Читать книгу "Сейчас. Физика времени - Ричард А. Мюллер"

Другая лазейка вокруг скорости света

В главе 5 я показал, как постоянное ускорение 1g в вашей собственной системе отсчета может привести к тому, что расстояние между вами и отдаленным объектом (измеренное в ускоряющейся системе отсчета) изменяется в 2,6 раза быстрее скорости света. С помощью ускорителя BELLA в нашей лаборатории можно было изменять расстояние до Сириуса в системе отсчета электрона со скоростью, эквивалентной 8,6 миллиарда скоростей света. Вы можете добиться большего. Можете изменять расстояния с бесконечной скоростью. Вот как это происходит.

Представьте, что мы с вами в космосе на расстоянии метра друг от друга. Вокруг нас ничего нет. Предположим, наши системы отсчета идентичны. В них мы оба в состоянии покоя. Теперь возьмем маленькую первичную (полностью сформировавшуюся) черную дыру, которая имеет массу, может быть, несколько килограммов. Поместим ее точно между вами и мной. Гравитационное притяжение у черной дыры не больше, чем у другого объекта с такой же массой, так что мы не испытываем воздействия необычных сил. Когда черная дыра находится между нами, прямая линия, соединяющая нас, становится бесконечной. Таким образом, расстояние между нами изменилось. А наше местоположение нет.

Сдвинулись ли мы с места? Нет. Изменилось ли расстояние между вами и мной? Да. Колоссально. Пространство текучее и гибкое. Оно способно сжиматься и растягиваться. Бесконечная концентрация пространства может быть передвинута достаточно легко, потому что его масса может оказаться небольшой. Это означает, что расстояния между объектами способны изменяться с произвольно высокими скоростями, даже со скоростью «световой год / секунда», а может, и быстрее. Вы словно передвигаетесь с суперскоростью (сверхсветовой), хотя остаетесь на месте.

Эти понятия и концепции очень пригодятся нам при обсуждении современной космологии в последующих главах. В особенности они важны как основа теории инфляционного развития Вселенной, которая используется для объяснения парадоксальности ее удивительного единства, даже несмотря на то что она так велика и (видимо) не обладала временем для объединения. Подробнее об этом далее.

Пространственно-временные туннели

Кротовая нора – это гипотетический объект, похожий на черную дыру. Но вместо искривленного пространства, которое устремляется к дыре, обладающей колоссальной массой, в конечном счете пространство открывается в другую горловину. Простейший пример такого туннеля – соединенные в узком месте две «не совсем черные дыры». («Не совсем» означает, что можно упасть в дыру с одного входа и выйти из другого за конечный промежуток времени.) Чтобы это произошло, нужно представить: пространство согнуто таким образом, что сгиб приходится как раз на место выхода из туннеля. Однако на самом деле воображать это не нужно. Вспомните, что падение внутрь черной дыры в системе отсчета внешнего наблюдателя бесконечно по протяженности. Так что если кротовая нора и не такая глубокая, она может иметь достаточную глубину, чтобы достичь любой точки.

Проблема с простыми кротовыми норами состоит в том, что расчеты указывают на их нестабильность. Поскольку внизу норы нет никакой массы, чтобы концентрировать искривленное пространство, полагают, что кротовая нора прекратит свое существование быстрее, чем человек сможет «проскочить» сквозь нее. Мы могли бы стабилизировать ее (как это делают в шахтах, ставя подпоры), но, согласно современным взглядам на проблему, для этого необходимо нечто, чего человечество еще не открыло, – некая частица с негативной энергией в ее поле. Такое поле возможно (во всяком случае, его нельзя исключать). Так что приглашаем фантастов использовать предположение, что в будущем мы сумеем создавать стабильные и полезные пространственно-временные туннели.

Кротовые норы – классика научной фантастики, особенно в описании суперскоростных путешествий на расстояния во многие световые годы. Даже сам термин «варп-двигатель» (warp-drive)[94] из киноэпопеи «Звездный путь», который использовался также в телесериале «Доктор Кто»[95], предполагает, что четырехмерное пространство-время Вселенной имеет еще и пятое измерение, сближая объекты. Та же тема звучит и в популярном научно-фантастическом фильме «Дюна»[96], где вымышленная «Космическая гильдия» использует материал под названием spice, чтобы искривлять пространство. (В послужившем основой романе герои просто покрывают расстояние со скоростью больше скорости света, однако в фильме используется релятивистский аспект такой способности.)

Кротовые норы потрясают воображение поклонников научной фантастики еще и потому, что некоторые физики утверждают, будто они могут сделать возможными путешествия обратно во времени. По мере того как мы будем продвигаться в понимании течения времени, слова сейчас и путешествия во времени, вы увидите, почему я не согласен с тем, что кротовая нора позволит вернуться во времени назад.

* * *

Для меня удивительно, что, не зная причины течения времени, мы можем точно определять его относительное течение в различных местностях и утверждать, будто оно может течь с разной скоростью. Согласно законам физики, время замедляется или убыстряется. Следующий шаг, сделанный учеными-физиками, тоже не смог объяснить скорость течения времени, но попытался ответить на более простой вопрос: почему время скорее течет вперед, чем назад?

Часть II

Сломанная стрела

Глава 8

Стрела преткновения
Эддингтон утверждает, что движение времени вперед объясняется увеличивающейся энтропией

Солдаты короля, Как только ни старались, Но собрать Шалтая У них не получалось.

Ш. Перро, «Сказки Матушки Гусыни»

Несмотря на огромный прогресс, достигнутый в понимании времени, Эйнштейн потерпел полную неудачу в объяснении его фундаментального свойства: движения. Время не просто четвертое пространственное измерение. Оно иное по своей природе, потому что развивается. Прошлое совершенно отличается от будущего, и мы знаем это очень хорошо. Тот особый момент, давший название этой книге – «Сейчас», – движется вперед вместе со временем. Почему? Может ли он двигаться вспять; можем ли мы понять, как работала машина времени Герберта Уэллса, и построить такую же? Мы в состоянии изменить свое будущее. По крайней мере, об этом говорят родители. Почему же тогда не можем изменить прошлое? Или можем?