Как устроена машина времени? - Зигуненко Станислав Николаевич - Страница 5

Так что, как видите, определенный прок этакие теоретические «машины времени» уже приносят. Ну а если вас подобные «машины» не устраивают и вам хочется чего-то поконкретнее, пожелезнее, что ли… – давайте продолжим наше путешествие по теории. Глядишь, там обнаружатся предпосылки и к построению этаких персональных машин времени.

Итак, снова в путь, читатель! Нас ждет еще длинная дорога.

Большие маятники вселенной

Время не существует само по себе, оно неразрывно связано с другими понятиями окружающего нас мира. И осознание этого факта позволило ученым развить немало интересных теорий.

В прошлой главе мы довольно долго пытались разобраться в сущности времени, даже придумали, как можно использовать в качестве своеобразных машин времени телескопы астрономов. Однако при всем этом ухитрились так и не ответить на вопрос, вынесенный в начало главы: «Так как же все-таки распространяется время – по прямой, по кругу, по спирали?..» И это получилось вовсе не случайно. Понятие времени оказалось много сложнее, чем предполагали древние.

«Отныне понятия пространства самого по себе и времени самого по себе осуждены на отмирание и превращение в бледные тени, и только своего рода объединение этих двух понятий сохранит независимую реальность». Так заявил в 1908 году немецкий математик и физик Герман Минковский, человек, очень много сделавший для разработки математического аппарата теории относительности. И Эйнштейн, который, как мы уже говорили, вообще-то относился с некоторой иронией к упражнениям математиков над его теорией, на сей раз не имел ничего против.

Оказалось, что и математикам и физикам очень удобно оперировать понятиями четырехмерного пространства, три координаты которого являются геометрическими – длина, ширина и высота, а четвертая – временной. «Когда не математик слышит о „четырехмерном“ пространстве, его охватывает мистическое чувство, подобное чувству, возбужденному театральными привидениями», – сострил по этому поводу Эйнштейн. Но добавил, что нет тем не менее более банального утверждения, чем сообщение о четырехмерности окружающего нас мира.

В самом деле, мы довольно часто пользуемся его четырехмерностью в обыденной практике. Вот только один пример. Вы переходите дорогу, по которой мчится автомобиль. И тем не менее вы благополучно довершаете свой путь к противоположному тротуару. Да, три геометрические координаты совпали – автомобиль только что проехал по тому месту, где были вы, а вот четвертая, временная, пет – человек и машина разминулись во времени на несколько секунд, и катастрофы не произошло.

Из этого примера следует интересное следствие. Если вдуматься, то получается, что уже классическая физика «объединяет» время и пространство – она связывает их через движение.

В простейшем случае движение тела можно изобразить на плоскостной диаграмме, откладывая по одной координате значения времени, а по другой – пройденного пути. Если тело движется, скажем, со скоростью 4 м/с, то через секунду после начала движения оно сместится от начала своего пути на 4 м, через две – на 8 м и т. д. На нашей диаграмме эти события отобразятся точками, через которые можно провести линию.

Эта линия, образуемая из множества событий-точек, в истории тела называется мировой линией.

Давайте поразмышляем над ее поведением на нашей мысленной диаграмме, попробуем подобрать геометрическому образу физический эквивалент.

В первой четверти координатной плоскости, где и время и значения пути положительны, мировая линия ведет себя вполне логично. Машина движется: за каждый отрезок времени она проходит определенный отрезок пути, начав с нулевой отметки, откуда мы стартовали по данному маршруту.

В какой-то мере можно представить себе физически и движение вдоль мировой линии во второй четверти, где время положительно, а путь – отрицателен. В нашем обыденном мире это, к примеру, может означать, что наша машина через некоторое время вернулась в исходную точку. В этом смысле путь может показаться величиной отрицательной: двигаясь по нему, мы удаляемся от нужного нам пункта, вместо того чтобы приближаться к нему.

Но уж совсем необъяснимы с позиций обыденного мира случаи с отрицательным временем (левая полуплоскость на нашей диаграмме). Что это означает? Принципиальную возможность движения в прошлое? Но ведь время, насколько нам всем известно, не может течь вспять… Если бы это было возможно, то мы с вами сейчас бы не обсуждали возможность создания машины времени на страницах этой книжки, а попросту ездили, куда нам вздумается, не только в понятиях географических, но и временных.

Оставим пока данный вопрос без ответа. Мы еще постараемся вернуться к нему. А пока рассмотрим, что можно «выжать» из движения в правой полуплоскости, в положительном времени.

Мировая линия может изменять свое положение в пространстве в зависимости от того, с какой скоростью мы будем двигаться. Если бы мы могли двигаться мгновенно, то она могла бы попросту встать вертикально. Но физически это невозможно, самая большая скорость, физически достижимая на сегодняшний день, – это скорость света. Значит, мировая линия на нашем рисунке должна быть ограничена прямыми, показывающими, с какой скоростью в «правильном» или в «неправильном» направлениях распространяется свет.

Все это время мы с вами для простоты рассматривали двухмерный случай. Наш же мир, как мы говорили, имеет четыре измерения. Значит, мировая линия может помещаться внутри некоторого светового конуса, очерченного мировыми линиями света.

Для нас особенно интересна поверхность конуса прошлого, лежащего в той области, где время отрицательно. Ведь на этой поверхности находится то, что мы можем увидеть. В самом деле: видеть – это, говоря иначе, воспринимать световые лучи. Но пока они донесут информацию от источника до нашего, глаза, пройдет какое-то время… Значит видеть мы можем только то, что уже произошло.

Произошло это один миг назад или сто тысяч лет – уже другой вопрос. Главное, «се это в прошлом. Свет от настольной лампы запаздывает к нам на ничтожную долю секунды, солнечный свет – на восемь с лишним минут, а некоторые дальние квазары мы наблюдаем такими, какими они были миллиарды лет назад. Быть может, ни Земли, ни даже Солнца тогда еще не было, а они уже светили… Так что еще раз мы убедились: телескоп – это машина времени, направленная в, прошлое.

Итак, принципиальная возможность видеть прошлое, и даже довольно отдаленное, нами найдена. Более того, имеется даже принципиальная возможность в этом прошлом побывать! Как именно? Хорошо сказано об этом в известном детском стихотворении:

Возможны ли подобные чудеса? «Если и в самом деле допустить, что скорость ракеты больше скорости света, то это вполне возможная вещь», – отвечает на этот вопрос доктор физико-математических наук А. Д. Чернин.

Полет ракеты нужно рассматривать в двух системах координат. Одна – это поверхность Земли, тот ракетодром, с которого стартовала ракета. В этой системе отсчета все происходит достаточно традиционно: ракета стартует в полдень, и пусть она летит даже впятеро быстрее света, цели она достигнет через несколько часов после старта, например в полночь.

Но вот если тот же полет рассматривать в другой системе координат, а именно движущейся с большой скоростью в том же направлении, что и ракета, то порядок событий, с точки зрения наблюдателя, в этой системе может оказаться нарушенным. Как в кино при запуске пленки задом наперед, он увидит, что ракета сначала достигнет цели, я лишь потом взлетит.