Страница:
Понаблюдаем за самолетом, летящим над пересеченной местностью, предлагает нам английский ученый. Его траектория в небе – прямая линия в трехмерном пространстве. А вот тень его следует по изогнутой траектории – в зависимости от рельефа – в двухмерном пространстве.
Точно так же Земля движется вокруг Солнца по прямой траектории в четырехмерном пространстве (три классических пространственных измерения плюс четвертая координата – время). А вот в трехмерном пространстве отображение нашей планеты перемещается по изогнутой траектории – эллипсу, примерно так же, как движется по какой-то кривой тень самолета.
Из всего этого следует, что при помощи «червячной дыры», проходящей через четвертое пространственное измерение, можно изрядно сократить себе путь как в пространстве,, так и во времени.
Существование таких кратчайших путей было предсказано теоретиками еще в 1916 году, но только двадцать лет спустя, когда Эйнштейн совместно с Розеном взялся за анализ своих же уравнений, была выдвинута достаточно проработанная гипотеза о неком «мосте», который может связывать две точки более коротким путем, чем общепринято. Эта гипотеза получила название «мост Эйнштейна – Розена».
И вот в конце 50-х годов Джон Уилер впервые ясно обрисовал, где именно эти «мосты» в нашей Вселенной могут быть наведены. Ему же принадлежит и название «червячные дыры» по известной аналогии с ходами, проделываемыми плодовым червяком. Итак, согласно Уилеру, «червячные ходы», скорее всего, могут возникать в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. То есть, говоря иначе, в районах, где существуют те самые «черные дыры», о которых мы уже говорили.
При этом, однако, Уилер и его последователи получили поначалу не слишком обнадеживающую картину. Во-первых, было неясно, как именно могла бы появиться «червоточина» – теория не находила механизмов для ее образования. Во-вторых, получалось, что два входа «червоточины» – теоретики назвали их «ртами» – могут сообщаться между собой весьма незначительное время. Не успеет «червоточина» появиться, как канал или «глотка», соединяющая оба «рта», тотчас должна мгновенно стянуться, давая в итоге две не сообщающиеся между собой «черные дыры».
Таким образом, сконструированные теоретиками «червоточины» показались им нежизнеспособными, и интерес к космическим туннелям вскоре угас.
Интерес к «червоточинам» возродился всего несколько лет назад, когда известный американский астрофизик Кип Торн при участии своих сотрудников и учеников решил вновь заняться этой проблемой. Говорят, одним из толчков к исследованию послужила просьба, адресованная Торну его коллегой и приятелем, известным ученым Карлом Саганом. Саган на сей раз решил выступить в несвойственной ему роли и написал научно-фантастический роман «Контакт», действие которого происходит как раз в туннеле-«червоточине».
Чтобы придать правдоподобие выдумке своего приятеля, Торн и решил посмотреть, каким образом «червоточину» можно уберечь от мгновенного разрушения. Для начала исследователи попробовали укрепить стенки туннеля некой «экзотической материей».
Материя должна быть действительно на редкость экзотической: она должна выдерживать давления в миллиарды миллиардов атмосфер да при этом еще и обладать, как показывают расчеты, отрицательной… массой – явлением еще не известным в физике.
Однако тем не менее «строительство» продолжалось. Чтобы сделать «червоточину» пригодной для передвижения астронавтов, в транспортный туннель поместили вакуумную трубу. Было предложено и еще одно решение: ученые наделили экзотическую материю такими свойствами, чтобы она не взаимодействовала с обычным веществом. Теперь астронавты могли двигаться сквозь туннель, вовсе не ощущая сопротивления.
Работая с «червоточинами», Торн попытался теоретически обосновать и еще одну идею, ранее обсуждавшуюся применительно к «черным дырам». Эта идея – путешествие во времени. Согласно расчетам получается, что в принципе можно если не запустить ракету, которая прилетит вчера, то по крайней мере по прилете увидеть хвост своего собственного стартующего корабля.
Ну а если заниматься не подобными «фокусами», а чем-либо более серьезным, то с помощью такого приема можно будет отправиться в прошлое. Правда, и тут есть свои сложности. Сложность первая: чтобы сместиться в прошлое, скажем на тысячу лет, придется предварительно двигать «рот» около столетия со скоростью, сравнимой с околосветовой. Сложность вторая и, пожалуй, главная – это возможное нарушение принципа причинности. Следствие в данном случае может повлиять на причину, и никто не знает, чем все это может кончиться…
Ну а чтобы вы не печалились заранее, скажем, что сам Кип Торн весьма расстроен тем шумом, который подняли вокруг его гипотез досужие журналисты. Это ведь всего лишь рабочая гипотеза, в которой сам ученый не видит ничего особенно необычного.
«Пока мы не знаем всех физических законов, на основе которых могут (или не могут) возникать и функционировать космические „червоточины“, – говорил он. – И в то же время известные законы их не запрещают. Более того, по представлениям таких крупных специалистов, как С. Хокинг и Дж. Уилер в масштабах околопланковской длины, то есть где-то около 10-43 см, все пространство состоит из микроскопических „червоточин“ и представляет собой, как ее называют, квантовую пену. Может быть, когда-нибудь, через тысячелетия, люди научатся раздувать эти „червоточины“ до космических размеров…
Что же касается принципиальной возможности перемещения во времени, то К.Торн не видит тут принципиальных «ловушек», поскольку возможность такого путешествия основана на уже достаточно проверенном и привычном эффекте теории относительности – «растягивании» времени с увеличением скорости.
«Словом, машина времени существует самым очевидным образом… но в бесконечно малом мире» – пишет по этому поводу французский научно-популярный журнал «Сьянс э ви». Такая констатация, конечно, мало обнадеживает человека, который бы хотел совершить путешествие во времени, ну если не завтра, то по крайней мере в начале следующего века. И все-таки должен ли человек оставить всякую надежду на путешествия в пространстве и времени? Конечно, нет. Если космический корабль будущего и машина времени еще не появились на свет, то гипотеза о том, что однажды они появятся, уже перестала быть чисто теоретической.
Сверхскоростные перемещения в пространстве – первая и наиболее доступная область применения «червячных дыр». Сегодня для межпланетных полетов даже в Солнечной системе требуются годы и даже десятилетия. Ну а тем, кто пожелал бы ощутить себя менее одиноким во Вселенной и отправился бы на поиски жизни к другим планетам, путешествие обернулось бы 160 тысячами годов полета до самой близкой к нам звезды – Проксимы Центавра.
Даже если предположить, что корабль сможет достичь скорости света, то и тогда на дорогу уйдет не менее десятка лет. Однако самая передовая техника и самые большие оптимисты не заглядывают за рубеж 20% от скорости света. Значит, чтобы начать исследования за пределами Млечного пути, не хватит и нескольких поколений космонавтов? Не отчаивайтесь, «червячные дыры» могут сделать подобные путешествия практически мгновенными. Главной заботой станет правильный выбор нужного туннеля, чтобы очутиться именно в нужном месте, а не в каком-либо другом…
Путешествия во времени организовать и осуществить будет значительно сложнее. Здесь необходимо помнить, что в соответствии со все теми же уравнениями Эйнштейна, время течет тем медленнее, чем быстрее происходит перемещение. Другими словами, время становится понятием относительным: абсолютное время и единые часы не существуют.
Эта гипотеза уже подтверждена экспериментально в начале 70-х годов, когда было измерено расхождение трех часовых механизмов – одни двигались вокруг Земли на запад, другие – на восток, третьи – оставались неподвижны относительно поверхности нашей планеты. Вывод из этого эксперимента оказался таким: часы, перемещавшиеся на восток, показали по возвращении на место старта меньшее время, чем другие часы, поскольку с учетом скоростей собственно самолета, на котором они находились, и вращения планеты (а Земля, как известно, вращается с запада на восток) данные измерители времени двигались с большей скоростью, чем все остальные.
Это проявление теории относительности уже известно нам под названием «парадокса близнецов». Однако наш близнец-космонавт ни в коем случае не смог бы вернуться во времени» назад. Для этого ему непременно пришлось бы пройти через «червячную дыру». Чтобы лучше понять это, представим такую «дыру», начало которой пусть находится на Земле, а выход – на каком-нибудь астероиде, неподалеку от нашей планеты. Представим также, что этот самый астероид отправился в полет по Вселенной, имея у себя «на борту» некого новорожденного. Что будет происходить с ним во время полета?
Оконечность «червячной дыры» и находящийся в этом месте ребенок будут стареть медленнее, чем та ее часть, которая находится на Земле. (По аналогии с «парадоксом близнецов» – тот, кто путешествует, стареет медленнее.) Предположим, что к концу 50-летнего полета астероида Земля состарится на 200 лет – такова разница в их скоростях движения. Тогда и разница в возрасте двух оконечностей «червячной дыры» составит 150 лет.
Предположим теперь, что житель астероида, теперь уже далеко не мальчик, а солидный пятидесятилетний мужчина, решит вернуться на Землю, пользуясь туннелем «червячной дыры». Перемещение по ней происходит практически мгновенно, и поскольку особенностью «дыры» является то, что она связывает идентичное время, наш мужчина прибудет на Землю в ту пору, когда до начала всей рассказанной нами истории будет оставаться еще 50 лет. То есть он попадет в прошлое, «сэкономив» 150 лет, поскольку Земля в этот момент будет еще находиться на двухсотом году до начала полета астероида.
Если же теперь наш путешественник вновь отправится на астероид, но уже не через «дыру», а на космическом корабле, двигающемся со скоростью, близкой к скорости астероида (чтобы время этого путешествия не выглядело чудовищно большим по сравнению с временем полета), то он может прибыть на астероид, допустим, на 35-м году полета астероида. Так как последний был уже в полете порядка 10 лет до того, как корабль покинул Землю, то путешествие, таким образом, продлится 25 лет по собственному времени путешественника. И наш мужчина ступает на астероид в возрасте 75 лет… и слышит приветствие от молодого тридцатипятилетнего человека, который не кто иной, как он сам!
Причем только старец в данной ситуации будет знать, что видит самого себя; молодой же человек еще понятия не имеет, что в возрасте 50 лет он решит отправиться назад на Землю. Интересно, а какой будет выглядеть наша история в том случае, если старцу вдруг придет в голову сумасбродная мысль прикончить своего «двойника»?.. Ситуация похлеще, чем во многих детективах…
Парадоксы наших дней
Точно так же Земля движется вокруг Солнца по прямой траектории в четырехмерном пространстве (три классических пространственных измерения плюс четвертая координата – время). А вот в трехмерном пространстве отображение нашей планеты перемещается по изогнутой траектории – эллипсу, примерно так же, как движется по какой-то кривой тень самолета.
Из всего этого следует, что при помощи «червячной дыры», проходящей через четвертое пространственное измерение, можно изрядно сократить себе путь как в пространстве,, так и во времени.
Существование таких кратчайших путей было предсказано теоретиками еще в 1916 году, но только двадцать лет спустя, когда Эйнштейн совместно с Розеном взялся за анализ своих же уравнений, была выдвинута достаточно проработанная гипотеза о неком «мосте», который может связывать две точки более коротким путем, чем общепринято. Эта гипотеза получила название «мост Эйнштейна – Розена».
И вот в конце 50-х годов Джон Уилер впервые ясно обрисовал, где именно эти «мосты» в нашей Вселенной могут быть наведены. Ему же принадлежит и название «червячные дыры» по известной аналогии с ходами, проделываемыми плодовым червяком. Итак, согласно Уилеру, «червячные ходы», скорее всего, могут возникать в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. То есть, говоря иначе, в районах, где существуют те самые «черные дыры», о которых мы уже говорили.
При этом, однако, Уилер и его последователи получили поначалу не слишком обнадеживающую картину. Во-первых, было неясно, как именно могла бы появиться «червоточина» – теория не находила механизмов для ее образования. Во-вторых, получалось, что два входа «червоточины» – теоретики назвали их «ртами» – могут сообщаться между собой весьма незначительное время. Не успеет «червоточина» появиться, как канал или «глотка», соединяющая оба «рта», тотчас должна мгновенно стянуться, давая в итоге две не сообщающиеся между собой «черные дыры».
Таким образом, сконструированные теоретиками «червоточины» показались им нежизнеспособными, и интерес к космическим туннелям вскоре угас.
Путешествия по «червоточине»
Интерес к «червоточинам» возродился всего несколько лет назад, когда известный американский астрофизик Кип Торн при участии своих сотрудников и учеников решил вновь заняться этой проблемой. Говорят, одним из толчков к исследованию послужила просьба, адресованная Торну его коллегой и приятелем, известным ученым Карлом Саганом. Саган на сей раз решил выступить в несвойственной ему роли и написал научно-фантастический роман «Контакт», действие которого происходит как раз в туннеле-«червоточине».
Чтобы придать правдоподобие выдумке своего приятеля, Торн и решил посмотреть, каким образом «червоточину» можно уберечь от мгновенного разрушения. Для начала исследователи попробовали укрепить стенки туннеля некой «экзотической материей».
Материя должна быть действительно на редкость экзотической: она должна выдерживать давления в миллиарды миллиардов атмосфер да при этом еще и обладать, как показывают расчеты, отрицательной… массой – явлением еще не известным в физике.
Однако тем не менее «строительство» продолжалось. Чтобы сделать «червоточину» пригодной для передвижения астронавтов, в транспортный туннель поместили вакуумную трубу. Было предложено и еще одно решение: ученые наделили экзотическую материю такими свойствами, чтобы она не взаимодействовала с обычным веществом. Теперь астронавты могли двигаться сквозь туннель, вовсе не ощущая сопротивления.
Работая с «червоточинами», Торн попытался теоретически обосновать и еще одну идею, ранее обсуждавшуюся применительно к «черным дырам». Эта идея – путешествие во времени. Согласно расчетам получается, что в принципе можно если не запустить ракету, которая прилетит вчера, то по крайней мере по прилете увидеть хвост своего собственного стартующего корабля.
Ну а если заниматься не подобными «фокусами», а чем-либо более серьезным, то с помощью такого приема можно будет отправиться в прошлое. Правда, и тут есть свои сложности. Сложность первая: чтобы сместиться в прошлое, скажем на тысячу лет, придется предварительно двигать «рот» около столетия со скоростью, сравнимой с околосветовой. Сложность вторая и, пожалуй, главная – это возможное нарушение принципа причинности. Следствие в данном случае может повлиять на причину, и никто не знает, чем все это может кончиться…
Ну а чтобы вы не печалились заранее, скажем, что сам Кип Торн весьма расстроен тем шумом, который подняли вокруг его гипотез досужие журналисты. Это ведь всего лишь рабочая гипотеза, в которой сам ученый не видит ничего особенно необычного.
«Пока мы не знаем всех физических законов, на основе которых могут (или не могут) возникать и функционировать космические „червоточины“, – говорил он. – И в то же время известные законы их не запрещают. Более того, по представлениям таких крупных специалистов, как С. Хокинг и Дж. Уилер в масштабах околопланковской длины, то есть где-то около 10-43 см, все пространство состоит из микроскопических „червоточин“ и представляет собой, как ее называют, квантовую пену. Может быть, когда-нибудь, через тысячелетия, люди научатся раздувать эти „червоточины“ до космических размеров…
Что же касается принципиальной возможности перемещения во времени, то К.Торн не видит тут принципиальных «ловушек», поскольку возможность такого путешествия основана на уже достаточно проверенном и привычном эффекте теории относительности – «растягивании» времени с увеличением скорости.
«Словом, машина времени существует самым очевидным образом… но в бесконечно малом мире» – пишет по этому поводу французский научно-популярный журнал «Сьянс э ви». Такая констатация, конечно, мало обнадеживает человека, который бы хотел совершить путешествие во времени, ну если не завтра, то по крайней мере в начале следующего века. И все-таки должен ли человек оставить всякую надежду на путешествия в пространстве и времени? Конечно, нет. Если космический корабль будущего и машина времени еще не появились на свет, то гипотеза о том, что однажды они появятся, уже перестала быть чисто теоретической.
Сверхскоростные перемещения в пространстве – первая и наиболее доступная область применения «червячных дыр». Сегодня для межпланетных полетов даже в Солнечной системе требуются годы и даже десятилетия. Ну а тем, кто пожелал бы ощутить себя менее одиноким во Вселенной и отправился бы на поиски жизни к другим планетам, путешествие обернулось бы 160 тысячами годов полета до самой близкой к нам звезды – Проксимы Центавра.
Даже если предположить, что корабль сможет достичь скорости света, то и тогда на дорогу уйдет не менее десятка лет. Однако самая передовая техника и самые большие оптимисты не заглядывают за рубеж 20% от скорости света. Значит, чтобы начать исследования за пределами Млечного пути, не хватит и нескольких поколений космонавтов? Не отчаивайтесь, «червячные дыры» могут сделать подобные путешествия практически мгновенными. Главной заботой станет правильный выбор нужного туннеля, чтобы очутиться именно в нужном месте, а не в каком-либо другом…
Путешествия во времени организовать и осуществить будет значительно сложнее. Здесь необходимо помнить, что в соответствии со все теми же уравнениями Эйнштейна, время течет тем медленнее, чем быстрее происходит перемещение. Другими словами, время становится понятием относительным: абсолютное время и единые часы не существуют.
Эта гипотеза уже подтверждена экспериментально в начале 70-х годов, когда было измерено расхождение трех часовых механизмов – одни двигались вокруг Земли на запад, другие – на восток, третьи – оставались неподвижны относительно поверхности нашей планеты. Вывод из этого эксперимента оказался таким: часы, перемещавшиеся на восток, показали по возвращении на место старта меньшее время, чем другие часы, поскольку с учетом скоростей собственно самолета, на котором они находились, и вращения планеты (а Земля, как известно, вращается с запада на восток) данные измерители времени двигались с большей скоростью, чем все остальные.
Это проявление теории относительности уже известно нам под названием «парадокса близнецов». Однако наш близнец-космонавт ни в коем случае не смог бы вернуться во времени» назад. Для этого ему непременно пришлось бы пройти через «червячную дыру». Чтобы лучше понять это, представим такую «дыру», начало которой пусть находится на Земле, а выход – на каком-нибудь астероиде, неподалеку от нашей планеты. Представим также, что этот самый астероид отправился в полет по Вселенной, имея у себя «на борту» некого новорожденного. Что будет происходить с ним во время полета?
Оконечность «червячной дыры» и находящийся в этом месте ребенок будут стареть медленнее, чем та ее часть, которая находится на Земле. (По аналогии с «парадоксом близнецов» – тот, кто путешествует, стареет медленнее.) Предположим, что к концу 50-летнего полета астероида Земля состарится на 200 лет – такова разница в их скоростях движения. Тогда и разница в возрасте двух оконечностей «червячной дыры» составит 150 лет.
Предположим теперь, что житель астероида, теперь уже далеко не мальчик, а солидный пятидесятилетний мужчина, решит вернуться на Землю, пользуясь туннелем «червячной дыры». Перемещение по ней происходит практически мгновенно, и поскольку особенностью «дыры» является то, что она связывает идентичное время, наш мужчина прибудет на Землю в ту пору, когда до начала всей рассказанной нами истории будет оставаться еще 50 лет. То есть он попадет в прошлое, «сэкономив» 150 лет, поскольку Земля в этот момент будет еще находиться на двухсотом году до начала полета астероида.
Если же теперь наш путешественник вновь отправится на астероид, но уже не через «дыру», а на космическом корабле, двигающемся со скоростью, близкой к скорости астероида (чтобы время этого путешествия не выглядело чудовищно большим по сравнению с временем полета), то он может прибыть на астероид, допустим, на 35-м году полета астероида. Так как последний был уже в полете порядка 10 лет до того, как корабль покинул Землю, то путешествие, таким образом, продлится 25 лет по собственному времени путешественника. И наш мужчина ступает на астероид в возрасте 75 лет… и слышит приветствие от молодого тридцатипятилетнего человека, который не кто иной, как он сам!
Причем только старец в данной ситуации будет знать, что видит самого себя; молодой же человек еще понятия не имеет, что в возрасте 50 лет он решит отправиться назад на Землю. Интересно, а какой будет выглядеть наша история в том случае, если старцу вдруг придет в голову сумасбродная мысль прикончить своего «двойника»?.. Ситуация похлеще, чем во многих детективах…
Парадоксы наших дней
Возможности фантазировать по поводу путешествий во времени и пространстве поистине безграничны. Но это повествование все-таки не детективный и не научно-фантастический роман. А потому давайте вернемся непосредственно к теме нашего разговора и рассмотрим еще некоторые возможности управления потоками времени.
Лет тридцать назад в сборнике трудов Московского университета был опубликован доклад профессора Пулковской обсерватории Н. А. Козырева, поразивший воображение парадоксальностью своих выводов не только людей несведущих, но и специалистов,
Поскольку по своей основной специальности Николай Александрович Козырев был астрономом, то речь он вел поначалу о вещах чисто астрономических. Луна издавна считалась мертвым небесным телом, уже закончившим свою эволюцию. И вдруг нашелся ученый, который во всеуслышание заявил: на естественном спутнике Земли вполне возможна вулканическая деятельность!
Ох и досталось же ему от коллег за такое «антинаучное» заявление! Однако ученый мир удивленно затих, когда в 1958 году Н. А. Козырев все-таки высмотрел в свой телескоп вулканическое извержение в кратере Альфонс и даже сумел получить его спектрограмму.
Понадобился еще добрый десяток лет, прежде чем наблюдения Козырева были признаны вполне достоверными. Только в декабре 1969 года Госкомитет по делам открытий и изобретений СССР выдал ученому диплом об открытии лунного вулканизма, а в следующем же году Международная астрономическая академия наградила его именной Золотой медалью с бриллиантовым изображением созвездия Большой Медведицы.
Итак, факт остается фактом – вулканизм на Луне есть, тут уж ничего не попишешь. Однако многие скептики никак не могли успокоиться: уж больно необычным путем Н. А. Козырев пришел к свое му открытию. Дело в том, что Николай Александрович полагал основу лунного вулканизма нужно искать в… потоке времени
Свою уверенность Козырев черпал в нескольких простых экспериментах. Вот один из них. Ученый брал обычные рычажные весы подвешивал к одному концу коромысла вращающийся по часовой стрелке гироскоп. На другом конце – чашка с гирьками. Дождавшись, когда стрелка весов замерла на нуле, ученый включал электровибратор, прикрепленный к основанию. Причем сила вибрации рассчитывалась таким образом, чтобы вибрация полностью поглощалась массивным ротором волчка.
Как должна отреагировать на это уравновешенная система? Весь могли не шелохнуться, и физики всегда найдут этому вполне правдоподобное объяснение. Весы могли выйти из равновесия, и это тоже вполне можно объяснить. Но как объяснить то, что произошло с весами на самом деле?
Экспериментатор раскручивал гироскоп, вешал его на коромысло – стрелка уравновешенных весов оставалась в точке равновесия. Затем экспериментатор снимал остановившийся гироскоп и раскручивал его вновь, но в обратную сторону. И когда гироскоп снова подвешивался к коромыслу весов, происходило маленькое чудо – стрелка уравновешенных весов уходила в сторону, показывая: гироскоп стал легче!
Сам Козырев объяснял этот парадокс следующим образом. Гироскоп на весах с электровибратором – это система с причинно-следственной связью. Во втором случае направление вращения волчка противоречит ходу времени. Время оказало на него давление, возникли дополнительные силы, которые можно измерить…
А раз можно измерить, значит, эти силы реально существуют. И тогда получается, что время – это не просто длительность от одного события до другого, измеряемая часами. Время – физический фактор, обладающий свойствами, которые позволяют ему активно участвовать во всех природных процессах, обеспечивая причинно-следственную связь явлений. Козырев, таким образом, установил экспериментально, что ход времени определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно его расчетам получалось, что величина такой линейной скорости составляет 700 км/с и имеет знак «плюс» в левой системе координат.
Правда, справедливости ради следует отметить, что подобный же опыт, который провели недавно два японских физика, был забракован их придирчивыми коллегами. Многие ученые ныне считают, что разница в показаниях весов основана прежде всего на погрешности опыта, а также возможных неточностях изготовления карданова подвеса, в котором вращается гироскоп.
Но вот вам описание еще одного опыта, который Козырев проводил специально для скептиков. Он брал самый обыкновенный термос с горячей водой. Только в пробке было проделано отверстие, куда ученый вставил тонкую хлорвиниловую трубку. Термос ставился около весов с гироскопом. Стрелка весов при этом показывала, что вращающийся волчок при весе в 90 граммов стал легче на 4 миллиграмма – величина хоть и крохотная, но вполне осязаемая.
После этого Козырев начинал добавлять по трубке в термос воду обычной комнатной температуры. Казалось бы, как может влиять баллон с горячей водой, которую начинают охлаждать, на ход гироскопа и его вес? Тем более что термос имеет сосуд с двойными стенками, практически полностью исключающий теплообмен с окружающей средой.
Однако стрелка весов сдвигалась каждый раз на одно-два деления – значит, какая-то связь все-таки существовала…
И уж совсем приводил в смятение сторонних наблюдателей опыт, в котором возле весов поочередно ставились два стакана с горячей водой – один с сахаром, другой – без него. Так вот, тот стакан, в котором еще не было сахара, никак не влиял на показания весов, тот же, в котором растворялся сахар, заставлял стрелку сначала отклоняться, а затем по мере окончания процесса растворения, снова возвращаться к исходной отметке.
Какие же объяснения давал своим, прямо скажем, странным опытам сам Козырев?
– Стоит подлить в термос холодную воду, а в стакан с чаем опустить сахар, – говорил ученый, – как равновесие системы нарушалось потому, что в ней начинают происходить необратимые процессы. Холодная вода не может привести к повышению температуры воды в термосе, а сахар не способен заново кристаллизоваться из раствора. И этот процесс, покуда система снова не придет в равновесие на новом уровне – пока в термосе не установится одинаковая по всему объему температура, а сахар полностью не растворится, – уплотняет время, которое и оказывает «дополнительное» воздействие на гироскоп. Другого объяснения я просто не могу предложить. Мои слова подтверждаются и другими фактами…
А факты эти таковы. Если время воздействует на систему с причинно-следственной связью, то должны меняться и какие-то другие параметры пространства. Так оно и оказывается при проверке. Вблизи термоса, где смешивается горячая и холодная вода, изменяется частота колебаний кварцевых пластинок, уменьшается электропроводность и объем некоторых веществ.
Свои лабораторные опыты Козырев соотносил и с процессами, происходящими во Вселенной. Весьма бурные и могучие тепловые процессы идут как в недрах, так и на поверхности многих звезд. А если это так, рассуждал далее Козырев, то получается, что звезды обязательно должны выделять колоссальное количество времени, то есть, по существу, служить генераторами этой непонятной пока еще нам субстанции.
Но тогда время, как физический фактор, должно подчиняться и основным физическим законам, в частности законам отражения и поглощения. Чтобы убедиться в этом, Козырев провел еще один необычный эксперимент. Он направлял телескоп с помещенным в его фокусе некоторым веществом на какую-либо яркую звезду, но… прикрывал его объектив черной бумагой или тонкой жестью, чтобы исключить влияние световых лучей. Электропроводность вещества, находящегося в фокусе, менялась. Тонкая жесть сменялась более толстой, затем очень толстой металлической крышкой… Соответственно уменьшалось и отклонение стрелки гальванометра, что вполне поддается объяснению. Если время – физический фактор, то его вполне можно экранировать…
Конечно, всякий раз находились скептики, которые объясняли поведение стрелки гальванометра и многими другими причинами – инфракрасной частью излучения, которое хоть ненамного, но все же нагревает металлическую крышку, просто погрешностями эксперимента и т. д. И тогда Козырев провел решающий эксперимент.
При его подготовке он руководствовался следующими соображениями. Известно, что обычно мы видим звезду не там, где она в данный момент действительно находится, а там, где она находилась в момент испускания светового излучения. А свет хотя и является, согласно теории относительности, самым скоростным излучением во Вселенной, все-таки имеет конечную скорость распространения. А вот со временем, как и с гравитацией, дело обстоит иначе – оно не распространяется постепенно по Вселенной, а сразу проявляется во многих ее точках.
Говоря проще, используя свойства времени, можно получать мгновенную информацию из любой точки пространства и столь же быстро передавать ее в любую точку. Только при таком условии мы не вступаем в противоречие со специальным принципом относительности. Так что если вычислить, где в данный момент действительно находится данная звезда, и навести телескоп на этот «чистый» участок неба, то при изменении веса гироскопа гипотеза будет доказана.
Козырев так и поступил. Именно таким образом было зафиксировано положение Проциона. Впрочем, скептиков и это не убедило: они нашли, что да, действительно, в настоящее время подобные эксперименты нельзя объяснить известными законами механики, но, с другой стороны, это вовсе не значит, что таким образом себя действительно проявляет именно время. После смерти Н. А. Козырева накал страстей вообще заметно снизился. О «парадоксах Козырева» не то чтобы стали забывать, нет, о них помнят, но воспоминания эти носят некий налет иронии: «Вот, дескать, был такой чудак, который считал…»
Но время – то самое, о котором столько споров! – работает, по всей вероятности, именно на гипотезу Козырева. Судите сами.
Н. А. Козырев был астрономом. И естественно, что он стал подбирать ключи к мировым законам не на Земле, а во Вселенной. В 1953 году он пришел к парадоксальному выводу: в звездах вообще нет никакого источника энергии. Звезды живут, излучая тепло и свет, за счет прихода энергии извне.
Надо сказать, что у Николая Александровича были для такого суждения свои резоны. Еще в 1850 году немецкий физик Р. Клазиус сформулировал постулат, который впоследствии был назван вторым законом термодинамики. Вот как он звучит: «Теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более теплому».
Утверждение, вроде бы, самоочевидное: всем доводилось наблюдать, как, скажем, выключенный утюг постепенно становится все более холодным, но никто не видел, чтобы он вдруг стал нагреваться, забирая тепло из окружающего пространства. И все-таки против постулата Клазиуса в свое время выступали многие известные ученые – Тимирязев, Столетов, Вернадский… Даже Циолковский назвал такое суждение антинаучным, поскольку из постулата Клазиуса вытекала неизбежность тепловой смерти Вселенной.
Если все тела самопроизвольно охлаждаются, гласила она, то в конце концов со временем все звезды по Вселенной погаснут. Значит, наступит, что называется, конец света?
Сто с лишним лет назад два великих ума того времени – Гельмгольц и Кельвин – казалось бы, решили загадку. Звезды – это огромные сгустки газа. Сжимаясь под действием гравитации, они нагреваются до миллионов градусов и обогревают Вселенную. Но… расчет показал, что при такой схеме работы наше Солнце должно было израсходовать всю свою энергию задолго до того, как на нашей планете проявились бы первые проблески жизни.
Затем наступила очередь другой точки зрения: звезды стали считать сначала ядерными, а потом и термоядерными реакторами. Но и здесь не все гладко: эксперименты и расчеты показывают, что температура внутри Солнца гораздо меньше той, что требуется для поддержания термоядерной реакции.
Таким образом, получается, что недостающую энергию звезды берут из окружающего пространства. Однако само по себе пространство не может быть источником энергии – оно для этого достаточно пассивно. Но, с другой стороны, пространство неотделимо от времени: помните мы с вами говорили о существовании пространства-времени?..
Но тогда что же представляет собой само время? Не является ли оно своеобразным вечным двигателем Вселенной? Как говорил главный герой романа М. Анчарова «Самшитовый лес» изобретатель Сапожников, если в поток времени поставить вертушку, она закрутится.
Но что это за поток? Справедлив ли для него закон сохранения энергии? И откуда он эту самую энергию берет?.. Вот сколько вопросов, и все они требуют обстоятельных ответов.
Закон сохранения энергии был выведен в XVII веке в результате многочисленных экспериментов с различными движущимися телами. К середине XIX века этот закон был распространен не только на чисто механические движения, но и на другие виды процессов, в частности тепловые. Не случайно в термодинамике этот закон называют первым началом, подчеркивая тем самым его важность.
Но второй закон термодинамики, тот самый постулат Клазиуса, о котором мы говорили, гласит, что тепло (энергия) из системы куда-то все время утекает. Куда? Во что оно переходит? Точного ответа на эти вопросы пока нет. Но это вовсе не значит, что закон сохранения энергии во Вселенной нарушается.
Возьмем хотя бы такую аналогию. Вы видите у человека на руке часы, которые не надо заводить. Что, в них работает вечный двигатель? Вовсе нет. Хитроумный механизм использует либо механическую энергию движений самого человека, либо разность температур между его телом и окружающей средой, либо энергию естественного и искусственного света…
Так и с потоком времени. Если мы не знаем, откуда он берется и куда уходит, это вовсе не значит, что мы можем говорить о нарушении основных законов природы. Так считал Козырев, так считают сегодня многие ученые. И надо сказать, жизнь с каждым годом позволяет им все более утвердиться на этой точке зрения.
В свое время тот же Козырев обратил внимание на двойные звезды. Эти образования могут состоять из звезд разных классов, но, объединившись в пару, они обретают удивительно схожие черты – одинаковую яркость, спектральный тип и т. д. Возникает впечатление, что главная звезда воздействует на свой спутник и постепенно передает ему нечто, изменяющее его облик. Но что именно? Межзвездные расстояния достаточно велики, чтобы исключить влияние обычных силовых полей. На таких расстояниях работают только силы гравитации и… время. Силы гравитации удерживают небесные тела в одной системе, а время, может статься, помогает им обмениваться энергией.
Волчок в реке времени
Лет тридцать назад в сборнике трудов Московского университета был опубликован доклад профессора Пулковской обсерватории Н. А. Козырева, поразивший воображение парадоксальностью своих выводов не только людей несведущих, но и специалистов,
Поскольку по своей основной специальности Николай Александрович Козырев был астрономом, то речь он вел поначалу о вещах чисто астрономических. Луна издавна считалась мертвым небесным телом, уже закончившим свою эволюцию. И вдруг нашелся ученый, который во всеуслышание заявил: на естественном спутнике Земли вполне возможна вулканическая деятельность!
Ох и досталось же ему от коллег за такое «антинаучное» заявление! Однако ученый мир удивленно затих, когда в 1958 году Н. А. Козырев все-таки высмотрел в свой телескоп вулканическое извержение в кратере Альфонс и даже сумел получить его спектрограмму.
Понадобился еще добрый десяток лет, прежде чем наблюдения Козырева были признаны вполне достоверными. Только в декабре 1969 года Госкомитет по делам открытий и изобретений СССР выдал ученому диплом об открытии лунного вулканизма, а в следующем же году Международная астрономическая академия наградила его именной Золотой медалью с бриллиантовым изображением созвездия Большой Медведицы.
Итак, факт остается фактом – вулканизм на Луне есть, тут уж ничего не попишешь. Однако многие скептики никак не могли успокоиться: уж больно необычным путем Н. А. Козырев пришел к свое му открытию. Дело в том, что Николай Александрович полагал основу лунного вулканизма нужно искать в… потоке времени
Свою уверенность Козырев черпал в нескольких простых экспериментах. Вот один из них. Ученый брал обычные рычажные весы подвешивал к одному концу коромысла вращающийся по часовой стрелке гироскоп. На другом конце – чашка с гирьками. Дождавшись, когда стрелка весов замерла на нуле, ученый включал электровибратор, прикрепленный к основанию. Причем сила вибрации рассчитывалась таким образом, чтобы вибрация полностью поглощалась массивным ротором волчка.
Как должна отреагировать на это уравновешенная система? Весь могли не шелохнуться, и физики всегда найдут этому вполне правдоподобное объяснение. Весы могли выйти из равновесия, и это тоже вполне можно объяснить. Но как объяснить то, что произошло с весами на самом деле?
Экспериментатор раскручивал гироскоп, вешал его на коромысло – стрелка уравновешенных весов оставалась в точке равновесия. Затем экспериментатор снимал остановившийся гироскоп и раскручивал его вновь, но в обратную сторону. И когда гироскоп снова подвешивался к коромыслу весов, происходило маленькое чудо – стрелка уравновешенных весов уходила в сторону, показывая: гироскоп стал легче!
Сам Козырев объяснял этот парадокс следующим образом. Гироскоп на весах с электровибратором – это система с причинно-следственной связью. Во втором случае направление вращения волчка противоречит ходу времени. Время оказало на него давление, возникли дополнительные силы, которые можно измерить…
А раз можно измерить, значит, эти силы реально существуют. И тогда получается, что время – это не просто длительность от одного события до другого, измеряемая часами. Время – физический фактор, обладающий свойствами, которые позволяют ему активно участвовать во всех природных процессах, обеспечивая причинно-следственную связь явлений. Козырев, таким образом, установил экспериментально, что ход времени определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно его расчетам получалось, что величина такой линейной скорости составляет 700 км/с и имеет знак «плюс» в левой системе координат.
Правда, справедливости ради следует отметить, что подобный же опыт, который провели недавно два японских физика, был забракован их придирчивыми коллегами. Многие ученые ныне считают, что разница в показаниях весов основана прежде всего на погрешности опыта, а также возможных неточностях изготовления карданова подвеса, в котором вращается гироскоп.
Но вот вам описание еще одного опыта, который Козырев проводил специально для скептиков. Он брал самый обыкновенный термос с горячей водой. Только в пробке было проделано отверстие, куда ученый вставил тонкую хлорвиниловую трубку. Термос ставился около весов с гироскопом. Стрелка весов при этом показывала, что вращающийся волчок при весе в 90 граммов стал легче на 4 миллиграмма – величина хоть и крохотная, но вполне осязаемая.
После этого Козырев начинал добавлять по трубке в термос воду обычной комнатной температуры. Казалось бы, как может влиять баллон с горячей водой, которую начинают охлаждать, на ход гироскопа и его вес? Тем более что термос имеет сосуд с двойными стенками, практически полностью исключающий теплообмен с окружающей средой.
Однако стрелка весов сдвигалась каждый раз на одно-два деления – значит, какая-то связь все-таки существовала…
И уж совсем приводил в смятение сторонних наблюдателей опыт, в котором возле весов поочередно ставились два стакана с горячей водой – один с сахаром, другой – без него. Так вот, тот стакан, в котором еще не было сахара, никак не влиял на показания весов, тот же, в котором растворялся сахар, заставлял стрелку сначала отклоняться, а затем по мере окончания процесса растворения, снова возвращаться к исходной отметке.
Какие же объяснения давал своим, прямо скажем, странным опытам сам Козырев?
– Стоит подлить в термос холодную воду, а в стакан с чаем опустить сахар, – говорил ученый, – как равновесие системы нарушалось потому, что в ней начинают происходить необратимые процессы. Холодная вода не может привести к повышению температуры воды в термосе, а сахар не способен заново кристаллизоваться из раствора. И этот процесс, покуда система снова не придет в равновесие на новом уровне – пока в термосе не установится одинаковая по всему объему температура, а сахар полностью не растворится, – уплотняет время, которое и оказывает «дополнительное» воздействие на гироскоп. Другого объяснения я просто не могу предложить. Мои слова подтверждаются и другими фактами…
А факты эти таковы. Если время воздействует на систему с причинно-следственной связью, то должны меняться и какие-то другие параметры пространства. Так оно и оказывается при проверке. Вблизи термоса, где смешивается горячая и холодная вода, изменяется частота колебаний кварцевых пластинок, уменьшается электропроводность и объем некоторых веществ.
Свои лабораторные опыты Козырев соотносил и с процессами, происходящими во Вселенной. Весьма бурные и могучие тепловые процессы идут как в недрах, так и на поверхности многих звезд. А если это так, рассуждал далее Козырев, то получается, что звезды обязательно должны выделять колоссальное количество времени, то есть, по существу, служить генераторами этой непонятной пока еще нам субстанции.
Но тогда время, как физический фактор, должно подчиняться и основным физическим законам, в частности законам отражения и поглощения. Чтобы убедиться в этом, Козырев провел еще один необычный эксперимент. Он направлял телескоп с помещенным в его фокусе некоторым веществом на какую-либо яркую звезду, но… прикрывал его объектив черной бумагой или тонкой жестью, чтобы исключить влияние световых лучей. Электропроводность вещества, находящегося в фокусе, менялась. Тонкая жесть сменялась более толстой, затем очень толстой металлической крышкой… Соответственно уменьшалось и отклонение стрелки гальванометра, что вполне поддается объяснению. Если время – физический фактор, то его вполне можно экранировать…
Конечно, всякий раз находились скептики, которые объясняли поведение стрелки гальванометра и многими другими причинами – инфракрасной частью излучения, которое хоть ненамного, но все же нагревает металлическую крышку, просто погрешностями эксперимента и т. д. И тогда Козырев провел решающий эксперимент.
При его подготовке он руководствовался следующими соображениями. Известно, что обычно мы видим звезду не там, где она в данный момент действительно находится, а там, где она находилась в момент испускания светового излучения. А свет хотя и является, согласно теории относительности, самым скоростным излучением во Вселенной, все-таки имеет конечную скорость распространения. А вот со временем, как и с гравитацией, дело обстоит иначе – оно не распространяется постепенно по Вселенной, а сразу проявляется во многих ее точках.
Говоря проще, используя свойства времени, можно получать мгновенную информацию из любой точки пространства и столь же быстро передавать ее в любую точку. Только при таком условии мы не вступаем в противоречие со специальным принципом относительности. Так что если вычислить, где в данный момент действительно находится данная звезда, и навести телескоп на этот «чистый» участок неба, то при изменении веса гироскопа гипотеза будет доказана.
Козырев так и поступил. Именно таким образом было зафиксировано положение Проциона. Впрочем, скептиков и это не убедило: они нашли, что да, действительно, в настоящее время подобные эксперименты нельзя объяснить известными законами механики, но, с другой стороны, это вовсе не значит, что таким образом себя действительно проявляет именно время. После смерти Н. А. Козырева накал страстей вообще заметно снизился. О «парадоксах Козырева» не то чтобы стали забывать, нет, о них помнят, но воспоминания эти носят некий налет иронии: «Вот, дескать, был такой чудак, который считал…»
Но время – то самое, о котором столько споров! – работает, по всей вероятности, именно на гипотезу Козырева. Судите сами.
Почему светятся звезды?
Н. А. Козырев был астрономом. И естественно, что он стал подбирать ключи к мировым законам не на Земле, а во Вселенной. В 1953 году он пришел к парадоксальному выводу: в звездах вообще нет никакого источника энергии. Звезды живут, излучая тепло и свет, за счет прихода энергии извне.
Надо сказать, что у Николая Александровича были для такого суждения свои резоны. Еще в 1850 году немецкий физик Р. Клазиус сформулировал постулат, который впоследствии был назван вторым законом термодинамики. Вот как он звучит: «Теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более теплому».
Утверждение, вроде бы, самоочевидное: всем доводилось наблюдать, как, скажем, выключенный утюг постепенно становится все более холодным, но никто не видел, чтобы он вдруг стал нагреваться, забирая тепло из окружающего пространства. И все-таки против постулата Клазиуса в свое время выступали многие известные ученые – Тимирязев, Столетов, Вернадский… Даже Циолковский назвал такое суждение антинаучным, поскольку из постулата Клазиуса вытекала неизбежность тепловой смерти Вселенной.
Если все тела самопроизвольно охлаждаются, гласила она, то в конце концов со временем все звезды по Вселенной погаснут. Значит, наступит, что называется, конец света?
Сто с лишним лет назад два великих ума того времени – Гельмгольц и Кельвин – казалось бы, решили загадку. Звезды – это огромные сгустки газа. Сжимаясь под действием гравитации, они нагреваются до миллионов градусов и обогревают Вселенную. Но… расчет показал, что при такой схеме работы наше Солнце должно было израсходовать всю свою энергию задолго до того, как на нашей планете проявились бы первые проблески жизни.
Затем наступила очередь другой точки зрения: звезды стали считать сначала ядерными, а потом и термоядерными реакторами. Но и здесь не все гладко: эксперименты и расчеты показывают, что температура внутри Солнца гораздо меньше той, что требуется для поддержания термоядерной реакции.
Таким образом, получается, что недостающую энергию звезды берут из окружающего пространства. Однако само по себе пространство не может быть источником энергии – оно для этого достаточно пассивно. Но, с другой стороны, пространство неотделимо от времени: помните мы с вами говорили о существовании пространства-времени?..
Но тогда что же представляет собой само время? Не является ли оно своеобразным вечным двигателем Вселенной? Как говорил главный герой романа М. Анчарова «Самшитовый лес» изобретатель Сапожников, если в поток времени поставить вертушку, она закрутится.
Но что это за поток? Справедлив ли для него закон сохранения энергии? И откуда он эту самую энергию берет?.. Вот сколько вопросов, и все они требуют обстоятельных ответов.
Закон сохранения энергии был выведен в XVII веке в результате многочисленных экспериментов с различными движущимися телами. К середине XIX века этот закон был распространен не только на чисто механические движения, но и на другие виды процессов, в частности тепловые. Не случайно в термодинамике этот закон называют первым началом, подчеркивая тем самым его важность.
Но второй закон термодинамики, тот самый постулат Клазиуса, о котором мы говорили, гласит, что тепло (энергия) из системы куда-то все время утекает. Куда? Во что оно переходит? Точного ответа на эти вопросы пока нет. Но это вовсе не значит, что закон сохранения энергии во Вселенной нарушается.
Возьмем хотя бы такую аналогию. Вы видите у человека на руке часы, которые не надо заводить. Что, в них работает вечный двигатель? Вовсе нет. Хитроумный механизм использует либо механическую энергию движений самого человека, либо разность температур между его телом и окружающей средой, либо энергию естественного и искусственного света…
Так и с потоком времени. Если мы не знаем, откуда он берется и куда уходит, это вовсе не значит, что мы можем говорить о нарушении основных законов природы. Так считал Козырев, так считают сегодня многие ученые. И надо сказать, жизнь с каждым годом позволяет им все более утвердиться на этой точке зрения.
В свое время тот же Козырев обратил внимание на двойные звезды. Эти образования могут состоять из звезд разных классов, но, объединившись в пару, они обретают удивительно схожие черты – одинаковую яркость, спектральный тип и т. д. Возникает впечатление, что главная звезда воздействует на свой спутник и постепенно передает ему нечто, изменяющее его облик. Но что именно? Межзвездные расстояния достаточно велики, чтобы исключить влияние обычных силовых полей. На таких расстояниях работают только силы гравитации и… время. Силы гравитации удерживают небесные тела в одной системе, а время, может статься, помогает им обмениваться энергией.