Принцип относительности утверждает: два физика, применив все приборы для изучения существующих в природе законов – один в неподвижной лаборатории, другой в вагоне, – найдут, что эти законы одни и те же, если вагон движется равномерно и без тряски. Если сказать в более абстрактной форме, то это выглядит так: согласно принципу относительности законы природы не зависят от поступательного (равномерного) движения систем отсчета». Таким образом Эйнштейн своими словами пересказал притчу о путешественнике в запертой каюте, соглашаясь тем самым с правильностью в определенных случаях теории Галилея – Ньютона. И действительно, эта теория около двухсот лет служила верой и правдой человечеству, и никто на нее не жаловался. Так что же заставило Альберта Эйнштейна пересмотреть устоявшиеся позиции? Все та же практическая необходимость.
За два столетия многое переменилось в окружающем мире. Скорости, в нем существующие, заметно возросли. Появились новые отрасли знания – физики, в частности, вплотную занялись явлениями электромагнетизма. И потому на; смену принципу относительности Галилея должен был прийти принцип относительности Эйнштейна. Он добавил в теорию одну важную аксиому: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Долгое время считали, что скорость света вообще равна бесконечности. Например, Герон Александрийский рассуждал так: «Поднимите ночью голову к небу. Вы увидите звезды. Закройте глаза – звезды исчезнут. Откройте их снова – звезды тотчас появятся. Поскольку между мигом открытия глаз и видением звезд нет никакого промежутка, то свет распространяется мгновенно».
А вот уже известный нам Галилей был по этому поводу другого мнения. Он предложил проделать эксперимент по измерению скорости света. Пусть два человека, снабженных сигнальными фонарями, станут подальше друг от друга, рассуждал он. Один из них открывает свой фонарь. Второй делает то же самое, как только видит свет фонаря первого. А наблюдатель, стоящий рядом с первым фонарщиком, пусть замерит промежуток времени, который пройдет между тем мгновением, когда первый фонарщик откроет свет своего фонаря, и тем мигом, когда наблюдатель увидит свет второго фонаря.
Галилей даже попытался провести такой эксперимент на практике, но вскоре убедился – скорость света чересчур велика, чтобы ее можно было было замерить вручную.
Опыты по схеме Галилея удалось провести в XVII и XIX веках. Сначала в 1675 году датский астроном Олаф Кристенсен Ремер провел наблюдения во время затмения открытых Галилеем спутников Юпитера. При этом впервые было подтверждено, что скорость света имеет конечную величину. А потом опыт Галилея был проведен в лабораторных условиях французским экспериментатором Ипполитом Физо в 1849 году с помощью сконструированного им простейшего механического устройства.
Пучок света, пройдя через промежуток между зубцами шестеренки, распространялся на некоторое расстояние (в своих экспериментах Физо доходил и до дистанции в 9 км). На этом расстоянии стоит зеркало, отразившись от которого световой луч идёт обратно. Если зубчатое колесо неподвижно, этот луч попадет в глаз наблюдателя через тот же промежуток между зубцами. А вот если колесо вращается, то в зависимости от скорости вращения световой луч попадет либо на зубец, либо – при дальнейшем повышении скорости – в следующий промежуток.
Зная расстояние до зеркала и скорость вращения колеса, можно вычислить скорость распространения света. Физо получил в своих опытах значение скорости света, равное 313 тыс. км/с. (Для сравнения заметим, что в современных опытах, проведенных с помощью атомных часов, это значение равно 299 799 456 м/с с погрешностью + 0,2 м/с.)
Так вот, разрабатывая свою теорию относительности, Эйнштейн пришел к выводу, что скорость света в пустоте, вакууме абсолютна. Она равна примерно 300 тыс. км/с, и быстрее света не может двигаться ничто.
К этому выводу Эйнштейн пришел на основании логических рассуждений, основанных на известных ему экспериментах, связанных с изучением электромагнитных процессов. Особенно высоко ценил ве ликий теоретик эксперимент голландского астронома де Ситтера, основанный на наблюдениях двойных звезд. Проведенные им исследования показали, что скорость света не зависит от скорости перемещения звезды, испускающей этот свет. Затем этот же факт неоднократно подтверждался и в других опытах.
Итак, скорость света постоянна. Так что же тогда меняется в этом изменчивом мире? Очень многое, в том числе и скорость… течения времени!
Чтобы понять, как это может быть, давайте вслед за Эйнштейном проведем мысленный эксперимент. Снова обратимся к двум лабораториям, одна из которых расположена в чистом поле, а другая в вагоне движущегося поезда.
Пусть на передней и задней стенках вагона имеется по лампочке. Физик-наблюдатель движущейся лаборатории находится посредине вагона, как раз между лампочками, на равном расстоянии от каждого источника света.
Эксперимент построен так, что вспышки света от этих лампочек достигают «поездного» и «полевого» физиков строго одновременно, а именно в тот момент, когда они поравняются друг с другом. Какие выводы должен сделать из этого наблюдения каждый из экспериментаторов?
Физик в вагоне может рассуждать так: «Поскольку сигналы были посланы источниками, находящимися от меня на равных расстояниях и пришли одновременно, значит, и испущены они были строго одновременно», Физик в полевой лаборатории имеет полное право прокомментировать описываемое событие несколько иным образом: «Когда середина вагона поравнялась со мной, обе лампочки были от меня на одинаковом расстоянии. Но свет был испущен ими несколько ранее момента, когда меня достиг – ведь как-никак световые лучи имеют пусть и огромную, но конечную скорость. Отсюда логично предположить, что в момент испускания света передняя стенка вагона была ко мне ближе, чем задняя. А так как свет от обоих источников распространяется с одинаковой скоростью, получается, что лампочка на задней стенке вспыхнула раньше, чем на передней…»
В итоге вслед за нашими физиками мы должны будем прийти к выводу: одновременно или неодновременно случилось некое событие, зависит от того, с какой точки зрения мы будем их рассматривать. Если с точки зрения двигавшегося физика, то лампочки вспыхнули одновременно; если с точки зрения физика, находившегося неподвижно, то нет.
А это, в свою очередь, неумолимо приводит нас к некому логическому парадоксу (по крайней мере таковым он кажется на первый взгляд): время в разных системах отсчета течет неодинаково. Время оказывается зависящим от скорости! Оно не абсолютно, а относительно… С точки зрения теории относительности нельзя сказать просто «сейчас столько-то времени». Надо обязательно добавлять, в какой именно системе координат.
Парадокс близнецов
Из чисто логических построений Эйнштейна вскоре последовали и практические расчеты зависимости течения, времени от скорости движения. Позвольте здесь опустить математические выкладки (как помните, их не очень жаловал и сам Эйнштейн) и сообщить вам сразу конечный результат. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения нашего объекта к скорости света.
Это уже дает нам по крайней мере одну 'принципиальную возможность построить машину времени. Садитесь в ракету, отправляйтесь в длительное путешествие, разогнавшись до скорости, близкой к световой, и вы вернетесь на Землю значительно более молодым, чем ваши современники, провожавшие вас в полет.
В «Популярной физике» Дж. Орира даже приводится точный рас-i чет, насколько вы будете моложе. Если один из близнецов в возрасте 20 лет отправится в космическое путешествие к звезде Арктур на корабле, летящем со скоростью 0,99 скорости света, то, преодолев два раза расстояние в 40 световых лет (до звезды и обратно), он вернется на Землю через 11,4 года по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет 80,8 года. Так что брат, оставшийся на планете, должен очень постараться, чтобы дождаться возвращения межзвездного путешественника. Ведь ему к моменту возвращения корабля стукнет 108,8 года! Космический путешественник окажется моложе его на целую жизнь– 69,4 года!
Так что летайте субсветовыми звездолетами! Вы сэкономите себе массу времени! И был совершенно прав известный писатель В. Войнович, когда в одной из своих книг послал своего героя преодолевать 100-летний промежуток именно таким образом. Отправил его звездолетом в путешествие, а когда тот вернулся, на Земле прошло ровно столетие.
«Ну, фантасты способны еще и не на такие чудеса, – вполне справедливо скажете вы. – А вот нам-то, ныне живущим, какой прок от подобных машин времени? Субсветовых звездолетов пока нет, и рассчитывать, что они появятся при нашей жизни, знаете, как-то не приходится…»
Что верно, то верно. И потому на сегодняшний день единственные люди, которые могут воспользоваться выводами из теории Эйнштейна в своих практических целях, – это астрономы.
Расстояния во Вселенной не случайно измеряются световыми годами. Световой год – это тот путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Стало быть, глядя на звезды, мы видим их не такими, какие они есть в настоящее время, а такими, какими они были 40, 50 и более световых лег назад.
«…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 состоит 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 сгущаться 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 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 на чале 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 предопределенно 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, предопределенно 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.
1 2 3 4 5 6 7
За два столетия многое переменилось в окружающем мире. Скорости, в нем существующие, заметно возросли. Появились новые отрасли знания – физики, в частности, вплотную занялись явлениями электромагнетизма. И потому на; смену принципу относительности Галилея должен был прийти принцип относительности Эйнштейна. Он добавил в теорию одну важную аксиому: скорость распространения света (в пустоте) одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Долгое время считали, что скорость света вообще равна бесконечности. Например, Герон Александрийский рассуждал так: «Поднимите ночью голову к небу. Вы увидите звезды. Закройте глаза – звезды исчезнут. Откройте их снова – звезды тотчас появятся. Поскольку между мигом открытия глаз и видением звезд нет никакого промежутка, то свет распространяется мгновенно».
А вот уже известный нам Галилей был по этому поводу другого мнения. Он предложил проделать эксперимент по измерению скорости света. Пусть два человека, снабженных сигнальными фонарями, станут подальше друг от друга, рассуждал он. Один из них открывает свой фонарь. Второй делает то же самое, как только видит свет фонаря первого. А наблюдатель, стоящий рядом с первым фонарщиком, пусть замерит промежуток времени, который пройдет между тем мгновением, когда первый фонарщик откроет свет своего фонаря, и тем мигом, когда наблюдатель увидит свет второго фонаря.
Галилей даже попытался провести такой эксперимент на практике, но вскоре убедился – скорость света чересчур велика, чтобы ее можно было было замерить вручную.
Опыты по схеме Галилея удалось провести в XVII и XIX веках. Сначала в 1675 году датский астроном Олаф Кристенсен Ремер провел наблюдения во время затмения открытых Галилеем спутников Юпитера. При этом впервые было подтверждено, что скорость света имеет конечную величину. А потом опыт Галилея был проведен в лабораторных условиях французским экспериментатором Ипполитом Физо в 1849 году с помощью сконструированного им простейшего механического устройства.
Пучок света, пройдя через промежуток между зубцами шестеренки, распространялся на некоторое расстояние (в своих экспериментах Физо доходил и до дистанции в 9 км). На этом расстоянии стоит зеркало, отразившись от которого световой луч идёт обратно. Если зубчатое колесо неподвижно, этот луч попадет в глаз наблюдателя через тот же промежуток между зубцами. А вот если колесо вращается, то в зависимости от скорости вращения световой луч попадет либо на зубец, либо – при дальнейшем повышении скорости – в следующий промежуток.
Зная расстояние до зеркала и скорость вращения колеса, можно вычислить скорость распространения света. Физо получил в своих опытах значение скорости света, равное 313 тыс. км/с. (Для сравнения заметим, что в современных опытах, проведенных с помощью атомных часов, это значение равно 299 799 456 м/с с погрешностью + 0,2 м/с.)
Так вот, разрабатывая свою теорию относительности, Эйнштейн пришел к выводу, что скорость света в пустоте, вакууме абсолютна. Она равна примерно 300 тыс. км/с, и быстрее света не может двигаться ничто.
К этому выводу Эйнштейн пришел на основании логических рассуждений, основанных на известных ему экспериментах, связанных с изучением электромагнитных процессов. Особенно высоко ценил ве ликий теоретик эксперимент голландского астронома де Ситтера, основанный на наблюдениях двойных звезд. Проведенные им исследования показали, что скорость света не зависит от скорости перемещения звезды, испускающей этот свет. Затем этот же факт неоднократно подтверждался и в других опытах.
Итак, скорость света постоянна. Так что же тогда меняется в этом изменчивом мире? Очень многое, в том числе и скорость… течения времени!
Чтобы понять, как это может быть, давайте вслед за Эйнштейном проведем мысленный эксперимент. Снова обратимся к двум лабораториям, одна из которых расположена в чистом поле, а другая в вагоне движущегося поезда.
Пусть на передней и задней стенках вагона имеется по лампочке. Физик-наблюдатель движущейся лаборатории находится посредине вагона, как раз между лампочками, на равном расстоянии от каждого источника света.
Эксперимент построен так, что вспышки света от этих лампочек достигают «поездного» и «полевого» физиков строго одновременно, а именно в тот момент, когда они поравняются друг с другом. Какие выводы должен сделать из этого наблюдения каждый из экспериментаторов?
Физик в вагоне может рассуждать так: «Поскольку сигналы были посланы источниками, находящимися от меня на равных расстояниях и пришли одновременно, значит, и испущены они были строго одновременно», Физик в полевой лаборатории имеет полное право прокомментировать описываемое событие несколько иным образом: «Когда середина вагона поравнялась со мной, обе лампочки были от меня на одинаковом расстоянии. Но свет был испущен ими несколько ранее момента, когда меня достиг – ведь как-никак световые лучи имеют пусть и огромную, но конечную скорость. Отсюда логично предположить, что в момент испускания света передняя стенка вагона была ко мне ближе, чем задняя. А так как свет от обоих источников распространяется с одинаковой скоростью, получается, что лампочка на задней стенке вспыхнула раньше, чем на передней…»
В итоге вслед за нашими физиками мы должны будем прийти к выводу: одновременно или неодновременно случилось некое событие, зависит от того, с какой точки зрения мы будем их рассматривать. Если с точки зрения двигавшегося физика, то лампочки вспыхнули одновременно; если с точки зрения физика, находившегося неподвижно, то нет.
А это, в свою очередь, неумолимо приводит нас к некому логическому парадоксу (по крайней мере таковым он кажется на первый взгляд): время в разных системах отсчета течет неодинаково. Время оказывается зависящим от скорости! Оно не абсолютно, а относительно… С точки зрения теории относительности нельзя сказать просто «сейчас столько-то времени». Надо обязательно добавлять, в какой именно системе координат.
Парадокс близнецов
Из чисто логических построений Эйнштейна вскоре последовали и практические расчеты зависимости течения, времени от скорости движения. Позвольте здесь опустить математические выкладки (как помните, их не очень жаловал и сам Эйнштейн) и сообщить вам сразу конечный результат. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения нашего объекта к скорости света.
Это уже дает нам по крайней мере одну 'принципиальную возможность построить машину времени. Садитесь в ракету, отправляйтесь в длительное путешествие, разогнавшись до скорости, близкой к световой, и вы вернетесь на Землю значительно более молодым, чем ваши современники, провожавшие вас в полет.
В «Популярной физике» Дж. Орира даже приводится точный рас-i чет, насколько вы будете моложе. Если один из близнецов в возрасте 20 лет отправится в космическое путешествие к звезде Арктур на корабле, летящем со скоростью 0,99 скорости света, то, преодолев два раза расстояние в 40 световых лет (до звезды и обратно), он вернется на Землю через 11,4 года по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет 80,8 года. Так что брат, оставшийся на планете, должен очень постараться, чтобы дождаться возвращения межзвездного путешественника. Ведь ему к моменту возвращения корабля стукнет 108,8 года! Космический путешественник окажется моложе его на целую жизнь– 69,4 года!
Так что летайте субсветовыми звездолетами! Вы сэкономите себе массу времени! И был совершенно прав известный писатель В. Войнович, когда в одной из своих книг послал своего героя преодолевать 100-летний промежуток именно таким образом. Отправил его звездолетом в путешествие, а когда тот вернулся, на Земле прошло ровно столетие.
«Ну, фантасты способны еще и не на такие чудеса, – вполне справедливо скажете вы. – А вот нам-то, ныне живущим, какой прок от подобных машин времени? Субсветовых звездолетов пока нет, и рассчитывать, что они появятся при нашей жизни, знаете, как-то не приходится…»
Что верно, то верно. И потому на сегодняшний день единственные люди, которые могут воспользоваться выводами из теории Эйнштейна в своих практических целях, – это астрономы.
Расстояния во Вселенной не случайно измеряются световыми годами. Световой год – это тот путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Стало быть, глядя на звезды, мы видим их не такими, какие они есть в настоящее время, а такими, какими они были 40, 50 и более световых лег назад.
«…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 состоит 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 сгущаться 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 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 на чале 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 предопределенно 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, предопределенно 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.
1 2 3 4 5 6 7