Загадки времени и пространства

Обновлено: 22.11.2024

Загадки пространства и времени

ЗАГАДКИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Посвящаю моему отцу, который учил меня основам жизни; сестре, которая сопровождала мои первые неуклюжие шаги; жене, которая поверила в это испытание, сначала поверив в меня; детям, которые научились на наших потерях и достижениях. и тем другим участиикам, которые отмеряли пределы знания и которые выиграли игру с реальностью.

ЧАСТЬ 1 ОТКРЫТЫЕ ГАМБИТЫ

Глава 1 ИГРА С РЕАЛЬНОСТЬЮ

В своем рассказе "Игра в бисер" Герман Гессе говорил об особом порядке, которому подчиняются музыка, математика, архитектура, языкознание, и другие отрасли знания и искусства, и который фиксируется символами, вначале бусинками, а потом иероглифами, постигаемыми одним или несколькими игроками.

Однако в рассказе говорится и об Иосифе Кнехте, который постепенно открыл, что эта Игра не содержит всего человеческого знания со своим "допустимым" словарем. Художественная литература, история, психология - все "неточные" науки - исключены из игры. Именно в поисках этих недостающих деталей Кнехт и отказался признать себя Повелителем Игры и вернулся в реальный мир.

Хотя игра Гессе и была проведена в будущем, ее правила можно сразу же узнать. Разве наши ученые, представители академических кругов не играют в свои бусинки? В самом деле, разве мы все не играем в эту Игру с Реальностью - Не отбираем факты нашего существования в этом мире и не пытаемся разобраться в них?

Весьма медленно такие ранее неудобоваримые науки, как теория относительности, психоанализ, сверхчувственное восприятие Становятся допустимыми в орбите научного мира. Однако- как обнаружил Иосиф Кнехтнекоторые "бусинки" не соответствуют ранее известным правилам.

Осенью 1956 г. (после свадьбы прошло несколько недель) жена проходила по спальне и обнаружила что-то в ее тапочке, там была серебряная монета в 3 цента 1852 г.

В 1968 г. в штате Юта были найдены отпечатки сандалии на раздавленном трилобите. Это значит, что ктото за 500 млн. лет до эры возникновения человека ходил в сандалиях на босу ногу. Размеры других найденных следов были в 2 раза больше следов современного человека.

В горных породах были неоднократно обнаружены цепи, иглы и металлические сосуды.

Вблизи атлантического побережья США расположено более 50 мест с металлическими и каменными блоками, возраст которых по крайней мере 10 тысяч лет.

В 1961 г. в Калифорнии нашли предмет, весьма похожий на обыкновенную свечу зажигания ДВС. Археологи определили, что окружающие окаменелости имеют возраст около 500 тыс. лет.

Кровь, мясо, живые рыбы, лягушки и страницы рукописей упали откуда-то среди белого дня.

Существа, напоминающие "снежного человека", встречались часто в США, но детали их появления и ухода напоминают скорее привидения, чем поведение живых созданий.

Возможно, что НЛО - летающие тарелки - не существуют, но что-то оставило же выжженные круги на полях Айовы. Расследователи сообщают, что в этих местах растения увядали от теплового воздействия.

На рождество 1968 г. на экране телевизора была сфотографирована рука человека, хотя аппарат и не был включен в сеть.

Выключенные радиоприемники, магнитофоны, телефоны иногда оживают, выдавая бессмысленные ряды цифр.

Недавно таинственный человек показывал порошок, который превращал обыкновенную воду в бензин, что я наблюдал лично. Однако изобретатель так и не вернулся, чтобы раскрыть секрет преодоления энергетического кризиса. Эта демонстрация покажется достаточно странной, если мы не припомним такого же незнакомца, который показывал 300 лет назад в Амстердаме шепоть порошка, который легко превращал простые металлы в золото. Он тоже исчез, не раскрыв своего секрета.

Один человек был сфотографирован у края Большого каньона - за 7 лет до того, как он посетил эти места. Камера, которую он купил в 1955 г., была хорошо видна на пленке, проявленной в 1948 г.

В 1968 г. в Гонолулу больной, который лежал на вытяжении с иглами в ногах, не мог двигаться. При обходе больницы врачи обнаружили, что пациент исчез, причем металлические иглы остались в кровати. Затем пациент снова был найден на своей койке. Он объяснил, что был со своими потусторонними друзьями.

Как предположил Герман Гессе, именно эти "недопустимые" штучки дают нашей концепции мира новое значение. В игре с реальностью, если факты существуют, хороший игрок должен уметь их использовать.

В этой книге я пытаюсь представить ряд новых явлений - некоторые давно известны, другие так далеки от нас, что их можно считать частью совсем другой игры. Но если мы попробуем складывать их вместе, то получим новый образ реальности и новую игру. И мое мнение таково-человечество сейчас уже играет в игру с реальностью, причем по ставкам столь огромным, что мы едва ли можем вообразить их величину. Есть огромное количество свидетельств, которые показывают, что нечто происходит на этой планете и кем-то регулярно программируется.

Возможно, человечество приглашено участвовать в странном виде состязания с какими-то не показывающими себя противниками. Человеку брошен вызов игры с реальностью, и если когда-либо он сможет постичь подлинный смысл нелепых намеков, если он сможет действовать нужным образом, то получит более ясную картину своей роли в космическом порядке явлений. Правила игры, возможно, бессвязны, чрезвычайно гибки и трудно определимы, но играть человек должен - так как это - единственная игра со Вселенной.

Глава 2 ОТПЕЧАТКИ НА ПЕСКЕ ВРЕМЕНИ

На берегу реки Старая Верона. в нескольких милях от границы с Канадой на Аляске, У. Н. Ирвинг из Торонтского университета и К. Р. Харвингтон из Национального музея Оттавы обнаружили "следы самого раннего воздействия руки человека в Северной Америке".

Кроме терки для шкур, ученые нашли обгорелые кости мамонта, которые были разбиты до этого. Радиоуглеродный анализ позволяет датировать все три находки между 25 и 32 тысячелетиями. Но кроме руки человека, есть ли следы его ног?

В начале 30-х годов доктор Хилбурн Грили Бурафз, директор отдела геологии Бернского колледжа, посетил одно место в штате Кентукки, где обнаружил десять хорошо сохранившихся и еще несколько частично уцелевших следов в песчанике. Они были оставлены на берегу древней реки в палеозойской эре около 250 миллионов лет назад. Бурафз держал свои выводы в секрете семь лет. Он тщательно изучил следы двуногого существа, которое могло бы носить обувь 7,5-го размера. "Три пары следов похожи на отпечатки левой и правой ног",-сообщил ученый в журнале "Курил джорнел" 24 мая 1953 г. Две пары следов показывают, что левая нога идет впереди правой. Позиция ноги такая же, как у любого человека. Расстояние от следа до следа-18 дюймов (45 см). Следы ног параллельны друг другу, а расстояние между следами такое же, как у обычного человека. Если он шел как человек, то что это за гоминид? Ведь человек, согласно современной науке, появился в этих местах лишь 1,5 миллиона лет назад!

В период палеозоя был расцвет гигантских амфибий. Не могли ли они оставить эти следы? Бурафз полагает, что не могли. "Здесь нет и намека на передние лапы, хотя камень, где находятся отпечатки, достаточно велик, чтобы они легко отпечатались". Бурафз настаивает, что существо ходило на задних ногах, кроме того, нигде нет отпечатков живота или хвоста.

А не изваяли ли эти следы древние индейцы или современные скульпторы? Но специалисты заверили, что при искусственной обработке песчаника остались бы явные следы. Кроме того, увеличенные фотоотпечатки и инфракрасные фотографии не указывают на возможность поделки. Ученый тщательно изучил выступивший ободок засохшей почвы вокруг глубокого еледа и обнаружил, что песчинки здесь расположены плотнее, чем вне следа из-за давления ноги существа.

Следующая загадка

Экология потребления. Наука и техника: Мы знаем, что общая теория относительности неполна. Она хорошо проявляет себя, когда квантовые эффекты пространства-времени совсем незаметны, а это почти всегда. Но когда квантовые эффекты пространства-времени становятся большими, нам нужна теория получше: теория квантовой гравитации.

Общая теория относительности Эйнштейна, в которой гравитация рождается вследствие искривления пространства-времени, замечательна. Она была подтверждена с невероятным уровнем точности, в некоторых случаях до пятнадцати знаков после запятой. Одним из самых интересных ее предсказаний было существование гравитационных волн: ряби в пространстве-времени, которая свободно распространяется. Не так давно эти волны были пойманы детекторами LIGO и VIRGO.

Мы знаем, что общая теория относительности неполна. Она хорошо проявляет себя, когда квантовые эффекты пространства-времени совсем незаметны, а это почти всегда. Но когда квантовые эффекты пространства-времени становятся большими, нам нужна теория получше: теория квантовой гравитации.

Иллюстрация ранней Вселенной, состоящей из квантовой пены, когда квантовые флуктуации были огромными и проявлялись на мельчайших масштабах

Поскольку мы пока не составили теорию квантовой гравитации, мы не знаем, что такое пространство и время. У нас есть несколько подходящих теорий для квантовой гравитации, но ни одна из них не принята широко. Тем не менее, исходя из существующих подходов, мы можем предположить, что может произойти с пространством и временем в теории квантовой гравитации. Физик Сабина Хоссфендер собрала десять поразительных примеров.

1) В квантовой гравитации в пространстве-времени будут дикие флуктуации даже в отсутствие вещества. В квантовом мире вакуум никогда не пребывает в состоянии покоя, равно как и пространство и время.

На самых малых квантовых масштабах Вселенная может быть заполнена крошечными микроскопическими черными дырами с малыми массами. Эти дыры могут соединяться или расширяться внутрь в весьма интересной манере

2) Квантовое пространство-время может быть заполнено микроскопическими черными дырами. Более того, в нем могут быть червоточины или рождаться младенческие вселенные – как маленькие пузырьки, которые отрываются от материнской вселенной.

3) И поскольку это квантовая теория, пространство-время может делать все это одновременно. Оно может одновременно создавать младенческую вселенную и не создавать ее.

Ткань пространства-времени может быть вовсе не тканью, а состоять из дискретных компонентов, которые лишь кажутся нам непрерывной тканью на больших макроскопических масштабах.

4) В большинстве подходов к квантовой гравитации, пространство-время не фундаментально, а состоит из чего-то еще. Это могут быть струны, петли, кубиты или варианты «атомов» пространства-времени, которые появляются в подходах с конденсированной материей. Отдельные составляющие можно разобрать лишь с применением высочайших энергий, намного превышающих те, что доступны нам на Земле.

5) В некоторых подходах с конденсированной материей пространство-время обладает свойствами твердого или жидкого тела, то есть может быть эластичным или вязким. Если это действительно так, неизбежны наблюдаемые последствия. Физики в настоящее время ищут следы подобных эффектов в странствующих частицах, то есть в свете или электронах, которые добираются к нам из далекого космоса.

Схематическая анимация непрерывного луча света, рассеиваемого призмой. В некоторых подходах к квантовой гравитации пространство может выступать как дисперсионная среда для различных длин волн света

6) Пространство-время может влиять на то, как свет через него проходит. Оно может не быть полностью прозрачным, либо же свет разных цветов может двигаться с разной скоростью. Если квантовое пространство-время влияет на распространение света, это тоже можно будет наблюдать в будущих экспериментах.

7) Флуктуации пространства-времени могут разрушать способность света от удаленных источников создавать интерференционные картины. Этот эффект искали и не нашли, по крайней мере в видимом диапазоне.

Свет, проходящий через две толстые щели (сверху), две тонкие щели (в центре) или одну толстую щель (снизу), демонстрирует интерференцию, указывающую на его волновую природу. Но в квантовой гравитации некоторые ожидаемые интерференционные свойства могут быть невозможны

8) В областях сильной кривизны время может превращаться в пространство. Это может происходить, например, внутри черных дыр или при большом взрыве. В таком случае известное нам пространство-время с тремя пространственными и измерениями и одним временным может превращаться в четырехмерное «евклидово» пространство.

Соединение двух разных мест в пространстве или времени через червоточину остается лишь теоретической идеей, но она может быть не просто интересной, но и неизбежной в квантовой гравитации

Пространство-время может быть нелокально связано с крошечными червоточинами, пронизывающими всю вселенную. Такие нелокальные соединения должны существовать во всех подходах, чья базовая структура не является геометрической вроде графа или сети. Это связано с тем, что в таких случаях понятие «близости» будет не фундаментальным, а вытекающим и несовершенным, так что удаленные области могут быть случайно связанными.

10) Возможно, чтобы объединить квантовую теорию с гравитацией, нам нужно обновить не гравитацию, а саму квантовую теорию. Если это так, последствия будут далеко идущими. Поскольку квантовая теория лежит в основе всех электронных устройств, ее пересмотр откроет совершенно новые возможности.

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Следующая загадка

Узнаем что нужно сделать, чтобы объединить теорию относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию, и квантовую теорию поля, описывающую три другие фундаментальные силы.

Гравитация невероятно слабая сила. Просто вдумайтесь: вы можете оторвать свою ногу от земли, несмотря на всю массу Земли, которая ее притягивает. Почему она такая слабая? Неизвестно. И, возможно, потребуется очень и очень большой научный эксперимент, чтобы это выяснить.

Следующая загадка

Часовой пояс: UTC + 2 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 2 часа

Мысленный эксперимент: коллайдер размером с Солнечную систему

Джеймс Бичем — физик из Университета Дьюка, который работает с детектором ATLAS на знаменитом Большом адронном коллайдере в Швейцарии. Недавно он описал свой физический эксперимент для Gizmodo: невероятно большой ускоритель атомов — Ультра-адронный коллайдер — расположенный по внешнему краю Солнечной системы.

Такой эксперимент мог бы решить большинство загадок физики сразу, например, раскрыть истинную природу темной материи или доказать возможность путешествий во времени.

«Чтобы понять, что происходило во время Большого Взрыва, чем ближе к самому моменту мы подбираемся, тем выше энергии нам нужны для экспериментов на коллайдере, а значит приходится строить коллайдеры все больше и больше», говорит Бичем. «В настоящее время мы довольно хорошо понимаем, что происходило, когда Вселенная была размером с яблоко; этого мы можем достичь с энергиями БАК. Но когда она была меньше, чем дальше назад во времени, тем непонятнее».

Физики уверены, что знают основные принципы Вселенной. Частицы взаимодействуют через силы, из которых известно четыре: электромагнетизм; «слабая» сила; «сильная» сила; гравитаци. Каждая сила имеет правила, которые мы находили в ходе экспериментов, проводимых в течение сотен лет. Некоторые фундаментальные взаимодействия сильнее, некоторые слабее.

По сравнению с другими тремя «гравитация не просто слабая, она практически несущественная», говорит Бичем. Далее — от первого лица.

На Большом адронном коллайдере, где я работал, мы изучаем базовые, элементарные правила природы, сталкивая протоны вместе на высоких энергиях. Правила, которые мы исследуем, описываются в терминологии частиц и сил, и гравитация — единственная из четырех известных сил, на которую мы даже не обращаем внимания, рассчитывая самые высокоэнергетические столкновения протонов. Если бы наделяем сильное взаимодействие силой 1, гравитация будет иметь силу 10-39. 39 нулей после запятой. То есть, вообще ничего.

Эта загадка науки одна из самых непонятных для нас. Почему силы взаимодействий выстроились таким образом? Почему гравитация такая слабая?

Природа такова, какая есть, независимо от того, какой люди ее представляют. Но эксперименты показали, что при достаточно высоких энергиях электромагнетизм и слабая сила сливаются вместе в одну силу. При еще более высоких энергиях, полагают ученые, сильное взаимодействие также будет к ним присоединяться. Но гравитация отличается. Ученые не знают, будет ли гравитация объединяться с остальными силами при достаточно высоких энергиях.

«Гравитация — это сила природы, но ее правила — математика, которая лежит в ее основе, самое точное описание — каким-то образом сильно отличаются от остальных», говорит Бичем. И продолжает:

Гравитация лучше всего описывается общей теорией относительности Эйнштейна, а три другие силы, которые описываются Стандартной моделью физики элементарных частиц, основываются на квантовой теории поля. И хотя сходства есть, они разные. То есть когда мы наивно пытаемся сшить их вместе, мы получаем бессмысленные ответы.

В нашей нынешней Вселенной, используя наши нынешние технологии, «практически невозможно найти ответ на этот вопрос эмпирическим путем», говорит Бичем. Почему? «Мы не можем добраться до таких высоких энергий столкновения, в первую очередь потому, что не можем построить коллайдер достаточно большой для этого».

Он говорит, что некоторые теоретики полагают, что есть что-то еще (вроде других частиц или дополнительных пространственных измерений, как вытекает из теории струн и ее расширенных моделей), что может показаться в эксперименте, объединяющем гравитацию с другими силами.

Но для этого нам нужен коллайдер размером с Солнечную систему.

Даже 27-километровый круглый Большой адронный коллайдер, использующий сверхпроводящие магниты для ускорения и столкновений пучков протонов на 99,999999% скорости света, недостаточно большой, чтобы ответить на эти вопросы. Он может узнать только лишь какой была Вселенной, когда она была размером с яблоко. Ученым может потребоваться больше энергии и, следовательно, больший коллайдер, чтобы разобраться во Вселенной меньше размера яблока.

Насколько больше? Возможно, сильную и слабую ядерные силы можно было бы объединить при помощи коллайдера, построенного вокруг Марса. Но чтобы добавить гравитацию в это уравнение, «по некоторым приблизительным оценкам потребуется коллайдер, опоясывающий орбиту Нептуна. Более того, некоторые ученые утверждают, что эта оценка очень приблизительна и нам придется построить кольцо еще больше».

Преимущества будут огромными — такой коллайдер сможет опробовать масштабы Планка, самые маленькие масштабы, в которые мы можем заглянуть, позволенные квантовой механикой. «Мы бы поняли все о гравитации, о квантовой механике и, между тем, также получили бы объединенную электрослабую и электросильную силу просто так, а вслед за ней путешествия во времени, теорию струн, темную материю, темную энергию, проблему измерения, теорию множественных вселенных и так далее.

Что? Путешествия во времени? По мнению Бичема, мы бы получили настолько подробное представление о Вселенной и о том, как работает пространство-время, что, возможно, смогли бы положить свои знания в основу будущих технологий манипуляции со временем.

«Вполне возможно, что сила гравитации и другие силы природы объединяются при некоторых чрезвычайно высоких энергиях, но для исследования этого вопроса нам потребуется создать коллайдер по типу БАК, опоясывающий внешние пределы Солнечной системы или даже больше».

К сожалению, мысленный эксперимент Бичема неосуществим в настоящее время:

«Технологий, человеческой силы и ресурсов для создания коллайдера частиц, опоясывающего внешние пределы Солнечной системы, просто не существует. Даже если бы мы взяли технологии существующего ускорителя и детектора на БАК, масштаб был бы проблемой в самом практическом смысле: непонятно, хватит ли материала для создания этой махины в Солнечной системе, на всех источниках — Земля, Луна, планеты, астероиды и т.п.

И чтобы разогнать протоны до таких высоких энергий, даже на БАК, мы используем сверхпроводящие магниты. Магниты приобретают свойства сверхпроводников только если вы делаете их очень холодными. Можно было бы подумать, что это будет полезно для создания ускорителя частиц в космосе.

Космос ведь очень холодный. Но для сверхпроводимости он не очень холодный. Внешний космос имеет температуру 2,7 Кельвина, но магниты требуют 1,9 Кельвина. Близко, но все еще нет. На БАК эти температуры достигаются при помощи жидкого гелия. Непонятно, хватит ли жидкого гелия вообще где-нибудь поблизости, чтобы охладить круговой ускоритель размером с Солнечную систему.

При таких энергиях детекторы должны быть огромными. Вам придется обучать физиков и обзаводиться непостижимым количеством вычислительной мощности. Вам понадобится передовая робототехника, защита от астероидов, комет и другого мусора. И все это еще нужно привести в движение. Вы не можете использовать энергию Солнца, потому что машина окружает Солнце на расстоянии Нептуна. Устройство таких размеров потребует прорывов в области энергетики, которые не представляются возможными в ближайшем будущем.

Такой эксперимент изменил бы физику. В конце концов, такие эксперименты помогают физикам понять, как все устроено, и такой ускоритель даст убедительные ответы на множество вопросов. Это изменит мышление людей. Изменит то, что мы подразумеваем под «пониманием».

Если бы мы строили коллайдер вокруг внешней границы Солнечной системы, знания, которые мы бы приобрели — о природе гравитации, о том, как увязать в одно квантовую механику и общую теорию относительности, о путешествиях во времени, о том, что было в момент Большого Взрыва, о том, может ли наша Вселенная быть всего одной из бесконечного числа множественных вселенных — настолько изменили бы наше представление о реальности, наше отношение к природе, этому ее языку, пониманию мира, человечества, происходящего вообще, нашего места во вселенной, что нам пришлось бы изобретать новую концепцию понимания, чтобы это описать.

Очевидно, никто из людей не работает над таким экспериментом, хотя ЦЕРН уже разрабатывает на бумаге Будущий круговой коллайдер, туннель которого будет 80-100 километров длиной. Впрочем, возможно, где-то кто-то во Вселенной и работает над таким проектом.

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Читайте также: