Более высокие измерения

Возвратимся ненадолго в двухмерный мир. Вообразим двухмерные дома, где живут плоские существа. Они выглядят, как небольшие отдельные прямоугольники с надлежащими дверями (рис. 12). Их стены и двери, разумеется, тоже двухмерны. Если дверь закрыта, то двухмерное существо окажется полностью замкнутым за стенами дома (рис. 13). Теперь скажем, что наши плоские существа, сами того не зная и не понимая, приобрели трехмерные способности и свойства, те же, что на деле присущи их миру. Тогда, если бы они научились двигаться вдоль этого третьего, более высокого измерения, то они смогли бы бесследно покидать свои двухмерные дома, не проходя сквозь двери или окна. Итак, они смогли бы освободиться от всех двухмерных ограничений, и никакие двухмерные предметы их бы больше не ограничивали.

Вернувшись теперь в наше трехмерное пространство, мы вправе сделать следующую аналогию: если бы нам было дано перемещаться вдоль четвертого, высшего для нас измерения, то и мы смогли бы, соответственно, покидать закрытые помещения, несмотря на стены и потолки. Никакие трехмерные предметы не были бы нам помехой.

Наша аналогия, разумеется, фантастична. Однако мы вправе спросить: не присуща ли людям некоторая способность к свободному перемещению вдоль четвертого измерения, которым, согласно физике, является время? Во всяком случае, сновидения и парапсихологиче-ские феномены показывают, что при некоторых условиях человек может смещаться вдоль временной оси. Вероятно, нас связывает только наше трехмерное тело. Но наше тело не вечно.

Прошлое в настоящем

Теперь следует внимательней всмотреться в самое время, наше четвертое измерение.

Удивительно, что на самом деле это четвертое измерение довольно легко доступно нашему простому наблюдению. Мы об этом не думаем и не замечаем, так как обычно в этом нет практической надобности.

Вообразим, что в тихий и ясный вечер мы любуемся окрестным видом. На западе солнце опускается за голубеющие луга, бросая розовый отблеск на облака и снежные горы. Бледный полумесяц висит высоко на востоке, а на юге уже ясно обозначилась вечерняя звезда. Все вокруг спокойно и прекрасно. (Вечерней и утренней звездой обыкновенно называют планеты Венеру и Юпитер. Свет их бывает столь ярок, что на вечернем или утреннем небе они видны яснее звезд.)

Рис. 13. Двухмерное существо полностью замкнуто внутри дома.

Рис. 14. Предположим, что это существо получило возможность двигаться вдоль третьего (высшего) измерения. В этом случае ни дверь, ни стены ему не помеха.

Но весь этот прекрасный вечер существует не только в пространстве, но и во времени. Отчего же так? А оттого, что свету нужно время, чтобы дойти до нас. Видимый образ солнца создан солнечным светом, излученным около восьми минут назад. Иными словами, он расположен во времени иначе, чем, например, свет от Юпитера, который был излучен примерно сорок минут назад, или лунный свет, достигающий Земли за полторы секунды.

Итак, мы приходим к выводу, что все разнообразные элементы наблюдаемой нами картины — дома, деревья, озера, горные вершины, Солнце, Луна и другие планеты по-разному расположены не только в пространстве, но и во времени.

Но еще грандиозней и поразительней кажется нам такая разновременность, если мы вглядимся в ясное ночное небо. В мировом, пространстве сияют исполинские маяки, и их свет доходит до нас после долгого пути в пространстве и времени. Мы не знаем, каково нынешнее состояние этих небесных тел; некоторые из них, быть может, давным-давно взорвались и уже не существуют в виде тел. Их свет, однако, будет сиять для людей очень долго. Многие сотни, а то и тысячи лет они будут появляться в своем прежнем виде, украшая небеса.

Даже свет ближайшей к нам звезды, Альфы Центавра, хорошо видной в ясные вечера, идет к нам 4,3 года; то есть, глядя на нее, мы видим картину, устаревшую на этот срок. Свет от прекрасной звезды Сириус доходит до нас за 8,8 лет, лучам Капеллы из созвездия Возничего на это нужно 46 лет, а Канопусу — почти 200 лет! В созвездии Орион есть звезда Ригель; ее свет достигает нас только через 800 лет. Если нам посчастливится заметить небольшой клочок тумана немного выше средней звезды Андромеды, то это значит, что до нас дошел свет новой звездной системы, другой галактики. На это ему понадобилось 2,2 миллиона лет. Вот как стар этот свет.

В созвездии Тельца находится Крабовидная туманность, которая, однако, вовсе не другая галактика, а раскаленное газовое облако, расположенное в нашей звездной системе — Млечном пути. Полагают, что оно образовалось на месте взорвавшейся звезды, так называемой сверхновой. В 1050 г. китайские астрономы заметили вспышку в том самом месте созвездия Тельца, где теперь видна эта туманность. Расстояние до нее превышает 7 000 световых лет. (Световой год — это путь, пробегаемый светом за год при скорости 300 000 км/сек.) Следовательно, вспышка сверхновой произошла за 6000 лет до Рождества Христова.

Немало других пылевых и газовых облаков обнаружено в межзвездном пространстве нашей Галактики. В отличие от Крабовидной туманности, они не способны светиться сами, и поэтому либо образуют тени за собой, либо отражают свет соседних звезд. На снимках, сделанных в телескопе, ясно видны их своеобразные и удивительные формы.

Когда астрономы фотографируют небеса с помощью огромных современных телескопов, полученные ими снимки рассказывают им о временах, чрезвычайно далеких от современности, о событиях, происходивших тысячи и миллионы лет назад, то есть более близкие к «большому взрыву» и началу времен. Астрономы нашли прямое соответствие между протяженностью Вселенной и временем ее расширения.

Итак, время — часть и образующее начало создаваемой нами картины внешнего мира, но обычно мы об этом не думаем. Незримым образом оно входит во все наши повседневные восприятия. Мы этого просто не замечаем, потому что скорость света так велика и время его пробегания так ничтожно, что в практической жизни можно с этим не считаться.

Луна и планеты посылают в пространство отраженный ими солнечный свет. Так получается лунный свет и, если угодно, земной свет. Если мы направим телескоп на Юпитер, нам может посчастливиться увидеть там лунное затмение, то есть вхождение одного из его спутников в его же собственную тень. При этом мы не должны забывать, что затмение на самом деле состоялось 40 минут назад (учитывая расстояние между Землей и Юпитером).

Представим себе: на Юпитере будто бы установлено огромное зеркало, способное отражать земной свет и направлять его к нам назад. Наведя телескоп на это зеркало, мы сможем увидеть события, происходившие на земле 80 минут назад.

Продолжая мечтать, вообразим, что у нас есть телескоп с неограниченной способностью увеличивать изображение, концентрировать свет и различать детали и множество огромных зеркал, размещенных в разных точках мирового пространства. Много замечательного смогли бы мы тогда увидеть! Поглядев в телескоп на зеркало, установленное под нужным углом в окрестностях звезды Альтаир в созвездии Орла, мы увидели бы, что творилось на земле 35 лет назад. Так был бы виден атомный взрыв над Хиросимой в августе 1980 г.

Разумеется, все это чистая фантазия. И теоретически, и практически невозможно построить такой телескоп и разместить такие зеркала. Тем не менее, эта фантазия поучительна. Все, что случилось на земле, что делалось людьми, и все злое и доброе, что сделали мы вчера и много лет назад, не исчезло, но по-своему продолжается и разносится светом по мировому пространству как свидетельство о нас. История живет в пространстве, история нашего земного шара.

Но мы неспособны извлечь ее из мировых глубин. Астрономы оказываются историками: их телескопы никогда не показывают настоящего, но только прошедшее.

И хотя сияющие звездами небеса глядят на нас из далекого прошлого, мы, люди, не перестаем говорить или петь о них в настоящем времени. «Вон блещет Сириус, вон светит Орион, и в вечном море проплывает Лебедь».

Обратимость времени

Время, считает физика, это то, что измеряется на часах. Теория относительности говорит так: если привести в движение некий объект и непрерывно увеличивать его скорость, приближаясь к скорости света, то неподвижный наблюдатель должен заметить три изменения, нарастающие с ростом скорости. Сперва сам объект будет становиться все тяжелее, то есть его масса начнет прибавляться. Затем длина объекта, измеренная по ходу движения, сократится. Наконец, течение времени внутри самого объекта замедлится.

В повседневной жизни мы не замечаем этих изменений. Нам недоступны огромные скорости, необходимые для таких наблюдений. Но если ядерный физик не учтет эти три эффекта всерьез, то его опыт даст полностью ложный результат. Ведь именно в его опытах частицы движутся с околосветовыми скоростями.

Итак, длина метровой линейки не всегда равна одному метру. Начав двигаться, она станет короче. Автомобиль на ходу будет короче себя самого, стоящего на обочине. Но наши обычные скорости не позволяют заметить разницу. При скорости 80 км/час автомобиль укорачивается примерно на величину диаметра атомного ядра. Если бы ему удалось разогнаться до скорости 270 000 км/сек (90% световой скорости), то он стал бы вдвое короче, а его часы пошли бы гораздо медленнее. Вернувшись после часовой езды на такой скорости, водитель узнал бы, что на деле он отсутствовал целых два часа.

Необходимо подчеркнуть, что только стоящий в стороне наблюдатель смог бы заметить случившиеся перемены, то есть сокращение длины автомобиля и замедление хода его часов. Но тот, кто сидит внутри, не ощутил бы ни того, ни другого. Тем сильнее бы он изумился, приехав назад. Поездка, скажем, началась от ратуши в Осло. Часы на башне показывали полдень. Вернувшись, водитель неожиданно узнает, что на городских часах уже два пополудни, а на его собственных — только час.

Пусть вся сказка о немыслимо быстром автомобиле — чистая выдумка, но в ней правдиво представлены действительные физические эффекты.

Вообразим теперь, что мы научились достигать столь больших скоростей, что вплотную приблизились к скорости света. Межзвездные полеты стали возможны, снаряжается экспедиция на Сириус. Продолжая фантазировать, припишем нашей атомной ракете способность летать со скоростью 99,9999...% скорости света, то есть почти 300 000 км/сек. До Сириуса 8,8 световых лет, значит полет в каждую сторону займет 8,8 лет, а всего 17,6 лет.

Столь долгая поездка требует, кажется, больших запасов продовольствия. А на самом деле хватит небольшого пакета с бутербродами. При полете с почти световой скоростью не только часы замедляются в 70 000 раз, но и все физиологические процессы — дыхание, аппетит, пищеварение — замедляются во столько же раз. Разумеется,

Рис. 15. Год 2008-й. На стене висит портрет полковника Статуса Ювеналиуса, сделанный в 1990 году, когда полковник отправился в космическом корабле «Фантазия-1» в полет на Сириус. На портрет глядят сын и внук полковника. Внезапно начинается внеочередная передача по телевизору. «Внимание, исключительные новости — космический корабль "Фантазия-1" после 18-ти лет отсутствия только что приземлился на космодроме Сиентия. Мы охотно даем слово командиру корабля полковнику Статусу Ювеналиусу». Полковник: «Я рад заявить, что успешный перелет завершился благополучным возвращением. Хотите верьте, хотите нет, но для нас, участников полета, он длился всего 11 часов 48 минут».

пилот на борту ракеты этого не заметит. Он отправится в полет утром, сразу после завтрака. Долетев до Сириуса, он слегка проголодается и захочет перекусить. Только вернувшись на землю, он всерьез подумает о хорошем, пусть несколько позднем обеде. Тут-то и ждет его сюрприз: хотя он сам стал старше только на один день, его дети успели вырасти и выучиться; все его друзья состарились на 18 лет, пока он их не видел, а его часы показывают, что прошло только 12 часов (рис. 15).

Может ли человеческий ум поверить такому рассказу? Ведь в нем нет ничего сообразного с нашим жизненным опытом. Замечательно, что вся история вполне согласуется с истиной! Физика подтвердила, что на околосветовых скоростях действительно происходит замедление хода времени. Истина порой причудливее самых необузданных вымыслов.

80 лет прошло с момента появления теории относительности. Все эти годы она подвергалась сомнениям, отрицаниям и нападкам, но все научные наблюдения и опыты неизменно ее подтверждали.

Например, замедление времени было непосредственно измерено в опыте с хронометрами, размещенными на реактивных самолетах. Этот опыт поставили в 1971 году два американских физика Дж. С. Хейфель и Р. Е. Китинг. Для опыта понадобились двое полностью согласованных цезиевых часов, с точностью до 10~¹³ (то есть с погрешностью в 1/10 000 000 000 000). Одни из них неподвижно стояли в Военно-морской обсерватории в Вашингтоне, а другие были установлены на реактивном самолете, который облетел вокруг света, сперва с востока на запад, а потом наоборот. В обоих случаях обнаружилась отчетливая и хорошо измеримая разница в показаниях часов, стоявших на месте, и часов, летавших на самолете. Разница полностью совпадала с теоретически рассчитанной величиной.

Есть и другое подтверждение замедления времени, полученное с помощью мезонов, элементарных частиц, размер которых находится между электроном и протоном.

У мезонов фантастически короткая длительность жизни — между их возникновением и распадом проходит лишь одна миллионная доля секунды. Но и ее возможно измерить в ходе опытов на ядерных установках.

Скорость мезонов во время этих опытов не столь велика, чтобы разница во времени между объектом и наблюдателем стала особенно заметной. Но, с другой стороны, пролетая через атмосферу, мезоны могут достичь скорости, близкой к световой. И тут становится заметным, что длина их траекторий должна соответствовать куда большей длительности жизни чем та, что измерена в лабораториях. При этом собственная длительность жизни мезона осталась прежней. Но для наблюдателя, согласно теории относительности, и время жизни мезона, и его пробег изменились и стали много дольше.

Мы не будем вдаваться в описание еще и того факта, что для часов небезразлично место их расположения в поле тяготения. Скажем только, что и здесь теория относительности подтвердилась. Если взять двое одинаковых и тщательно сверенных часов и разместить их в космосе на разных расстояниях от Земли, то их показания будут различными.

Итак, наука не подтвердила представлений об абсолютном и неизменном времени, столь свойственных нашему житейскому опыту. Если бы кто-нибудь сумел развить огромную скорость, начав постепенно приближаться к скорости света, то его время начало бы замедляться вплоть до полной остановки, с точки зрения земного наблюдателя. Тот, кто летит, был бы уверен, что все идет обычным порядком, а на Земле тем временем прошли бы века,— занятно, не так ли? Ну, а если вглядеться: не заметим ли мы здесь некий образ или проблеск вечности?

Необходимо признать, что все сказанное затруднительно для понимания. Мы слишком привыкли размышлять во временных понятиях. Мы признаем часы, минуты и секунды за навсегда установленные, измеренные и неизменные величины. Труднее всего избавиться от старых умственных привычек.

Подводя итоги, можно заявить, что для самого света, ввиду его скорости, не должно быть никакой разницы между различными точками пространства. Ведь время перемещения между ними будет равно нулю. А с другой стороны, формулы показывают, что для света все расстояние должно обратиться в нуль, то есть исчезнуть. Для света нет ни времени, ни расстояний. Он сияет вне времени и пространства, всюду и одновременно. Какая чудесная мысль!

Поиск по сайту: