Станислав Зигуненко - Как устроена машина времени?
«…Как свет умерших звезд доходит», — сказал В. Маяковский. Сегодня мы видим свет небесных объектов, которых на самом деле уже нет. А самое главное, таким образом мы можем заглянуть в собственное прошлое и прогнозировать отдаленное будущее!
Здесь на помощь ученым приходит метод аналогии. Суть его ее стоит в том, что; наше Солнце — довольно обыденное светило из разряда желтых карликов. Таких на небосклоне — пруд пруди! А значит, наблюдая за ними, определяя их видимый возраст — а это астрономы делать уже научились, — можно получать как бы мгновенные фотографии разных периодов существования нашей звезды. Вот это снимок. Солнца-младенца, вот это — юноши, а вот и старца… Сравнительно недавно, в марте 1987 года, ученым удалось «засечь» момент рождения сверхновой звезды, которую так и нарекли — Сверхновая 1987А.
А вот вам еще один пример. Группа американских астрономов недавно обнаружила столь отдаленный космический объект (квазар), что возможно науке придется пересмотреть саму теорию образования Вселенной. Ведь согласно нынешней точке зрения обнаруженный объект не имеет права на существование.
На сегодняшний день считается, что наша Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва 15–20 млрд. лет тому назад. Поначалу материя распространялась во все стороны равномерно, а потом стала сгущать в галактики и квазары. Так вот астрономы Паломарской обсерватории в Калифорнии, обнаружившие новый квазар, определили его расстояние до Земли в 14 млрд. световых лет.
Однако если объект отдален от нас расстоянием в 14 млрд. световых лет, то это равносильно тому, что мы наблюдаем его таким, каким он был 14 млрд. лет тому назад, т. е. в период ранней юности Вселенной. Беда однако состоит в том, что согласно нынешней теории на столь раннем этапе существования Вселенной квазары еще не должны были образоваться.
Впрочем, сотрудник Принстонского университета Дональд Шнайдер, тоже принимавший участие в этой работе, полагает, что квазар, открытый его коллегами, возможно является единичной аспирацией, т. е. говоря попросту, оптическим обманом. В этом случае теорию образования Вселенной пересматривать не придется.
— Однако нельзя исключить и такую возможность, — говорит Шнайдер — что подобных объектов множество, только мы до сих пор не имели возможности их обнаружить. И если нам удастся найти еще с десяток подобных квазаров, тогда волей-неволей нынешние теории придется подвергнуть пересмотру…
По случайному совпадению, почти одновременно с обнаружением престарелого квазара ученые Гарвардского университета установили, что и масса Вселенной гораздо больше, чем предполагалось до сих пор. Это открытие тоже ставит под сомнение нынешнюю вселенскую теорию.
Астрономам остается надеяться, что некоторую ясность в эту путаницу сумеет внести новая научная лаборатория, запущенная недавно на орбиту вокруг Земли.
А теоретики между тем не спят — они изобретают новые теории. Так, скажем, профессор Стивен Хокинг, с которым мы познакомимся поближе чуть позднее, в одной из своих работ, написанной совместно с Джимом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, утверждает, что вполне возможна и модель Вселенной без каких-либо границ в пространстве или во времени.
Теория Большого Взрыва предполагает, что когда-то, в самом начале Вселенной, был момент, когда вся космическая материя концентрировалась в одной точке. Существование такой точки подразумевается общей теорией относительности. Однако безграничная Вселенная, полагает С. Хокинг, не обязательно должна возникнуть из одной точки…
Как философ, профессор Хокинг является детерменистом и полагает, что основополагающие законы Вселенной сравнительно просты и что скоро мы их откроем. В одной из своих последних лекций ученый заявил, что должен, существовать свод законов, определяющих эволюцию Вселенной с самого начала. «Эти законы могли быть предопределены и богом, — говорит Хокинг, — но во всяком случае он не вмешивается, чтобы изменить их…»
Но значит ли это, что все предопределено заранее и нам остается лишь уповать на судьбу? Отнюдь… Профессор понимает свободную волю каждого субъекта, как эквивалент теорий, применяемых в науке для изучения систем, содержащих слишком много частиц, чтобы каждую из них можно было рассмотреть отдельно. Примером того может послужить механика сплошных сред, в которой движения индивидуальных частиц в жидкости или газе рассматриваются на основе постоянного усредненного показателя. Такие теории не относятся к числу фундаментальных, но они весьма эффективны на практике.
Ну а чтобы сделать свою мысль доходчивее, профессор прибег к наглядному примеру:
«Я думаю, что концепция свободной воли и моральной ответственности за наши действия является эффективной теорией в том же смысле, что и механика сплошных сред. Возможно, что все, нами проделываемое, предопределено некоей Всеобщей теорией. Если эта теория предопределила, что мы умрем через повешение, мы не утонем. Но нужно быть чертовски уверенным, что вам предназначена виселица, чтобы отправиться в открытое море на утлом суденышке, когда ожидается сумасшедший шторм. Я заметил: даже люди совершенно убежденные, что все предопределено свыше, тем не менее, смотрят по сторонам, прежде чем перейти дорогу…»
Так что, как видите, и в самых заумных, теоретических рассуждениях можно при желании найти определенный практический прок. И мы вполне можем согласиться с хорошо известными словами: «На свете нет ничего практичнее хорошей теории».
Так что, как видите, определенный прок этакие теоретические «машины времени» уже приносят. Ну а если вас подобные «машины» не устраивают и вам хочется чего-то поконкретнее, пожелезнее, что ли… — давайте продолжим наше путешествие по теории. Глядишь, там обнаружатся предпосылки и к построению этаких персональных машин времени.
Итак, снова в путь, читатель! Нас ждет еще длинная дорога.
Большие маятники Вселенной
Мировая линия
Время не существует само по себе, оно неразрывно связано с другими понятиями окружающего нас мира. И осознание этого факта позволило ученым развить немало интересных теорий.
В прошлой главе мы довольно долго пытались разобраться в сущности времени, даже придумали, как можно использовать в качестве своеобразных машин телескопы астрономов. Однако при всем этом ухитрились тик и не ответить на вопрос, вынесенный в начало главы: «Так как же все-таки распространяется время — по прямой, по кругу, по спирали?..» И это получилось вовсе не случайно. Понятие времени оказалось много сложнее, чем предполагали древние.
«Отныне понятия пространства самого по себе и времени самого по себе осуждены на отмирание и превращение в бледные тени, и только своего рода объединение этих двух понятий сохранит независимую реальность». Так заявил в 1908 году немецкий математик и физик Герман Минковский, человек, очень много сделавший для разработки математического аппарата теории относительности. И Эйнштейн, который, как мы уже говорили, вообще-то относился с некоторой иронией к упражнениям математиков над его теорией, на сей раз не имел ничего против.
Оказалось, что и математикам и физикам очень удобно оперировать понятиями четырехмерного пространства, три координаты которого являются геометрическими — длина, ширина и высота, а четвертая — временной. «Когда не математик слышит о „четырехмерном“ пространстве, его охватывает мистическое чувство, подобное чувству, возбужденному театральными привидениями», — сострил по этому поводу Эйнштейн. Но добавил, что нет тем не менее более банального утверждения, чем сообщение о четырехмерности окружающего нас мира.
В самом деле, мы довольно часто пользуемся его четырехмерностыо в обыденной практике. Вот только один пример. Вы переходите дорогу, по которой мчится автомобиль. И тем не менее вы благополучно довершаете свой путь к противоположному тротуару. Да, три геометрические координаты совпали — автомобиль только что проехал по тому месту, где были вы, а вот четвертая, временная, нет — человек и машина разминулись во времени на несколько секунд, и катастрофы не произошло.
Из этого примера следует интересное следствие. Если вдуматься, то получается, что уже классическая физика «объединяет» время пространство — она связывает их через движение..
В простейшем случае движение тела можно изобразить на плоскостной диаграмме, откладывая по одной координате значения времени, а по другой — пройденного пути. Если тело движется, скажем, со скоростью 4 м/с, то через секунду после начала движения оно сместится от начала своего пути на 4 м, через две — на 8 м и т. д. На нашей диаграмме эти события отобразятся точками, через которые можно провести линию.
