Сейчас ничего не значит: как работает время в нашей Вселенной
Время зависит от скорости и массы, а это значит, что оно не так последовательно, как мы думаем.
Мы традиционно думаем о времени как о чем-то простом и фундаментальном. Оно течет равномерно, независимо от всего остального, из прошлого в будущее, измеряемое часами. С течением времени события во Вселенной упорядоченно сменяют друг друга: прошлое, настоящее, будущее. Прошлое зафиксировано, будущее открыто... и все же все это оказалось ложью.
Одна за другой характерные особенности времени оказывались приближениями, ошибками, определяемыми нашей перспективой, точно так же, как плоскость Земли или вращение Солнца. Рост наших знаний привел к медленному распаду нашего представления о времени.
То, что мы называем «временем», представляет собой сложную совокупность структур и слоев. Под все более пристальным вниманием и все большей глубиной время теряло слои один за другим, кусок за кусочком.
Эластичность времени
Начнем с простого факта: в горах время течет быстрее, чем на уровне моря.
Разница невелика, но ее можно измерить с помощью точных часов, которые можно купить в Интернете за несколько тысяч долларов. Попрактиковавшись, каждый может стать свидетелем замедления времени. С помощью часов специализированных лабораторий исследователи могут обнаружить замедление времени между уровнями, расположенными всего в нескольких сантиметрах друг от друга: часы на полу идут немного медленнее, чем часы на столе.
Не только часы замедляют ход: ниже все процессы идут медленнее. Два друга расходятся: один из них живет на равнине, а другой собирается жить в горах. Спустя годы они снова встречаются. Тот, кто остался внизу, меньше прожил, меньше постарел, механизм его часов с кукушкой меньше колебался. У него было меньше времени, чтобы что-то сделать, его растения стали меньше расти, у его мыслей было меньше времени, чтобы раскрыться. Ниже просто времени меньше, чем на высоте.
Это удивительно? Возможно, это так. Но так устроен мир. Где-то время течет медленнее, где-то быстрее.
Удивительно, пожалуй, то, что кто-то понял это замедление времени за столетие до того, как у нас появились часы, достаточно точные, чтобы его измерить. Звали его, конечно же, Альберт Эйнштейн.
Способность понять что-то до того, как это будет замечено, лежит в основе научного мышления. В древности греческий философ Анаксимандр понял, что небо продолжается под нашими ногами задолго до того, как корабли обогнули Землю. В начале современной эпохи польский математик и астроном Коперник понял, что Земля вращается задолго до того, как астронавты увидели это с Луны.
Добиваясь таких успехов, мы узнаем, что вещи, которые казались нам самоочевидными, на самом деле были не более чем предрассудками. Казалось очевидным, что небо было над нами, а не внизу; в противном случае Земля рухнет. Казалось само собой разумеющимся, что Земля не движется; в противном случае это приведет к сбою всего. То, что время везде шло с одинаковой скоростью, казалось нам одинаково очевидным. Но так же, как дети вырастают и обнаруживают, что мир не такой, каким он казался в четырех стенах своих домов, человечество в целом делает то же самое.
Падающие объекты
Эйнштейн задал себе вопрос, который, возможно, озадачивал многих из нас, изучающих силу гравитации: как Солнце и Земля могут «притягивать» друг друга, не соприкасаясь и не используя что-либо между ними?
Он искал правдоподобное объяснение и нашел его, представив, что Солнце и Земля не притягиваются друг к другу напрямую. Вместо этого каждый из двоих постепенно воздействует на то, что находится между ними — пространство и время — изменяя их точно так же, как кто-то, погруженный в воду, вытесняет жидкость вокруг себя. Эта модификация структуры времени влияет на движение тел, заставляя их «падать» или притягиваться друг к другу.
Сейчас ничего не значит
Что происходит сейчас в далеком месте? Представьте, например, что ваша сестра отправилась на Проксиму b, недавно открытую планету, которая вращается вокруг звезды примерно в 4 световых годах от нас. Что твоя сестра сейчас делает на Проксиме Б?
Единственный правильный ответ заключается в том, что вопрос не имеет смысла. Это все равно, что спросить: «Что здесь , в Пекине?» когда мы будем в Венеции. В этом нет смысла, потому что, если я использую слово «здесь» в Венеции, я имею в виду место в Венеции, а не в Пекине.
Если вы спросите, что сейчас делает ваша сестра, которая находится с вами в комнате, ответ обычно будет простым: вы посмотрите на нее и сможете сказать. Если она далеко, позвоните ей и спросите, что она делает. Но будьте осторожны: если вы посмотрите на свою сестру, вы получите свет, который идет от нее к вашим глазам. Этому свету требуется время, чтобы достичь вас — скажем, несколько наносекунд, крошечная доля секунды. Следовательно, вы видите не то, что она делает сейчас, а то, что она делала несколько наносекунд назад. Если она в Нью-Йорке, а вы звоните ей из Ливерпуля, ее голосу требуется несколько миллисекунд, чтобы дойти до вас, поэтому максимум, что вы можете утверждать, что знаете, — это то, чем занималась ваша сестра несколько миллисекунд назад. Возможно, не существенная разница.
Что означает это «изменение структуры времени»? Именно замедление времени, описанное выше. Масса замедляет время вокруг себя. Земля представляет собой большую массу и замедляет время в своих окрестностях. Он делает это больше на равнинах и меньше в горах, потому что равнины ближе к нему. Вот почему друг, который остается на уровне моря, стареет медленнее.
Поэтому, если что-то падает, то это происходит из-за замедления времени. Там, где время течет равномерно, в межпланетном пространстве, вещи не падают — они плавают. С другой стороны, здесь, на поверхности нашей планеты, все падает вниз, потому что там время замедляется Землей.
Следовательно, хотя мы и не можем легко наблюдать это, замедление времени, тем не менее, имеет решающие последствия: из-за него вещи рушатся, и это позволяет нам твердо стоять на ногах. Если наши ноги прилипают к тротуару, то это потому, что все наше тело естественным образом склоняется туда, где время течет медленнее — и время течет медленнее для ваших ног, чем для вашей головы.
Это кажется странным? Это как, наблюдая за закатом, медленно исчезающим за далекими облаками, мы вдруг вспоминаем, что движется не солнце, а вращается Земля. И мы представляем, как вся наша планета — и мы вместе с ней — вращаются назад, в сторону от Солнца.
Скорость и время
За десять лет до того, как Эйнштейн понял, что время замедляется массой, он понял, что оно замедляется скоростью. Последствия этого открытия для нашего базового восприятия времени являются самыми разрушительными из всех.
Сам факт довольно прост. Вместо того, чтобы отправлять двух друзей в горы и на равнины соответственно, давайте попросим одного оставаться на месте, а другого прогуляться.
Как и раньше, два друга переживают разную продолжительность. Тот, кто движется, стареет медленнее, его часы отсчитывают меньше времени, у него меньше времени на размышления, растению, которое он несет, требуется больше времени, чтобы прорасти, и так далее. Для всего, что движется, время течет медленнее.
Но нужно действовать очень быстро, чтобы этот эффект стал ощутимым. Впервые его измерили в 1970-х годах с помощью точных часов на самолетах. Часы на борту самолета показывают время меньше, чем часы на земле. Сегодня замедление времени можно наблюдать во многих физических экспериментах.
Еще до этой демонстрации 1970-х годов Эйнштейн уже понял, что время замедляется, — когда ему было всего 25 лет и он изучал электромагнетизм.
Это оказался не особо сложный вывод. Электричество и магнетизм хорошо описываются уравнениями Джеймса Клерка Максвелла, шотландского физика-математика. Эти уравнения содержат обычную переменную времени t, но обладают любопытным свойством. Если вы путешествуете с определенной скоростью, то для вас уравнения Максвелла больше не верны (то есть они не описывают то, что вы измеряете), если только вы не назовете время другой переменной: t´ . Математики узнали об этой странной особенности уравнений Максвелла, но никто не смог понять, что она означает.
Эйнштейн, однако, осознавал его значение. это время, которое пройдет, если я останусь на месте; Это «твое время». То есть t — это время, которое измеряют мои часы, когда они неподвижны, и t’ — время, которое измеряют ваши часы, когда они движутся. Никто раньше не предполагал, что время в неподвижных часах и в движении может быть разным.
Поэтому движущийся объект испытывает меньшую продолжительность, чем неподвижный: часы отсчитывают меньше секунд, растение растет медленнее, молодой человек меньше мечтает. Для движущегося объекта время сокращается. Не только не существует единого времени для разных мест — не существует даже единого времени для какого-либо конкретного места. Длительность может быть связана только с движением чего-либо, с заданной траекторией.
«Собственное время» зависит не только от того, где вы находитесь и степени вашей близости к массам; это также зависит от скорости, с которой вы двигаетесь. Это достаточно странный факт сам по себе, но его последствия экстраординарны. Держитесь крепче, потому что мы собираемся взлететь.
Но если ваша сестра находится на Проксиме b, свету потребуется четыре года, чтобы добраться до вас оттуда. Следовательно, если вы посмотрите на нее в телескоп или примете от нее радиосообщение, вы узнаете, что она делала четыре года назад, а не то, что она делает сейчас. Сейчас на Проксиме Б определенно не то, что вы видите в телескоп или то, что слышите из ее голоса по радио.
Так что, возможно, вы можете сказать, что то, что делает ваша сестра сейчас , будет делать через четыре года после того момента, как вы увидите ее в телескоп? Но нет, это не работает. После того, как вы увидели ее в телескоп четыре года назад в свое время, она, возможно, уже вернулась на Землю и может оказаться (да! Это действительно возможно!) через 10 земных лет в будущем. Но сейчас не может быть в будущем…
Возможно, мы сможем это сделать. Если 10 лет назад ваша сестра уехала на Проксиму b, взяв с собой календарь для учета времени, можем ли мы думать, что сейчас для нее настало время, когда она записала, что прошло 10 лет? Нет, и это не работает: она могла бы вернуться сюда через 10 своих лет, приехав туда, где за это время прошло 20 лет. Так когда же черт возьми теперь на Проксиме Б?
Истина в том, что нам нужно перестать задавать этот вопрос.
На Проксиме b нет особого момента, соответствующего тому, что составляет настоящее здесь и сейчас.
Дорогой читатель, остановись на минутку, чтобы осознать этот вывод. На мой взгляд, это самый поразительный вывод, к которому пришла современная физика.
Спрашивать, какому моменту в жизни твоей сестры на Проксиме b сейчас соответствует просто нет смысла .
Это все равно что спрашивать, какая футбольная команда выиграла чемпионат по баскетболу, сколько денег заработала ласточка или сколько весит музыкальная нота. Это бессмысленные вопросы, потому что футбольные команды играют в футбол, а не в баскетбол; ласточки не занимаются зарабатыванием денег; и звуки невозможно взвесить. «Чемпионы по баскетболу» относятся к команде баскетболистов, а не к футболистам. Денежная прибыль относится к человеческому обществу, а не к ласточкам. Понятие «настоящее» относится к вещам, которые близки к нам, а не к чему-то далекому.
Наше настоящее не распространяется на всю Вселенную. Это похоже на пузырь вокруг нас.
Как далеко простирается этот пузырь? Это зависит от точности, с которой мы определяем время. Если измерять наносекунды, то настоящее определяется лишь на расстоянии нескольких метров; если в миллисекундах, то он определяется за тысячи километров. Мы, люди, различаем десятые доли секунды лишь с большим трудом; мы можем легко представить всю нашу планету как единый пузырь, где мы можем говорить о настоящем, как если бы это было мгновение, разделяемое всеми нами. Это все, что мы можем сделать.
Есть наше прошлое: все события, произошедшие до того, чему мы можем стать свидетелями сейчас. Есть наше будущее: события, которые произойдут после того момента, с которого мы сможем увидеть здесь и сейчас. Между этим прошлым и этим будущим существует интервал, который не является ни прошлым, ни будущим и все же имеет продолжительность: 15 минут на Марсе, восемь лет на Проксиме b, миллионы лет в галактике Андромеды. Это расширенное настоящее. Возможно, это величайшее и странное из открытий Эйнштейна.
Сущность мира
Рост наших знаний привел к медленному распаду нашего представления о времени. У нас остался пустой, продуваемый всеми ветрами пейзаж, почти лишенный всякого следа временности. Странный, чужой мир, который, тем не менее, остается тем, к которому мы принадлежим. Это похоже на путешествие в высокие горы, где нет ничего, кроме снега, камней и неба. Мир, лишенный своей сути, сверкающий сухой и тревожной красотой. Физика, над которой я работаю — квантовая гравитация — является попыткой понять и придать связный смысл этому экстремальному и прекрасному ландшафту. В мир без времени.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
