Свою догадку Козырев пробовал проверить на ближайшей к, нам небесной паре: Земля – Луна. Так он пришел к гипотезе о лунном вулканизме, впоследствии получившем подтверждение на практике. Потом его внимание привлекли «черные дыры». Ведь их тоже можно считать в некотором роде сверхплотными звездами – коллапсарами с огромным полем тяготения. Туда, в эти «дыры», скорее всего, и утекает энергия из нашей Вселенной. Но безвозвратно ли она утекает?
То, что на сегодняшний день нам известно о строении Вселенной, позволяет считать, что ее энергия утекает не безвозвратно. Рано или поздно процесс поглощения вещества «черными дырами» может прекратиться, и тогда начнется обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Быть может, начиная с этого момента, и время потечет вспять?
Правда, весь предыдущий опыт человечества пока говорит о том, что большинство событий и явлений, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, не обладают обратимостью: человек может только стареть, разбитая чашка никогда уже не станет целой, молоко, разлившееся из опрокинутой бутылки, никогда не соберется в нее вновь…
Однако многие явления обладают обратимостью: автомобиль может проехать сначала в одну сторону, а потом вернуться, день сменяется ночью, а потом снова приходит день, все молекулы участвуют в беспорядочном броуновском движении… Откуда возникает необратимость, если законы движения обратимы?
Вопрос непростой. О нем не случайно говорят как о парадоксе обратимости. Споров вокруг него было немало, пока Л. Больцман все-таки не нашел решение проблемы. Вот ход его рассуждений.
Капля сиропа, расплывшаяся в воде, может снова собраться. Тепло может перейти обратно к тому из брусков, который раньше был более горячим. Газы, выпущенные из двух баллонов в общий сосуд, могут когда-либо снова разделиться… Все эти процессы в принципе возможны хотя бы потому, что из свойств механического движения молекул следует, что возможны как перемешивание газов, так и обратный ему процесс. Ведь атомы и молекулы движутся хаотично, а раз имеется обратимость в движениях отдельных атомов, значит возможно и обратимое поведение всего их сообщества. Категорического запрета на это нет. А то, что мы не наблюдаем их в повседневной жизни, говорит лишь о том, что обратные явления по сравнению с прямыми происходят очень и очень редко. Может случиться так, что за всю историю Вселенной нам не доведется их наблюдать, но это вовсе не значит, что они не могут происходить вообще.
Эту идею впоследствии поддержал уже известный нам Н. А. Козырев. Он предположил: что все известные законы движения – лишь некоторая приближенная форма точных законов, которые еще предстоит открыть. И если в приближенных законах соблюдается обратимость, то точные законы будут обладать обратимостью, хотя, вполне возможно, она и будет выражена достаточно слабо.
Косвенным подтверждением этих высказываний можно, пожалуй, считать открытие не столь давно одной не совсем обычной элементарной частицы. Речь идет о нейтральном К-мезоне. Эта нестабильная, распадающаяся частица «различает» прошлое и будущее; два направления времени для нее не симметричны.
Тогда поручается, что направление времени связано с направлением большей части процессов во Вселенной? Именно такую догадку выдвинул в свое время английский физик Артур Эддингтон. Он высказал предположение, что направление течения времени связано с расширением Вселенной, и назвал это явление «стрела времени». В тот момент, когда расширение сменится сжатием, может повернуться в другую сторону и «стрела времени».
Так это или не так, еще предстоит разобраться нашим потомкам. А для этого нужно понять, из чего же именно состоит поток времени.
В настоящее время мы как-то уже привыкли к тому, что все окружающие нас излучения можно разделить на составляющие их частицы. К примеру, всем сегодня известно, что свет в конечном итоге состоит из фотонов. Причем никто даже особо не удивляется тому, что фотону свойствен Дуализм: в одних случаях он ведет себя как материальная частица, в других – как электромагнитная волна.
Более того, если мы как следует углубимся в дебри современной квантовой физики, то в конце концов обнаружим, что микрочастица по своей природе не является, вообще-то говоря, ни тем и не другим. Она только похожа на волну или на частицу в том или ином эксперименте. Если в какой-то ситуации микрочастица похожа на «обычную частицу», то для нее большую определенность приобретает ее положение в пространстве. Если же она в данном конкретном случае более походит на волну, то и большее значение приобретает ее импульс. И физики пользуются в каждом конкретном случае тем или иным определением.
Однако они, эти определения, вообще говоря, введены больше для удобства расчетов. На самом деле и импульс и положение частицы довольно неопределенны. Причем чем более определенна одна величина, тем более неопределенна будет другая.
Физики-теоретики даже сумели выразить количественно соотношение определенности и неопределенности и спокойно им пользуются при описании различных событий в микромире.
Так обстоят дела с описанием электронов, фотонов и других частиц, о которых на сегодняшний день физики знают достаточно много. Ну а как быть с гравитацией и временем?
Этот вопрос тоже в немалой степени занимает внимание теоретиков. О возможности существования гравитационных волн говорилось уже в первые годы развития общей теории относительности. А. Эйнштейн доказал, что из его теории следует возможность и даже необходимость существования таких волн.
Гравитационные волны – это волнообразные колебания пространства-времени, придающие ему дополнительную, бегущую волнами, как «барашки» по морю, искривленность. Теоретики полагают, что эти волны распространяются в четырехмерном пространстве-времени примерно так же, как в воздухе распространяются упругие акустические колебания или электромагнитные волны.
Гравитационные волны, как и электромагнитные, распространяются с предельной скоростью – 300 тыс. км/с. Однако при этом непонятно, почему гравитационные возмущения распространяются намного быстрее световых. Возможно, для их распространения используются более короткие; внепространственные каналы типа «червоточин»?
Точного ответа на этот и другие подобные вопросы пока нет. Даже сами гравитационные волны пока не удается наблюдать или экспериментально зарегистрировать. Опытные установки, построенные в нескольких точках земного шара, пока не дали результатов, которые бы можно было однозначно интерпретировать как доказательство существования гравитационных волн.
И тем не менее теоретики отважно продолжают свои изыскания. К примеру, еще в 30-е годы советский физик М. П. Бронштейн применил к описанию гравитационных волн математический аппарат квантовой теории микромира. Он предположил, что гравитационные волны должны быть если не тождественны, то по крайней мере родственны электромагнитным колебаниям, свету.
И что же, теория показывает, что при некоторых условиях гравитационные волны вполне могут вести себя как потоки неких частиц, квантов этих волн. По аналогии с фотонами и электронами, эти частицы получили название гравитонов.
Гравитоны, с одной стороны, очень похожи на фотоны, полагают теоретики. Как и частицы света, они всегда должны двигаться с максимальной скоростью. Их масса должна быть связана с движением – масса покоя, как таковая, отсутствует.
С другой стороны, между этими частицами должны быть и определенные отличия. Фотон взаимодействует только с электрическими заряженными частицами, гравитон же со всеми – он представитель всемирного тяготения.
Следующий логический шаг – обнаружение квантов времени. Существуют ли они на самом деле? Точно этого пока никто не знает – у нас нет приборов, которые бы смогли фиксировать эти частицы. Единственное, на что мы пока можем положиться, – на опыт всей физики. А он, этот опыт, учит: нет никакого времени, которое бы существовало «само по себе». Оно всегда связано с явлениями, которые происходят в окружающем нас мире. А значит, вполне вероятно, что на него должны распространяться законы этого мира. Так что в этом смысле мы вполне можем говорить о возможности существования неких частиц времени – хронотонов. Или хрононов?!. Точного названия для этих частиц пока нет, и их еще никому, как мы говорили, не удалось обнаружить. Хотя об атомарности, квантованности времени спорили еще мудрецы древности.
Однако физика – наука точная. Она не может существовать на одних предположениях. И если мы хотим реально говорить о возможности путешествий во времени, а тем более о машинах, это время преобразующих по нашему желанию, то, конечно, необходимы эксперименты, которые бы позволили отыскать не только кванты тяготения, но и кванты времени. Мерилом истины может быть только Эксперимент. Но возможен ли он в нашем конкретном случае? Теоретики, а тем более экспериментаторы пока не могут ответить на этот вопрос однозначно. Дело в том, что некоторые расчеты показывают, что уменьшить неопределенность в данном вопросе смогут лишь эксперименты, при которых микрочастицы должны будут обладать энергиями порядка 109 джоулей. Однако самые мощные ускорители, которые планируется построить в ближайшее время, – могут обеспечить едва ли миллиардную долю этой энергии. По всей вероятности, подобный ускоритель вообще никогда нельзя будет построить – ведь для его работы не хватит никаких планетарных ресурсов.
Впрочем, кое-какой выход из положения все-таки намечается. Если мы не можем создать подобные условия на нашей планете, надо поискать, – не существуют ли они где-то во Вселенной. И тогда, наблюдая за ходом эксперимента в лаборатории природы, мы и сможем получить ответ на интересующие нас вопросы.
В связи с таким подходом многие исследователи в последние годы самым настоятельным образом советуют повнимательнее присмотреться к вакууму, то есть к космической пустоте, которая окружает все небесные тела. Судя по некоторым данным, эта пустота может оказаться вовсе не так пуста, как казалось еще недавно.
На сегодняшний день под вакуумом понимают такое состояние физической системы, когда в ней нет ни полей, ни частиц. Это состояние наименьшей возможной энергии, но оно вовсе не значит, что энергии в системе нет вовсе. В вакууме все время протекают самые различные превращения. И, разобравшись в них, мы, вполне возможно, еще очень многое поймем в сущности окружающего нас мира, в том числе и в такой странной и загадочной на сегодняшний день физической субстанции, какой является время.
«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься – и вот я уже не знаю, что такое время». Слова древнего мудреца остаются верными и в наши дни. Но это вовсе не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. Надо! Именно на этом пути и лежит возможность создания удивительных, фантастических пока устройств – машин времени.
Временная спираль завершает свой очередной виток. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все глубже…
СОВЕТУЕМ ПРОЧИТАТЬ
Стрела времени
То, что на сегодняшний день нам известно о строении Вселенной, позволяет считать, что ее энергия утекает не безвозвратно. Рано или поздно процесс поглощения вещества «черными дырами» может прекратиться, и тогда начнется обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Быть может, начиная с этого момента, и время потечет вспять?
Правда, весь предыдущий опыт человечества пока говорит о том, что большинство событий и явлений, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, не обладают обратимостью: человек может только стареть, разбитая чашка никогда уже не станет целой, молоко, разлившееся из опрокинутой бутылки, никогда не соберется в нее вновь…
Однако многие явления обладают обратимостью: автомобиль может проехать сначала в одну сторону, а потом вернуться, день сменяется ночью, а потом снова приходит день, все молекулы участвуют в беспорядочном броуновском движении… Откуда возникает необратимость, если законы движения обратимы?
Вопрос непростой. О нем не случайно говорят как о парадоксе обратимости. Споров вокруг него было немало, пока Л. Больцман все-таки не нашел решение проблемы. Вот ход его рассуждений.
Капля сиропа, расплывшаяся в воде, может снова собраться. Тепло может перейти обратно к тому из брусков, который раньше был более горячим. Газы, выпущенные из двух баллонов в общий сосуд, могут когда-либо снова разделиться… Все эти процессы в принципе возможны хотя бы потому, что из свойств механического движения молекул следует, что возможны как перемешивание газов, так и обратный ему процесс. Ведь атомы и молекулы движутся хаотично, а раз имеется обратимость в движениях отдельных атомов, значит возможно и обратимое поведение всего их сообщества. Категорического запрета на это нет. А то, что мы не наблюдаем их в повседневной жизни, говорит лишь о том, что обратные явления по сравнению с прямыми происходят очень и очень редко. Может случиться так, что за всю историю Вселенной нам не доведется их наблюдать, но это вовсе не значит, что они не могут происходить вообще.
Эту идею впоследствии поддержал уже известный нам Н. А. Козырев. Он предположил: что все известные законы движения – лишь некоторая приближенная форма точных законов, которые еще предстоит открыть. И если в приближенных законах соблюдается обратимость, то точные законы будут обладать обратимостью, хотя, вполне возможно, она и будет выражена достаточно слабо.
Косвенным подтверждением этих высказываний можно, пожалуй, считать открытие не столь давно одной не совсем обычной элементарной частицы. Речь идет о нейтральном К-мезоне. Эта нестабильная, распадающаяся частица «различает» прошлое и будущее; два направления времени для нее не симметричны.
Тогда поручается, что направление времени связано с направлением большей части процессов во Вселенной? Именно такую догадку выдвинул в свое время английский физик Артур Эддингтон. Он высказал предположение, что направление течения времени связано с расширением Вселенной, и назвал это явление «стрела времени». В тот момент, когда расширение сменится сжатием, может повернуться в другую сторону и «стрела времени».
Так это или не так, еще предстоит разобраться нашим потомкам. А для этого нужно понять, из чего же именно состоит поток времени.
Фотон… Гравитон… Хронотон?
В настоящее время мы как-то уже привыкли к тому, что все окружающие нас излучения можно разделить на составляющие их частицы. К примеру, всем сегодня известно, что свет в конечном итоге состоит из фотонов. Причем никто даже особо не удивляется тому, что фотону свойствен Дуализм: в одних случаях он ведет себя как материальная частица, в других – как электромагнитная волна.
Более того, если мы как следует углубимся в дебри современной квантовой физики, то в конце концов обнаружим, что микрочастица по своей природе не является, вообще-то говоря, ни тем и не другим. Она только похожа на волну или на частицу в том или ином эксперименте. Если в какой-то ситуации микрочастица похожа на «обычную частицу», то для нее большую определенность приобретает ее положение в пространстве. Если же она в данном конкретном случае более походит на волну, то и большее значение приобретает ее импульс. И физики пользуются в каждом конкретном случае тем или иным определением.
Однако они, эти определения, вообще говоря, введены больше для удобства расчетов. На самом деле и импульс и положение частицы довольно неопределенны. Причем чем более определенна одна величина, тем более неопределенна будет другая.
Физики-теоретики даже сумели выразить количественно соотношение определенности и неопределенности и спокойно им пользуются при описании различных событий в микромире.
Так обстоят дела с описанием электронов, фотонов и других частиц, о которых на сегодняшний день физики знают достаточно много. Ну а как быть с гравитацией и временем?
Этот вопрос тоже в немалой степени занимает внимание теоретиков. О возможности существования гравитационных волн говорилось уже в первые годы развития общей теории относительности. А. Эйнштейн доказал, что из его теории следует возможность и даже необходимость существования таких волн.
Гравитационные волны – это волнообразные колебания пространства-времени, придающие ему дополнительную, бегущую волнами, как «барашки» по морю, искривленность. Теоретики полагают, что эти волны распространяются в четырехмерном пространстве-времени примерно так же, как в воздухе распространяются упругие акустические колебания или электромагнитные волны.
Гравитационные волны, как и электромагнитные, распространяются с предельной скоростью – 300 тыс. км/с. Однако при этом непонятно, почему гравитационные возмущения распространяются намного быстрее световых. Возможно, для их распространения используются более короткие; внепространственные каналы типа «червоточин»?
Точного ответа на этот и другие подобные вопросы пока нет. Даже сами гравитационные волны пока не удается наблюдать или экспериментально зарегистрировать. Опытные установки, построенные в нескольких точках земного шара, пока не дали результатов, которые бы можно было однозначно интерпретировать как доказательство существования гравитационных волн.
И тем не менее теоретики отважно продолжают свои изыскания. К примеру, еще в 30-е годы советский физик М. П. Бронштейн применил к описанию гравитационных волн математический аппарат квантовой теории микромира. Он предположил, что гравитационные волны должны быть если не тождественны, то по крайней мере родственны электромагнитным колебаниям, свету.
И что же, теория показывает, что при некоторых условиях гравитационные волны вполне могут вести себя как потоки неких частиц, квантов этих волн. По аналогии с фотонами и электронами, эти частицы получили название гравитонов.
Гравитоны, с одной стороны, очень похожи на фотоны, полагают теоретики. Как и частицы света, они всегда должны двигаться с максимальной скоростью. Их масса должна быть связана с движением – масса покоя, как таковая, отсутствует.
С другой стороны, между этими частицами должны быть и определенные отличия. Фотон взаимодействует только с электрическими заряженными частицами, гравитон же со всеми – он представитель всемирного тяготения.
Следующий логический шаг – обнаружение квантов времени. Существуют ли они на самом деле? Точно этого пока никто не знает – у нас нет приборов, которые бы смогли фиксировать эти частицы. Единственное, на что мы пока можем положиться, – на опыт всей физики. А он, этот опыт, учит: нет никакого времени, которое бы существовало «само по себе». Оно всегда связано с явлениями, которые происходят в окружающем нас мире. А значит, вполне вероятно, что на него должны распространяться законы этого мира. Так что в этом смысле мы вполне можем говорить о возможности существования неких частиц времени – хронотонов. Или хрононов?!. Точного названия для этих частиц пока нет, и их еще никому, как мы говорили, не удалось обнаружить. Хотя об атомарности, квантованности времени спорили еще мудрецы древности.
Однако физика – наука точная. Она не может существовать на одних предположениях. И если мы хотим реально говорить о возможности путешествий во времени, а тем более о машинах, это время преобразующих по нашему желанию, то, конечно, необходимы эксперименты, которые бы позволили отыскать не только кванты тяготения, но и кванты времени. Мерилом истины может быть только Эксперимент. Но возможен ли он в нашем конкретном случае? Теоретики, а тем более экспериментаторы пока не могут ответить на этот вопрос однозначно. Дело в том, что некоторые расчеты показывают, что уменьшить неопределенность в данном вопросе смогут лишь эксперименты, при которых микрочастицы должны будут обладать энергиями порядка 109 джоулей. Однако самые мощные ускорители, которые планируется построить в ближайшее время, – могут обеспечить едва ли миллиардную долю этой энергии. По всей вероятности, подобный ускоритель вообще никогда нельзя будет построить – ведь для его работы не хватит никаких планетарных ресурсов.
Впрочем, кое-какой выход из положения все-таки намечается. Если мы не можем создать подобные условия на нашей планете, надо поискать, – не существуют ли они где-то во Вселенной. И тогда, наблюдая за ходом эксперимента в лаборатории природы, мы и сможем получить ответ на интересующие нас вопросы.
В связи с таким подходом многие исследователи в последние годы самым настоятельным образом советуют повнимательнее присмотреться к вакууму, то есть к космической пустоте, которая окружает все небесные тела. Судя по некоторым данным, эта пустота может оказаться вовсе не так пуста, как казалось еще недавно.
На сегодняшний день под вакуумом понимают такое состояние физической системы, когда в ней нет ни полей, ни частиц. Это состояние наименьшей возможной энергии, но оно вовсе не значит, что энергии в системе нет вовсе. В вакууме все время протекают самые различные превращения. И, разобравшись в них, мы, вполне возможно, еще очень многое поймем в сущности окружающего нас мира, в том числе и в такой странной и загадочной на сегодняшний день физической субстанции, какой является время.
«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься – и вот я уже не знаю, что такое время». Слова древнего мудреца остаются верными и в наши дни. Но это вовсе не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. Надо! Именно на этом пути и лежит возможность создания удивительных, фантастических пока устройств – машин времени.
Временная спираль завершает свой очередной виток. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все глубже…
СОВЕТУЕМ ПРОЧИТАТЬ
Альберт Эйнштейн и теория гравитации. Сб. статей. – М.: Мир, – 1979.
Б р о н ш т е й н М. П. Атомы и электроны. – М.: Наука, 1980.
В а л е н т и н о в А. А. Вечный маятник Вселенной./ / Социалистическая индустрия. – 1977. – 20 ноября.
Время и современная физика. – М.: Мир, 1970.
Л и б ш е р Д. Э., Новиков И. Д. Река времени// Природа. – 1985. – № 4.
М и з н е р Ч., Торн К., У и л е р Дж. Гравитация. – М.: Мир, 1978.
Р о б р е д о Ж. – Ф. Путешествие в прошлое: возможно ли это?// Сьянсэви. – 1989. – № 11
С в о р е н ь Р. А. Проектируется машина времени/ / Наука и жизнь. – 1990. – № 2.
У и т р о у Дж. Структура и природа времени. – М.: Знание, 1984.
X о к и н г С. Край Вселенной// Природа. – 1985. – № 4.
X о к и н г С. Короткая история времени. – Лондон: Наука, 1989.
Ф р и д м а н А. А. Сочинения. – М.: Наука, 1966.
Ч е р н и н А. Д. Физика времени. – М.: Наука, 1987.
Э й н ш т е й н А. Сочинения. – М.: Наука, 1978.
Б р о н ш т е й н М. П. Атомы и электроны. – М.: Наука, 1980.
В а л е н т и н о в А. А. Вечный маятник Вселенной./ / Социалистическая индустрия. – 1977. – 20 ноября.
Время и современная физика. – М.: Мир, 1970.
Л и б ш е р Д. Э., Новиков И. Д. Река времени// Природа. – 1985. – № 4.
М и з н е р Ч., Торн К., У и л е р Дж. Гравитация. – М.: Мир, 1978.
Р о б р е д о Ж. – Ф. Путешествие в прошлое: возможно ли это?// Сьянсэви. – 1989. – № 11
С в о р е н ь Р. А. Проектируется машина времени/ / Наука и жизнь. – 1990. – № 2.
У и т р о у Дж. Структура и природа времени. – М.: Знание, 1984.
X о к и н г С. Край Вселенной// Природа. – 1985. – № 4.
X о к и н г С. Короткая история времени. – Лондон: Наука, 1989.
Ф р и д м а н А. А. Сочинения. – М.: Наука, 1966.
Ч е р н и н А. Д. Физика времени. – М.: Наука, 1987.
Э й н ш т е й н А. Сочинения. – М.: Наука, 1978.