дороге в автомобиле, было ясно, что собственно черные дыры не годятся для каких-либо межзвездных путешествий. Из них нет выхода. А вот использовать «тоннели», соединяющие две дыры, если как-то застабилизировать и дыры и «тоннели», превратив их в статические конструкции, через которые можно проходить в любом направлении, вполне возможно. (Несколько сделанных им математических вычислений показали, что для стабилизации внутри «тоннеля» должно находиться необычное вещество или физическое поле, по свойствам схожее с вакуумноподобными состояниями (о нем мы говорили выше).
Затем он посоветовал К. Сагану переделать несколько мест в романе, что тот и сделал, переписав отдельные страницы уже в корректуре.
Но сам К. Торн не оставил этой идеи. Вместе со своим учеником М. Моррисом они принялись за работу, и в начале 1987 года первый вариант статьи, посвященной использованию (пока что гипотетическому) стабилизированных «тоннелей» для быстрых межзвездных путешествий, у них уже был готов.
В дальнейшем они вместе с Юртсевером описали более конкретное устройство «тоннеля». Что же необходимо для того, чтобы силы гравитации в столь необычной ситуации не вызвали схлопывания «тоннеля»?
Они предлагают следующую конструкцию. Сначала в двух областях недалеко друг от друга создаются путем сжатия масс огромные гравитационные поля с сильным искривлением пространства в них (см. рисунок 15а). Затем эти области искривления соединяются в «тоннель» (рис. 15б). Возникший «тоннель», соединяющий два отверстия, аналогичен изображенному на рисунке 5а. Отличие от рисунка 5а заключается в том, что американцы предлагают в момент создания «тоннеля» застабилизировать его. Для этого в наиболее узком его месте надо поместить близко расположенные друг к другу две одинаково заряженные идеально проводящие ток пластинки. (В этом сильно искривленном пространстве каждая из пластин будет иметь сферическую форму.) Между пластинами возникнет специфическое вакуумноподобное состояние, называемое электромагнитным «казимировским вакуумом». Поясним на нескольких последующих страницах, что это такое.
О разных вакуумноподобных состояниях уже говорилось. До сих пор мы рассматривали их в необычных условиях больших плотностей и температур. Но оказывается, что особые вакуумноподобные состояния могут существовать и в нашей сегодняшней Вселенной.
Мы вынуждены сделать здесь небольшое отступление, с тем чтобы познакомиться с такими состояниями. Они очень важны во многих аспектах и представляют, конечно, самостоятельный интерес. Для нас же важно, что некоторые из них могут использоваться для стабилизации пространственных «тоннелей».
Прежде всего оказывается, что в нашей сегодняшней Вселенной могут существовать диковинные образования, являющиеся вкраплениями вакуумноподобных состояний или, как их иначе называют, вкраплениями «ложного вакуума» в наш «истинный вакуум».
Поясним, что здесь имеется в виду на упрощенном примере. Для этого вспомним, как образуется «наш вакуум», когда хиггсовское поле, являющееся ложным вакуумом, «скатывается» с потенциальной «горки». в «ложбину». Представим себе, что горка имеет вид холмика, возвышающегося над круглой ложбиной (см. рисунок 16). Теперь шарик, положенный на вершину, может скатиться в любое место круговой ложбинки. Это значит, что наинизшее энергетическое положение шарика может быть различным и характеризоваться точкой в ложбине. Эта точка может отмечаться направлением (стрелкой), по которому скатывался шарик с вершины. Таким образом, наинизшее энергетическое состояние должно характеризоваться еще и стрелкой. В разных точках пространства новый вакуум мог образовываться при «скатывании» шарика по разным направлениям, то есть «стрелка вакуума» может быть ориентирована по- разному, плавно поворачиваясь от места к месту.
рис.16
Изобразим картину подобных стрелок в разных точках на плоскости. Может случиться так, что, плавно поворачиваясь от точки к точке, стрелки совершат полный поворот, как показано на рисунке 17. Тогда всегда найдется такая точка (точка А на рисунке 17), вблизи и вокруг которой стрелки имеют самые разные направления. Таким образом, в точке А нельзя придать стрелке такого направления, чтобы оно плавно переходило в направление стрелок в соседних точках. Это значит, что старое вакуумноподобное состояние («ложный вакуум») в данном месте не сможет «скатиться с горки» ни по какому направлению, чтобы вместе с другими стрелками образовать новый вакуум с плавным поворотом от точки к точке. В данной точке А останется старый вакуум, а вокруг будет вакуум новый!
рис.17
Интересную механическую аналогию возможности возникновения такой странной ситуации, когда система стремится перейти в более выгодное энергетическое состояние, но не всем точкам системы удается это сделать, придумал физик В. Унру.
Рассмотрим множество карандашей, стоящих вертикально на плоскости и соединенных между собой резинками, закрепленными у верхних концов (рисунок 18а). Ясно, что такое их положение неустойчиво, каждый из них при малейшем сотрясении стремится упасть. Но направление, в котором начнет падать каждый карандаш, случайно. Конечно, все они могут упасть примерно в одном направлении (рисунок 18б). Тогда вся система перейдет в более выгодное энергетическое состояние лежащих карандашей. Но представим себе, что далекие друг от друга карандаши начали падать в разные случайные стороны (рисунок 18в), увлекая за собой резинками соседние. Тогда возможно, что вокруг какого-либо карандаша (А на рисунке 18г) его соседи упадут по разным направлениям, натягивая за собой резинки. В результате карандаш А останется стоять, удерживаемый в таком положении растяжками-резинками. Теперь его положение вполне устойчиво и он не будет падать даже при заметных сотрясениях.
Рис. 18а, б
Так и в случае хиггсовского поля, образующего состояние ложного «вакуума». Оно может вокруг какой-то точки «скатиться» с горки в разных направлениях и тянуть за собой поле в данной точке, которое, как карандаш на растяжках-резинках, уже не может в этой точке «скатиться» с горки и останется в первоначальном положении.
Похожие ситуации могут возникать не только на плоскости, но и в пространстве. Такое, оказывается, возможно при спонтанном нарушении симметрии с понижением температуры образования нового вакуума, в который вкраплены точки старого вакуума и этот старый вакуум не может разрушиться, не может перейти в новый; по аналогии с тем, как карандаш А не может упасть и присоединиться к своим соседям.
Рис. 18в, г
Необходимость возникновения таких удивительных объектов в теории великого объединения была показана советским физиком А. Поляковым и американским физиком Г. т’Хофтом в 1974 году. Что же это за образования?
Свойства их должны быть удивительны. Прежде всего, оказалось, что они должны быть
