Читать книгу "Млечный Путь № 3 2021 - Далия Мейеровна Трускиновская"

Манн

Рис.

Неумолимое движение времени может быть источником беспокойства. Кто не желал хотя бы изредка "остановить" счастливое мгновение или не дать исчезнуть любимому человеку. Время от времени в научно-фантастической книге, фильме или телешоу персонажи могут делать то, что мы все хотим: останавливать время. Но возможно ли такое?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо погрузиться в самые глубокие области физики, философии и человеческого восприятия. Во-первых, мы должны дать определение времеми. "Для физика это не так уж и загадочно, - сказал Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института. - Время - просто ярлык для разных частей Вселенной. Оно сообщаетт нам, когда что-то происходит".

Кэрролл добавил, что во многих физических уравнениях мало различий между прошлым, настоящим и будущим. Согласно теории Эйнштейна, время измеряется часами. Поскольку части часов должны двигаться в пространстве, время запутывается с пространством в более крупную концепцию, известную как пространство-время, которая лежит в основе Вселенной.

Теория относительности показала, что время может сильно колебаться в зависимости от того, насколько быстро один наблюдатель движется относительно другого. Если вы отправите человека с часами на космический корабль со скоростью, близкой к скорости света, время будет течь для него медленнее, чем для неподвижного друга, оставшегося на Земле. А космонавт, падающий в черную дыру, огромная гравитация которой может исказить время, может казаться замедляющимся по сравнению с удаленным наблюдателем.

Но на самом деле это не способ остановить время. Двое часов могут не совпадать в теории относительности, но каждые часы по-прежнему будут фиксировать обычный ход времени в своей системе отсчета.

"Если бы вы приближались к черной дыре, вы бы ничего не заметили, - сказал Кэрролл. - Вы бы посмотрели на свои наручные часы, и они показывали бы одну секунду в секунду".

Для него бессмысленно говорить об остановке времени.

"Мы знаем, что машина движется, потому что в разные моменты времени она находится в разных местах пространства. Движение - это изменение относительно времени, поэтому само время не может двигаться".

Другими словами, если бы время остановилось, остановилось бы и все движение. Хотя научная фантастика иногда дает нам главных героев, которые могут приостановить время для всех остальных, такие ситуации вызывают множество вопросов.

Кэрролл добавил, что персонаж, останавливающий время, вероятно, не сможет ничего увидеть, потому что световые лучи больше не будут достигать глазных яблок. На самом деле нет никакого последовательного сценария, при котором время останавливается.

Вот и все о физике. Но время - это больше, чем просто чтение по часам. Это также чувство, которое есть у нас в голове и теле, а также естественные ритмы мира. Однако в таких случаях время может стать зависящим от личных прихотей.

"Интересно размышлять о субъективном времени", - сказал Крейг Каллендер, философ, специализирующийся на времени в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Он описал хорошо известную психологическую иллюзию, известную как "хроностаз", при которой человек помещает часы на край поля зрения, а затем на мгновение смотрит на что-то еще. Если взглянуть на часы и сфокусироваться на секундной стрелке, они остановятся. (Это может быть необычным способом развлечься во время пятого урока математики в старшей школе.) "Секундная стрелка определенно висит здесь неподвижно, - сказал Каллендер. - Вы можете сделать так, чтобы время застыло".

Иллюзия связана с крошечными движениями глаз, называемыми саккадами, при которых ваши глазные яблоки быстро бегают вперед и назад, чтобы постоянно воспринимать окружающее. По словам Каллендера, чтобы предотвратить появление хаотичного размытия, ваш мозг фактически редактирует то, что видит в реальном времени, и создает впечатление непрерывного поля зрения.

Тогда возникает вопрос: какова взаимосвязь между нашим восприятием времени и временем, о котором говорят физики? Каллендер написал ряд книг, в которых пытается исследовать связь между разными временами, и пока нет единого мнения по поводу окончательного ответа. Что касается окончательного течения времени, Каллендер предпочитает картину, "где ничего не течет, но течет ваша история".

А что он думает относительно возможности остановки времени?

"Если мы подумаем о нашем субъективном ощущении времени, то мы можем остановить его части с помощью хроностаза, - сказал Каллендер. - Но это, наверное, самое большее, что мы можем сделать".

***

Какая самая маленькая частица во Вселенной?

(А как насчет самой большой?)

Джоанна Вендель

Рис.

Вселенная огромна, но состоит из маленьких частиц. Таблица Менделеева включает такие элементы, как кислород, углерод и другие строительные блоки, из которых состоят звезды, кошки или чашки кофе. Но с начала ХХ века ученые находили все меньшие и меньшие фундаментальные частицы - те, которые мельче атомов, заполняющие Вселенную.

Итак, какая из элементарных частиц самая маленькая? И, наоборот, какая самая большая? Дон Линкольн, старший научный сотрудник Национальной лаборатории Ферми, - один из ученых, пытающихся ответить на этот вопрос. В Фермилабе ученые используют ускоритель частиц, чтобы разбивать отдельные частицы и смотреть на выходящие обломки - или возможные новые фундаментальные частицы. Линкольн сказал, что есть два способа измерить размер частиц: исследовать их массу и измерить их физический размер, например, вычислить диаметр шара.

С точки зрения массы, на эти вопросы относительно просто ответить. Самая мелкая из известных нам частиц ненулевой массы - это нейтрино. Однако Линкольн указал, что у нас нет точного измерения массы нейтрино, потому что инструменты, используемые для вычисления массы элементарных частиц, недостаточно чувствительны.

"Нейтрино - это своего рода призрак субатомного мира", - сказал Линкольн. Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом и является второй по численности частицей после фотонов (которые ведут себя больше как волны, чем настоящие частицы). Фактически, в эту самую секунду через вас проходят триллионы нейтрино.

Нейтрино почти ничего не весят и движутся со скоростью, близкой к скорости света. Ядро атома состоит из нейтронов, протонов и электронов. По словам Линкольна, сами протоны и нейтроны составляют примерно одну десятую размера ядра в целом. Электрон имеет массу, близкую к нулю, но на самом деле он весит в 500 000 раз больше, чем нейтрино (опять же, точное измерение невозможно провести на данный момент). По словам Линкольна, физики используют электрон-вольты (эВ) для измерения массы субатомных частиц. Технически единица измерения - эВ/c^2, где c - скорость света. Один электрон-вольт эквивалентен примерно 1,6x10^-19 джоулей.

Чтобы упростить задачу, физики используют набор единиц, в которых скорость света равна 1. Чтобы вычислить массу субатомной частицы, вы должны использовать известное уравнение Альберта Эйнштейна E = mc^2, чтобы получить массу (m). в килограммах. Согласно Линкольну, масса электрона 511 000 электрон-вольт, что эквивалентно 9,11x10^-31