Вакуум — воплощенная пустота — буквально пронизан жизнью, он «бурлит». В нем рождаются и исчезают виртуальные частицы. Никто не может их уловить, зарегистрировать их появление. Даже при температуре, равной абсолютному нулю, когда прекращается всякое тепловое излучение, пустое пространство все еще заполнено квантовыми флуктуациями — так называемым нулевым излучением.
Долгое время виртуальные частицы были неуловимы для наблюдения, оставаясь лишь предметом теоретических штудий. Правда, еще в 1948 году нидерландские физики Хендрик Казимир, получивший позднее Нобелевскую премию, и Дик Полдер предложили схему эксперимента, который мог бы выявить присутствие этих частиц.
Итак, если в вакууме расположить параллельно друг другу два зеркала, сведя расстояние между ними к крохотной доле миллиметра, то возникнет слабая электромагнитная сила, которая будет слегка притягивать их. Причиной этого эффекта может быть лишь «бурление» вакуума.
Согласно принципу дополнительности, сформулированному Нильсом Бором, элементарные частицы одновременно имеют и волновую природу. Поэтому в зазоре, разделяющем оба зеркала, могут появляться лишь фотоны, чья длина волны кратна величине зазора. Все остальные фотоны оттуда исчезают. Наоборот, с наружной стороны зеркал могут возникать фотоны с любой длиной волны. Значит, там гораздо больше виртуальных частиц. За счет их избытка начинает действовать небольшая сила, которая и прижимает зеркала друг к другу, «поигрывает ими».
Лишь к концу XX века в Лос-Аламосской лаборатории сумели точнейшим образом подтвердить «эффект Казимира». Правда, пришлось изменить саму схему эксперимента. Было очень трудно расположить параллельно два зеркала, расстояние между которыми не превышало тысячной доли миллиметра. Поэтому их заменили на шар и пластину изготовленные из кварца и покрытые позолотой. С помощью крутильных весов измерялась индуцированная электромагнитная сила, действовавшая между шаром и пластиной. Когда эти предметы разделяло расстояние всего в 0,75 микрометра, величина возникавшей силы равнялась примерно миллиардной доле ньютона, причем погрешность измерения достигала всего пяти процентов.
Кип Торн
Тайные тропы Вселенной
Американский физик Кип Торн задался вопросом: а нельзя ли по пространственно-временным туннелям проникать в отдаленные районы космического пространства или даже в другие вселенные? Благодаря им, «червоточинам» мироздания, можно перехитрить законы природы и миновать барьер световой скорости. Разумеется, чтобы пуститься в межзвездный полет, надо выполнить ряд условий, иначе экспедиция не удастся. Торн сформулировал их так.
— Во-первых, не всякая «червоточина» годится для путешествий. Вы же не рискнете переходить реку по тонкому льду и не отправитесь в горы, коша ожидают схода лавин. Вот и космический туннель должен быть стабильным объектом. Что станет со звездолетом, если туннель неожиданно сомкнется?
— Путешествие сквозь подобный туннель не должно длиться более года.
— Туннель должен пребывать в допустимом времени и пространстве. Он не может поглощать бесконечно большие количества материи и энергии.
Путешествие во времени с помощью «червоточины»
— Гравитационные силы следует свести к минимуму.
Кип Торн и его помощник Майкл Моррис нашли простое и элегантное решение уравнений Эйнштейна. Оно описывает «песочные часы» с двумя сплющенными чашами и узким коридором, соединяющим их. Позднее американский ученый Мэтт Виссер и другие исследователи показали, что во Вселенной могли бы существовать «червоточины» иного рода. К примеру, модель Виссера представляет собой угловатую катушку (разумеется, четырехмерную) с прямоугольным коридором: космические корабли могли бы передвигаться по нему гораздо увереннее, чем по туннелю, связывающему две половинки песочных часов.
Все сказанное звучит довольно сумасбродно даже для прожженных фантазеров от науки. «„Червоточины“ — это спекулятивная физика, — подчеркивает Виссер. — Нет никаких конкретных признаков того, что они существуют. Однако само понятие „червоточина“ расширяет пределы привычной нам науки, не требуя пересмотра ее принципов или создания новых фундаментальных теорий». И это обнадеживает некоторых ученых.
Сам Виссер рекомендует заниматься «физикой червоточин» наиболее увлеченным наукой студентам, дабы они могли поупражняться с математическим аппаратом теории относительности. В любом случае «червоточины» дают специалистам великолепный шанс испытать пределы применения теории Эйнштейна.