Страница 4 из 9
Мировые линии
Известный американский ученый Джей Орир в своей «Популярной физике» описывает такой «парадокс близнецов». Предположим, что на Земле живут два близнеца в возрасте 20 лет, и один из них отправляется в космическое путешествие к звезде Арктур. Его субсветовой космолет летит со скоростью 0,99 скорости света и, преодолев два раза расстояние в 40 световых лет (до звезды и обратно), он возвращается на Землю через 11,4 года по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет 80,8 года. Так что брат, оставшийся на планете, должен очень постараться, чтобы дождаться возвращения межзвездного путешественника. Ведь ему к моменту возвращения корабля стукнет 108,8 года! Космический странник окажется моложе его на целую жизнь – 69,4 года!
Правда, на сегодняшний день единственные специалисты, которые могут воспользоваться выводами из теории Эйнштейна в своих практических целях, – это астрономы и физики-ядерщики. Ведь только элементарные частицы в сверхмощных ускорителях – циклотронах – достигают околосветовых скоростей.
Расстояния во Вселенной не случайно измеряются световыми годами. Световой год равен расстоянию, проходимому световым лучом за земной год. Стало быть, глядя на звезды, мы видим их не такими, какие они есть в настоящее время, а такими, какими они были много лет назад. Вполне возможно, что сегодня мы видим свет далеких небесных объектов, которых давно уже нет.
Не так давно астрономы открыли группу сверхдалеких квазизвездных объектов (квазаров) на расстоянии свыше 14 млрд световых лет. На основании этого ученым придется пересмотреть часть теории образования Вселенной. Ведь пока считалось, что наш мир образовался в Большом взрыве 15–20 млрд лет тому назад. Однако, если объекты удалены от нас на расстояние в 14 млрд световых лет, это равносильно тому, что мы наблюдаем их в период ранней юности Метагалактики, когда квазары еще не должны были образоваться. Астрономам остается только надеяться, что некоторую ясность в эти вопросы внесут новые обсерватории, выводимые на околоземные орбиты. Возможно, тогда и удастся рассмотреть таинственные истоки вселенской реки времени, истекающей из сингулярности (мнимой точки) Большого взрыва.
В рассказе о практических приложениях временных парадоксов теории относительности важная роль принадлежит физике элементарных частиц. Действительно, многие элементарные частицы, рождающиеся в столкновениях с атомными ядрами, живут очень недолго. Тем не менее их успевают много раз зафиксировать стоящие на пути чувствительные детекторы. Это происходит в полном соответствии с теорией относительности, ведь время их жизни в тысячи раз больше, чем у покоящихся собратьев. Так, сохраняя короткоживущие частицы в релятивистском «застывшем» времени, можно спокойно изучать их удивительные свойства, реакции с другими частицами и рассеяние на атомах.
Вот так совершенно фантастическое замедление времени уже является обыденной процедурой из области экспериментальной физики, оно прочно вошло в научный арсенал исследования микрочастиц, а для профессионалов даже потеряло некоторую часть своего очарования.
На самых мощных ускорителях потоки микрочастиц разгоняются до субсветовых скоростей. Релятивистское увеличение в несколько раз времени жизни таких частиц для некоторых из них является весьма существенным, поскольку только это и позволяет их надежно зарегистрировать.
Давайте совершим фантастическое допущение, что нам удалось построить космический аппарат, движущийся со сверхсветовой скоростью. Мы уже знаем, что для анализа релятивистских эффектов полет ракеты нужно рассматривать в двух системах координат. Одна (условно назовем ее первой) – это поверхность Земли, тот космодром, с которого стартовала ракета. В этой системе отсчета все происходит как обычно: ракета стартует, предположим, в полдень и при пятикратной скорости света достигает цели, например, в следующую полночь.
А вот с точки зрения наблюдателя во второй – релятивистской – системе координат порядок событий в первой системе отсчета может оказаться нарушенным. Как в кино при запуске пленки в обратном направлении, он увидит, что ракета от достигнутой ею цели направляется к месту старта.
Однако при всей своей необычности подобный мысленный эксперимент все же не лишен физического смысла. Здесь надо вспомнить гипотезу о существовании частиц, движущихся со сверхсветовыми скоростями, – тахионов. Такое предположение основано лишь на некоторых теоретических предпосылках. Но если такие частицы вдруг действительно существуют, не исключено, что время для них может течь навстречу нашему. То есть, говоря другими словами, прошлое и будущее таких частиц (с точки зрения стороннего наблюдателя) как бы меняются местами.
Из-за движения со скоростью больше скорости света мы не можем видеть тахион всегда. Только после того как тахион пройдет мимо нас, появляются два удаляющихся изображения тахиона. Черная линия соответствует фронту специального сверхсветового излучения (излучения Вавилова – Черенкова) – свечения, вызываемого в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей.
Подобная ситуация блестяще описана в замечательном научно-фантастическом произведении Аркадия и Бориса Стругацких «Понедельник начинается в субботу». Речь там идет о загадке попугая, умирающего, исчезающего и возникающего вновь без всяких видимых причин, а также его таинственного хозяина – директора НИИЧАВО Януса Полуэктовича.
Вот какую гипотезу обратного хода времени, или «контрамоции», предлагают на страницах романа сотрудники НИИЧАВО: «…Если контрамоция теоретически возможна, значит, теоретически возможно нарушение причинно-следственного закона. Собственно, даже не нарушение, потому что закон этот остается справедлив в отдельности и для нормального мира, и для мира контрамота… А значит, можно все-таки предположить, что попугаев не три и не четыре, а всего один, один и тот же. Что получается? Десятого с утра он лежит дохлый в чашке Петри. Затем его сжигают, превращают в пепел и развеивают по ветру. Тем не менее утром одиннадцатого он жив опять. Не только не испепелен, но цел и невредим. Правда, к середине дня он издыхает и снова оказывается в чашке Петри. Это чертовски важно! Я почувствовал, что это чертовски важно – чашка Петри… Единство места!.. Двенадцатого попугай опять жив и просит сахарок… Это не контрамоция, это не фильм, пущенный наоборот, но что-то от контрамоции здесь все-таки есть… Для контрамота ход событий таков: попугай жив, попугай умирает, попугая сжигают. С нашей точки зрения, если отвлечься от деталей, получается как раз наоборот: попугая сжигают, попугай умирает, попугай жив… Словно фильм разрезали на три куска и показывают сначала третий кусок, потом второй, а потом уже первый… Какие-то разрывы непрерывности… Разрывы непрерывности… Точки разрыва…»
Далее герои романа начинают строить на основе идеи встречного хода времени любопытную гипотезу о природе Тунгусского метеорита…
Глава 3. Загадки четвертого измерения
Есть у времени такие свойства, которые ставят в тупик и классическую механику, и теорию относительности, и квантовую теорию. Эти теории многое сказали о времени, но они не способны ответить на первый и, казалось бы, самый простой из всех вопросов: почему время идет?
В последующих главах мы вернемся к исследованию временных парадоксов, задавшись, прежде всего, следующими вопросами: как смотрит физическая наука на теоретическую возможность создания машины времени? В чем принципиальные особенности движения материального тела по течению времени и против него?
Ну и, конечно же, нам предстоит продолжить разговор о новых исследованиях физиков и узнать, как обстоит дело с путешествиями во времени сегодня. Мы привыкли, что многие предвидения фантастов постепенно сбываются, и то, что вначале казалось совершенно нереальным, с течением времени становится обыденностью. Но тут возникают новые вопросы: