Астрономический сайт

Загадки земли и вселенной

Река времени

Вселенная
Время всегда сравнивали с рекой. Действительно, ничто так точно не отражает наше ощущение времени, как выражение «время течет». В этот поток времени вовлечены все события. Тысячелетний опыт человечества показал, что поток времени неизменен. Его нельзя ни ускорить, ни замедлить. И уж, конечно, его нельзя обратить вспять. С развитием физики это интуитивное, основанное на повседневном опыте представление об абсолютной независимости времени от событий, от физических процессов, казалось бы, находило все новые подтверждения. И в точных опытах в лабораториях, и в наблюдениях за движением небесных тел время выступало как неизменная, ни от чего не зависящая длительность. Можно вообразить, что из Вселенной изъяты все процессы, все события, и все же по интуитивным представлениям время будет по-прежнему течь, как пустая длительность. Так родилось представление об абсолютных неизменных времени и пространстве, в которых происходит движение всех тел и которые составляют основу классической физики И. Ньютона.Понятие времени у Ньютона и Эйнштейна

Общая картина мира, нарисованная в трудах Ньютона, представлялась ясной и очевидной: в бесконечном абсолютном неизменном пространстве с течением времени происходит движение миров. Движение их может быть весьма сложным, процессы на небесных телах весьма многообразны, но это никак не влияет на бесконечную сцену – пространство, в котором развертывается в неизменном времени драма бытия Вселенной. С такой точки зрения для материалиста абсолютно ясно, что у времени (как и у пространства) не может быть границ; не может быть истоков реки времени. Ибо это означало бы нарушение принципа неизменности времени. Означало бы возникновение – «создание» движения материального мира Вселенной. Заметим, что уже философам-материалистам Древней Греции тезис о бесконечности мира представлялся доказанным.

В ньютоновской теории не возникало вопроса о структуре времени, о его свойствах. Кроме свойства быть всегда одной и той же длительностью, у него не было других свойств.

Поэтому в ньютоновской картине абсолютно ясными были понятия «сейчас», «раньше» и «позже». Для всех событий во Вселенной можно было использовать единые точные часы, чтобы установить однозначную хронологию.

Каждому ясно, что имеется в виду, когда мы говорим: «Сейчас на станции на другом конце города уходит поезд» или «Я вышел из дома на две минуты позже, чем поезд ушел со станции». Точно так же кажется ясным, когда мы говорим: «Сейчас в галактике Андромеда взорвалась сверхновая звезда». Первый удар по этой кажущейся всеобщей ясности и простоте нанесла специальная теория относительности.

Эта теория возникла, когда наука стала изучать быстрые движения, которые уже можно было сравнить со скоростью света. Тут-то впервые начало выясняться, что река времени отнюдь не так проста, как думали раньше.

Теория относительности установила, что понятия «сейчас», «раньше» и «позже» имеют простой смысл только для событий происходящих недалеко друг от друга. То что «раньше» для одного наблюдателя может быть «позже» для другого. Такие события могут быть причинно связанными, но не могут влиять друг на друга. В противоположном случае событие, которое было причиной для другого (и поэтому произошло раньше его), с точки зрения некоторого наблюдателя оказалось бы произошедшим позже своего следствия.

Подобные свойства теснейшим образом связаны с тем, что скорость света в пустоте всегда постоянна, не зависит от движения наблюдателя и эта скорость предельно большая. Ничто в природе не может двигаться быстрее.

Еще более удивительным оказалось, что течение времени зависит от скорости движения тела. Теперь уже в средней школе проходят основы теории относительности, и школьникам известно, что время течет тем медленнее, чем быстрее по отношению к наблюдателю движется тело. Факт этот надежно измерен и в опытах с элементарными частицами, и даже в прямых опытах с часами на летящих самолетах.

Следовательно, свойства времени только казались неизменными. Это происходило потому, что для обнаружения приведенных выше фактов необходимы были столь быстрые движения, которые раньше были недоступны человеку. Далее, теория относительности установила неразрывную связь времени с пространством. Изменение временных свойств процессов всегда связано с изменением их пространственных свойств. Но мы в этой статье сосредоточимся в основном на свойствах времени. Создание А. Эйнштейном общей теории относительности явилось дальнейшим шагом в познании природы времени.

Оказалось, что на темп течения времени влияет поле тяготения. Чем сильнее поле, тем медленнее течет время по сравнению с течением времени вдали от тяготеющих тел, где поле тяготения слабо. Этот вывод также был проверен на прямых экспериментах на Земле и с помощью астрофизических наблюдений на Солнце и звездах.

Постепенно оставалось все меньше и меньше от наивного представления наших предшественников о единой абсолютной реке времени. Время оказалось зависящим от свойств движущейся материи. Река времени скорее представляется текущей не везде одинаково величаво, а то быстро в сужениях, то медленно на плесах, то разбитой на множество рукавов и ручейков с разной скоростью течения в зависимости от условий.



Черные дыры и время

Черные дыры представляют собой подлинный сгусток гравитации. Они возникают при катастрофическом сжатии небесных тел, например звезд, в конце их эволюции. При этом гравитационное поле возрастает настолько, что не выпускает даже свет. Ту область, из которой не может выйти свет, и называют черной дырой. С точки зрения далекого наблюдателя, чем ближе к черной дыре, тем медленнее течет время. На границе черной дыры его бег и вовсе замирает. Можно сравнить ситуацию с течением воды у берега реки, где ток воды замирает.

Но совсем иная картина представляется наблюдателю, который в космическом корабле отправится в черную дыру. Огромное поле тяготения на границе черной дыры разгоняет падающий корабль до скорости, равной скорости света. И тем не менее далекому наблюдателю кажется, что падение корабля затормаживается и полностью замирает на границе черной дыры. Ведь здесь с его точки зрения замирает само время. С приближением к этой скорости падения время на корабле также замедляет свой бег, как и на любом быстро летящем теле. И вот это замедление побеждает замирание падения корабля. Растягивающаяся до бесконечности картина приближения корабля к границе черной дыры из-за все большего и большего растягивания секунд на падающем корабле измеряется конечным числом этих все удлиняющихся (с точки зрения внешнего наблюдателя) секунд. По часам падающего наблюдателя, или по его пульсу, до пересечения границы черной дыры протекло вполне конечное число секунд. Бесконечно долгое падение корабля по часам далекого наблюдателя уместилось в очень короткое время падающего наблюдателя! Бесконечное для одного стало конечным для другого! Вот уж поистине фантастическое изменение представлений о течении времени.

Наблюдатель, упавший в черную дыру, никогда не сможет оттуда выбраться, как бы ни были мощны двигатели его корабля. Он не сможет послать оттуда и никаких сигналов, никаких сообщений. Ведь даже свет – самый быстрый вестник в природе – оттуда не выходит. Для внешнего наблюдателя само падение корабля растягивается по его часам до бесконечности. Значит, то, что будет с падающим наблюдателем и его кораблем внутри черной дыры, протекает уже вне времени внешнего наблюдателя, после его бесконечности по времени. В этом смысле черные дыры представляют собой дыры во времени Вселенной. Конечно, сразу оговоримся, что это вовсе не означает, что внутри черной дыры время не течет. Там время течет, но это «другое» время, текущее иначе, чем время внешнего наблюдателя.

Что будет с наблюдателем и его кораблем, упавшим в черную дыру? Назад, как мы знаем, они выбраться не смогут. Сила тяготения будет неумолимо тянуть их в глубь черной дыры. Какова их судьба?

Еще не так давно теоретики предполагали, что проскочив горловину черной дыры, наблюдатель может появиться из другого отверстия этой горловины в нашем пространстве вдали от черной дыры, в которую он упал. Или он сможет даже «выпрыгнуть» в пространство «другой Вселенной».

Если бы это было возможно, то наряду с черными дырами во Вселенной должны были бы существовать и «белые дыры». Это те самые другие отверстия горловины, из которых может «выпрыгнуть» наблюдатель. В белую дыру нельзя упасть, из нее можно только вылететь. Поистине черные и белые дыры напоминают улицы с односторонним движением транспорта. Но это улицы во времени!

Однако оказалось, что белые дыры и горловины, ведущие от черных дыр к белым, – крайне неустойчивые объекты и поэтому в природе существовать не могут. А жаль! Если бы они существовали, то наблюдатель, нырнув в черную дыру и выпрыгнув затем из белой, попал бы в далекое прошлое нашей Вселенной! Это было бы конкретным воплощением «машины времени» Г. Уэллса, движущейся в прошлое. Но еще раз подчеркнем, что это оказалось невозможным.

Что же произойдет с наблюдателем в действительности, если он отважится отправиться в черную дыру на космическом корабле?

Силы тяготения будут увлекать его в область, где эти силы все сильнее и сильнее. Если в начале падения в корабле (предположим, его двигатель включен) наблюдатель находился в невесомости и ничего неприятного не испытывал, то в ходе падения ситуация изменится. Чтобы понять, что произойдет, вспомним про приливные силы тяготения. Их действие связано с тем, что точки тела, находящиеся ближе к центру тяготения, притягиваются сильнее, чем расположенные дальше. В результате притягиваемое тело растягивается. Подобное растяжение испытывает водная оболочка Земли – ее океаны, которые притягиваются Луной. Так возникают приливы.

В начале падения наблюдателя в черную дыру приливное растяжение может быть ничтожным. Но оно неизбежно нарастает в ходе падения. Как показывает теория, любое падающее в черную дыру тело попадает в область, где приливные силы становятся бесконечными. Это так называемая сингулярность внутри черной дыры. Здесь любое тело или частица будут разорваны приливными силами и перестанут существовать. Пройти сквозь сингулярность и не разрушиться не может ничто.



Страниц : 1