Время во Вселенной


Четырехмерное пространство и время Вселенной

Оказывается, математикам удобно пользоваться понятием четырехмерного пространства, где помимо длины, ширины и высоты присутствует еще одно направление – время. Да и мы сами зачастую прибегаем к этому четвертому направлению в повседневной практике. Например, когда пешеход переходит дорогу, а мимо него по ней проезжает автомобиль, то три из четырех координат пространства совпадают, когда автомобиль, а затем человек (или наоборот) проходят через одну и ту же точку. Не совпадает лишь четвертая координата – время, поскольку кто-то из них - либо автомобиль, либо пешеход – должны перейти раньше через это место. Отсюда следует интересный вывод: классическая физика «объединяет» пространство и время при помощи движения.

Есть и другой интересный вывод, исходящий из теории относительности Эйнштейна и знаний о скорости света. Как уже сказано выше, звезды мы можем видеть не такими, какие они есть в данный момент. Свет распространяется не сразу, а за определенный, пусть и ничтожно малый промежуток времени, и потому воспринимается человеческим глазом тоже не сразу. Свет от лампы распространяется за сотую долю секунды, свет от солнца доходит до нас за восемь минут и т.д. А ведь именно с помощью света мы можем видеть окружающий нас мир. Выходит, мы видим только то, что уже произошло, поскольку пока световые лучи донесут до глаза какую-то информацию, пройдет определенное время. Стало быть, мы живем в прошлом. А раз мы видим прошлое, то время как одна из координат пространства может быть отрицательной. По сути, мы живем в прошлом.

А каково же тогда время во Вселенной? И есть ли там вообще время?

Долгое время считалось, что Вселенная статична и неизменна, а все тела в ней находятся в состоянии покоя.

Из созданной теории относительности Эйнштейн составил свою модель Вселенной. Одним из постулатов в его модели был постулат о том, что Вселенная однородна и пребывает в неизменном состоянии. Если, например, где-то погасла звезда, то на смену ей в другом месте появляется новая. Это также соответствовало классической механике Ньютона – Галилея.

Оказалось, однако, что это не так. Вселенная не статична, а наоборот, динамична. Вещество Вселенной, как показали формулы и математические выкладки Фридмана, должно либо расширяться, либо сжиматься. Кроме того, не может Вселенная быть статичной и потому, что на все тела во Вселенной действует сила небесного тяготения, ничем не уравновешиваемая, а потому тела во Вселенной находятся в состоянии движения: планеты, звезды, галактики и т.д. Значит, это движение можно измерять с помощью четырех мерной системы координат.

Таким образом, время во Вселенной есть, но движется оно неспешно. Проходят миллиарды и миллионы лет, пока становятся видны какие-то изменения. Но если Вселенная имеет тенденцию к расширению (ведь давно установлено, что галактики в космосе отдаляются друг от друга), то где-то в далеком прошлом был момент, когда вся Вселенная была сжата в одну точку (это состояние называется «комической сингулярностью»). Момент начала расширения Вселенной и есть начало отсчета времени в ней. Есть ли предел этого расширения? Ответ на этот вопрос мы вряд ли когда-нибудь узнаем. Хотя существует предположение, что время само по себе циклично, а значит все события повторяются. Поэтому вполне вероятно, что в какой-то момент Вселенная начнет сжиматься в точку. Что при этом произойдет с Землей и с человечеством на ней, не знает никто.

Черные дыры и время

Представим себе такую картину. В яблоке поселился червяк. Вместо того чтобы перемещаться из одной точки в другую по поверхности яблока, он просто прогрызает ходы внутри него, делая более короткий путь. Оказывается, подобные туннели существуют во Вселенной.

Суть теории относительности Эйнштейна здесь заключается в том, что пространство не плоское, а изогнутое и деформированное под воздействием массы и энергии. Иначе говоря, наше пространство загибается в четвертое измерение. Пространство и время в нашем понимании теряют свой привычный вид. Появляется понятие искривленности пространства и времени.

В то же время возникает возможность соединить две точки, которые не имеют собой пространственно-временной связи. Суть же «туннеля», который может соединить их, заключается в возможности сокращения себе пути.

Существование таких «туннелей» было предсказано теоретиками еще в 1916 году, а в конце 50-х. гг. физик Джон Уиллер впервые ясно обрисовал, что такие «мосты» могут быть найдены в тех районах Вселенной, где пространство сильно изогнуто. Такие туннели получили название «черные дыры».

Возможна ли их транспортная функция? Трудно дать однозначный ответ на этот вопрос. Во-первых, неизвестно, будет ли ощущать сопротивление внутри дыры предмет, попавший в нее. Во-вторых, неясно, куда этот туннель может привести. Нам также не известна природа этих дыр. Не известен механизм их образование и не известно, пожалуй, главное: какая сила действует внутри дыры, если она затягивает в себя даже свет?

Черные дыры предоставляют возможность путешествия во времени. Но здесь возникают две сложности. Первая: чтобы попасть в прошлое, придется предварительно двигать черную дыру с околосветовой скоростью в течение примерно 100 лет. И вторая сложность – это нарушение причинно-следственной цепи. Никто не знает, что произойдет, если следствие повлияет на причину…

Есть предположение, что процесс поглощения вещества черными дырами может прекратиться. То, что нам известно о строении Вселенной сегодня, позволяет считать, что энергия не уходит безвозвратно. Если черные дыры перестанут поглощать вещество, то, очевидно, будет происходить обратный процесс – выход энергии и вещества наружу. Может возникнуть и такое невообразимое в физике явление, как отрицательная масса. Возможно, что и время тогда пойдет назад, поскольку оно тоже станет отрицательным.

Однако наша повседневная жизнь свидетельствует о том, что никакие события не обладают обратимостью. Но почему же тогда обратимы законы движения? Вопрос непростой. Поэтому о нем говорят не иначе, как о парадоксе обратимости.

Но в то же время хаотичное броуновское движение молекул вещества, как и любое движение, вполне обратимо. Поэтому также вполне вероятно, что, например, разделение газов, смешанных из двух сосудов в одном, тоже может быть возможно, т.е. процесс смешивания газов обратим. Если имеется хаотичное движение молекул вещества, то, значит, имеется обратимость всего их сообщества. Поэтому возможна обратимость различных процессов. Значит, «черную дыру», как и свет, также можно считать природной «машиной времени».

Возможно ли путешествовать во времени?

Выше мы уже говорили о том, что своеобразной «машиной времени» является телескоп, через который мы смотрим на звезды. А можно ли реально перемещаться во времени в будущее или прошлое? Для ответа на этот вопрос понадобится разобраться с некоторыми природными частицами.

Всем известно, что свет состоит из фотонов. Причем в одних случаях фотон – это материальная частица, а в других – электромагнитная волна. Но вообще говоря, эти понятия о свете как частице или электромагнитной волне введены для удобства расчетов. На самом деле положение света здесь до сих пор спорно. А как быть с гравитацией и временем?

Существует предположение, что существуют гравитационные волны – волнообразные колебания пространства-времени, которые придают времени искривленность и которые распространяются в четырехмерном пространстве также, как распространяется в воздухе звук. При этом гравитационные и электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью – 300 000 км/с.

Однако зарегистрировать гравитационные волны пока не удалось. Есть пока только предположения, что гравитационные волны могут вполне вести себя как потоки частиц. Поэтому гравитационные волны могут быть родственны электромагнитным колебаниям.

Далее нам следовало бы искать кванты (частицы) времени. Но мы не можем ни подтвердить, ни опровергнуть их наличие. Опираясь на опыт физики, можно лишь сказать, что нет никакого времени, существующего само по себе. Оно всегда связано с каким-либо явлением.

Для того чтобы говорить о возможности путешествий во времени, необходимы эксперименты. Причем поставить такой эксперимент мы пока тоже не можем. Дело в том, что для проведения подобного эксперимента каждая из микрочастиц должна обладать энергией примерно в 109 джоулей! А все земные ускорители могут обеспечить лишь одну миллиардную долю этой энергии. Впрочем, если мы не можем провести эксперимент на Земле, то надо искать условия для его проведения во Вселенной. Многие исследователи здесь предлагают обратить пристальное внимание на вакуум – космическую пустоту, окружающую тела в космосе. Поняв механизм превращений, происходящих внутри вакуума, мы, возможно, в отдаленной перспективе сумеем путешествовать во времени.

Видео: Вселенная. От края и до края. Universe. From edge to edge.


Реклама