Рэндлз Дженни. Бури времени

   Как вы видите, время никогда не было таким уж простым, как нам, возможно, хотелось бы думать. Это изменчивая категория, которая подстраивается под состояние нашего сознания.
   Какое время настоящее — те тридцать минут, которые длятся бесконечно долго, когда мы стоим на остановке в ожидании автобуса, или полчаса удовольствия, проведенные в разговоре с любимым человеком, которого мы так давно не видели? Что более реально — бесконечные летние каникулы нашего детства, когда все кажется новым и интересным, или двухнедельный перерыв между часами монотонной работы, который заканчивается, не успев начаться?
   Как вы видите, время никогда не было таким уж простым. как нам, возможно, хотелось бы думать. Это изменчивая категория, которая подстраивается под состояние нашего Я. Создается впечатление, что у него очень разные темпы течения, а не просто равномерное перетекание секунды в секунду. Оно может ускоряться, замедляться, растягиваться или даже останавливаться в результате такого слабого воздействия, как, например, влияние биологических механизмов.

ОХОТА НА «СЕЙЧАС»

   В том, что природа времени — это нечто неуловимое, очень легко убедиться. Для этого нужно всего лишь спросить себя, как долго длится «сейчас»? Вы знаете, что были моменты, которые уже произошли (прошлое) и будут другие, которые произойдут (будущее), и что между этими двумя категориями должно быть очень короткое мгновение, которое мы называем «сейчас». Но сколько длится это мгновение? Триллионную долю секунды? Или оно может быть любым — пусть даже фантастически кратким? Назначение слова «сейчас» состоит в том, чтобы перекинуть мостик через тот промежуток, который разделяет прошлое и будущее. Однако это предполагает, что такой промежуток существует. Действительно, на то, чтобы преодолеть любой промежуток, каким бы малым он ни был, потребуется какой-то определенный, конкретный период. Точно так же, как, когда вы переходите через самый короткий мост, у вас все равно уйдет какое-то время на то, чтобы перебраться с одной стороны на другую. Но если для того, чтобы произошло «сейчас», требуется какое-то время, то какая часть его во время этого перехода остается в прошлом, а какая — в будущем?
   Впрочем, пока вы не начали ломать голову над этими вопросами, можете успокоить себя тем, что самые великие умы от философов до физиков бились над ними в течение тысячелетий. Нет даже уверенности в том, что ответ на них вообще существует. Возможно, это ложная посылка, поскольку у нас нет науки, которая могла бы измерить нечто настолько маленькое, как «сейчас". Возможно, этот парадокс, что для прохождения основной единицы времени требуется время, показывает, что не существует протекания „сейчас“. Или же, возможно, что „сейчас“ — это вневременная граница между прошлым и будущим говорит о чем-то более глубоком.
   Ибо, если прошлое просто плавно перетекает в будущее и между ними нет никакого промежутка, тогда чем прошлое отличается от будущего? И в самом деле, есть ли какое то различие? Или одно плавно перетекает в другое и все это лишь слова, которыми мы описываем различные части одновременного целого? Не является ли наш язык времени лишь удобным средством, позволяющим смириться с иллюзией прошлого и будущего, которую мы воспринимаем как реальность?
   В данный момент наше основанное на здравом смысле представление о времени как о чем-то, постепенно движущемся вперед, находится под угрозой. Но это не вся проблема. При более пристальном взгляде этот обманчиво простой феномен превращается в хаос.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ФИЗИКИ

   Наука всегда зависела от двух вещей — наблюдения и интуиции. Начиная с тех дней, когда род человеческий впервые научился общаться, мы смотрим на мир, ищем стоящий за ним порядок и размышляем над теми правилами, которые могут лежать в основе этого порядка, Собственно, этим и занимается наука.
   Первые предположения относительно времени очень зависели от циклической природы многих вещей. После прилива начинался отлив, затем — снова прилив. Растения появлялись из земли, созревали, увядали и умирали, а весной появлялись новые. Вера в реинкарнацию, заключавшаяся в том, что после смерти мы возвращаемся на землю в новом теле, является центральным мотивом многих религий. Эта идея, почти наверняка эволюционировала в представление о человеческой душе, поскольку она согласуется с тем «порядком вещей», который предполагает подобное восприятие природы.
   Однако столь прямой подход потерпел неудачу, когда такие ученые Возрождения, как Галилей, установили, что Солнце не вращается вокруг Земли, На самом деле Земля движется по орбите вокруг пылающего в небе гигантского очага. Семена «ереси» послужили причиной смерти нескольких ученых более ранних периодов от рук римско-католической церкви. Для того, чтобы обеспечить непосредственное наблюдение за космосом и получить ключ к истине, понадобилась физическая астрономия. Ибо теперь люди могли видеть то, чего не могли увидеть раньше — движение планет и даже спутников больших планет, которые демонстративно вращались не вокруг земли.
   Ложное представление наших предшественников о том, что земля является центром божественной вселенной, было основано на их ограниченной способности вести наблюдения, поскольку они были буквально прикованы к поверхности нашей планеты, окруженной необъятной вселенной с разбросанными по ней крохотными объектами. Как только мы смогли усилить способность нашего восприятия с помощью телескопов и других приборов, мы смогли увидеть то, что существует в реальности, и воспользоваться наблюдением для того, чтобы создать новую теорию.
   В период между 1660 и 1900 годами были сделаны огромные шаги вперед. Ньютон, благодаря великолепному проблеску интуиции (мысленный опыт, проведенный после того, как он увидел падающее с дерева яблоко), понял, что все во вселенной тоже падает под воздействием силы притяжения — большие объекты притягивают меньшие, точно так же, как земля притягивает яблоко, Основываясь на этом, он смог с помощью математических расчетов показать, как луна притягивается к земле, а земля — к солнцу, которое имеет большую массу. И, поскольку они движутся и речь идет о гигантских расстояниях, Земля не падает на Солнце, но все планеты в течение миллионов лет танцуют, сцепившись друг с другом в «гравитационном вальсе».
   Несмотря на этот прогресс, продолжал господствовать принцип: «наблюдение — выдвижение гипотезы — доказательство», и представление о роли времени не подвергалось пересмотру. Ньютон считал, что одной из основ вселенной является то, что все вещи, подобно реке, текут в будущее. Ни в его законах движения, ни в последующем более глубоком представлении о времени не было ничего, что ставило бы под сомнение эту «аксиому». И действительно, некоторые его законы просто не смогли бы без него работать.
   Одним из этих законов является концепция термодинамики. Наблюдение показывает нам, что если горячий предмет находится рядом с холодным предметом, он будет отдавать свое тепло. Именно поэтому мы можем «обжечься», если прикоснемся к горячей печке или к холодному морозильнику. Неважно, в каком направлении идет быстрая передача энергии (от печки к нам или от нас к морозильнику), в любом случае воздействие осуществляется на нежную ткань нашего тела. Эти будет легко понять, как только вы осознаете, что тепло — это энергия, а все, имеющее много энергии, стремится к равновесию с тем, что имеет меньше энергии — подобно богатому филантропу, предпочитающему делиться своими богатствами с бедными.
   Когда уровень наших знаний повысился, мы узнали, что все энергетические вещи со временем теряют свою энергию, «подпитывая» менее мощные энергетические системы. Параллельно с потерей мощности наблюдается более выраженная тенденция к хаосу. Это улица с односторонним движением, Заряженный энергией робот может забраться в посудную лавку и громить ее, пока у него не сядут батарейки. Однако невозможно ожидать от робота с севшими батарейками, чтобы он аккумулировал энергию из ниоткуда и восстановил первоначальный порядок, вернув всю посуду обратно па полки в целости и сохранности.
   Это равновесие энергии и ее однонаправленный прогресс называется энтропией и определяет реальность. Время — основополагающая категория, и оно, согласно нашему восприятию и представлению, движется только в одном направлении. Вещи живут, изнашиваются и умирают. Та энергия, которую они теряют, может каким-нибудь другим образом привести к возникновению новой жизни (так, например, плоть становится удобрением, порождающим новые растения), однако в общей схеме вещей, рождение, жизнь и смерть вселенной, как будто доказывают свою реальность.
   Однако в начале двадцатого столетия появился шанс прозрения.

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

   Две революции, произошедшие в двадцатом веке, разрушили две тысячи лет заблуждений о том, что нам известны о жизни все основные истины. Первой такой революцией стала теория относительности, и снова для ее создания понадобился гениальный ум и «мысленный эксперимент». Немецкий физик Альберт Эйнштейн, работая конторским служащим в Швейцарии в начале двадцатого века, выработал концепцию, которой суждено было потрясти мир, Ему удалось это сделать в процессе размышлений о том, что можно было бы увидеть, если погнаться за лучом света на очень высокой скорости.
   Представьте, что вы мчитесь наперегонки с разогнавшимся поездом по дороге, которая идет параллельно железнодорожным путям. Если ваша машина не движется, а поезд проносится мимо со скоростью 125 миль в час, то он покажется вам промелькнувшим пятном. Однако когда вы начинаете его догонять, его скорость относительно вашего автомобиля уменьшается. Когда вы увеличиваете скорость до 100 миль в час, он все еще будет удаляться от вас, но уже значительно медленнее. Если ваша машина (и правила дорожного движения] позволят вам увеличить скорость до 125 миль в час, то вы будете двигаться с той же скоростью, что и поезд. Что же произойдет в этом случае. Похоже, что относительно вас поезд вообще перестанет двигаться. Если вы откроете окно, и то же самое сделает в своем купе пассажир поезда, то вы сможете совершенно отчетливо видеть друг друга и даже поговорить. И в то же время, человек, стоящий в этот момент на обочине, практически ничего не может разглядеть среди пятен света и хаоса звуков, которые летят мимо него на огромной скорости. Такова, в очень упрощенном виде, разумеется, относительность. Эйнштейн пошел дальше подобных повседневных моментов и обратил внимание на те скорости, которые могут развивать только электромагнитные поля, такие, как свет, который движется со скоростью более десяти миллионов миль в минуту. Сравните эту величину с двумя милями, которые покрывают за минуту автомобиль и поезд из приведенного выше примера. Однако затем Эйнштейн понял, что па таких поразительно высоких скоростях поезд вовсе не покажется неподвижным, и доказал это, используя преобразования Лоренца.
   Собственно говоря, вы не можете остановить луч солнца. Если бы могли, то сразу начали бы происходить невероятные вещи: остановив свет, вы практически остановили бы время, поскольку наше восприятие полностью зависит от той информации, которую получают наши органы чувств. Поэтому если информация не может достичь нас из-за того, что свет кажется неподвижным, с нашей точки зрения не происходит никаких новых событий.
   Эйнштейн понимал, что это полный абсурд. Поэтому он сначала предположил, а потом и доказал, что скорость света всегда будет постоянной, независимо от того, где вы находитесь, Свет не может быть неподвижным. Не может быть неподвижным и любое излучающее электромагнитное поле. По сути дела, оно никогда не замедляется — оно постоянно продолжает двигаться на огромной скорости. К сожалению, как только Эйнштейн выдвинулсвое предположение и начал выявлять исходящие из этого выводы, фактически не устранив невероятность того, что можно остановить время, если двигаться на очень большой скорости, он обнаружил, что вызвал к жизни множество новых невероятных выводов. И в самом деле, возможно, предпочтительнее была бы первоначальная альтернатива!

КОСМИЧЕСКИЙ ПОЛЕТ

   Тот факт, что свет, как и любое другое электромагнитное излучение, движется очень быстро, но, тем не менее, имеет скорость, был известен еще с 1675 года, когда ученые измерили движение отдаленных спутников Юпитера с помощью телескопа, и заметили неожиданные задержки во времени. Теория относительности Эйнштейна (опубликованная в двух частях — общая в 1905 году, и частная — в 1916) установила основные математические правила.
   Сто лет назад проверить теорию относительности экспериментальным путем было очень трудно, а, скорее всего, даже невозможно, однако сегодня мы уже можем, используя ускорители частиц, добиваться скоростей, близких к скорости света. Все подобные эксперименты доказали, что Эйнштейн был прав. Теория относительности, несмотря на логические нелепости, вытекающие из ее уравнений, получила свое подтверждение, и ее истинность не оставляет никаких сомнений.
   Можно очень легко увидеть одну проблему, которую эта теория создает для нашего представления о времени. Представьте, что времени — двенадцать часов дня, и все происходит в будущем, когда космические путешествия станут самым обычным явлением. И вот космический корабль «Марс Вояджер» отправляется с Марса на Землю, а «Старшип Эксплорер» тоже стартует с Марса, но конечная цель его путешествия — ближайшая звездная система (Проксима Центавра). Благодаря достижениям науки, оба корабля движутся на скорости, равной значительной части скорости света (хотя и не со скоростью света, поскольку ее могут развивать лишь энергетические поля, не имеющие массы, то есть не космические корабли и не люди). Теперь давайте представим, что в 12.01, то есть через минуту после старта обоих кораблей, какой-то сумасшедший ученый взрывает Луну. Логика говорит нам, что это событие происходит через минуту полета обоих кораблей. Однако, как показал Эйнштейн, логика в данном случае не срабатывает.Необходимо помнить о том, что «Марс Вояджер» на очень большой скорости летит в направлении Земли (и ее спутниками), в то время как «Старшип Эксплорер» движется примерно на такой же скорости в противоположную сторону. Поскольку скорость света постоянна, свет, несущий информацию об уничтожении Луны, достигнет "Марс Вояджер” задолго до того, как его увидит экипаж "Старшип Эксплорер (на несколько секунд, минут или даже часов раньше, в зависимости от скорости этих кораблей).
   Почему? Потому что первый корабль летит к свету, который движется навстречу ему с Луны, уменьшая разделяющее их расстояние, и, соответственно, сокращая относительный путь, который нужно пройти свету. Свет же, направляющийся вслед за «Старшип Эксплорер», который удаляется от нашей солнечной системы, должен догнать его, для чего ему придется пройти большее относительное расстояние. Поскольку скорость света постоянна, ему потребуется меньше времени, чтобы пройти более короткое расстояние, поэтому экипаж «Марс Войаджер» увидит свет, и соответственно, картину разрушения Луны, задолго до Экипажа «Старшип Эксплорер».
   Если «Марс Войаджер» увидит взрыв, скажем, в 12.02 (по бортовым часам), а «Старшип Эксплорер», например, только в 13.02, то есть через час полета, тогда во сколько взрыв Луны произошел на самом деле? В 12.01, 12.02 или в 13.02? По сути дела, и первое, и второе и третье — верно, поскольку здесь нет правильного или неправильного ответа. Время относительно, оно зависит от того, где вы находитесь, от скорости и направления вашего движения.

КАК ПОБЫВАТЬ В БУДУЩЕМ

   Хотя у вас может закрасться подозрение, что я описываю искусственно созданную ситуацию, это не так. Такие космические путешествия когда-то будут происходить. И тот же эффект имеет значение и сейчас. Если мы пошлем ракету на Марс даже на относительно «скромных» скоростях (скорость, в двадцать пять раз превышающая скорость «конкорда»' действительно может считаться скромной по сравнению со скоростью света), возникнут проблемы. Для того, чтобы сообщения о неисправностях достигли центра управления, даже на скорости света, потребуется время, и к тому моменту, когда будет отправлен, пусть даже немедленный, ответ, может быть уже слишком поздно. Чем дальше мы путешествуем, тем становится этот эффект. Даже полеты на реактивном самолете подпадают под действие законов теории относительности. Это можно доказать, если взять пару идентичных часов, установив их так, чтобы они зазвонили одновременно в двенадцать часов дня. При этом одни часы будут находиться в «конкорде», который полетит вокруг земного шара в одном направлении, а вторые — в таком же самолете, который полетит в противоположном направлении. Поскольку и сама Земля с очень большой скоростью вращается вокруг Солнца, то наш эксперимент будет подобен тому, что описывался выше, когда два космических корабля летели в противоположных направлениях. Конечно, скорости, о которых идет речь в нашем эксперименте с самолетами, составляют лишь сотни миль в час (то есть лишь крошечную часть скорости света), поэтому разница во времени будет достигать порядка маленькой доли секунды. Однако доля секунды — это не ноль.
   Результат здесь предсказуем, поскольку такие опыты в наши дни можно проводить с помощью сверхточных атомных часов. Они доказывают, что события не происходят везде в один и тот же момент. То, когда они происходят, зависит от того, где вы находитесь и как быстро вы движетесь. Если речь идет об одном человеке, то нет ничего невозможного в том, чтобы событие, которое произойдет завтра, на самом деле уже произошло вчера, относительно кого-то другого.
   Собственно говоря, мы все испытываем на себе этот эффект, сами об этом не подозревая. Сегодня вечером найдите в небе какую-нибудь звезду и понаблюдайте за ней. Посмотрите, как она мерцает. А теперь подумайте о том, что звезда — солнце, которое находится так далеко, что тот свет, который вы видите, отправился в путь к вашему глазу двести лет назад. Вполне возможно, что звезда, на которую вы смотрите, взорвалась и исчезла еще во время Первой Мировой войны. Разумеется, если считать в наших временных рамках. Но вы должны оставить вашим праправнукам послание об этом, потому что именно им, возможно, будет суждено «увидеть», как произойдет это событие. Даже если «на самом деле» это произошло девяносто лет назад, мы сможем увидеть это на Земле лишь в двадцать втором веке. А мы еще говорим о том, что течение времени — это настолько очевидная вещь!
   Напрашиваются совершенно невероятные выводы. Давайте снова вернемся к двум космическим кораблям. Представьте, что, как только экипаж «Марс Вояджер» увидел взрыв на Луне, он каким-то невероятным образом послал «мгновенное» сообщение на борт «Старшип Эксплорер». Если это произойдет (в 12.02), то капитан «Старшип Эксплорер» может потрясти свой экипаж следующим сообщением: «Если через пятьдесят девять минут вы посмотрите в иллюминатор, обращенный к Земле, то увидите, как взрывается Луна». По сути дела, капитан увидит будущее до того, как оно наступит. Произойдет это по той причине, что в определенном смысле к этому моменту будущее событие уже случится — но только не в системе отсчета, соотносительной со «Старшип Эксплорер».
   Хотя в данном примере мы слегка схитрили (он предполагает, что имеется способ послать сообщение со скоростью, превышающей скорость света), тем не менее он весьма поучителен. В качестве мысленного опыта, пусть даже и не осуществимого на практике, он показывает, что законы относительности доказывают: восприятие события не обязательно должно происходить после того, как это событие произошло. Причина и следствие, которые долгое время рассматривались как нечто постоянное, не являются настоящим свойством Вселенной. В нашем примере капитан «Старшип Эксплорер» получил следствие (информацию о взрыве Луны) до того, как возникла причина (произошло само событие).
   Вполне логично, что до появления теории относительности мы могли со всей ответственностью заявить, что невозможно увидеть сегодня то, что произойдет лишь завтра. Как можно опьянеть до того, как вы напьетесь? А что, если вы разобьете бутылку и просто не сможете из нее выпить? Как же тогда вы могли увидеть себя пьяным? На первый взгляд этот парадокс показывает, что следствие должно вызываться причиной, но никак не наоборот, а, значит, выводы теории относительноси ошибочны, если не невозможны….
   Однако, как мы только что видели, эта логика неверна, Вы можете ощутить на себе воздействие события, которое еще не произошло, в том смысле, что оно уже произошло в другой относительной системе отсчета. Поэтому мысль о том, что человек может ощутить то, что произойдет в будущем, возможна, не так уж абсурдна. По сути дела, относительность не только не исключает возможность путешествия во времени, но и, в некотором смысле, практически делает его полностью возможным. Этот вывод, несмотря на его доказанность экспериментальным путем, приводит в ужас физиков еще со времен появления теории относительности, однако никому еще не удалось найти способ его опровергнуть.

РАСТЯЖЕНИЕ ВРЕМЕНИ

   К несчастью, ущерб, нанесенный теорией относительности, имеет еще одно необычное последствие. Это результат того, что Эйнштейн назвал растяжением времени.
   Преобразования Эйнштейна-Лоренца позволяют вычислить, как изменяется набор физических свойств по мере увеличения скорости. В то время как скорость света постоянна, постоянство скорости для всего остального — скорее исключение, чем правило. Если какой-либо объект начинает двигаться быстрее, его масса возрастает, длина сокращается, и прохождение времени уменьшается. В некотором смысле все это происходит в действительности. Если вы отправитесь в полет на «конкорде», вы станете моложе (на какую-то долю секунды) —точнее, будете стареть с меньшей скоростью —чем тот, кто останется на земле. Кроме того, — говоря относительно, — вы станете тяжелее и уменьшитесь в размерах. Все снова возвратится в норму, когда вы вернетесь в ту же самую относительную систему отсчета, в которой находятся все остальные люди. Однако то, что в полете вы прожили немного меньше времени, чем те, кто оставался на Земле, не изменится. Вы действительно постареете немножко меньше, чем все остальные. Эти эффекты практически незаметны, пока вы не достигнете скорости света, а пока способы перемещать пассажиров с такой скоростью еще не изобретены. Однако можно заставить двигаться с такой скоростью атомные частицы, и таким способом измерить «продолжительность их жизни». Доказано, что благодаря расширению времени, на очень высоких скоростях частицы стареют гораздо медленнее.
   На ускорителе частиц ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям) в Швейцарии, удалось разогнать крохотные частицы, называемые мюонами, до скорости, составляющей 99,9 процента скорости света. Теория относительности предсказывает, что для них время должно проходить значительно медленнее. Так и происходит в действительности. Хотя обычно они распадаются в течение двух миллионных секунды, так как при движении на околосветовых скоростях они жили в тридцать раз дольше, точно в соответствии с расчетами.
   Если бы удалось подобным же образом увеличить скорость космического корабля с людьми на борту, то результаты были бы не менее впечатляющими и гораздо более заметными. Если корабль стартует с мыса Канаверал 1 января, и проведет в полете одну неделю, то, соответственно, в конце этой недели бортовой календарь будет показывать 8 января. Однако на календаре в центре управления полетом будет уже не январь, а август!
   При путешествиях на более высоких скоростях эти эффекты становятся еще более выраженными. Если вы совершите полет к звездной системе Проксима Кентавра на околосветовой скорости, для того, чтобы добраться до цели вашего путешествия и вернуться на Землю, вам понадобится десять лет вашей жизни (поскольку расстояния между звездами велики даже при такой скорости). Десять лет могут показаться значительной частью человеческой жизни, однако они не идут ни в какое сравнение с тем, что вы обнаружите ои возвращении, Не исключено, что на Земле за этот период пройдут целые столетия. Всех, кого вы когда-то знали, уже не будет на свете.
   Математические расчеты показывают, что на околосветовых скоростях масса вырастает до бесконечности, сокращение длины стремится к нулю, а время «замедляется» вплоть до полной остановки. Ни один объект не может обладать бесконечной массой (для того, чтобы ее передвинуть, понадобилась бы бесконечная энергия — а во Вселенной существует лишь конечная энергия). Кроме того, ничто не может иметь нулевую длину (поскольку то, что не имеет длины, не может и существовать). Из всего этого напрашивается вывод о невозможности полета материальных объектов на скорости света. Корабль, летящий на скорости, составляющей 99,999 процентов от скорости света, должен был бы постоянно увеличивать количество энергии для того, чтобы двигаться все быстрее и быстрее, и в какой-то момент ему понадобился бы доступ ко всем источникам энергии во Вселенной, что все равно не позволило бы ему достичь скорости света.
   Увеличение массы и сокращение размера не являются физическими событиями, Будучи астронавтом, вы бы не превратились в нечто размером с атом и весом в триллион тонн. В том, что касается космического корабля, все будет казаться совершенно нормальным. Однако размеры мира, окружающего этот корабль, относительно изменятся. В результате этого вам покажется, что продолжительность вашего путешествия сократилась, то есть, для его осуществления понадобится меньше времени. По этой причине время будет проводить быстрее, хотя на протяжении своего путешествия вы этого и не заметите.