюдаем "здесь и сейчас", а для всех моментов, которые были, есть и будут в нашей реальности. И да, нечто подобное отображалось в поистине потрясающем фильме "Интерстеллар", создание которого велось с учетом современных физических теорий.
Единственное что там не отобразили, просто из-за ненадобности, это то, что в условиях квантовой неопределенности такие коридоры могут "проходить" и через другие, даже невообразимые для нас, реальности. Конечно, единственный способ удостовериться в них заключается в непосредственном контакте с такими измерениями. Поэтому, на текущем этапе развития мы способны лишь предполагать и помнить, что согласно квантовой механике, любое событие, которое не запрещено фундаментальными принципами, имеет ненулевую вероятность.
Таким образом, нырнув в сингулярность, мы, теоретически, могли бы переместиться в любое измерение и в любое время, во все бесконечные мыслимые и немыслимые реальности. А сейчас мы переходим, пожалуй, к самой интересной части – к одному из возможных решений парадокса убитого дедушки.
Он заключается в том, что при перемещении в прошлое (в "родной" реальности) с целью каким-либо образом помешать вашему дедушке, да и любому родственнику, в вашем дальнейшем появлении на свет. Мало кому такое нужно, но физики любят исследовать уязвимые точки реальности. И если у вас удастся сделать так, чтобы, допустим, ваш дедушка вместо знакомства с вашей бабушкой решит отправиться в кругосветное путешествие, то вы не родитесь. Но если вы не родитесь, то кто повлияет на знакомство ваших дедушки и бабушки? Парадокс.
Существует несколько способов решения данного парадокса. Некоторые утверждают, что при попытке помешать уже сформированному в настоящем ходу событий, сама вселенная будет останавливать вас тем или иным способом. Или же вы сами передумаете в последний момент, или же вселенная просто не позволит создать машину времени. Лично для меня эти решения неубедительны, хоть и корректны, по сути, ведь как можно переписать то, что уже произошло и что повлияло на события в настоящем? Действительно, никак, раз вы родились, то, переместившись в прошлое, никак не помешаете своему рождению и именно поэтому, надеюсь к счастью, вы не убьете своего дедушку.
Такое нарушение причинно-следственной невозможно, потому что она нарушается в родной реальности, в которой все события прошлого сложились именно так, чтобы вы жили в настоящем, которое наблюдаете здесь и сейчас. Но никакого парадокса не возникнет если помешать встрече дедушки и бабушки в другой вселенной мультиверса. В конце концов, раз уж существует бесконечное количество альтернативных реальностей, то они могли бы не познакомиться друг с другом по совершенно иным причинам. То есть, переместившись в пространственно-временной коридор другой реальности, вы могли бы обнаружить, что вас там просто не существует, а переместившись по этому коридору в прошлое обнаружить, что именно вы и были причиной, по которой альтернативный вы не родились. Отметим также, что подобно тому, как невозможно изменить прошлое в родной реальности, невозможно изменить прошлое и в любой другой, ведь что произошло – то произошло и сформировало свое будущее. Но поскольку в такой модели существует бесконечное количество реальностей, то среди них есть и те, в которых кто-то, или другой вы, успешно мешаете вам и события, действительно, начинают складываться иначе. Но это не изменение прошлого, а лишь возможный вариант дальнейшего развития событий с рассматриваемой временной точки.
Таким образом, парадокс убитого дедушки — это не запрет на путешествия, а указатель. Он говорит нам, что путешествия во времени возможны лишь в том случае, если наша Вселенная устроена гораздо сложнее и богаче, чем единая линейная история. Она должна быть лесом, а не одной тропой — и сингулярность в сердце чёрной дыры может быть вратами не в бездну, а в этот бесконечный лес реальностей.
Заключение
Какой итог можно подвести для рассматриваемой темы? Как и всегда, мы понятия не имеем, что происходит в сингулярности и, несмотря на все наши теоретические предположения, лично я всегда сохраняю малую долю сомнения в том, что все устроено даже близко не так, как мы можем себе представить. Но если слегка развить предположения в данной статье, то можно примерно нарисовать себе геометрию вселенной. Она бы выглядела как набор разных вселенных, с радиусом, как минимум, равным радиусу наблюдаемой вселенной (мультивселенные 1 типа), соединенных между собой "мостами" из черных и белых дыр, в том числе и квантовых черных и белых дыр (КЧД + КБД). То бишь, представляет собой единую, одну общую для всех вселенную, которая совсем не против межпространственных и межвременных перемещений.
Кстати говоря, хоть интуитивно это и неясно, но ничто в такой вселенной не запретило бы перемещение в будущее. Но это требовало бы признать предопределенность всех возможных действий. И лично я в это могу поверить, ведь если реализуются все возможные варианты (в том числе любые прогнозы на самое далекое будущее), то они уже целиком "отображены" на 4-х мерной ткани мироздания, проекция которой для нас выглядит как момент "здесь и сейчас", относительно которого все возможные вариации событий делятся со скоростью, равной отношению бесконечного количества этих вариаций к бесконечно малому промежутку времени.
И, напоследок, пища для размышлений – учитывая то, что в нашу реальность можно попасть из черной дыры и то, что наше пространство–время буквально насквозь пропитано КЧД и КБД, можно ли сказать, что мы и сами находимся внутри черной дыры, в ее сингулярности?