Тайны пространства и времени

Автор: Следует ли ожидать от астрономии каких-либо сверхфундаментальных открытий?

Новиков: Астрономия всегда этому служила – в частности, именно в результате астрономических исследований были открыты такие основополагающие законы природы, как закон инерции и закон тяготения. В то же время основные физические законы все же открываются физиками. В космических явлениях, с которыми сталкивается современная астрономия, проявления природных закономерностей часто весьма необычны, их комбинации нетривиальны, но это, как правило, законы, уже известные современной физике. Это вовсе не означает, что от астрофизики вообще нельзя ждать открытия новых законов природы, но их обнаружение может произойти лишь при изучении необычных физических условий и состояний материи. Возможно, одним из таких состояний является состояние высокой плотности вещества внутри нейтронных звезд. Во всяком случае, законов, действующих в подобных условиях, мы пока не знаем. Так, например, есть предположение, что существует некая «элементарная длина», которая как раз и проявляет себя в сверхплотных состояниях. И не исключено, что именно астрофизические исследования помогут ее обнаружить.

Автор: Каковы, на ваш взгляд, основные проблемы современной астрономии и астрофизики?

Новиков: Я бы сказал, что главной проблемой является изучение «сильных явлений» во Вселенной. Прежде всего, взрывных процессов в ядрах галактик.

Подобные процессы наблюдаются уже на протяжении ряда лет, но физической сущности того, что происходит, мы пока не понимаем. К этой же группе проблем примыкает и выяснение физической сущности процессов, происходящих в квазарах и сопровождающихся выделением чудовищной энергии.

Второй аспект – проблема происхождения черных дыр и нейтронных звезд. Нейтронные звезды – это уникальные образования. Плотность вещества здесь достигает сотен миллионов и миллиардов тонн в кубическом сантиметре; огромной величины достигают гравитационные и электромагнитные поля.

Что касается черных дыр, то к настоящему времени их теория достаточно хорошо разработана: мы поняли, что эти объекты могут иметь весьма сложное строение, что они являются дырами не только в пространстве, но и во времени. Вообще, черные дыры – одно из конкретных выражений диалектико-материалистической идеи взаимосвязи свойств движущейся материи и свойств пространства и времени. И если теоретические представления о существовании черных дыр подтвердятся – это будет, на мой взгляд, одним из величайших завоеваний науки XX столетия. Вот почему так важно обнаружить во Вселенной реальные черные дыры – хотя бы несколько штук.

Кроме того, в современной астрофизике есть и много других проблем, в частности, изучение «невидимых» состояний материи, таких, например, как нейтринное излучение и гравитационные волны. Но все эти задачи, по сравнению с теми, о которых я говорил выше, имеют в общем-то второстепенное значение.

Еще одна проблема связана с изучением квантовых процессов в сильно переменных гравитационных полях. Как выяснилось, эти процессы играют в космологии очень важную роль.

Быстрее света!

(«круглый стол» с эстонским философом академиком Г.И. Нааном, бывшим ученым секретарем отделения физики АН СССР В.А. Лешковцевым, доктором философских наук В.В. Казютинским, докторами физико-математических наук B.C. Барашенковым и А.Л. Зельмановым и врачом-психологом А.А. Магалифом)

Лешковцев: Как показала теория относительности А. Эйнштейна, характер течения времени зависит от скорости движения. По мере ее увеличения темп течения времени замедляется. Оно замедляется также и с ростом сил тяготения.

Автор: В частности, астрофизики считают, что во Вселенной существуют объекты – так называемые черные дыры, образовавшиеся в результате катастрофического сжатия под действием сил тяготения огромных масс вещества (так называемого гравитационного коллапса). В районе подобных образований в результате действия колоссальных сил тяготения со временем могут происходить удивительные метаморфозы.

Наан: На границах черной дыры сила тяготения настолько велика, что время здесь не только сильно замедляется, но практически должно… останавливаться. Поэтому, если какой-либо объект, скажем, неосторожно приблизившийся к черной дыре космический корабль, падает в нее, то внешний наблюдатель никогда не дождется того момента, когда он пересечет ее границу.

И вообще, как показывают теоретические выкладки, в области гравитационного коллапса пространство и время могут приобретать совершенно удивительные с нашей привычной точки зрения свойства. Так, например, здесь могут существовать такие участки, где время течет с умопомрачительной быстротой. Для наблюдателя – разумеется, теоретического, то есть воображаемого, – оказавшегося в таком районе, целая вечность от бесконечно далекого прошлого до бесконечно далекого будущего длилась всего лишь какое-то мгновение! Иными словами, здесь вообще нет ни прошлого, ни настоящего, ни будущего – вообще не существует времени.

Более того, в области гравитационного коллапса могут существовать зоны, где временная координата меняется ролями с одной из пространственных, то есть время как бы превращается в расстояние, а расстояние – во время.

Казютинский: Но хорошо известно, что с помощью теоретических выкладок можно получить в принципе все, что угодно. Думаю, что в рамках наших современных физических знаний явления, о которых только что говорилось, выглядят физически невозможными и даже бессмысленными.

Наан: И тем не менее в области коллапса – впрочем, опять с теоретической точки зрения, возможно еще одно удивительное явление. В нашем обычном пространстве любой замкнутый контур можно непрерывной деформацией стянуть в любую точку, расположенную внутри этого контура. Это значит, что пространство является топологически «односвязным» – в нем нет «оторванных» друг от друга «кусков», разделенных непреодолимыми «пропастями». Однако в районе очень сильных гравитационных полей односвязность, по-видимому, может нарушаться. А если пространство становится многосвязным, состоящим из отдельных «кусков», то в каждом из них течение времени может происходить независимо и в разных направлениях. Так что при переходе из одного «куска» в другой (если, разумеется, такой переход вообще возможен) наблюдатель обнаружил бы, что время потекло иначе, чем раньше, например, вспять!

Казютинский: Но до сих пор ни одна реальная черная дыра во Вселенной со стопроцентной достоверностью не обнаружена. Так что все сказанное пока что относится к области чистой теории.

Лешковцев: Я думаю, все дело в том, что время – лишь одна из характеристик состояния материи. Скорее всего, существует и множество других. И для того, чтобы заново воссоздать минувшие состояния, необходимо «повернуть вспять» не только время, но и все другие характеристики. А это вряд ли возможно.

Автор: Однако, как уже рассказывалось на страницах этой книги, не так давно американский физик-теоретик Кип Торн опубликовал сенсационное исследование, в котором ему удалось показать, что в принципе путешествия во времени вполне возможны, и притом как в будущее, так и в прошлое.

Лешковцев: Но все же это больше похоже на научную фантастику, чем на серьезную физику.

Автор: Относительно близости к фантастике вы совершенно правы, но это, на мой взгляд, близость несколько особого рода. Я имею в виду то уже известное нашим читателям обстоятельство, что исследования Торна получили толчок в результате ознакомления с научно-фантастическим романом Карла Сагана «Контакт». Все остальное – полноправная научная теория!