25 декабря 2018

«Единственное, что нам нужно для путешествия во времени, — космический корабль»: отрывок из книги Стивена Хокинга

Совсем скоро в издательстве «Бомбора» выходит книга гениального учёного и великого физика Стивена Хокинга, которая называется «Краткие ответы на большие вопросы». Над ней он работал практически до самой смерти, стараясь поделиться с человечеством как можно большим количеством своих знаний, отвечая на самые главные вопросы, волнующие современников. Удивительно, но Хокинг писал настолько простым языком, что его «краткие ответы» будут вполне понятны не только взрослым, но и детям. Убедитесь в этом сами!

«О!» выбрал один из самых увлекательных отрывков из книги, в котором Стивен Хокинг рассказывает о том, возможны ли путешествия во времени. Рекомендуем прочитать его вместе с детьми. Кто знает, возможно именно в вашем ребёнке этот короткий текст разбудит вдохновение и жажду знаний.

Общая теория относительности стала крупной интеллектуальной революцией, которая изменила наши представления о Вселенной. Эта теория имеет отношение не только к искривлению пространства, но и к искривлению, или искажению, времени. Эйнштейн в 1905 году понял, что пространство и время теснейшим образом связаны друг с другом. Так родилась его частная (специальная) теория относительности, связывающая пространство и время воедино. Описать событие можно с помощью четырех параметров. Три из них описывают положение события. Событие может происходить на севере или востоке, в стольких-то километрах от Оксфордской площади и на такой-то высоте над уровнем моря. В более крупном масштабе это могут быть Галактическая широта и долгота — это углы в сферической системе координат, центром которой является Солнце. Третьей, дополняющей их координатой, служит расстояние от Солнца. Четвертый параметр — время события. Таким образом, можно представить пространство и время как четырехмерную сущность, которая называется «пространство-время». Каждая точка пространства-времени помечена четырьмя параметрами, которые определяют ее положение в пространстве и времени. Объединить пространство и время в пространство-время было бы несложно, если бы существовал уникальный способ определения времени и положения каждого события. В блестящей статье 1905 года, которую Эйнштейн написал, ещё будучи сотрудником патентного бюро в Швейцарии, он показал, что время и положение, в котором, как считается, происходит событие, зависят от того, как движется наблюдатель. Это означает, что время и пространство неразрывно связаны между собой.

Время, в которое происходит событие, для разных наблюдателей будет одинаковым, если наблюдатели не движутся относительно друг друга. Но разница будет тем заметнее, чем выше их относительная скорость. Возникает логичный вопрос: а насколько быстро нужно двигаться, чтобы время для одного наблюдателя пошло вспять относительно времени другого наблюдателя? Ответ — в этом лимерике:

Очень шустрая мисс из Дакоты

Говорила: «Эйнштейн — это что-то!

Раз летала я где-то

Выше скорости света

И вернулась за день до отлета!"

Так что единственное, что нам нужно для путешествия во времени, — космический корабль, который будет обладать сверхсветовой скоростью. К сожалению, в той же статье Эйнштейн показал, что реактивной тяги, необходимой для ускорения космического корабля, по мере приближения к скорости света будет требоваться все больше и больше. Точнее, потребуется бесконечное количество энергии для достижения скорости, превышающей световую. Таким образом, статья Эйнштейна 1905 года исключает возможность путешествия в прошлое. Она также показывает, что космические путешествия к звездам должны стать весьма длительным и утомительным делом. Если нельзя путешествовать со сверхсветовой скоростью, то полет от нас до ближайшей звезды и обратно займет как минимум восемь лет, а к центру Галактики, соответственно, примерно 50 000 лет. Если корабль будет двигаться со скоростью, близкой к световой, то для людей на борту полёт к центру Галактики займет всего несколько лет. Но это не станет большим утешением, потому что на Земле за эти тысячи лет, разумеется, все их друзья и близкие умрут и будут давно забыты. Поэтому, кстати, авторы научно-фантастических романов стараются найти способы как-то обойти эту неприятность.

В 1915 году Эйнштейн показал, что влияние гравитации можно объяснить предположением о том, что пространство-время искривляется, или искажается, под воздействием материи и энергии. Мы можем наблюдать такое искривление пространства-времени под воздействием массы Солнца: видимое положение звезды или источника радиосигнала слегка смещается, когда Солнце оказывается между земным наблюдателем и источником.

Изменение очень незначительное, примерно одна тысячная градуса, — это как перемещение на сантиметр относительно километра. Тем не менее его можно измерить с высокой точностью, и оно соответствует расчётам общей теории относительности. У нас есть экспериментальные доказательства искривления пространства и времени.

Степень искривления в ближайшем к нам окружении очень мала, потому что все гравитационные поля в Солнечной системе очень слабые. Но нам известно о возможности возникновения чрезвычайно сильных полей — например, в момент Большого взрыва или в чёрных дырах. Так могут ли пространство и время оказаться искривленными настолько, чтобы стали возможны описанные в научной фантастике выходы в гиперпространство, «кротовые норы» и путешествия во времени? На первый взгляд, всё это возможно. Например, в 1948 году Курт Гёдель нашел решение уравнений поля для общей теории относительности Эйнштейна, которое представляет Вселенную, где вся материя вращается. В этой Вселенной можно отправиться в космическое путешествие и вернуться раньше времени старта. Гёдель работал в Принстонском институте перспективных исследований, там же, где провел свои последние годы Эйнштейн, и прославился доказательством того, что нельзя доказать все без исключения верные утверждения даже в такой, на первый взгляд, простой области, как арифметика. Но его доказательство, что общая теория относительности допускает путешествие во времени, серьёзно расстроило Эйнштейна, который считал, что это невозможно.

Теперь мы знаем, что решение Гёделя не имеет отношения к нашей Вселенной, потому что оно не предполагает расширения. В нем также представлено невероятно высокое значение параметра, который называется космологической постоянной. По общему убеждению, это значение чрезвычайно мало. Тем не менее с тех пор были найдены очевидно более рациональные решения, допускающие путешествие во времени. Наибольший интерес представляет так называемая теория струн: космические струны, перемещающиеся одна относительно другой с околосветовой скоростью.

Космические струны — прекрасная идея теоретической физики, до которой не додумались писатели-фантасты. Судя по названию, эти струны очень длинные и имеют очень малое поперечное сечение. Но на самом деле их скорее можно представить в виде резиновых лент, испытывающих огромное напряжение — порядка миллиарда миллиардов миллиардов тонн. Космическая струна, прикрепленная к Солнцу, разгонит его от нуля до ста километров в час за тридцатую долю секунды. Может показаться, что идея космических струн высосана из пальца и ее следует оставить писателям-фантастам, однако есть вполне реальные научные основания полагать, что космические струны могли образоваться в молодой Вселенной вскоре после Большого взрыва. А поскольку они находятся под таким невероятным напряжением, не исключено, что их скорость приближается к световой .

Читайте также:

19 книг на любой вкус, которые можно положить под ёлку

4 заповеди, которые помогут родителям пережить школьные годы без нервов и валерьянки

7 новогодних традиций, которые можно завести уже в этом году

Фото: Ollyy/Shutterstock.com

Читайте также:
5 важных причин спать днём
15 марта 2019
5 важных причин спать днём
Не лишайте своих детей дневного сна!
Каждая девочка — принцесса, и вот почему
8 марта 2019
Каждая девочка — принцесса, и вот почему
Инструкция по воспитанию будущих королев.
Во что играть с детьми на Масленичной неделе
1 марта 2019
Во что играть с детьми на Масленичной неделе
Каждый день — новые развлечения.
Как привить ребёнку интерес и любовь к природе
25 февраля 2019
Как привить ребёнку интерес и любовь к природе
Воспитываем экологическое сознание.
Как воспитать настоящего мужчину
23 февраля 2019
Как воспитать настоящего мужчину
Семь советов, проверенных временем.
4 совета, которые помогут сделать онлайн-обучение максимально эффективным
19 февраля 2019
4 совета, которые помогут сделать онлайн-обучение максимально эффективным
Пусть компьютер служит не только для игр.
3 главных родительских ошибки в общении с мальчиками
18 февраля 2019
3 главных родительских ошибки в общении с мальчиками
Как научить сына отвечать за свои поступки.
3 вопроса о конфликтах в школе: отвечает психолог Анна Быкова
16 февраля 2019
3 вопроса о конфликтах в школе: отвечает психолог Анна Быкова
Главные причины ссор с одноклассниками и педагогами.
Как помочь ребенку, который чувствует себя одиноким
15 февраля 2019
Как помочь ребенку, который чувствует себя одиноким
Почему у малыша нет друзей и как их найти: рассуждает психолог.
Один день со слонами
11 февраля 2019
Один день со слонами
Как это — быть ветеринаром?
7 советов, которые помогут легко запомнить самые сложные стихотворения
7 февраля 2019
7 советов, которые помогут легко запомнить самые сложные стихотворения
Маленькие хитрости, которые помогут ребёнку не только в школе.
5 задачек на концентрацию внимания, с которыми легко справляются дети
1 февраля 2019
5 задачек на концентрацию внимания, с которыми легко справляются дети
А вот у взрослых они, чаще всего, вызывают затруднения!
Как научить ребёнка засыпать самостоятельно
30 января 2019
Как научить ребёнка засыпать самостоятельно
Что делать, если ребёнок боится спать один?
Своими словами: развиваем связную речь у ребёнка
29 января 2019
Своими словами: развиваем связную речь у ребёнка
Как научить ребёнка составлять рассказ по картинкам?