"Как устроена машина времени?" - читать интересную книгу автора (Зигуненко Станислав Николаевич)

Парадоксы наших дней

Возможности фантазировать по поводу путешествий во времени и пространстве поистине безграничны. Но это повествование все-таки не детективный и не научно-фантастический роман. А потому давайте вернемся непосредственно к теме нашего разговора и рассмотрим еще некоторые возможности управления потоками времени.

Лет тридцать назад в сборнике трудов Московского университета был опубликован доклад профессора Пулковской обсерватории Н. А. Козырева, поразивший воображение парадоксальностью своих выводов не только людей несведущих, но и специалистов,

Поскольку по своей основной специальности Николай Александрович Козырев был астрономом, то речь он вел поначалу о вещах чисто астрономических. Луна издавна считалась мертвым небесным телом, уже закончившим свою эволюцию. И вдруг нашелся ученый, который во всеуслышание заявил: на естественном спутнике Земли вполне возможна вулканическая деятельность!

Ох и досталось же ему от коллег за такое «антинаучное» заявление! Однако ученый мир удивленно затих, когда в 1958 году Н. А. Козырев все-таки высмотрел в свой телескоп вулканическое извержение в кратере Альфонс и даже сумел получить его спектрограмму.

Понадобился еще добрый десяток лет, прежде чем наблюдения Козырева были признаны вполне достоверными. Только в декабре 1969 года Госкомитет по делам открытий и изобретений СССР выдал ученому диплом об открытии лунного вулканизма, а в следующем же году Международная астрономическая академия наградила его именной Золотой медалью с бриллиантовым изображением созвездия Большой Медведицы.

Итак, факт остается фактом – вулканизм на Луне есть, тут уж ничего не попишешь. Однако многие скептики никак не могли успокоиться: уж больно необычным путем Н. А. Козырев пришел к свое му открытию. Дело в том, что Николай Александрович полагал основу лунного вулканизма нужно искать в… потоке времени

Свою уверенность Козырев черпал в нескольких простых экспериментах. Вот один из них. Ученый брал обычные рычажные весы подвешивал к одному концу коромысла вращающийся по часовой стрелке гироскоп. На другом конце – чашка с гирьками. Дождавшись, когда стрелка весов замерла на нуле, ученый включал электровибратор, прикрепленный к основанию. Причем сила вибрации рассчитывалась таким образом, чтобы вибрация полностью поглощалась массивным ротором волчка.

Как должна отреагировать на это уравновешенная система? Весь могли не шелохнуться, и физики всегда найдут этому вполне правдоподобное объяснение. Весы могли выйти из равновесия, и это тоже вполне можно объяснить. Но как объяснить то, что произошло с весами на самом деле?

Экспериментатор раскручивал гироскоп, вешал его на коромысло – стрелка уравновешенных весов оставалась в точке равновесия. Затем экспериментатор снимал остановившийся гироскоп и раскручивал его вновь, но в обратную сторону. И когда гироскоп снова подвешивался к коромыслу весов, происходило маленькое чудо – стрелка уравновешенных весов уходила в сторону, показывая: гироскоп стал легче!

Сам Козырев объяснял этот парадокс следующим образом. Гироскоп на весах с электровибратором – это система с причинно-следственной связью. Во втором случае направление вращения волчка противоречит ходу времени. Время оказало на него давление, возникли дополнительные силы, которые можно измерить…

А раз можно измерить, значит, эти силы реально существуют. И тогда получается, что время – это не просто длительность от одного события до другого, измеряемая часами. Время – физический фактор, обладающий свойствами, которые позволяют ему активно участвовать во всех природных процессах, обеспечивая причинно-следственную связь явлений. Козырев, таким образом, установил экспериментально, что ход времени определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно его расчетам получалось, что величина такой линейной скорости составляет 700 км/с и имеет знак «плюс» в левой системе координат.

Правда, справедливости ради следует отметить, что подобный же опыт, который провели недавно два японских физика, был забракован их придирчивыми коллегами. Многие ученые ныне считают, что разница в показаниях весов основана прежде всего на погрешности опыта, а также возможных неточностях изготовления карданова подвеса, в котором вращается гироскоп.

Но вот вам описание еще одного опыта, который Козырев проводил специально для скептиков. Он брал самый обыкновенный термос с горячей водой. Только в пробке было проделано отверстие, куда ученый вставил тонкую хлорвиниловую трубку. Термос ставился около весов с гироскопом. Стрелка весов при этом показывала, что вращающийся волчок при весе в 90 граммов стал легче на 4 миллиграмма – величина хоть и крохотная, но вполне осязаемая.

После этого Козырев начинал добавлять по трубке в термос воду обычной комнатной температуры. Казалось бы, как может влиять баллон с горячей водой, которую начинают охлаждать, на ход гироскопа и его вес? Тем более что термос имеет сосуд с двойными стенками, практически полностью исключающий теплообмен с окружающей средой.

Однако стрелка весов сдвигалась каждый раз на одно-два деления – значит, какая-то связь все-таки существовала…

И уж совсем приводил в смятение сторонних наблюдателей опыт, в котором возле весов поочередно ставились два стакана с горячей водой – один с сахаром, другой – без него. Так вот, тот стакан, в котором еще не было сахара, никак не влиял на показания весов, тот же, в котором растворялся сахар, заставлял стрелку сначала отклоняться, а затем по мере окончания процесса растворения, снова возвращаться к исходной отметке.

Какие же объяснения давал своим, прямо скажем, странным опытам сам Козырев?

– Стоит подлить в термос холодную воду, а в стакан с чаем опустить сахар, – говорил ученый, – как равновесие системы нарушалось потому, что в ней начинают происходить необратимые процессы. Холодная вода не может привести к повышению температуры воды в термосе, а сахар не способен заново кристаллизоваться из раствора. И этот процесс, покуда система снова не придет в равновесие на новом уровне – пока в термосе не установится одинаковая по всему объему температура, а сахар полностью не растворится, – уплотняет время, которое и оказывает «дополнительное» воздействие на гироскоп. Другого объяснения я просто не могу предложить. Мои слова подтверждаются и другими фактами…

А факты эти таковы. Если время воздействует на систему с причинно-следственной связью, то должны меняться и какие-то другие параметры пространства. Так оно и оказывается при проверке. Вблизи термоса, где смешивается горячая и холодная вода, изменяется частота колебаний кварцевых пластинок, уменьшается электропроводность и объем некоторых веществ.

Свои лабораторные опыты Козырев соотносил и с процессами, происходящими во Вселенной. Весьма бурные и могучие тепловые процессы идут как в недрах, так и на поверхности многих звезд. А если это так, рассуждал далее Козырев, то получается, что звезды обязательно должны выделять колоссальное количество времени, то есть, по существу, служить генераторами этой непонятной пока еще нам субстанции.

Но тогда время, как физический фактор, должно подчиняться и основным физическим законам, в частности законам отражения и поглощения. Чтобы убедиться в этом, Козырев провел еще один необычный эксперимент. Он направлял телескоп с помещенным в его фокусе некоторым веществом на какую-либо яркую звезду, но… прикрывал его объектив черной бумагой или тонкой жестью, чтобы исключить влияние световых лучей. Электропроводность вещества, находящегося в фокусе, менялась. Тонкая жесть сменялась более толстой, затем очень толстой металлической крышкой… Соответственно уменьшалось и отклонение стрелки гальванометра, что вполне поддается объяснению. Если время – физический фактор, то его вполне можно экранировать…

Конечно, всякий раз находились скептики, которые объясняли поведение стрелки гальванометра и многими другими причинами – инфракрасной частью излучения, которое хоть ненамного, но все же нагревает металлическую крышку, просто погрешностями эксперимента и т. д. И тогда Козырев провел решающий эксперимент.

При его подготовке он руководствовался следующими соображениями. Известно, что обычно мы видим звезду не там, где она в данный момент действительно находится, а там, где она находилась в момент испускания светового излучения. А свет хотя и является, согласно теории относительности, самым скоростным излучением во Вселенной, все-таки имеет конечную скорость распространения. А вот со временем, как и с гравитацией, дело обстоит иначе – оно не распространяется постепенно по Вселенной, а сразу проявляется во многих ее точках.

Говоря проще, используя свойства времени, можно получать мгновенную информацию из любой точки пространства и столь же быстро передавать ее в любую точку. Только при таком условии мы не вступаем в противоречие со специальным принципом относительности. Так что если вычислить, где в данный момент действительно находится данная звезда, и навести телескоп на этот «чистый» участок неба, то при изменении веса гироскопа гипотеза будет доказана.

Козырев так и поступил. Именно таким образом было зафиксировано положение Проциона. Впрочем, скептиков и это не убедило: они нашли, что да, действительно, в настоящее время подобные эксперименты нельзя объяснить известными законами механики, но, с другой стороны, это вовсе не значит, что таким образом себя действительно проявляет именно время. После смерти Н. А. Козырева накал страстей вообще заметно снизился. О «парадоксах Козырева» не то чтобы стали забывать, нет, о них помнят, но воспоминания эти носят некий налет иронии: «Вот, дескать, был такой чудак, который считал…»

Но время – то самое, о котором столько споров! – работает, по всей вероятности, именно на гипотезу Козырева. Судите сами.

Н. А. Козырев был астрономом. И естественно, что он стал подбирать ключи к мировым законам не на Земле, а во Вселенной. В 1953 году он пришел к парадоксальному выводу: в звездах вообще нет никакого источника энергии. Звезды живут, излучая тепло и свет, за счет прихода энергии извне.

Надо сказать, что у Николая Александровича были для такого суждения свои резоны. Еще в 1850 году немецкий физик Р. Клазиус сформулировал постулат, который впоследствии был назван вторым законом термодинамики. Вот как он звучит: «Теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более теплому».

Утверждение, вроде бы, самоочевидное: всем доводилось наблюдать, как, скажем, выключенный утюг постепенно становится все более холодным, но никто не видел, чтобы он вдруг стал нагреваться, забирая тепло из окружающего пространства. И все-таки против постулата Клазиуса в свое время выступали многие известные ученые – Тимирязев, Столетов, Вернадский… Даже Циолковский назвал такое суждение антинаучным, поскольку из постулата Клазиуса вытекала неизбежность тепловой смерти Вселенной.

Если все тела самопроизвольно охлаждаются, гласила она, то в конце концов со временем все звезды по Вселенной погаснут. Значит, наступит, что называется, конец света?

Сто с лишним лет назад два великих ума того времени – Гельмгольц и Кельвин – казалось бы, решили загадку. Звезды – это огромные сгустки газа. Сжимаясь под действием гравитации, они нагреваются до миллионов градусов и обогревают Вселенную. Но… расчет показал, что при такой схеме работы наше Солнце должно было израсходовать всю свою энергию задолго до того, как на нашей планете проявились бы первые проблески жизни.

Затем наступила очередь другой точки зрения: звезды стали считать сначала ядерными, а потом и термоядерными реакторами. Но и здесь не все гладко: эксперименты и расчеты показывают, что температура внутри Солнца гораздо меньше той, что требуется для поддержания термоядерной реакции.

Таким образом, получается, что недостающую энергию звезды берут из окружающего пространства. Однако само по себе пространство не может быть источником энергии – оно для этого достаточно пассивно. Но, с другой стороны, пространство неотделимо от времени: помните мы с вами говорили о существовании пространства-времени?..

Но тогда что же представляет собой само время? Не является ли оно своеобразным вечным двигателем Вселенной? Как говорил главный герой романа М. Анчарова «Самшитовый лес» изобретатель Сапожников, если в поток времени поставить вертушку, она закрутится.

Но что это за поток? Справедлив ли для него закон сохранения энергии? И откуда он эту самую энергию берет?.. Вот сколько вопросов, и все они требуют обстоятельных ответов.

Закон сохранения энергии был выведен в XVII веке в результате многочисленных экспериментов с различными движущимися телами. К середине XIX века этот закон был распространен не только на чисто механические движения, но и на другие виды процессов, в частности тепловые. Не случайно в термодинамике этот закон называют первым началом, подчеркивая тем самым его важность.

Но второй закон термодинамики, тот самый постулат Клазиуса, о котором мы говорили, гласит, что тепло (энергия) из системы куда-то все время утекает. Куда? Во что оно переходит? Точного ответа на эти вопросы пока нет. Но это вовсе не значит, что закон сохранения энергии во Вселенной нарушается.

Возьмем хотя бы такую аналогию. Вы видите у человека на руке часы, которые не надо заводить. Что, в них работает вечный двигатель? Вовсе нет. Хитроумный механизм использует либо механическую энергию движений самого человека, либо разность температур между его телом и окружающей средой, либо энергию естественного и искусственного света…

Так и с потоком времени. Если мы не знаем, откуда он берется и куда уходит, это вовсе не значит, что мы можем говорить о нарушении основных законов природы. Так считал Козырев, так считают сегодня многие ученые. И надо сказать, жизнь с каждым годом позволяет им все более утвердиться на этой точке зрения.

В свое время тот же Козырев обратил внимание на двойные звезды. Эти образования могут состоять из звезд разных классов, но, объединившись в пару, они обретают удивительно схожие черты – одинаковую яркость, спектральный тип и т. д. Возникает впечатление, что главная звезда воздействует на свой спутник и постепенно передает ему нечто, изменяющее его облик. Но что именно? Межзвездные расстояния достаточно велики, чтобы исключить влияние обычных силовых полей. На таких расстояниях работают только силы гравитации и… время. Силы гравитации удерживают небесные тела в одной системе, а время, может статься, помогает им обмениваться энергией.

Свою догадку Козырев пробовал проверить на ближайшей к, нам небесной паре: Земля – Луна. Так он пришел к гипотезе о лунном вулканизме, впоследствии получившем подтверждение на практике. Потом его внимание привлекли «черные дыры». Ведь их тоже можно считать в некотором роде сверхплотными звездами – коллапсарами с огромным полем тяготения. Туда, в эти «дыры», скорее всего, и утекает энергия из нашей Вселенной. Но безвозвратно ли она утекает?

То, что на сегодняшний день нам известно о строении Вселенной, позволяет считать, что ее энергия утекает не безвозвратно. Рано или поздно процесс поглощения вещества «черными дырами» может прекратиться, и тогда начнется обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Быть может, начиная с этого момента, и время потечет вспять?

Правда, весь предыдущий опыт человечества пока говорит о том, что большинство событий и явлений, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, не обладают обратимостью: человек может только стареть, разбитая чашка никогда уже не станет целой, молоко, разлившееся из опрокинутой бутылки, никогда не соберется в нее вновь…

Однако многие явления обладают обратимостью: автомобиль может проехать сначала в одну сторону, а потом вернуться, день сменяется ночью, а потом снова приходит день, все молекулы участвуют в беспорядочном броуновском движении… Откуда возникает необратимость, если законы движения обратимы?

Вопрос непростой. О нем не случайно говорят как о парадоксе обратимости. Споров вокруг него было немало, пока Л. Больцман все-таки не нашел решение проблемы. Вот ход его рассуждений.

Капля сиропа, расплывшаяся в воде, может снова собраться. Тепло может перейти обратно к тому из брусков, который раньше был более горячим. Газы, выпущенные из двух баллонов в общий сосуд, могут когда-либо снова разделиться… Все эти процессы в принципе возможны хотя бы потому, что из свойств механического движения молекул следует, что возможны как перемешивание газов, так и обратный ему процесс. Ведь атомы и молекулы движутся хаотично, а раз имеется обратимость в движениях отдельных атомов, значит возможно и обратимое поведение всего их сообщества. Категорического запрета на это нет. А то, что мы не наблюдаем их в повседневной жизни, говорит лишь о том, что обратные явления по сравнению с прямыми происходят очень и очень редко. Может случиться так, что за всю историю Вселенной нам не доведется их наблюдать, но это вовсе не значит, что они не могут происходить вообще.

Эту идею впоследствии поддержал уже известный нам Н. А. Козырев. Он предположил: что все известные законы движения – лишь некоторая приближенная форма точных законов, которые еще предстоит открыть. И если в приближенных законах соблюдается обратимость, то точные законы будут обладать обратимостью, хотя, вполне возможно, она и будет выражена достаточно слабо.

Косвенным подтверждением этих высказываний можно, пожалуй, считать открытие не столь давно одной не совсем обычной элементарной частицы. Речь идет о нейтральном К-мезоне. Эта нестабильная, распадающаяся частица «различает» прошлое и будущее; два направления времени для нее не симметричны.

Тогда поручается, что направление времени связано с направлением большей части процессов во Вселенной? Именно такую догадку выдвинул в свое время английский физик Артур Эддингтон. Он высказал предположение, что направление течения времени связано с расширением Вселенной, и назвал это явление «стрела времени». В тот момент, когда расширение сменится сжатием, может повернуться в другую сторону и «стрела времени».

Так это или не так, еще предстоит разобраться нашим потомкам. А для этого нужно понять, из чего же именно состоит поток времени.

В настоящее время мы как-то уже привыкли к тому, что все окружающие нас излучения можно разделить на составляющие их частицы. К примеру, всем сегодня известно, что свет в конечном итоге состоит из фотонов. Причем никто даже особо не удивляется тому, что фотону свойствен Дуализм: в одних случаях он ведет себя как материальная частица, в других – как электромагнитная волна.

Более того, если мы как следует углубимся в дебри современной квантовой физики, то в конце концов обнаружим, что микрочастица по своей природе не является, вообще-то говоря, ни тем и не другим. Она только похожа на волну или на частицу в том или ином эксперименте. Если в какой-то ситуации микрочастица похожа на «обычную частицу», то для нее большую определенность приобретает ее положение в пространстве. Если же она в данном конкретном случае более походит на волну, то и большее значение приобретает ее импульс. И физики пользуются в каждом конкретном случае тем или иным определением.

Однако они, эти определения, вообще говоря, введены больше для удобства расчетов. На самом деле и импульс и положение частицы довольно неопределенны. Причем чем более определенна одна величина, тем более неопределенна будет другая.

Физики-теоретики даже сумели выразить количественно соотношение определенности и неопределенности и спокойно им пользуются при описании различных событий в микромире.

Так обстоят дела с описанием электронов, фотонов и других частиц, о которых на сегодняшний день физики знают достаточно много. Ну а как быть с гравитацией и временем?

Этот вопрос тоже в немалой степени занимает внимание теоретиков. О возможности существования гравитационных волн говорилось уже в первые годы развития общей теории относительности. А. Эйнштейн доказал, что из его теории следует возможность и даже необходимость существования таких волн.

Гравитационные волны – это волнообразные колебания пространства-времени, придающие ему дополнительную, бегущую волнами, как «барашки» по морю, искривленность. Теоретики полагают, что эти волны распространяются в четырехмерном пространстве-времени примерно так же, как в воздухе распространяются упругие акустические колебания или электромагнитные волны.

Гравитационные волны, как и электромагнитные, распространяются с предельной скоростью – 300 тыс. км/с. Однако при этом непонятно, почему гравитационные возмущения распространяются намного быстрее световых. Возможно, для их распространения используются более короткие; внепространственные каналы типа «червоточин»?

Точного ответа на этот и другие подобные вопросы пока нет. Даже сами гравитационные волны пока не удается наблюдать или экспериментально зарегистрировать. Опытные установки, построенные в нескольких точках земного шара, пока не дали результатов, которые бы можно было однозначно интерпретировать как доказательство существования гравитационных волн.

И тем не менее теоретики отважно продолжают свои изыскания. К примеру, еще в 30-е годы советский физик М. П. Бронштейн применил к описанию гравитационных волн математический аппарат квантовой теории микромира. Он предположил, что гравитационные волны должны быть если не тождественны, то по крайней мере родственны электромагнитным колебаниям, свету.

И что же, теория показывает, что при некоторых условиях гравитационные волны вполне могут вести себя как потоки неких частиц, квантов этих волн. По аналогии с фотонами и электронами, эти частицы получили название гравитонов.

Гравитоны, с одной стороны, очень похожи на фотоны, полагают теоретики. Как и частицы света, они всегда должны двигаться с максимальной скоростью. Их масса должна быть связана с движением – масса покоя, как таковая, отсутствует.

С другой стороны, между этими частицами должны быть и определенные отличия. Фотон взаимодействует только с электрическими заряженными частицами, гравитон же со всеми – он представитель всемирного тяготения.

Следующий логический шаг – обнаружение квантов времени. Существуют ли они на самом деле? Точно этого пока никто не знает – у нас нет приборов, которые бы смогли фиксировать эти частицы. Единственное, на что мы пока можем положиться, – на опыт всей физики. А он, этот опыт, учит: нет никакого времени, которое бы существовало «само по себе». Оно всегда связано с явлениями, которые происходят в окружающем нас мире. А значит, вполне вероятно, что на него должны распространяться законы этого мира. Так что в этом смысле мы вполне можем говорить о возможности существования неких частиц времени – хронотонов. Или хрононов?!. Точного названия для этих частиц пока нет, и их еще никому, как мы говорили, не удалось обнаружить. Хотя об атомарности, квантованности времени спорили еще мудрецы древности.

Однако физика – наука точная. Она не может существовать на одних предположениях. И если мы хотим реально говорить о возможности путешествий во времени, а тем более о машинах, это время преобразующих по нашему желанию, то, конечно, необходимы эксперименты, которые бы позволили отыскать не только кванты тяготения, но и кванты времени. Мерилом истины может быть только Эксперимент. Но возможен ли он в нашем конкретном случае? Теоретики, а тем более экспериментаторы пока не могут ответить на этот вопрос однозначно. Дело в том, что некоторые расчеты показывают, что уменьшить неопределенность в данном вопросе смогут лишь эксперименты, при которых микрочастицы должны будут обладать энергиями порядка 109 джоулей. Однако самые мощные ускорители, которые планируется построить в ближайшее время, – могут обеспечить едва ли миллиардную долю этой энергии. По всей вероятности, подобный ускоритель вообще никогда нельзя будет построить – ведь для его работы не хватит никаких планетарных ресурсов.

Впрочем, кое-какой выход из положения все-таки намечается. Если мы не можем создать подобные условия на нашей планете, надо поискать, – не существуют ли они где-то во Вселенной. И тогда, наблюдая за ходом эксперимента в лаборатории природы, мы и сможем получить ответ на интересующие нас вопросы.

В связи с таким подходом многие исследователи в последние годы самым настоятельным образом советуют повнимательнее присмотреться к вакууму, то есть к космической пустоте, которая окружает все небесные тела. Судя по некоторым данным, эта пустота может оказаться вовсе не так пуста, как казалось еще недавно.

На сегодняшний день под вакуумом понимают такое состояние физической системы, когда в ней нет ни полей, ни частиц. Это состояние наименьшей возможной энергии, но оно вовсе не значит, что энергии в системе нет вовсе. В вакууме все время протекают самые различные превращения. И, разобравшись в них, мы, вполне возможно, еще очень многое поймем в сущности окружающего нас мира, в том числе и в такой странной и загадочной на сегодняшний день физической субстанции, какой является время.

«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься – и вот я уже не знаю, что такое время». Слова древнего мудреца остаются верными и в наши дни. Но это вовсе не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. Надо! Именно на этом пути и лежит возможность создания удивительных, фантастических пока устройств – машин времени.

Временная спираль завершает свой очередной виток. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все глубже…