Энтони Агирре - Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

Если объекты действительно стремятся двигаться по прямой в пространстве-времени, о чем поведали нам работы Эйнштейна и коан «БАШНЯ», то нам нужно знать, какой путь на самом деле является прямым.

(Сейчас)

Прямо сейчас, когда вы читаете эти строки, где-то в Индии новорожденный ребенок делает свой первый вдох, а старуха — последний. Молодая пара слилась в первом поцелуе. В темном небе сверкнула молния. Порыв ветра растрепал волосы одинокого путника, бредущего по пустыне Сахара.

С космического спутника виден восход Солнца над Землей. Ураган безостановочно раздувает облака над Юпитером. В третьем кольце Сатурна как раз сейчас сталкиваются две каменных глыбы. В нашей Галактике на какой-то планете, вращающейся вокруг звезды, приближается новый год. Возможно, она обитаема и там есть кому праздновать. Наша Галактика приблизилась на 100 миль к своей соседке — Андромеде, — и с этого момента до их столкновения и слияния остается один миллиард лет.

Звезда в далекой галактике взрывается и заканчивает свою стомиллионнолетнюю жизнь — происходит мощнейший взрыв суперновой. В то же мгновение впервые загораются сотни новых звезд.

В наблюдаемой вселенной возникает новое пространство, которого достаточно для образования сотен новых галактик.

Все это во вселенной случается прямо сейчас, в эту самую секунду. Да вот только понятия «прямо сейчас во всей вселенной» не существует.

Действительно ли ребенок в Индии только что сделал свой первый вдох? Возможно. В Индии живет около миллиарда (10 9) жителей. Если каждый из них доживает до 100 лет, то для того, чтобы население Индии не уменьшалось, ежегодно должно рождаться по крайней мере 10 миллионов (10 7) детей. В году 365 дней, в каждом по 24 часа, содержащего 60 минут, в каждой из которых по 60 секунд. Всего 30 миллионов секунд. Следовательно, в среднем каждые 3 секунды в Индии рождается ребенок. Ну, а при более аккуратном расчете оказывается, что ребенок рождается каждую секунду, так что вполне вероятно, что за последнюю секунду какой-то ребенок вздохнул в первый раз.

О чем это говорит? Во-первых, о том, что можно получить много полезных — хоть и приблизительных, но достаточно правильных оценок, — лишь использовав несколько цифр, которые мы случайно помним или легко можем найти. Это часто называют оценкой по порядку величины. Искусство выполнения таких расчетов заключается в том, чтобы найти самые важные параметры данной задачи, понять, как они соотносятся друг с другом, и отыскать способ получить правильный по порядку величины результат. В данном случае это означает, что вы можете утверждать: каждую секунду в Индии рождается один ребенок, а не 10 и не один в 10 секунд.

Эти числа показывают также, насколько велик наш мир. Рождение — событие, которое случается в жизни каждого человека только раз, а в мире — в какой-то его части — происходит каждую секунду! Аналогично, смерть звезды при взрыве суперновой случается только однажды в течение жизни небольшой группы звезд, длящейся сотни миллионов лет, а в наблюдаемой вселенной такое где-нибудь да случается много раз в секунду [23] Я использую следующую терминологию: «Вселенная» — это, грубо говоря, все, что существует; «наблюдаемая вселенная» означает то, что мы в настоящее время можем видеть с помощью телескопов и других исследований. А «вселенная» означает область пространства-времени со свойствами, похожими на свойства наблюдаемой вселенной, и заключающую ее в себе. Действительно ли Вселенная больше вселенной? Держу пари, что так! . Это огромное пространство! (И оно становится все больше, увеличиваясь примерно на 10 62кубических метров в секунду.)

Когда мы размышляем над всеми этими событиями, происходящими сейчас, нам интуитивно ясно, что мы имеем в виду, говоря о «сейчас»: некое событие либо происходит сейчас, либо нет, правильно?

А вот и неверно.

Чтобы понять, почему, давайте подумаем, что мы имеем в виду, когда говорим, что «что-то происходит сейчас», и, в частности, откуда мы знаем, что оно происходит сейчас. Когда вы говорите, что падающий лист упал на землю «сейчас», вы имеете в виду, что это событие совпадает с вашим внутренним ощущением текущего момента. Когда вы говорите, что лист упал 10 секунд назад, вы подразумеваете, что ваши внутренние (или ручные) «часы» отсчитали 10 секунд с момента вашего ощущения того, что лист приземлился.

Но представьте себя во время грозы, случившейся в какой-то точке Земли в данный момент. Вы замечаете, что вспышка молнии и сопровождающий ее гром согласно вашим внутренним часам происходят в различные моменты времени. Объяснение простое: гром — звуковая волна, распространяющаяся со скоростью звука, и для того, чтобы добраться до вас, ей требуется время. А для вспышки молнии, распространяющейся с гораздо большей скоростью — со скоростью света, — требуется ничтожное время. Так же, как для упавшего листа, эта задержка за счет конечности скорости света так мала, что вы обычно считаете, что вспышка происходит в тот же самый момент, в который вы ее видите.

На более крупных масштабах, однако, эти эффекты становятся довольно заметными и даже критическими. Когда специалисты по космосу отправляют исследовательские космические корабли куда-то в Солнечную систему, они вынуждены считаться с задержками в минуты или даже часы между происшедшим событием и сигналами, его описывающими. Глядя на ночное небо, вы видите звезды такими, какими они были десятки, сотни и даже тысячи лет назад. И когда астрономы наблюдают далекие галактики, которые удаляются от нашей из-за расширения вселенной, они видят события космической истории, произошедшие миллиарды лет назад, когда не только галактики были моложе, но и сама вселенная расширялась с другой скоростью. Мы можем заглянуть даже дальше: так называемое космическое микроволновое реликтовое излучение состоит из света, который свободно шел к нам 13,8 миллиарда лет — с того момента, когда он последний раз провзаимодействовал со смесью горячих газов водорода и гелия. Этот свет позволяет получить изображение структуры вселенной в тот момент, когда она только что возникла и зародыши будущих галактик, планет и звезд существовали лишь в виде ряби на поверхности космического моря. Это изображение нашей зарождавшейся вселенной всегда у нас перед глазами: то самое реликтовое излучение образует небольшой фон статического электричества («снег») при включении аналогового ТВ, когда мы еще не настроились на канал. И на экране мы видим вселенную на ранней стадии развития в том же смысле «прямо сейчас», в каком видим прямо сейчас падающий лист.