Неумолимое движение времени может беспокоить некоторых из вас, ведь каждый хотя бы раз хотел остановить его, чтобы насладиться каким-то счастливым моментом.
Время от времени в научно-фантастической книге, фильме или телешоу появляются персонажи, которые могут делать то, что мы все хотим: останавливать время.
Но возможно ли такое? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо погрузиться в самые далёкие уголки физики, философии и человеческого восприятия.
Во-первых, мы должны определить само понятие времени.
“Для физика это не так уж и загадочно”, – сказал Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института. “Время – это просто ярлык для разных событий. Оно говорит нам, когда и что произошло”.
Кэрролл добавил, что в большинстве физических уравнений нет различий между прошлым, настоящим и будущим. Но рассмотрим время в теории относительности Альберта Эйнштейна. Согласно теории Эйнштейна, время измеряется часами. Поскольку части часов должны двигаться в пространстве, время запутывается с пространством в более крупную концепцию, известную как пространство-время, которая лежит в основе Вселенной.
Теория относительности показала, что время может сильно колебаться в зависимости от того, насколько быстро один наблюдатель движется относительно другого наблюдателя. Если вы отправите человека с часами на космический корабль со скоростью, близкой к скорости света, время будет идти для него медленнее, чем для его неподвижного друга, оставшегося на Земле. Так же и астронавт, падающий в чёрную дыру, чья огромная гравитация искривляет время, сможет заметить его замедление.
Но на самом деле это не способ остановить время, сказал Кэрролл. Двое часов могут не совпадать в теории относительности, но каждый их обладатель по-прежнему будет фиксировать обычный ход времени в своей собственной системе отсчёта.
Если бы вы приближались к чёрной дыре, то вы бы ничего не заметили.
“Вы бы посмотрели на свои наручные часы, и они показывали бы одну секунду в секунду”, – сказал Кэрролл.
Мы знаем, что машина движется, потому что в разные моменты времени она находится в разных местах пространства. Движение – это изменение относительно времени, поэтому само время не может двигаться. Другими словами, если бы время остановилось, остановилось бы и всё движение.
Хотя научная фантастика иногда даёт нам героев, которые могут приостановить время для всех остальных, такие ситуации вызывают множество вопросов.
“Вы останавливаете движение воздуха?” – спросил Кэрролл. “Потому что, если так, то вы заключены в тюрьму без воздуха”.
Он добавил, что персонаж, останавливающий время, также, вероятно, не сможет ничего увидеть, потому что световые лучи больше не будут достигать его глаз. На самом деле не существует никакого сценария, при котором время может остановиться.
Сверхмассивная чёрная дыра, находящаяся в центре далёкой галактики. Авторы и права: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.
Вот и всё, что касается физики. Но время – это больше, чем просто то, что показывают часы. Это также чувство, которое есть у нас в голове и теле, а также естественные ритмы мира. Однако в таких случаях время может стать чем-то зависящим от личных ощущений.
“Интересно размышлять о субъективном впечатлении от времени”, – сказал Крейг Каллендер, доктор философии, из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Он описал хорошо известную психологическую иллюзию, известную как “хроностаз”, при которой человек помещает часы на край поля зрения, а затем на мгновение смотрит на что-то ещё. Если опять взглянуть на часы и сфокусироваться на секундной стрелке, они остановятся. Кстати, это может быть необычный способ развлечься во время пятого урока математики в старшей школе.
“Секундная стрелка определённо немного висит на одном месте”, – сказал Каллендер. “Вы можете сделать так, чтобы время застыло”.
Иллюзия связана с крошечными движениями глаз, называемыми саккадами, при которых ваши глазные яблоки быстро бегают вперёд и назад, постоянно наблюдая за окружающей обстановкой. По словам Каллендера, чтобы предотвратить появление хаотичного размытия, ваш мозг фактически редактирует то, что видит в реальном времени, и создаёт впечатление непрерывного поля зрения.
Тогда возникает вопрос: какова взаимосвязь между нашим восприятием времени и временем, о котором говорят физики? Каллендер написал ряд книг, в которых он пытается исследовать связь между ними, и пока нет единого мнения по поводу окончательного ответа.
Что касается течения времени, Каллендер предпочитает картину, “где ничего не течёт, но течёт ваша история”.
И что он думает относительно возможности остановки времени?
“Если мы подумаем о нашем субъективном ощущении времени, то мы можем остановить его, частично, с помощью хроностаза”, – сказал Каллендер.
Но это, наверное, самое большее, что мы можем сделать.
Если бы у вас было устройство, предназначенное для того, чтобы останавливать время для всех, кроме вас, жизнь не была бы такой, как вы ожидаете. Вы не сможете заснуть, или ограбить банк, пока никто не может остановить вас, или списать на экзамене. Вместо этого вы останетесь слепым, глухим и неспособным двигать мышцами. Почему остановка времени может пойти не по плану?
Большинство из нас не раз фантазировали о том, как бы было неплохо уметь останавливать время. С такой возможностью можно было бы успеть сделать все свои дела, наконец-то выспаться, повидать весь мир, прочитать все книги и, в конце концов, ограбить какое-нибудь финансовое учреждение. Однако физика накладывает ряд ограничений, которые отобьют у вас желание иметь такую супер способность.
Из физики мы знаем, что скорость равна расстоянию, поделенному на время, а время равно расстоянию, поделенному на скорость. Чтобы сделать время равным нулю, вам нужно путешествовать бесконечно быстро. И поскольку мы не можем преодолеть скорость света, остановка времени без нарушения законов физики невозможна.
Но давайте опустим данный факт и представим, что время можно как-то остановить. Что из этого получится?
Совершенно ничего и вот почему. Люди перестанут двигаться. Вода перестанет течь. Наша планета перестанет вращаться. Каждая молекула замрет на месте.
Вы даже не знали бы, что время остановилось, потому что ваши нейроны также не будут двигаться. Но это самый скучный сценарий происходящего.
Давайте добавим пару изменений. Что, если бы время остановилось для всех кроме вас?
Вам вряд ли захотелось бы иметь такую возможность. Возможность заморозить время сопровождается очень неприятными побочными эффектами. Во-первых, вы ничего не увидите. Это потому, что остановив время вы остановите и фотоны — частицы света, обычно движущиеся со скоростью, ну, в общем, света.
Вы также ничего не будете слышать, потому что звуковые волны перестают распространяться по воздуху к вашим барабанным перепонкам. Вы окажетесь в ловушке между замороженными молекулами, окружающими вас. Вы не сможете пошевелить даже пальцем.
Ситуация станет еще хуже, если вы поймете, что не можете заставить молекулы кислорода проникать в ваши легкие. Слепой, глухой и задыхающийся — надеемся, вы сможете возобновить время до того, как потеряете сознание.
Чтобы избежать такой быстрый и бессмысленный конец, мы добавим еще одну модификацию. На этот раз вы будете окружены пузырем, внутри которого время продолжит свой ход.
Вы также сможете воздействовать на пространство вокруг себя. Это даст вам возможность двигаться и дышать. Вы все еще не сможете ничего услышать за пределами пузыря. А как насчет что-нибудь увидеть?
Ну, вы могли бы двигаться дальше и захватывать свет со всех сторон. Но ваш мозг, вероятно, не сможет корректно расшифровать эту информацию. Все будет размыто. Не очень веселый сценарий.
Что если вместо того, чтобы останавливать время, вы просто значительно его замедлите? Даже это не сильно поможет.
Если вы замедлите свет, он перейдет в область инфракрасных микроволн. Хотя теперь фотоны и смогут достичь ваших глаз, для вас они будут невидимы. То же самое касается звуковых волн — они упадут на частоту ниже диапазона человеческого слуха.
Многое еще предстоит понять о том, как работает время и что оно из себя представляет на самом деле. Такие мысленные эксперименты являются отличным упражнением для ума. Это сложный вопрос для размышления, поскольку время, насколько мы понимаем, является не сущностью, а последовательностью физических событий в нашем собственном восприятии мира. Время является самым фундаментальным явлением во Вселенной. Оно позволяет всему существовать и меняться.
Остановка времени не так уж и практична и полезна. Возможно, возвращение назад во времени было бы лучшим вариантом.
Наука утверждает, что время всегда течет с одинаковой скоростью, и никто не может изменить это — ни человек, ни природа. Но бывают случаи, когда у человека изменяется ощущение хода времени и ему кажется, что время ускоряет или замедляет свой бег.
Обычно такое ощущение появляется, когда в считанные секунды происходит очень много событий и сознание не может их «уместить» в обычные временные отрезки.
Известно множество фактов, когда человек в минуты смертельной опасности чувствует, что время замедляется, как будто останавливается. Множество людей, при описании драматических событий, говорят — «такое ощущение, будто время остановилось». Фронтовики утверждали, что видели снаряды и пули, которые летели на них. Они остались в живых только потому, что успели уклониться от них. На первый взгляд это кажется невозможным, ведь человеческий глаз не может воспринимать объекты, которые движутся с такой скоростью.
Однако слова участников боевых действий подтверждаются — не раз солдат внезапно нырял на дно окопа, а в следующее мгновение осколок или пуля вспахивало бруствер в том месте, где секунду назад была его голова. Некоторые люди рассказывали, что видели, как на них сверху падал кирпич или с крыши падала сосулька. Предметы будто летели в замедленном темпе, поэтому они не успевали даже испугаться. И таких примеров очень много.
Так, однажды машина космонавта Владимира Аксенова заглохла на переезде через железную дорогу. Метрах в пятидесяти из-за поворота в этот момент показалась мчавшаяся электричка. Водитель даже не успел бы выбраться из авто — через секунду электричка должна была неминуемо врезаться в нее. Аксенов выдернул ключ зажигания из гнезда, а потом опять вставил его и медленно надавил на стартер. Тут же мотор завелся и машина, съехав с рельсов, замерла в паре метров от промчавшего поезда. У космонавта было такое ощущение, будто вагоны проплыли как в замедленном кино. Ему даже удалось разглядеть бледное лицо машиниста, который даже не начал торможение.
Еще один случай несколько лет назад произошел в альплагере. Инструктор-грузин Вахтанг рассказал, что в тот день шел в связке со своим другом. Он первым двинулся, а друг остался у края снежника страховать его. Когда Вахтанг был почти на полпути, то заметил, как по снегу по бокам и чуть выше от него пошли трещины. Затем громадные пласты снега со льдом медленно устремились вниз. Страха инструктор не чувствовал и действовал так, будто некуда было спешить — высматривал большой смерзшийся кусок снега и броском перебирался на него, потом выбирал следующий и т.д. Его друг не поверил своим глазам, когда он выбрался из лавины — на самом деле все это происходило в доли секунды.
Заявления такого рода — о замедлении визуального восприятия быстропротекающих процессов, не удается пока рационально истолковать. Они непостижимы и удивительны.
Химики, физики и философы сходятся во мнении, что ход времени является неизменным и все события происходят в строго определенных временных рамках. Тогда что с человеком происходит, когда ему кажется, что время идет очень медленно или вообще остановилось? Возможно все дело в ускорении биологических процессов в организме в критических ситуациях — нервные импульсы проходят быстрее, мышечные волокна чаще сокращаются, хотя человек не чувствует и не осознает это.
Исследователи проанализировали рассказы людей о своих ощущениях и провели соответствующие расчеты. В итоге они сделали вывод, что ход собственного времени может ускоряться в 130 раз. Поэтому все вокруг происходит медленнее в 130 раз и человеку кажется, что время остановилось. Подтверждает эту гипотезу тот факт, что все люди, которые пережили «остановку времени», утверждают, что все происходило в странной тишине. Это довольно просто объяснить — при ускорении индивидуального времени более чем в сто раз, поступающие в ухо звуки, превращаются в инфразвуки, не воспринимаемые человеческим слуховым аппаратом.
Исследователи из медицинского колледжа провели эксперимент, чтобы проверить — на самом ли деле время для человека в минуту опасности замедляется. Добровольцев без страховки сбрасывали с высоты пятьдесят метров спиной вперед. Они, конечно, падали на специальную сетку, но каждый все равно испытывал очень сильный испуг. По ощущениям каждого добровольца их полет длился намного дольше, чем это было в действительности. Падали они считанные секунды, а для них это казалось значительно дольше. Человек, который испытывает сильнейший страх, впадает в своеобразный транс. При этом все системы организма начинают работать с ускорением. Человек начинает мыслить значительно быстрее.
Физик и химик Илья Пригожин утверждал, что каждый человек конструирует собственное время в каждый момент бытия. В критические моменты мозг управляет собственным временем, т.е. может замедлить его чуть ли не в сотни раз, а может и ускорить. Есть наглядный пример, который доказывает это. Буры, начавшие в 1780-е годы захват земель коса и зулусов, столкнулись с удивительным явлением — африканские знахари могли заговарить от пуль своих воинов. В результате они атаковали европейцев, несмотря на ожесточенный огонь. Некоторые оставались целыми и невредимыми даже когда по ним в упор стреляли. Пули от африканцев не отскакивали, но и не попадали в них. Тогда с этой загадкой колонизаторы разбираться не стали, потому что всех заговоренных воинов, в конце концов, перебили. Но сегодня можно объяснить секрет их неуязвимости — африканские воины могли произвольно ускорять течение своего индивидуального времени и, таким образом, уклоняться от пуль. Но они погибли, так как это не могло продолжаться бесконечно.
Некоторые йоги на Востоке способны, казалось бы, останавливать время. Они умеют исчезать прямо на глазах у изумленных зрителей и оказываться за их спинами. Этот феномен был давно описан. Ритуалы, которые помогали стать невидимым, были описаны еще в древнейших индийских манускриптах, написанных в 2500 — 1400 годах до нашей эры. В этих манускриптах говорится, что для полноты исчезновения необходима концентрация мысли. Йоги владеют телепортацией или же они способны максимально ускорять свое время, из-за чего зрители их не видят? В отличие от критических ситуаций, у испытывающего положительные эмоции человека убыстряется субъективное ощущение времени. Человек просто не замечает, как течет время.
Итак, с уверенностью можно сказать, что состояния страха, смертельной опасности и стресса переводят организм в так называемый «аварийный режим работы», который сопровождается возрастанием скорости восприятия окружающей действительности и скорости мышления. Может быть, это делается для снижения потерь времени при проведении в жизнь защитных действий от наступившей опасности? Организм должен до конца бороться с применением всех наличных средств и сил.
Все смотрели фильм «Матрица», где люди уклонялись от пуль. Замедленная съёмка выглядит захватывающе, да и масса возможностей открывается, когда знаешь, как замедляется время.
Можно ли замедлить время?
Я отвечу на этот вопрос. Я не знаю, можно ли замедлить само время. Но своё ВОСПРИЯТИЕ времени замедлить можно. Особенно часто это проявляется у людей, которые балансировали на грани между жизнью и смертью. Расскажу пару случаев, которые подтверждены официально.
Шёл хоккейный матч. Вратарь увидел шайбу, которая неумолимо двигалась ему прямо в лицо. Но как-то странно, с низкой скоростью, как в замедленной киносъёмке. Вратарь спокойно нагнул голову, и шайба пролетела мимо него. Для него это произошло за несколько секунд, а для окружающих это произошло в доли секунды. Потом ещё все долго восхищались практически феноменальной реакцией вратаря.
Рядом с солдатом упала граната. Он уже мысленно попрощался с жизнью, как тут совершенно неожиданно замедлилось время, и он наблюдал, как медленно возникали трещины на гранате, как куски отделялись от неё друг за другом. Совершенно спокойно солдат уклонился от нескольких из них, которые летели в его сторону.
Генерал Константин Петров рассказывал, как во время автомобильной аварии время замедлилось, и он наблюдал, как они медленно врезались в стену. Тогда, как он говорил, его спасла фуражка. А со стороны всё произошло вот раз – и всё! Считанные мгновения.
Действительно ли замедленное восприятие проявляется только при столкновении со смертью? Всегда ли? Наверное нет. Ведь тогда бы не было так много смертей, люди стали бы практически неуязвимы.
Рассказывается, что люди, занимавшиеся по системе рукопашного боя СМЕРШ, были способны уклоняться от пуль. Но здесь дело не в восприятии времени. Они просто напросто тренировали своё тело, его способность «чувствовать» опасность, и затем повышали скорость такой чувственности.
А как научиться работать с восприятием времени? Элементарно! Нужно просто его ТРЕНИРОВАТЬ.
Время от времени делайте простое упражнение. Посмотрите в окно, в которое видно дорогу. Когда проезжает машина, попробуйте уменьшить её скорость в своём восприятии. Всеми силами старайтесь поверить в то, что машина движется медленнее. Через несколько тренировок вы увидите, что машины стали ездить медленнее. Переходите к более сложным вещам, кошкам, собакам. Затем к людям. Попытайтесь замедлить в своём восприятии речь человека, его походку, движения. Усложняйте упражнение, делая его в толпе людей, пробуйте воздействовать на несколько человек.
Далее потребуется помощь напарника. Пусть он кидает в вас различные предметы, а вы пробуйте замедлять восприятие и уклоняться от них. Постепенно пусть он повышает скорость. Начните с бумажки, потом постепенно перейдите к камням. Идеал – вы должны без защитного костюма уклоняться от летящих вас ножей.
Отличная перспектива, не так ли? Теперь можете не бояться стрельбы по вам. Обладание такой способностью открывает массу возможностей и перспектив. И это существует, и документально подтверждено!
Тренировать можно абсолютно все функции организма, и предел для совершенства – лишь наше представлении об этом пределе. В теории возможности человека безграничны. А то, что есть в теории – есть и в практике.
Альберт Эйнштейн — один из самых известных физиков XX века. Однако, помимо удивительных теорий, невероятно точно описывающих крупномасштабный мир, он выявил один любопытный феномен: чем сильнее гравитация, тем медленнее идет время.
Свою первую известную на весь мир теорию Эйнштейн назвал Специальной теорией относительности. Она была специальной, так как имела дело с постоянными скоростями. Чтобы примирить ее с реальным миром, в котором объекты постоянно ускоряются и замедляются, ему было необходимо исследовать последствия своей теории, когда речь заходила об ускорении. Эта попытка обобщить и учесть все общие феномены привела к открытию отношения между временем и гравитацией. Эйнштейн назвал свою новую теорию Общей теорией относительности.
Ньютон считал, что поток времени похож на стрелу. Оно непоколебимо движется только в одну сторону — вперед. Эйнштейн предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. И благодаря своей текучести, подобно пространству, оно «заслуживало» собственного измерения. Более того, Эйнштейн утверждал, что пространство и время представляют собой единое целое — гибкую четырехмерную ткань, на которой происходят все события Вселенной. Он так и назвал это — ткань пространства-времени. Когда физик опубликовал свою работу со всеми ее выводами, ее встретили с недоверием.
Согласно Общей теории относительности, вещество растягивает и сжимает ткань пространства-времени. Получается, что объекты не притягиваются к центру Земли каким-то таинственным образом, а скорее, наоборот, подталкиваются искривленным пространством вокруг себя. Подобно склону, искривление пространства-времени ускоряет объекты, движущиеся вниз, хотя степень этого ускорения не всегда одинакова. Сила гравитации возрастает с приближением к поверхности Земли, где искривление интенсивнее.
Если сила гравитации возрастает при движении вниз, объект свободно упадет в точку Б на поверхности быстрее, чем в точку А на большей высоте. Согласно Специальной теории относительности, время для свободно падающего объекта в точке Б должно идти медленнее относительно объекта в точке А из-за того, что скорость объекта в точке Б выше.
Какое время верное? Эйнштейн постулировал, что абсолютного времени нет. Время относительно в зависимости от системы сил, которым оно подвергается. Формально это называется системой отсчета. Время, протекающее в рамках вашей системы, называется собственным временем. Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться. То есть чем быстрее вы движетесь, тем медленнее ваши часы тикают относительно других часов. Именно об этом героиня Энн Хэтэуэй говорила персонажу Мэтью МакКонахи в «Интерстелларе» после спуска на далекую планету: «Один час на этой планете равен семи земным годам».
Итак, является ли наблюдение замедленного времени ограничением нашего примитивного неврологического строения или же время действительно замедляется? И что вообще означает замедление времени? В итоге это приводит нас к вопросу: что есть время? Это не просто вопрос, который задают друг другу студенты философского факультета за бокалом пива. Понятие времени озадачивало натурфилософов и физиков с незапамятных времен.
Главная функция времени — отслеживание хронологии событий. Однако вплоть до последних 400 лет люди определяли время, основываясь на предположении, что звезды движутся вокруг Земли, а не наоборот. Несмотря на это, все работало до определенной степени приемлемо — из-за того, что дни и времена года предсказуемо повторялись, а когда у вас есть что-то предсказуемо повторяющееся, то есть и механизм для отслеживания времени.
Галилео использовал рекурсивную природу такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможным без какого-либо обозначения времени. Но это время никогда не было абсолютным. Даже когда Ньютон формулировал свои законы движения, он использовал понятие времени, в котором две пары часов тикают синхронно не с абсолютным, независимым временем, а друг с другом. Синхронизация — причина, по которой человечество соорудило такие сложные и точные атомные часы.
Понятие времени построено на одновременности или решающем совпадении двух событий — вроде прибытия поезда и уникального совпадения стрелок часов в этот момент. Теория Эйнштейна утверждает, что на это должно влиять движение. Если два наблюдателя на платформе и поезд не могут прийти к единому мнению о том, что одновременно, они не могут прийти к согласию о том, как течет само время.
Движение искажает время
Чтобы понять влияние движения на предсказуемость, рассмотрим простейший механизм для отсчета времени. Представьте себе аппарат для отслеживания времени, состоящий из фотона, который отражается между двумя зеркалами, расположенными на конечном расстоянии друг от друга. Пусть за период отражения фотона проходит одна секунда. Теперь расположим два таких аппарата в точках А и Б над поверхностью Земли и прямо на ней (как в примере, описанном выше) и посмотрим, как они отсчитывают время, когда мимо них проносится свободно падающий объект. В свою очередь, этот объект измеряет собственное время при помощи таких же часов. Что они покажут?
Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами похоже на наблюдение теннисного мяча, прыгающего по движущемуся поезду. Даже если мяч отскакивает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя снаружи он описывает треугольники.
При движении аппарата вперед кажется, что фотон, подобно мячу, преодолевает большее расстояние после отражения. Получается, один результат нашего эксперимента искажен! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем больше фотону нужно времени для отражения, тем самым растягивается и длительность секунды. Именно поэтому ход времени в точке Б оказывается медленнее, чем в точке А (вспомним: из-за гравитации объект падает в точке Б быстрее, чем в точке А).
Конечно, эта разница ничтожна. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, — всего несколько наносекунд. Тем не менее открытие Эйнштейна стало настоящим прорывом. Гравитация действительно мешает ходу времени, а значит, чем массивнее объект, тем медленнее время течет вблизи него. Некоторые физики даже делают оговорку о том, что все объекты во Вселенной будто чувствуют это и стараются падать туда, где время идет медленнее, из мест, где время идет быстрее.
Сегодня гравитационное замедление времени не только известный феномен из области теоретической физики, но и практический инструмент. Благодаря открытию Эйнштейна и его уравнениям, у нас есть такая замечательная вещь, как GPS-навигация, которая не смогла бы работать так точно, если бы не была учтена разница между ходом времени на поверхности Земли и ходом времени на околоземной орбите. Гравитационное замедление времени также помогает физикам-теоретикам и астрофизикам строить точные теории о том, что происходит в далеком космосе вблизи объектов, к которым мы пока не можем подобраться физически (например, черные дыры и нейтронные звезды). И да, учитывая этот феномен, получается, что ваши ноги — пусть и бесконечно незначительно — младше вашей головы.
Мне кажется что фотон на верхних зеркалах будет меньше раз отскакивать из-за того, что зеркала летят быстрее и фотону дольше догонять зеркало которое от него улетает. Если зеркало разогнать до скорости фотона, то он вообще в него не ударит. Но значит ли это что время для объекта остановилось? Или может способ измерения времени примитивен?
То то я смотрю, что ноги у меня какие то молодые
Вы насобирали информацию о квантовой механике и выдаете ее просто мусором, извините, пожалуйста. Прочитайте литературу хотя бы об этом. а потом делаете выводы. Могу подсказать, с чего начать читать.
Vsause пойду посмотрю что ли
интересно насколько точность ЖПС изменится если не учитывать теории относительности, как по мне дак на несколько миллиметров
Черные дыры могут иметь «волосы». Эйнштейн не прав?
Недавно проведенное исследование американских физиков об экстремальных черных дырах может опровергнуть знаменитую теорему об отсутствии волос.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры обладают только тремя наблюдаемыми свойствами: массой, спином (момент импульса) и зарядом. Дополнительных характеристик, или, как называют их физики, «волос», не существует.
Чтобы объяснить идею, представим однояйцевых близнецов. Они имеют одинаковый генотип, это генетические копии, но даже такие близнецы будут различаться множеством вещей: от темперамента до прически. Черные дыры, согласно теории гравитации Альберта Эйнштейна, могут иметь всего три характеристики: массу, спин и заряд. Если эти значения одинаковы для любых двух черных дыр, то они идентичны, будет невозможно отличить одну от другой. У черных дыр нет волос.
«Согласно классической общей теории относительности, такие черные дыры были бы абсолютно идентичны», — отмечает Пол Чеслер, физик-теоретик из Гарвардского университета.
Однако ученые задаются вопросом, верна ли теорема об отсутствии волос. В 2012 году математик Стефанос Аретакис, работавший тогда в Кембриджском университете, а теперь в Университете Торонто, предположил, что некоторые черные дыры могут иметь нестабильности (instabilities) на горизонте событий.
Нестабильности придали бы одним участкам горизонта черной дыры более сильное гравитационное притяжение, чем другим. Получается, что в таком случае даже идентичные черные дыры будут различимыми.
Однако уравнения Аретакиса показали, что это возможно только для так называемых экстремальных черных дыр — тех, которые имеют максимально возможное значение для массы, спина или заряда. И, по словам Чеслера, такие черные дыры не могут существовать в природе.
Но допустим, что есть почти экстремальная черная дыра, которая приближается к максимальным значениям, но не достигает их. Такая черная дыра может существовать, по крайней мере, теоретически. Опровергнет ли это теорему об отсутствии волос?
В докладе, опубликованном в конце января, показано, что это возможно.
Более того, земные детекторы гравитационных волн могут уловить такие волосы.
«Аретакис предположил, что существует некоторая информация, которая остается на горизонте событий», — прокомментировал Гаурав Ханна, физик из Массачусетского университета и Университета Род-Айленда, один из соавторов исследования.
Ученые предполагают, что свидетельства образования черной дыры или более поздних возмущений горизонта событий (например, падение вещества в черную дыру) могут создавать гравитационную нестабильность на горизонте событий почти экстремальной черной дыры или рядом с ним.
«Мы предполагаем, что гравитационный сигнал, который мы обнаружим, будет сильно отличаться от обычных черных дыр, которые не являются экстремальными», — говорит Ханна.
Если у черных дыр есть волосы, значит сохраняется некоторая информация об их прошлом, — это затронет и знаменитый информационный парадокс черных дыр, который сформулирован Стивеном Хокингом, как отмечает Лия Медейрос, астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне.
Этот парадокс обнажает фундаментальный конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой, двумя столпами физики XX века.
Если опровергнем одно из условий информационного парадокса, мы сможем решить сам парадокс. Одно из условий — это теорема об отсутствии волос.
Последствия этого открытия будут значительным. «Если мы сможем доказать, что реальное пространство-время черной дыры за пределами черной дыры отличается от того, что мы ожидаем увидеть, тогда, я думаю, это будет иметь действительно огромное значение для общей теории относительности», — сказала Медейрос, соавтор октябрьского доклада, который посвящен тому, соответствует ли наблюдаемая геометрия черных дыр предположениям.
Однако, пожалуй, самым захватывающим моментом исследования является то, что оно открывает путь, как объединить наблюдения за черными дырами и фундаментальную физику. Обнаружение волос на черных дырах, пожалуй, на самых экстремальных астрофизических лабораториях во Вселенной, может позволить исследовать такие идеи, как теория струн и квантовая гравитация, таким способом, каким раньше это было невозможно.
Оказывается, уравнения Эйнштейна настолько сложны, что мы ежегодно открываем новые их свойства. Пол Чеслер
«Одна из больших проблем с теорией струн и квантовой гравитацией заключается в том, что эти предположения сложно проверить, — утверждает Медейрос, — так что, если у нас есть что-то, что можно проверить даже удаленно, это просто потрясающе».
Однако встречаются и серьезные препятствия. Нет уверенности в существовании почти экстремальных черных дыр. По словам Чеслера, в лучших моделях на данный момент обычно образуются черные дыры, которые на 30% отличаются от экстремальных значений. И даже если почти экстремальные дыры существуют, не совсем понятно, достаточно ли чувствительны детекторы гравитационных волн для определения нестабильности по волосам.
Более того, предполагается, что волосы крайне скоротечны, они длятся доли секунды.
Но сам доклад выглядит основательным. «Я не думаю, что кто-то в сообществе сомневается в этом», — сказал Чеслер.
Следующий этап — посмотреть, какие сигналы мы будем обнаруживать с помощью детекторов гравитационных волн: сейчас мы работаем с LIGO и Virgo, но запускается новые инструменты, например, LISA, совместный эксперимент Европейского космического агентства и НАСА по исследованию гравитационных волн.
«Теперь следует опираться на их работу и действительно вычислить, какой будет частота гравитационного излучения. Важно понять, как мы можем измерить и идентифицировать его», — отмечает Хельви Витек, астрофизик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн.
Хотя шансы обнаружить волосы не так велики, такое открытие поставит под сомнение общую теорию относительности Эйнштейна и докажет существование почти экстремальных черных дыр.
«Мы хотели бы знать, позволяет ли природа существовать такому зверю», — говорит Ханна.
Автор: Jonathan O’Callaghan
Альберт Эйнштейн и его уникальное наследие
Четырнадцатого марта 1879 года в городе Ульм родился человек, впоследствии перевернувший научный мир с ног на голову. Его работы лежат в основе понимания Вселенной — в частности, гравитации. В чем же вся гениальность трудов Альберта Эйнштейна и каково их место в XXI веке?
Когда юный Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности в 1915 году, вряд ли кто-то мог предположить, какое влияние она окажет на науку. Относительность изменила наше понимание Вселенной и предоставила новые способы изучения фундаментальной физики, которым подчиняется окружающий мир.
Несмотря на всю важность принципа относительности, с ней не все так просто, как хотелось бы. И пусть кому-то может показаться, что эта теория слишком абстрактна и оторвана от реальности, на самом деле она напрямую связана с нашим существованием на фундаментальном уровне. Она позволила изучить и исследовать космос, а на Земле она стоит за технологиями, связанными со множеством открытий: от GPS до ядерной энергии, от смартфонов до ускорителей частиц — множество инноваций, которые мы принимаем как должное, уходят корнями в теорию Эйнштейна.
Как работает относительность
Прежде всего стоит отметить, что Общая теория относительности состоит из двух отдельных теорий. Первая — Специальная теория относительности — опубликована в 1905 году и была принята научным сообществом со смешанными чувствами. В чем причина такой реакции? Дело в том, что Специальная теория относительности перевернула большую часть того, что — как казалось ученым — было известно о мире.
До публикации Эйнштейном своего научного откровения было принято считать, что время всегда и везде протекает с одинаковой скоростью. Вне зависимости от скорости движения объекта природа секунд, минут и часов считалась неизменной. Однако Эйнштейн считал, что время на самом деле непостоянно и изменяется в зависимости от того, насколько быстро движется объект.
Великий ученый утверждал, что настоящая неизменная величина — константа — это скорость света. Свет движется с постоянной скоростью 299 792 458 метров в секунду в вакууме, тогда как время течет по-разному — в зависимости от скорости, с которой объект движется через пространство. Для объектов, движущихся очень быстро, время замедляется.
Это откровение пошатнуло основы физики, но на этом все не закончилось. Спустя всего десять лет гениальный нонконформист из бернского патентного бюро дополнил теорию новой деталью — на этот раз речь шла о гравитации.
Настоящим украшением идей Эйнштейна стала Общая теория относительности. Она отвечала на многовековой вопрос: как именно работает гравитация?
Когда в середине XVII века, как гласит популярная легенда, Исааку Ньютону на голову упало яблоко, родилась революционная теория гравитации. Ньютон определил, что гравитация существует, и постулировал ее воздействие, но не мог наверняка сказать, каковы ее истоки.
Ответ был найден спустя почти три века посредством Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Он считал, что, так как пространство и время «текучи» и изменчивы, их могут искривлять массивные объекты.
Представьте шар для боулинга посередине натянутого батута. Поскольку он тяжелый, то искривляет ткань, стягивая таким образом все объекты, находящиеся у краев батута, к центру. Гравитация работает похожим образом. Массивные объекты вроде Земли искривляют ткань пространства и времени, притягивая к себе материю, а также время и свет.
Как и многие другие теории, относительность непросто доказать окончательно. Но все собранные более чем за 100 лет данные указывают на абсолютную правоту Эйнштейна в этом вопросе. Часы, установленные на небоскребах, отмеряют время несколько быстрее, чем часы, установленные у их оснований, так как первые находятся дальше от центра Земли, а значит, и пространство-время на такой высоте искривлено меньше.
Иногда на снимках далекого космоса, таких как Hubble Ultra-Deep Field, можно видеть некоторые объекты, которые выглядят искаженными и увеличенными на фоне галактических скоплений: это феномен гравитационного линзирования. Масса таких объектов искривляет пространство-время, из-за чего изображение получается искаженным.
Однако, пожалуй, самым значимым доказательством Общей теории относительности стало событие, о котором было объявлено в 2016 году — спустя более чем 100 лет после публикации работы. Этим доказательством стали гравитационные волны — рябь на ткани пространства-времени. Они были зарегистрированы посредством детекторов LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в Ливингстоне и Хэгнфорде, разработкой которых с 1992 года занимался физик-теоретик Кип Торн.
Если пространство и время — это ткань, напоминающая поверхность батута, то такие масштабные и массивные события, как слияния черных дыр, будут создавать на ней рябь. Если теория Эйнштейна верна, то мы должны быть способны зарегистрировать эти волны, но до недавнего времени это было только теорией без экспериментальных доказательств.
В начале 2016 года ученые объявили, что применили детектор LIGO для регистрации гравитационных волн, точно определив субатомные расширения и сокращения, проходящие через пространство-время.
LIGO напоминает невероятно мощную линейку: он направляет лазерный луч между двумя зеркалами, расположенными в четырех километрах друг от друга, затем пускается лазерный луч и измеряется время, за которое лазер проходит этот путь. Из-за гравитационных волн все смещается, и если лазерный луч перестает двигаться синхронно, то для ученых это знак, что его путь пересекла гравитационная волна и вызвала субатомное смещение зеркала. Регистрацию гравитационных волн можно назвать самым главным преимуществом теории Эйнштейна. Помимо этого, относительность была применена для постулирования Большого взрыва и расширения Вселенной.
Относительность помогла нам предположить, что Вселенная на 95% состоит из темной энергии и темной материи. Эта же теория помогла разработать ускорители частиц, в которых электроны, протоны и другие элементарные частицы разгоняются до скоростей, близких к световой.
Теория относительности сделала для науки и нашего понимания устройства мира неописуемо много. А теперь, когда есть возможность регистрировать гравитационные волны, мы можем заглянуть еще глубже в устройство Вселенной, изучить такие объекты, как черные дыры и нейтронные звезды, опираясь на беспрецедентно точные предсказания теории.
Прошло чуть больше века с тех пор, как относительность Эйнштейна фундаментально перевернула наше понимание Вселенной. Но самое великое наследие ученого заключается не в его революционных теориях: его работа вдохновила тысячи ученых, которые в итоге последовали за ним в поисках истинной природы реальности.
Сегодня теория Эйнштейна регулярно подвергается различным проверкам, которые с достоинством проходит. Благодаря теории относительности и другим работам когда-то скромного работника бернского патентного бюро, у нас есть Стандартная модель, инфляционная модель Вселенной и новые гипотезы, рождающиеся в попытках понять самые глубинные принципы устройства вещей, которые помогли бы в исчерпывающей полноте описать Вселенную и реальность как таковую.
Фундаментально ли время во Вселенной
Человеческая жизнь неразрывно связана со временем. Мы привыкли измерять ход процессов при помощи него — к тому же это необходимо для нашего выживания. Но служит ли этот феномен фундаментальным свойством реальности или время эмерджентно?
Теоретическая физика не одно десятилетие пытается объединить квантовую механику и Общую теорию относительности в одну теорию квантовой гравитации. Но одно из главных препятствий — так называемая проблема времени.
В квантовой механике время универсально и абсолютно: его постоянный ход диктует запутывание между частицами. В то же время в Общей теории относительности — теории гравитации Альберта Эйнштейна — время относительно и динамично, оно представляет собой измерение, неразрывно переплетенное с пространственными измерениями, формируя таким образом четырехмерную ткань пространства-времени. Эта ткань искривляется, когда на ней находится вещество, из-за чего все, что находится вокруг него, — если оно обладает большей массой — начинает падать по направлению к нему, замедляя течение времени относительно часов, находящихся вдалеке. Этого же эффекта можно достичь, если сесть в ракету и ускориться при помощи топлива: для вас время замедлится, вы будете стареть не так быстро, нежели ваши друзья и родные на Земле.
Объединение квантовой механики и Общей теории относительности требует примирения их абсолютного и относительного понимания времени. Постепенно исследования в области теоретической физики, похоже, подводят ученых к черте объединения, а также пониманию истинной природы времени.
Многие ведущие физики сегодня склоняются к тому, что пространство-время и гравитация — это эмерджентные феномены. Изгибающееся и искривляющееся пространство-время и вещество в нем — что-то сродни голограммы, происходящей из сети запутанных кубитов (квантовых битов информации), вроде трехмерной окружающей среды в видеоигре, которая запрограммирована в форме классических битов на кремниевом чипе. Физик-теоретик Марк Ван Раамсдонк из Университета Британской Колумбии сказал: «Думаю, сейчас мы понимаем, что пространство-время — по сути, всего лишь геометрическая репрезентация запутанной структуры этих фундаментальных квантовых систем».
Исследователи разработали математический аппарат, с помощью которого показали, как голограмма появляется в «игрушечных» вселенных с геометрией пространства-времени в виде «рыбьего глаза» — в антидеситтеровском пространстве. В этих искривленных мирах пространственные приращения все больше сокращаются по мере движения от центра. В конце концов пространственное измерение, простирающееся от центра, сжимается в ничто, доходя до своего предела. Наличие этого предела, который содержит на одно пространственное измерение меньше, чем внутреннее пространство-время, или «балк», помогает в вычислениях, предоставляя твердое основание, на котором можно моделировать запутанные кубиты, проецирующие голограмму внутри такой вселенной. Внутри балка, согласно моделям и вычислениям, время начинает сильно искривляться вместе с пространством.
Состояния кубитов развиваются в соответствии с универсальным временем, словно выполняя последовательности в компьютерном коде, при этом производя искривленное, релятивистское время в балке антидеситтеровского пространства. Единственное но — в нашей Вселенной все работает не совсем так.
На безвременной границе нашего пространственно-временного пузыря запутанности, связывающие между собой кубиты (и шифрующие динамическую внутренность Вселенной), предположительно, остались бы нетронутыми, так как эти квантовые соотношение не требуют передачи сигналов. Но в таком случае состояние кубитов должно быть статичным и безвременным. Такой ход рассуждений предполагает, что каким-то образом — как кубиты на границе антидеситтеровского пространства порождают внутреннюю область с одним дополнительным пространственным измерением — кубиты на безвременной границе деситтеровского пространства могут породить Вселенную со временем, в частности с динамическим. Ученые еще не выяснили, как именно проводить эти вычисления в деситтеровском пространстве, — четкого понимания о возникновении времени еще нет.
В 1980-х физики Дон Пейдж и Уильям Вуттерс обнаружили зацепку. Пейдж, работающий сегодня в Альбертском университете, и Вуттерс, работавший до 2017 года в Колледже Уильямса, обнаружили, что глобально статичная запутанная система может содержать в себе подсистему, которая развивается, с точки зрения наблюдателя, внутри нее. Такая система, известная как «историческое состояние», состоит из подсистемы, запутанной с тем, что можно назвать часами. Состояние подсистемы различается в зависимости от того, находятся ли часы в состоянии, при котором часовая стрелка указывает на единицу, двойку, тройку и так далее. Тем не менее общее состояние системы с часами не меняется, так как времени как такового нет. Это неизменное состояние. Другими словами, в глобальном смысле времени не существует, но в подсистеме возникает эффективное понятие времени для нее.
В 2013 году команда исследователей из Италии экспериментально продемонстрировала этот феномен. Подводя итоги своей работы, ученые сообщали: «Мы показываем, как статическое запутанное состояние двух фотонов можно рассматривать в качестве развивающегося с точки зрения наблюдателя, использующего один из двух фотонов как часы — для оценки временного развития другого фотона. Однако сторонний наблюдатель может показать, что глобально запутанное состояние не развивается».
Другая теоретическая работа, также проведенная в 2013 году исследователями из Калифорнийского технологического института (Калтех), привела к очень похожим выводам. Геометрические паттерны — вроде амплитуэдра, — описывающие результаты взаимодействий между частицами, также подразумевают, что реальность возникает из чего-то безвременного, абсолютно математического. Однако пока не ясно, как именно связаны амплитуэдр и голография.
В книге «Порядок времени» (The Order of Time) физик Карло Ровелли тоже описывает время как эмерджентный феномен. По его словам, абсолютного понятия одновременности каких-либо двух событий не существует из-за ограничений физических законов. Например, даже смотря на какой-то объект, мы видим его не в тот момент, в который мы на него посмотрели, как минимум по двум причинам. Так, свету необходимо пройти какое-то расстояние от объекта до глаза, а затем зрительному сигналу нужно дойти до мозга, где он в итоге будет обработан, прежде чем мы «получим картинку». Ровелли утверждает, что время — не более чем результат приближений и упрощений, которые позволяют нам, людям, воспринимать реальность в соответствии с нашими ограничениями.
Время от времени появляются работы, в частности по исследованию квантовых систем, в которых предполагаются независимость от причинно-следственных связей, течение времени назад и множество других необычных феноменов. Возможно, время и впрямь может возникнуть из безвременных степеней свободы при помощи запутанности. Время покажет.
Сверхмассивная чёрная дыра, находящаяся в центре далёкой галактики. Авторы и права: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.
Наука утверждает, что время всегда течет с одинаковой скоростью, и никто не может изменить это — ни человек, ни природа. Но бывают случаи, когда у человека изменяется ощущение хода времени и ему кажется, что время ускоряет или замедляет свой бег.
