Вселенная
КАК УСТРОЕНА МАШИНА ВРЕМЕНИ?
CheGUEVARA [1091]
20 мая 2014, 02:15
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 ,однаког состоит в том, что согласно нынешней теории на столь раннем этапе существования Вселенной квазары еще не должны были образоваться.
Впрочем, сотрудник Принстонского университета Доналд Шнайдер, тоже принимавший участие в этой работе, полагает, что квазар, открытый его коллегами, возможно, является единичной аберрацией, 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 детер-менистом 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 сплошньк 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
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.
Мировая линия
В прошлой главе мы довольно .долго пытались разобраться в сущности времени, даже придумали, как можно использовать в качестве своеобразных машин времени телескопы астрономов. Однако при всем этом ухитрились так 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 Эй
нштейн. 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 четырехмерностью 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 и 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.
Эта линия, образуемая из множества событий-то-
чек, 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 это 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 детском стихотворении:
Сегодня в полдень пущена ракета.
Она летит куда быстрее света
И долетит до цели в шесть утра
Вчера.
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, а 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, троны И 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...
-------
Вселенная
Список форумов
На главную
0.035 сек
SQL: 3