Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Мы подходим к явлению, которое со времени своего открытия вызвало множество споров, продолжающихся уже 30 лет, — расширению Вселенной. Спектральные линии галактик смещены в сторону красного края спектра. Это, по-видимому, указывает на то, что галактики удаляются от нас со скоростью, пропорциональной их удаленности. Неоднократно смещение спектральных линий пытались объяснить иными причинами, но тогда нужно допустить специально для этого придуманный физический эффект, например старение света с течением времени, что представляется малообоснованным. Объяснение «красного смещения» движением галактик основано лишь на классическом явлении — эффекте Допплера — Физо, который часто встречается в физике и астрономии и всегда объясняется относительным движением источника света, причем такую интерпретацию никто не оспаривает.
Теперь снова обратимся к прошлому и предположим, что скорости галактик всегда были одинаковыми. В таком
1 Подобный способ определения возраста галактик до такой степени неточен и ненадежен, что фактически не может быть использован.— Прим, ред>
91
случае в какой-то момент галактики были очень близки друг к другу и, возможно, даже соприкасались, так что плотность материи во Вселенной была намного выше, чем теперь. Простой расчет, основанный на известных расстояниях и скоростях галактик, показывает, что так было приблизительно 13 миллиардов лет назад. Конечно, это величина, требующая уточнения, так как расстояния до галактик известны весьма приблизительно. Указанное время называется «временем расширения Вселенной». Более точные расчеты, выполненные с помощью космологических теорий, то есть теорий Вселенной в целом, дают величины такого же порядка.
Согласованность между возрастом расширения и найденным выше возрастом галактик просто поразительна. Вообще говоря, большинство способов определения возраста небесных тел, исходящих из совершенно различных физических положений, приводит к цифрам порядка нескольких миллиардов лет. По-видимому, приблизительно 12 миллиардов лет назад во Вселенной произошло что-то важное. Но что? Современное состояние наших знаний еще не позволяет ответить на этот вопрос, можно лишь строить различные предположения. Одни считают, что этот момент соответствует рождению или созданию Вселенной. В результате взрыва «начальный атом» разбросал во все стороны материю, которая затем быстро сжалась, образовав галактики и звезды. Для других Вселенная существовала вечно, менялись лишь ее состояния — то значительное уплотнение, то разрежение. В течение каждого сильно уплотненного состояния, последнее из которых было 12 миллиардов лет назад, Вселенная подверглась своего рода испытанию: одни галактики расщепились и превратились в пыль \ другие возникли вновь. Были выдвинуты и другие теории, но не существует фактов, позволяющих отдать предпочтение одной из них. Вероятно, вскоре наука прольет новый свет на эти захвытывающе интересные проблемы.
1 Не совсем удачная метафора. Конечно, речь идет не о пыли, а о газе. — Прим. ред%
ЧАСТЬ II. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
Можно ли объединить пространство и время в одной и той же схеме? Это как будто следует из анализа отдельных чувственных восприятий, получаемых человеком с раннего возраста. Понятие движения воспринимается нами легче, чем понятия пространства и времени. Однако Пьер Костабель в своей статье показывает, что еще древние греки, особенно Зенон Элейский, заметили явное несоответствие: принимая понятие движения как «очевидное», они в то же время отказывались приписать пространству и времени одинаковые свойства делимости. Для древних греков эта трудность представлялась непреодолимой и необъяснимой, так что сам великий Аристотель не мог с нею справиться. Отметим только, что классическая физика унаследовала эту трудность и лишь современной физике удалось найти способ описывать пространство и время сходным образом.
Теория относительности чрезвычайно простым и красивым путем преодолела ряд внутренних противоречий, свойственных физике*Х1Х века. Классическая механика — Поль Жермен показал нам, насколько стройными, хотя и обедненными, были ее основные понятия, — исходит из допущений пустого пространства и бесконечно быстрой передачи сигналов или действия сил. Физика сплошной среды с распространяющимися в ней волнами натолкнулась на аналогичные трудности, к которым прибавились дополнительные трудности, связанные с гипотезой существования эфира, необходимой для классической теории волн, но на опыте не подтвержденной и приводящей к логическим противоречиям.
Хотя теория относительности и ввела понятие четырехмерного пространства-времени (три измерения относятся к пространству, а четвертое — ко времени), она не привела к полному отождествлению пространства и времени.
93
Это, в частности, проявляется в наличии знака минус в релятивистском выражении для йз2, а также в четком различии между направлением пространства и времени; время сохраняет свое направление от прошлого к будущему. Безвозвратно исчезает понятие универсального времени, но появляется понятие собственного времени каждого наблюдателя. Тем не менее собственное время остается функцией параметра который очень напоминает универсальное время.
