Станислав Зигуненко - Как устроена машина времени?
Эта линия, образуемая из множества событий-точек, в истории тела называется мировой линией.
Давайте поразмышляем над ее поведением на нашей мысленной диаграмме, попробуем подобрать геометрическому, образу физический эквивалент.
В первой четверти координатной плоскости, где и время и значения пути положительны, мировая линия ведет себя вполне логично. Машина движется: за каждый отрезок времени она проходит определенный отрезок пути, начав с нулевой отметки, откуда мы стартовали по данному маршруту.
В какой-то мере можно представить себе физически и движение вдоль мировой линии во второй четверти, где время положительно, а путь — отрицателен. В нашем обыденном мире это, к примеру, может означать, что наша машина через некоторое время вернулась в исходную точку. В этом смысле путь может показаться величиной отрицательной: двигаясь по нему, мы удаляемся от нужного нам пункта, вместо того чтобы приближаться к нему.
Но уж совсем необъяснимы с позиций обыденного мира случаи с отрицательным временем (левая полуплоскость на нашей диаграмме). Что это означает? Принципиальную возможность движения в прошлое? Но ведь время, насколько нам всем известно, не может течь вспять… Если бы это было возможно, то мы с вами сейчас бы не обсуждали возможность создания машины времени на страницах этой книжки, а попросту ездили, куда нам вздумается, не только в понятиях географических, но и временных.
Оставим пока данный вопрос без ответа. Мы еще постараемся вернуться к нему. А пока рассмотрим, что можно «выжать» из движения в правой полуплоскости, в положительном времени.
Мировая линия может изменять свое положение в пространстве в зависимости от того, с какой скоростью Мы будем двигаться. Если бы. мы могли двигаться мгновенно, то она могла бы попросту встать вертикально. Но физически это невозможно, самая большая скорость, физически достижимая на сегодняшний день, — это скорость света. Значит, мировая линия на нашем рисунке должна быть ограничена прямыми, показывающими, с какой скоростью в «правильном» или в «неправильном» направлениях распространяется свет.
Все эта время мы с вами-для простоты рассматривали двухмерный случай. Наш же мир, как мы говорили, имеет четыре измерения. Значит, мировая линия может помещаться внутри некоторого светового конуса, очерченного мировыми линиями света.
Для нас особенно интересна поверхность конуса прошлого, лежащего в той области, где время отрицательно. Ведь на этой поверхности находится то, что мы можем увидеть. В самом деле: видеть — это, говоря иначе, воспринимать световые лучи. Но пока они донесут информацию от источника до нашего, глаза, пройдет какое-то время… Значит видеть мы можем только то, что уже произошло.
Произошло это один миг назад или сто тысяч лет — уже другой вопрос. Главное, все это в прошлом. Свет от настольной лампы запаздывает к нам на ничтожную долю секунды, солнечный свет — на восемь с лишним минут, а некоторые дальние квазары мы наблюдаем такими, какими они были миллиарды лет назад. Быть может, ни Земли, ни даже Солнца тогда еще не было, а они уже светили…
Так что еще раз мы убедились: телескоп — это машина времени, направленная в прошлое.
Прошлое и будущее меняются местами
Итак, принципиальная возможность видеть прошлое, и даже довольно отдаленное, нами найдена. Более того, имеется даже принципиальная возможность в этом прошлом побывать! Как именно? Хорошо сказано об этом в известном датском стихотворении:
«Сегодня в полдень пущена ракета.Она летит куда быстрее светаИ долетит до цели в шесть утраВчера».
Возможны ли подобные чудеса? «Если и в самом деле допустить, что скорость ракеты больше скорости света, то это вполне возможная вещь», — отвечает на этот вопрос доктор физико-математических наук А. Д. Чернин.
Полет ракеты нужно рассматривать в двух системах координат. Одна — это поверхность Земли, тот ракетодром, с которого стартовала ракета. В этой системе отсчета все происходит достаточно традиционно: ракета стартует в полдень, и пусть она летит даже впятеро быстрее света, цели она достигнет через несколько часов после старта, например в полночь.
Но вот если тот же полет рассматривать в другой системе координат, а именно движущейся с большой скоростью в том же направлении, что и ракета, то порядок событий, с точки зрения наблюдателя, в этой системе может оказаться, нарушенным. Как в кино при запуске пленки задом наперед, он увидит, что ракета сначала достигнет цели, я лишь потом взлетит.
Причем по формулам теории относительности можно даже подсчитать, что ракета прибудет на 32 часа раньше старта в том случае, если система отсчета будет двигаться относительно Земли со скоростью 3,5 скорости света.
Какова же главная мысль этого немыслимого эксперимента? «Мировая линия сверхсветовой ракеты лежит вне светового конуса с вершиной в момент запуска и в точке старта, — полагает А. Д. Чернин. — Два события — запуск и попадание в цель — разделены в пространстве на слишком большое расстояние. Расстояние между событиями в пространстве больше, чем разделяющий их промежуток времени, умноженный на скорость света. Такие события не могут, очевидно, лежать на мировой линии реальных тел, ибо все тела движутся со скоростью, не превосходящей скорость света…»
И тем не менее есть предположения, что подобный мысленный эксперимент все же не лишен физического смысла. Некоторые ученые выдвинули не столь давно гипотезу, что в нашем мире могут существовать, кроме всех прочих частиц, еще и тахионы — частицы, движущиеся со сверхсветовыми скоростями.
Такое предположение основано лишь на некоторых теоретических предпосылках. Но если такие частицы вдруг действительно существуют, то не исключено, что время для них может течь навстречу нашему. То есть, говоря другими словами, прошлое и будущее для таких частиц как бы меняются местами.
И эта идея, пожалуй, еще не самая «сумасшедшая» из тех, которые выдвигают в последнее время физики.
Вселенная в атоме?
Многим, наверное, знакомы стихи В. Брюсова:
«Быть может, эти электроны —Миры, где пять материков,Искусство, знанья, войны, троныИ память сорока веков!»
Зато немногие, верно, знают, какими событиями научного мира были навеяны эти стихи. Довольно часто полагают, что Брюсову, как и многим другим большим талантам, был свойствен пророческий дар — он умел предвидеть дальнейший ход событий.
Рискну, быть может, навлечь на себя гнев некоторых любителей поэзии, почитателей таланта Валерия Яковлевича Брюсова, но все-таки скажу: поэт шел вслед за учеными, но не впереди их.
Стихотворение «Мир электрона» датировано 1922 годом. Но еще в 1913 году знаменитый датский физик Нильс Бор предложил первую количественную теорию атома. Согласно ей, вокруг массивного ядра легкие электроны вращаются примерно так же, как планеты ходят по своим орбитам вокруг звезды. Кое-кто воспринял эту аналогию чересчур буквально, и в печати начала века появились научно-фантастические публикации, авторы которых порою вполне серьезно полагали, что электроны-планеты населены чрезвычайно малыми живыми существами. И на каком-то этапе развития своей науки они обнаруживают, что их атомы тоже являются малыми планетными системами…
С высоты наших сегодняшних познаний можно было бы и усмехнуться, читая о тех теориях этакого «матрешечного» мира: из большой Вселенной раз за разом вынимаются вселенные поменьше… Но в свете некоторых научных представлений последнего времени эта усмешка получается несколько кривоватой. Чтобы понять, в чем тут дело, давайте начнем с самого начала.
Еще два с половиной тысячелетия назад перед философами древнего мира встал вопрос: что будет, если вещество дробить на все более мелкие кусочки? Есть ли пределы этому дроблению и каковы могут быть наименьшие размеры вещества?
Пока философы спорили над этими «вечными» вопросами, физики работали — дробили вещество на все более мелкие части Вещество — на молекулы, молекулы — на атомы, атомы — на ядра и электроны, ядра — на протоны, нейтроны и другие элементарные частицы. При ближайшем рассмотрении оказалось, что и эти элементарные частицы не так уж элементарны — они, в свою очередь, состоят из множества других…
Во всяком случае на сегодняшний день физики полагают, что «первокирпичиками» Вселенной могут оказаться кварки — гипотетические частицы, которые пока никому не удалось «засечь» в эксперименте. Так что никто пока не знает достоверно, существуют ли кварки на самом деле. Ну а если они в действительности обнаружатся можете не сомневаться, физики попробуют разделить и их…
