Содержание
Телепортация — не фантастика, а реальность. Когда можно будет телепортировать человека?
- Николай Воронин
- Корреспондент по вопросам науки
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Getty Images
Для героев фантастических фильмов телепортация — дело обычное. Одно нажатие кнопки — и они растворяются в воздухе, чтобы через пару секунд очутиться за сотни и тысячи километров: в другой стране или даже на другой планете.
Возможно ли такое перемещение на самом деле, или телепортация навсегда останется мечтой писателей и сценаристов? Ведутся ли какие-то исследования в этой области — и приблизились ли мы хоть чуть-чуть к реализации технологии, столь привычной для героев фантастических боевиков?
Короткий ответ на этот вопрос — да, эксперименты ведутся, причем очень активно.
Более того, ученые регулярно публикуют в научных журналах статьи об успешных опытах квантовой телепортации — на всё большие и большие расстояния.
И хотя многие известные физики сомневаются, что нам когда-либо удастся телепортировать людей, некоторые эксперты настроены куда более оптимистично и уверяют, что телепорты станут реальностью уже через несколько десятилетий.
Этот материал подготовлен в качестве ответа на один из вопросов о научных достижениях, присланных нашими читателями.
«Ложь, слухи и небылицы»
Для начала давайте уточним, о чем именно идет речь. Под телепортацией мы понимаем мгновенное перемещение объектов на любое расстояние, в идеале — быстрее скорости света.
Само слово придумал в 1931 году американский публицист Чарльз Форт, увлекавшийся исследованием паранормальных явлений. По аналогии с «телевидением», произошедшим от греческого τῆλε («далеко») и латинского video («видеть»), в своей книге «Вулканы небес» он изобрел термин для описания необъяснимых перемещений объектов в пространстве (латинское porto значит «переносить»).
- Лифт на орбиту: научная фантастика или вопрос времени?
- Aurora Station, космический отель на орбите: когда и почем?
«В этой книге я преимущественно рассматриваю свидетельства того, что существует некая сила переноса, которую я называю телепортацией. Меня обвинят в том, что я собрал воедино откровенную ложь, слухи, небылицы, мистификации и суеверия. В некотором смысле я и сам так думаю. А в некотором смысле нет. Я лишь предоставляю данные», — пишет Форт.
О подобных перемещениях действительно существует множество мифов — например, расхожая легенда о Филадельфийском эксперименте 1943 года, в ходе которого якобы был телепортирован на 320 км американский эсминец «Элдридж».
Автор фото, NARA
Подпись к фото,
Тот самый эсминец, якобы переместившийся в пространстве
Однако на поверку все подобные истории оказываются не более чем домыслами конспирологов, по мнению которых власти скрывают от широкой общественности любые свидетельства о случаях телепортации как военную тайну.
На самом деле всё наоборот: любые достижения в этой области широко обсуждаются в научном сообществе. Например, буквально неделю назад американские ученые рассказали о новом успешном опыте квантовой телепортации.
Давайте же перейдем от городских легенд и фантастической литературы к строгой науке.
«Из пункта А в пункт В…»
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
История реальной, а не вымышленной телепортации началась в 1993 году, когда американский физик Чарльз Беннетт математически — при помощи формул — доказал теоретическую возможность мгновенных квантовых перемещений.
Конечно, это были сугубо теоретические выкладки: абстрактные уравнения, не имеющие никакого практического применения.
Однако точно так же — математическим путем — уже были открыты, например, черные дыры, гравитационные волны и другие явления, подтвердить существование которых экспериментально удалось гораздо позже.
Так что расчеты Беннетта стали настоящей сенсацией. Ученые начали активно вести исследования в этом направлении — и первый успешный опыт квантовой телепортации удалось провести уже через несколько лет.
Тут нужно подчеркнуть, что речь идет именно о квантовой телепортации, а это не совсем то же самое, что мы привыкли видеть в фантастических фильмах. Из одного места в другое передается не сам материальный объект (например, фотон или атом — ведь все состоит из атомов), а информация о его квантовом состоянии. Однако в теории этого достаточно, чтобы «восстановить» исходный объект в новом месте, получив его точную копию. Более того, такие опыты уже тоже успешно проводятся в лабораториях — но об этом чуть ниже.
В привычном нам мире эту технологию проще всего сравнить с ксероксом или факсом: вы посылаете не сам документ, а информацию о нём в электронном виде — но в результате у получателя оказывается его точная копия.
С той существенной разницей, что в случае с телепортацией сам отсылаемый материальный объект разрушается, то есть исчезает — и остается лишь копия.
Давайте попробуем разобраться, как это происходит.
Играет ли Бог в кости?
Слышали про кота Шрёдингера — того, что сидит в коробке ни жив ни мёртв? Эту оригинальную метафору австрийский физик Эрвин Шрёдингер придумал для описания загадочного свойства элементарных частиц — суперпозиции. Дело в том, что квантовые частицы могут одновременно находиться сразу в нескольких состояниях, которые в привычном нам мире полностью исключают друг друга. Например, электрон не вращается вокруг ядра атома, как мы привыкли думать, а находится одновременно во всех точках орбиты (с разной вероятностью).
Пока мы не открыли кошачью коробку, то есть не измерили характеристики частицы (в нашем примере — не определили точное местоположение электрона), сидящий там кот не просто жив или мёртв — он и жив, и мёртв одновременно.
Но когда коробка открыта, то есть измерение сделано, частица оказывается в одном из возможных состояний — и больше оно не меняется. Наш кот либо жив, либо мертв.
Если в этом месте вы окончательно перестали что-либо понимать — не переживайте, этого не понимает никто. Природу квантовой механики уже много десятилетий не могут объяснить самые гениальные физики мира.
Для телепортации используется явление квантовой запутанности. Это когда две элементарные частицы имеют одно происхождение и находятся во взаимозависимом состоянии — проще говоря, между ними существует некая необъяснимая связь. За счёт этого запутанные частицы могут «общаться» между собой, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга. И, узнав состояние одной частицы, вы можете с абсолютной уверенностью предсказать состояние другой.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
О необъяснимом феномене запутанных частиц Альберт Эйнштейн много лет спорил с одним из отцов-основателей квантовой теории Нильсом Бором (слева).
В ходе одного из таких споров Эйнштейн произнес свою знаменитую фразу «Бог не играет в кости», на что получил от Бора ответ: «Альберт, не указывай Богу, что ему делать!»
Представьте, что у вас есть две игральные кости, которые в сумме всегда дают семь. Вы потрясли их в стакане и одну кость бросили за спину, а другую — перед собой и накрыли ладонью. Подняв руку, вы увидели, что выбросили, скажем, шестерку — и теперь можете с уверенностью утверждать, что вторая кость, у вас за спиной, выпала единицей кверху. Ведь сумма двух чисел должна быть равна семи.
Звучит невероятно, правда? С привычными нам игральными костями такой номер не пройдет, а вот запутанные частицы ведут себя именно так — и только так, хотя природа этого явления пока тоже не поддается объяснению.
«Это самый невероятный феномен квантовой механики, его невозможно даже осмыслить, — разводит руками профессор MIT Уолтер Левин, один из самых авторитетных физиков мира.
— И не спрашивайте меня, почему так происходит и как это работает, потому что такой вопрос — это удар ниже пояса! Всё, что мы можем сказать — судя по всему, именно так устроен наш мир».
Однако это вовсе не значит, что этот загадочный феномен нельзя использовать на практике — ведь он раз за разом подтверждается как формулами, так и экспериментами.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Символ квантовой запутанности
Практическая телепортация
Практические опыты по телепортации начались около 10 лет назад на Канарских островах под руководством австрийского физика, профессора Венского университета Антона Цайлингера.
В лаборатории на острове Пальма ученые создают пару запутанных фотонов (А и В), а потом один из них при помощи лазерного луча отправляют в другую лабораторию, расположенную на соседнем острове Тенерифе, в 144 км. При этом обе частицы находятся в состоянии суперпозиции — то есть мы еще не «открыли кошачью коробку».
Потом к делу подключают третий фотон (С) — тот, что нужно телепортировать — и заставляют его вступить во взаимодействие с одной из запутанных частиц. Затем физики измеряют параметры этого взаимодействия (А+С) и передают полученное значение в лабораторию на Тенерифе, где находится второй запутанный фотон (В).
Необъяснимая связь между А и В позволят превратить В в точную копию частицы С (А+С-В) — как будто она мгновенно переместилась с одного острова на другой, не пересекая океан. То есть телепортировалась.
Подпись к фото,
Антон Цайлингер руководит работами по практической телепортации
«Мы как бы извлекаем ту информацию, которую несет оригинал — и создаем новый оригинал в другом месте», — объясняет Цайлингер, который телепортировал таким образом уже тысячи и тысячи элементарных частиц.
Значит ли это, что в будущем ученые смогут таким образом телепортировать любые предметы и даже людей — ведь мы тоже состоим из таких частиц?
В теории это очень даже возможно.
Нужно лишь создать достаточное количество запутанных пар и разнести их в разные места, поместив в «телепортационные кабины» — скажем, в Лондоне и в Москве. Вы заходите в третью кабину, работающую как сканер: компьютер анализирует квантовое состояние ваших частиц, сравнивая их с запутанными, и посылает эту информацию в другой город. А там происходит обратный процесс — и из запутанных частиц воссоздается ваша точная копия.
«Фундаментальные вопросы решены»
На практике всё несколько сложнее. Дело в том, что в нашем теле примерно 7 октиллионов атомов (после семерки идет 27 нулей, то есть это семь миллиардов миллиардов миллиардов) — это больше, чем звезд в обозримой части Вселенной.
А ведь проанализировать и описать нужно не только каждую отдельную частицу, но и все связи между ними — ведь в новом месте их необходимо собрать в идеально правильном порядке.
Собрать и передать такое количество информации практически невозможно — во всяком случае, на современном уровне развития технологий.
И когда появятся компьютеры, способные обрабатывать такие объемы данных, неизвестно. Сейчас, во всяком случае, работа ведется над увеличением расстояния между лабораториями, а не количества телепортируемых частиц.
Именно поэтому многие ученые считают, что мечта о телепортации человека вряд ли осуществима. Хотя, например, профессор Нью-Йоркского Сити-колледжа и известный популяризатор науки Митио Каку убежден, что телепортация станет реальностью уже до конца XXI века — а может, и через 50 лет. Не называя конкретных сроков, с ним в целом согласны и некоторые другие эксперты.
«Это вопрос улучшения технологии, улучшения качества. Но я бы сказал, что фундаментальные вопросы решены — и дальше нет предела совершенству», — уверен профессор Института Нильса Бора в Копенгагенском университете Юджин Ползик.
Автор фото, Getty Images
Однако тут попутно возникает масса других вопросов. Например, будет ли полученная в результате такой телепортации «копия меня» — настоящим мной? Будет ли она так же думать, обладать теми же воспоминаниями? Ведь, как уже упоминалось раньше, оригинал отсылаемого предмета в результате квантового анализа разрушается.
«Для квантовой телепортации разрушение телепортируемого предмета в процессе — абсолютно необходимо и неизбежно, — подтверждает Эдвард Фархи, который с 2004 по 2016 гг. возглавлял Центр теоретической физики MIT, а сейчас работает в Google. — Я думаю, вы просто превратились бы в кучу нейтронов, протонов и электронов. Выглядели бы вы не лучшим образом».
С другой стороны, с сугубо материалистичной точки зрения, нас определяют не сами частицы, из которых мы состоим, а их состояние — а эта информация, утверждают ученые, передается исключительно точно.
Хотелось бы верить, что это так. И что мечта человечества о телепортации не обернется реальностью известного фильма ужасов, где главный герой не заметил, как в его телепортационную кабину случайно залетела муха…
***
Ученые приблизились к разгадке тайны путешествий во времени
Артем Юров: Все современные рассуждения ученых о путешествиях во времени основаны на общей теории относительности Эйнштейна.
Он установил, что гравитация — это проявление кривизны пространства-времени, и написал соответствующие уравнения. Кроме того, он знал, что различные точки пространства-времени могут соединяться между собой короткими тоннелями. Раньше эти тоннели называли мостами Эйнштейна — Розена, а сейчас — кротовыми норами или кротовинами.
Представьте себе лист бумаги, на двух отдаленных концах которого мы нарисовали по точке. И представьте, что бумага огромна — размером с галактику. Тогда путь от одной точки к другой по прямой займет у нас тысячи и тысячи лет. Но давайте сложим два противоположных конца бумаги друг с другом так, что точки соприкоснутся. Крошечный тоннельчик, образовавшийся между ними, — это и есть кротовина. А так как время возле одной точки может идти быстрее, чем возле другой, то в принципе такая конструкция позволяет путешествовать не только в пространстве, но и во времени.
Невероятно!
Артем Юров: Еще как! Тем не менее тема не нова: работа Торна, Моррисона и Юртсевера, где это показано, была опубликована в 1988 году.
А написана статья при весьма забавных обстоятельствах. Как-то в середине 1980-х к Кипу Торну, который тогда еще не был нобелевским лауреатом, обратился его друг Карл Саган. Он работал над книгой о первом контакте человечества с внеземной цивилизацией и попросил Торна оценить ее с научной точки зрения.
Изначально Саган перенес свою героиню от Земли к звезде Вега с помощью черной дыры. Но такое путешествие, как указал другу Торн, не согласуется с общей теорией относительности Эйнштейна. Героиню, упавшую в черную дыру, просто жестоко порвало бы на части. И вот Торну пришла в голову идея: заменить черную дыру кротовиной.
Вот только она, согласно уравнению поля Эйнштейна, является очень нестабильным объектом. Достаточно одного залетевшего фотона, и все — она схлопнулась. Но Торн взялся за расчеты и пришел к выводу: кротовую нору способно стабилизировать некое экзотическое вещество, имеющее отрицательную среднюю плотность энергии. Это не фантазии, роль экзотического вещества может играть, скажем, так называемый казимировский вакуум, существование которого надежно подтверждено в лабораториях еще в 1957 году.
Сагану идея понравилась, он опубликовал книгу, по которой позже сняли фильм «Контакт» с Джоди Фостер. А Кип Торн вместе со своими студентами доработал вычисления, доказав возможность путешествовать с помощью кротовины и в пространстве, и во времени.
Что же мешает создать стабильную кротовую нору прямо сейчас?
Артем Юров: Куча причин. Прежде всего, мы не представляем, как в принципе создать кротовину, даже в теории! А даже если бы и знали, с технической точки зрения задача абсолютно запредельна для такой слаборазвитой цивилизации, как мы.
Возьмем кротовину, показанную в замечательном фильме «Интерстеллар», одним из сценаристов которого, кстати, выступил Кип Торн. Чтобы поддерживать существование такой огромной кротовой норы (через нее смог пролететь космический корабль), необходима энергия миллионов звезд! Такая энергетика человечеству пока что даже не снится!
Насколько мне известно, вам с испанским ученым Педро Гонзалезом-Диазом удалось найти решение, при котором для стабилизации кротовой норы не потребуется немыслимая энергия.
Артем Юров: Действительно, мы построили точное решение для браны. Поясню, что это такое. Теория струн утверждает, что пространство вокруг на самом деле не трехмерное, а многомерное. Наша Вселенная при этом выглядит как трехмерный лист бумаги, вложенный в четырехмерный объем. Называется такая конструкция браной. Рядом с нашей браной может быть расположено множество других бран со своим трехмерным пространством.
Так вот, мы с испанским коллегой решили изучить, как будут вести себя кротовые норы на гипотетической бране особого вида. Оказалось, что ограничения, имеющие вид строгих математических неравенств, из-за которых кротовина быстро схлопывается, здесь не работают. Следовательно, чтобы создать кротовую нору, через которую сможет пройти человек, уже не потребуется энергия миллионов звезд. Но только в случае, если мы действительно живем на такой бране, что я считаю практически невероятным.
Интересно, что браны тоже используются в фильме «Интерстеллар».
Область многомерного пространства, в которое погружена брана, называется балком. Именно в балке находился Купер, герой Мэттью Макконахи. Помните крышесносный эпизод, когда он плавает в странной комнате и передает информацию своей повзрослевшей дочери? Зрители могут в этот момент подумать, что сценарист сошел с ума. Но нет, там все строго по науке, выдумок в духе фэнтези нет. «Интерстеллар», как мне кажется, — это вообще лучший фантастический фильм последнего времени.
О парадоксе путешественника во времени
Как насчет фантастической литературы? Есть ли книги, посвященные путешествиям во времени, которые стоит почитать?
Артем Юров: Принцип кротовой норы здорово обыгрывается в «Палимпсесте» Чарльза Стросса.
Ее я читала, но кое-что не поняла. В самом начале книги главный герой отправляется в прошлое и убивает своего дедушку. Почему герой в тот же момент не испарился?
Артем Юров: Это классический пример парадокса путешественника во времени.
Представим, я отправляюсь в прошлое и убиваю дедушку… Хотя нет, не хочу я представлять такие ужасные вещи. Давайте лучше предположим, что я каким-то образом мешаю дедушке познакомиться с юной красавицей бабушкой.
Если брак бабули и дедули расстроился, значит, я не родился. А если я не родился, я не отправился в прошлое и не расстроил брак бабули и дедули. А если брак все же состоялся, я родился. И отправился в прошлое… И так до бесконечности. То есть парадокс не в том, что я вмешался в судьбу бабушки и дедушки, а в том, что, сделав это, я создал порочный круг. Я не дал себе родиться и вмешаться в их судьбу, и благодаря этому родился и вмешался, а значит, не дал себе родиться, а значит, не вмешался, а значит, родился, а значит… Понимаете? Конца нет. Чисто логическое противоречие, как знаменитый и сносящий мозг логический «парадокс лжеца», который был известен еще в Древней Греции и до сих пор смущает логиков.
Есть два решения. Первый — у меня не получится расстроить знакомство бабушки и дедушки, как бы я ни старался.
Я заблужусь, или в самый важный момент отвлекусь, или поскользнусь на банановой кожуре — вариантов может быть масса, если в дело вмешиваются законы физики.
По версии замечательного физика из Пулково Сергея Красникова, мы никогда не сможем сами построить машину времени. Помешает та самая «банановая кожура» — обстоятельства, препятствующие нашему вмешательству в прошлое.
Второе возможное решение связано с квантовой теорией Хью Эверетта, которая предполагает, если очень сильно упрощать, существование бесконечного множества параллельных вселенных. Если я отправился в прошлое и помешал знакомству бабушки с дедушкой, я просто оказался в одной из множества вселенных, где брак бабули и дедули не состоялся и где я не родился. В другой вселенной я родился — и никаких противоречий здесь нет. В «Палимпсесте», очевидно, обыгрывается второе решение.
Хотя для многих такой подход к квантовой механике выглядит как полное безумие, он завоевывает все больше последователей. Дело в том, что эвереттовская интерпретация, по-видимому, самая непротиворечивая, хотя и самая пугающая (даже ужасающая!) из всех интерпретаций.
Кстати, эвереттовская теория превосходно обыгрывается в новом фантастическом мини-сериале Алекса Гарленда «Разрабы» (в оригинале Devs). Весьма рекомендую. По моему мнению, после «Интерстеллара» этот фильм достоин второго места.
Но какое из этих решений на самом деле верное?
Артем Юров: Это мы узнаем, только создав — или использовав уже созданную природой — машину времени. Не исключено, что ответ будет получен совершенно неожиданно.
В фильме «Интерстеллар» все строго по науке. Фото: Кадр из фильма «Интерстеллар»
Как вернуться в прошлое и прожить заново? Как изменить событие в прошлом? Что такое время? / Хабр
Громкий заголовок статьи, конечно, не означает, что в ней будут прямо даны способы это сделать. Пардон, если дал ложные надежды. Эта статья — один из первых шагов к пониманию сути времени и вариантам управления им (конечно, имеется в виду не тайм-менеджмент) с уклоном на практическую реализацию. Множество людей хотели бы вернуться на некоторое время в прошлое и исправить свои ошибки или даже спасти близкого человека от смерти.
К сожалению, наука пока не предлагает нам готовых вариантов для этого, а все теории для перемещения в прошлое основаны на фантастических малореальных кротовых норах, чёрных дырах и сверхсветовом движении, на которых реальную «машину времени» не построишь, нужны более приземлённые варианты.
Здесь приведены мои рассуждения на эту тему и попытки понять, куда двигаться дальше, чтобы откат назад во времени и изменение своего прошлого в реальности когда-нибудь стало возможным, как сейчас с лёгкость возможно то, что ещё 50-100 лет назад казалось фантастикой. Статья написана для тех, кто хочет лучше разобраться в понимании сути времени, а также для мотивирования энтузиастов заняться практическими исследованиями и экспериментами по созданию агрегатов для перемещения в прошлое / изменения его, а также организационной работы по привлечению учёных, лабораторий, финансов для решения этой проблемы.
Я верю, что в будущем (даже в обозримом) появятся какие-то хронотехнологии, которые дадут возможность нам в жизни, как в компьютере, нажать кнопку «отмена».
Перемещение в будущее — уже реальность: при околосветовых скоростях или высокой гравитации время замедляется (например, по сравнению с земным). Для испытателя при этом проходит 1 секунда, а для остального мира, скажем, год (зависит от значения скорости или гравитации). Испытатель попал в будущее на год (без одной секунды) вперёд. Также есть биологический способ: анабиоз (для живых организмов).
С прошлым всё сложнее, так как не разработана не только физика перемещения в прошлое, но даже и логика неоднозначна. Варианты логики при перемещении в прошлое.
Классический вариант. Окружающий мир для испытателя отгоняется назад во времени, а сам испытатель (тело и мозг) продолжают идти в будущее. Например, 25-летний испытатель переместится на 20 лет в прошлое, и ему там так же будет 25 лет, но он ещё и встретит в прошлом себя 5-летнего. Этот вариант маловероятен, потому что можно собрать рядом бесконечное число своих копий, перемещаясь каждый раз всего на секунду назад (каждая копия будет младше предыдущей на 1 сек), и во Вселенной просто не хватит вещества для такого количества копий.
А также возникают другие парадоксы типа «убитого дедушки» (правда, его обычно гипотетически решают так, что при перемещении в прошлое создаётся параллельная реальность, с которой путешественник не связан причинно-следственными связями, но это всё лишь теория).Время отгоняется назад и у окружающего мира, и у испытателя. Тогда при перемещении на 20 лет назад испытатель становится младше на 20 лет, причём и телом, и мозгом, опытом, памятью, знаниями. Он не будет ничего помнить о перемещении во времени, потеряет весь накопленный за 20 лет опыт, в общем, полностью вернётся в свой 5-летний возраст и никакой более младшей своей копии не встретит. И не сможет, конечно, целенаправленно изменить свою жизнь (если только нельзя будет как-то взять с собой эту информацию из настоящего времени). В этом случае также не получится «полететь к динозаврам», а максимум — на время своего возраста. Зато — никаких парадоксов и возможность прожить жизнь заново с самого детства.
«Полететь к динозаврам» без парадоксов, параллельных реальностей и опасности невозврата (см.
ниже ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕАЛЬНОСТИ) можно на «машине времени прошлого read-only». Т.е. такая машина как-то получит точную инфу, ЧТО происходило в таком-то месте 65 млн лет назад, и представит это в виде виртуальной реальности, видеофайла или голограммы, которую мы сможем наблюдать. И это будет не компьютерное моделирование, а самые настоящие события того времени, но мы сможем только наблюдать их, — потрогать, изменить что-то мы не сможем (и слава богу). И конечно, не будет никакой опасности, что динозавры сожрут нас, а древние римляне возьмут в плен. И именно благодаря невмешательству (read-only) в ход истории мы сможем видеть «чистую» историю, никак не изменённую нами.
А также возникают другие парадоксы типа «убитого дедушки» (правда, его обычно гипотетически решают так, что при перемещении в прошлое создаётся параллельная реальность, с которой путешественник не связан причинно-следственными связями, но это всё лишь теория).
ниже ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕАЛЬНОСТИ) можно на «машине времени прошлого read-only». Т.е. такая машина как-то получит точную инфу, ЧТО происходило в таком-то месте 65 млн лет назад, и представит это в виде виртуальной реальности, видеофайла или голограммы, которую мы сможем наблюдать. И это будет не компьютерное моделирование, а самые настоящие события того времени, но мы сможем только наблюдать их, — потрогать, изменить что-то мы не сможем (и слава богу). И конечно, не будет никакой опасности, что динозавры сожрут нас, а древние римляне возьмут в плен. И именно благодаря невмешательству (read-only) в ход истории мы сможем видеть «чистую» историю, никак не изменённую нами.Зачем многим вообще перемещение в прошлое? Вряд ли для того, чтобы полететь к динозаврам, — большинству скорее требуется изменить какие-то события в своей жизни, например предотвратить смерть близкого человека или изменить свою судьбу. Этакая кнопка «отмена», как в компьютере. Вот на такой результат и должно быть рассчитано практическое применение машины времени для прошлого и физическое её воплощение.
В дальнейших рассуждениях я буду рассматривать в качестве перемещения в прошлое вариант 2 как наиболее реальный и наиболее полезный для жизни каждого человека, кто хочет изменить какие-то события в своём прошлом.
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РЕАЛЬНОСТИ, или почему нельзя предсказать будущее
Если полететь в будущее (путём замедления времени), затем вернуться в прошлое, а потом снова улететь в будущее, то будущее2 будет отличаться от будущего1. Причина в том, что когда мы летим в прошлое, мы стираем всю информацию о событиях, прошедших со времени этого «прошлого» (т.к. отгоняем назад время), т.е. возвращаемся в исходное состояние, в котором у людей и природы снова появляется свобода выбора. И им ничто не может помешать поступить иначе, чем в «первый» раз (будущее1). Конечно, люди будут руководствоваться здравым смыслом и законами физики, но всегда будут случайности, которые и будут вносить изменения.
Что здесь подразумевается? Есть жёсткие причинно-следственные связи и есть случайности.
Например, человек работает на заводе и получает травму, с которой он больше не может там работать. Ему приходится уйти с завода. Это жёсткая причинно-следственная связь: если травма — уход с завода, нет травмы — работа на заводе (утрированно). Связь реализуется в любой ветке событийности, она делает ветки похожими друг на друга. А случайность — это всё-таки получит человек травму или нет. Случайность будет отличать одну ветку от другой. Т.е. в любой реальности, где чел получает такую травму, он уходит с завода. В любой, где не получает, — продолжает работать там. Именно за счёт случайностей разные реальности будут отличаться одна от другой. Чем больше случайностей, тем больше отличий.
Т.о., даже слетав в будущее, мы не сможем, вернувшись в прошлое, стать предсказателями, т.к. когда мы вернёмся и будем идти в будущее «в ногу со всеми» (т.е. без замедления своего времени), это будет уже будущее2. В этом и суть параллельных миров/реальностей/Вселенных: каждый раз реализуется новая ветка событийности.
Именно это и не позволит нам получать информацию из будущего: его ещё нет, оно создаётся, выстраивается тогда, когда испытатель перемещается в него. (Правда, я исхожу из предположения, что Вселенная многовариантна, что скорее всего так и есть. Если же она инвариантна, то сколько ни летай в прошлое — все «случайности» будут повторяться в точности, т.к. предопределены заранее. Думаю, что это не так.)
Исходя из этого, полететь в прошлое и посмотреть на динозавров грозит опасностью невозврата. Если полететь в прошлое, то вернуться в своё настоящее будет уже нельзя. Например, из 2020-го летим в -5000 до н.э. А затем сразу — обратно, в наше настоящее, в 2020-й (но теперь это для нас будущее). В 2020-й-то мы попадём, но он будет совершенно не такой, из к-го мы прилетели. Скорее всего не будет нашего дома, семьи, города и даже страны! Почему?
Когда мы прилетели в -5000 год до н.э., то вернулись в исходную точку, в которой у людей и природы снова есть свобода выбора. Они ничего не знают о тех 7000 лет, которые мы своим перемещением стёрли.
А раз нет информации, то и выбор свой, решения люди будут принимать заново. Конечно, они будут руководствоваться здравым смыслом, но всегда будут случайности, которые будут отличать 7000 лет, нам известные, от 7000 лет новых. Вначале различия будут небольшими, но потом они будут накапливаться, и за 7000 лет отличия будут очень значительными.В будущее (в 2020-й) летим путём замедления времени, т.е. замедляемся и смотрим, как с огромной скоростью (с нашей точки зрения) человечество и планета начинают проживать эти 7000 лет до 2020-го.
А раз нет информации, то и выбор свой, решения люди будут принимать заново. Конечно, они будут руководствоваться здравым смыслом, но всегда будут случайности, которые будут отличать 7000 лет, нам известные, от 7000 лет новых. Вначале различия будут небольшими, но потом они будут накапливаться, и за 7000 лет отличия будут очень значительными.Это ещё круче, чем «эффект бабочки»: прилетев в прошлое, даже не надо никого давить: сам факт нашего перемещения в прошлое уже вносит изменение в него и обеспечит другое будущее.
Кроме того, «парадокс дедушки» может произойти, даже если вы его не убьёте в прошлом: это может сделать кто-то другой, да и просто из-за свободы выбора ваши дедушка с бабушкой могут не встретиться в новой ветке событийности.
Физические принципы перемещения в прошлое
Верный способ перемещения в прошлое: т.
к. перемещение в будущее возможно уже сейчас, то перемещаемся в будущее вплоть до того момента, когда люди изобретут машину времени для прошлого, и пользуемся.Что значит «вернуться в прошлое»?
Что значит «вернуться в прошлое» или «вернуть прошлое»? Рассмотрим простую двумерную систему, состоящую из двух материальных точек А и В (рис.1). В момент времени t1 (рис.1) точки находятся по указанным координатам. В момент времени t2 точки перемещаются в другие координаты (рис.2). В момент времени t3 (рис.3) точки возвращаются в исходные координаты, как в момент времени t1. Отличить состояние системы в t1 и t3 нельзя, т.к. в системе нет никаких часов (а есть только две материальные точки). Соответственно, можно сказать, что система вернулась в прошлое, и время t3 — прошлое относительно времени t2. Таким образом, возврат в прошлое — это приведение всех точек системы в исходное положение (т.е. всей системы — в исходное состояние).
Но логикой мы понимаем, что t1<t2<t3, то есть вроде бы никакого возврата в прошлое нет.
Парадокс заключается в том, что t1, t2 и t3 — это время по часам внешнего наблюдателя за системой. Т.к. у него часы всегда идут вперёд, он легко сможет сказать, что t3 произошло позже t1, то есть для него система всегда идёт в будущее. А вот по меркам самой системы (внутри системы) никакого t3 нет — есть возврат в прошлое, в t1.
Это проще понять, если использовать систему, состоящую из человека (испытателя) и часов. А снаружи находится наблюдатель со своими часами. Пусть в момент времени t1 часы наблюдателя и испытателя показывают 12:00. В момент времени t2 пусть часы того и другого показывают 12:01. А в момент времени t3 часы наблюдателя продолжают идти вперёд и показывают 12:02. Система же из испытателя и его часов по условию приводится точно в такое состояние, как в t1, т.е. тело и мозг испытателя приводятся в состояние, как в t1, и его часы приводятся к 12:00. Наблюдатель видит, что просто физический процесс прошёл назад, но само время идёт вперёд, т.к. его часы идут вперёд (именно по ним он отмеряет время, кроме того мозг подсказывает ему, что у испытателя сначала было время 12:00, потом 12:01, а ПОСЛЕ этого — снова 12:00, т.
е. череда событий идёт в будущее). А для испытателя нет момента времени t3, т.к. при приведении его тела, мозга и часов в состояние, как в t1, он даже не будет знать, что был момент t2, т.к. в момент t1 никакого t2 ещё не было. Для испытателя и его часов именно само время пошло назад.
Это как в СТО: у испытателя, двигающегося с околосветовой скоростью, время замедляется по часам неподвижного наблюдателя, но по часам самого испытателя — ускоряется время наблюдателя. Так и здесь: всё относительно того, с какой стороны системы мы находимся. Итак: перемещение назад во времени это просто восстановление всех материальных точек в исходное состояние. Данный вывод показывает, что «время» гораздо проще, чем пытаются представить некоторые теоретики. Время — это просто движение любой материи. Нет движения — нет времени. Движение в обратку — возврат в прошлое.
А если только часть материи вернётся в исходное положение? Снова обратимся к нашим материальным точкам. Рассмотрим рис.4, к-ый показывает другой вариант реализации событий во времени t3: точка А вернулась в исходное положение, а точка В — нет.
Здесь t3 чётко отличается от t1, и уже нельзя сказать, что между t1 и t3 нет разницы. Здесь уже и внутри системы t1<t2<t3. Но если мы мысленно выделим точку А в отдельную подсистему, то по её «часам» t1 и t3 по-прежнему неразличимы, т.е. она вернулась в своё прошлое, а точка В — нет. Т.е. можно назвать это возвратом в прошлое локального участка.
А существует ли прошлое, настоящее и будущее?
Усложним систему, добавив движения точек. Допустим, двигаясь хаотично, они перемещаются так:
1. А (5;6) В (7;8)
2. А (10;15) В (13;18)
3. А (11;4) В (29;5)
4. А (5;6) В (7;8)
5. А (9;11) В (3;16)
6. А (4;54) В (20;20)
7. А (5;6) В (7;8)
8. А (11;4) В (29;5)
9. А (4;54) В (20;20)
1-9 — это моменты времени по внешним часам, идущим вперёд.
Видно, что в момент времени 4 (по внешним часам) и 7 точки расположены так же, как в момент 1, т.е. это два возврата в прошлое. Кроме того, идентичны моменты 3 и 8, а также 6 и 9, т.
е. здесь точки также принимают своё прошлое положение (перемещаются в прошлое). Т.е. простая система из двух точек вообще может не иметь направления времени (однако ход времени всё-таки есть). И здесь неважно, что в исходную позицию точки возвращаются не по тому же пути, по которому они ушли из этой позиции, потому что нам важно лишь их положение. В таких простых системах, которые лишь колеблются около исходной позиции, никуда не стремясь, действительно нет направления времени, такие системы не развиваются, и нет никакой возможности отличить их «предыдущее» состояние от «последующего».
Более сложные системы, которые всегда двигаются направленно и развиваются, всегда имеют направление времени.
Теперь о внешних часах. В них главное движение — это вращение стрелок (износ механизма и пр. не рассматриваем, т.к. для нас он незаметен). Т.к. часы много раз могут принимать одно и то же положение (например, 12:00), то можно сказать, что они некоторых образом возвращаются в прошлое. И действительно, по часам мы можем сказать лишь о времени суток (точнее, об одном из двух его вариантов, т.
к. на циферблате 12 часов, а в сутках — 24), но не о дне недели и месяце года. Если бы у нас не было календаря и других внешних признаков, то никакой разницы между сегодняшними показаниями часов 12:00 и вчерашними не было бы. И мы не смогли бы сказать, следующие это 12:00 или прошлые. Это очень легко проверить, если сесть в комнату, куда не будут проникать внешние раздражители. Посмотрев на часы и зафиксировав 12:00, вы откладываете их и какое-то время не смотрите на них. Потом снова смотрите и видите, например, 11:00. Какие гарантии того, что стрелки в это время не шли назад на час? Или не перепрыгнули на 11:00 и остановились. Логикой мы это понимаем, но стопроцентно утверждать не можем (можно ведь изготовить такие часы, которые будут специально иногда двигать стрелки назад, перепрыгивать). Итак, даже идущие часы не могут служить признаком движения времени вперёд в отсутствие других внешних факторов.
Подходя к понятию времени с таких позиций, можно сказать, что действительно не существует «прошлого», «настоящего» и «будущего».
Но это только для простых систем. Более сложные практически никогда не возвращаются в исходное положение, поэтому всегда видна направленная стрела времени.
Итак, что же такое время?
Таким образом, время — это просто движение. Нет движения (любого, хотя бы на уровне элементарных частиц) — нет времени, потому что в неподвижном мире просто невозможно будет отличить один момент времени то другого, поэтому понятие времени просто будет бессмысленно. С другой стороны, чтобы человек мог ощущать ход времени, движения только на микроскопическом уровне недостаточно — должны происходить значимые для человека события. Именно по их смене он и чувствует ход времени. А если человека посадить в камеру без часов, без смены дня и ночи, то скоро он просто запутается и не сможет сказать, прошёл час или день, более того, его циркадные ритмы тоже собьются.
Итак, время — это движение. Пока существует движение — существует время, ход времени. Вернуться назад во времени — вернуть все точки (частицы) в исходное положение.
Чьи точки возвращаем в исходное положение — тот объект и возвращается в прошлое. Вернём точки своего организма — наш организм переместится в прошлое (тело, мозг, т.е. мы станем младше). Проделаем это с каким-то предметом — вернется в своё прошлое он, даже если наши часы будут идти вперёд и показывать, что время движется тоже вперёд. Мы уже говорили, что часы по отношению к этому предмету — внешний объект, с точки зрения которого предмет идёт в будущее, хоть точки предмета и возвращаются в исходное состояние. Но для самого предмета это будет именно возвращением в прошлое.
Так как время — это движение, и движение в трёхмерном пространстве (т.е. именно ДВИЖЕНИЕ в трёхмерном пространстве и является четвёртым измерением — временем), а двигаться в нашем пространстве мы можем вперёд и назад и вообще произвольно в любую точку, то потенциально мы можем и перемещаться назад во времени. Для этого необходимо ВСЕ точки локального участка пространства, который мы хотим вернуть в прошлое, заставить двигаться назад, т.
е. по обратной траектории. Впрочем, достаточно даже просто вернуть все точки этого локального участка в исходное состояние, но необязательно по тому же пути. При этом какие-то частицы покинули макрообъект, какие-то — добавились с того времени, в какое мы хотим его вернуть. И у нас нет никакой информации о положении частиц в прошлом. Есть только текущее положение частиц — это единственное, от чего можно отталкиваться.
Если пользоваться определениями термодинамики, то можно сказать, что одному макросостоянию системы соответствует множество микросостояний. А так как нас интересует именно возврат в прошлое на макроуровне (нашем уровне, а не уровне элементарных частиц), то достаточно привести локальный участок в любое из микросостояний, которое отвечает нужному макросостоянию. Т.е. необязательно двигать все атомы и молекулы строго в обратном направлении — нужно лишь добиться их такого положения, которое отвечает исходному макросостоянию нашего локального участка, т.е. достаточно восстановить структуру макрообъекта.
Но даже с таким допущением всё равно нет полной информации о структуре (например, мы хотим восстановить мозг умершего человека — где мы будем брать информацию о связях нейронов?).
У нас нет никакой информации о микросостояниях и даже подробной информации о макросостоянии какого-либо участка пространства в прошлом. Всё, что у нас есть, — это дата прошедшего события, куда мы хотим вернуться (точнее, на какой момент хотим восстановить макросостояние), и наша память о некоторых деталях этого прошлого. И ещё есть текущее положение частиц в выбранном локальном участке (которым, кстати, может быть вся наша планета, если мы говорим о таком перемещении назад, как описывается в фантастике) — это единственное, от чего можно отталкиваться. Надо как-то вернуть частицы в их исходное положение (точнее, вернуть в любое из микросостояний, отвечающих нужному макросостоянию).
Второй закон термодинамики запрещает уменьшение энтропии в замкнутой системе. Например, возьмём три разных деревянных предмета и сожжём их.
Во всех трёх случаях у нас получатся одни и те же газы (пар, углекислота, оксиды серы, азота и пр.), и сказать, какому предмету соответствовал данный набор газов — невозможно (если не знать заранее). А для возврата в прошлое требуется восстановить эту информацию и затем положение частиц.
Впрочем, вся человеческая деятельность — это именно уменьшение энтропии, уменьшение хаоса и возведение нужного людям порядка. Однако это в открытой, отдельно взятой системе, и на это приходится тратить немало энергии. Мне неизвестны пока методы, способные полностью обратить процесс вспять (хоть по тому же пути, хоть по контрольным точкам прошлого). Конечно, если со стола упала ручка — мы можем её поднять и положить на то же место. Это локальный возврат в прошлое (разумеется, без учёта старения материала самой ручки). Ещё пример: если человеку оторвало руку — часто её можно пришить обратно, это тоже возврат в прошлое на определённом уровне. Но для более сложных систем полноценный возврат в какое-то произвольно взятое исходное состояние очень сложен в условиях современных технологий.
Поэтому локальный возврат в прошлое — это во многом инженерная проблема, и удел энтузиастов — взяться за её решение (хоть в теории, на чертежах, хоть на практических испытаниях — лишь бы был интерес).
Есть ли способы обхода этого закона для нужной нам цели? Мне такие неизвестны, однако есть немало случаев, когда один закон физики обходит другой, как бы доминирует над ним. Например, есть сила земного притяжения, которая не позволяет людям парить в воздухе. Однако птицы и самолёты могут летать — они для этого используют законы аэродинамики. Т.е. аэродинамика оказалась сильнее притяжения и обошла (но не отменила!) закон тяготения. Другой пример из микробиологии: известно, что содержание натрия вне клеток выше, чем внутри клеток. По закону осмоса натрий должен устремляться в клетку, где его меньше. Однако внутри клетки есть механизм, который выталкивает ионы натрия, как только они туда поступают. Т.е. этот механизм обходим законы осмоса (но, опять же, не отменяет их, т.к. по закону осмоса натрий всё равно стремится попасть в клетку, только ему мешают).
Отсюда следует, что нужно вести поиск такого закона, явления природы/науки, который бы обошёл термодинамические запреты.
С другой стороны, возможно, что исходя из текущего положения частиц в локальном участке можно как-то получить информацию об их предыдущем местоположении, а дальше вернуть их в него — дело техники. Квантовые компьютеры? Нейросети?
Возможно, это будет что-то вроде блокчейна: там каждый следующий блок содержит ссылку на предыдущий (точнее, хэш предыдущего), таким образом можно распутать всю цепочку. Может быть, с положениями частиц точно так же: по текущему можно будет вернуть предыдущее и так далее, по частям (микрошагами). Для этого надо попытаться вернуться назад во времени (или вернуть назад во времени локальный участок пространства) хотя бы на секунду, миллисекунду, планковское время.
Одним из препятствий видится то, что развернуть назад события всей Вселенной невозможно, потому что потребуется аппарат размером больше самой Вселенной. Однако вспомним про перемещение в будущее путём замедления времени: для замедлившегося человека видится, что окружающий мир, все процессы в нём ускорились, а по окончании замедления времени он увидит, что это не мираж, а действительно мир убежал вперёд во времени.
Однако человек здесь не создавал никакого гигантского аппарата для ускорения времени всей Вселенной! Однако эффект ускорения времени окружающего мира проявился и без этого.
Отсюда следует, что нам необходимо что-то подобное и для отгона Вселенной в прошлое: не реальный аппарат размерами больше Вселенной, а эффект, относительно которого время Вселенной будет идти назад.
Чтобы найти тот закон природы, создать такую технологию, которая позволит нам вернуть прошлое, необходим труд учёных, конструкторов, инженеров. Интернет позволяет нам связаться с разными людьми и организациями, и этим надо пользоваться. Сильно заинтересованный человек (а также отчаявшийся человек, для которого изменение прошлого — единственная надежда) может приложить немало усилий для организации процесса поисков, сбора средств на исследования, да и самостоятельных изысканий тоже (если он достаточно подкован в соответствующих областях науки). Наверняка придётся задействовать немало ресурсов, перелопатить кучу информации, найти разные исследовательские группы по вопросу перемещения в прошлое.
Это того стоит. Не факт, что современные технологии вот так сразу позволят нам отогнать время (читай: физические процессы) в обратном направлении, однако прогресс с каждым годом развивается всё стремительнее.
Не правда ли, парадоксально: прогресс должен идти вперёд, чтобы научиться возвращаться назад?! Но как бы фантастично это ни звучало, в некоторых ситуациях возврат прошлого, возврат в прошлое — единственный способ для людей и конкретного человека исправить ситуацию (например, спасти человека от смерти, точнее, после смерти вернуть его из прошлого живым). Значит, надо обойти этот парадокс.
Какие доступы к прошлому у нас уже есть? Самое очевидное — это фото, видео, аудио, которые могут показать нам то, что мы успели отфиксировать. Эта информация может храниться сколь угодно долго после того, как отфиксированные события давно ушли в прошлое. Но мы можем возвращаться к ним всякий раз, когда захотим. До изобретения фото- и видеотехники такое, конечно, было недоступно (рисовать всё-таки сложнее и менее точно).
Сейчас же мы без проблем смотрим фотографии наших молодых бабушек и дедушек, которые уже давно умерли. Следующий шаг прогресса по сохранению (точнее, восстановлению) прошлого — это восстановление его по какой-то остаточной информации в выбранном участке пространства. То есть, такой прибор должен восстановить положение всех частиц в выбранном локальном участке. Причём если он просто высчитает их расположение и покажет нам, то мы увидим только картинку, а если сможет прямо собрать, как конструктор, то получим предмет/человека наяву.
Насколько это сложно? Чем дальше в прошлое, тем бОльшие вычислительные мощности нужны. Уже появились квантовые компьютеры, которые приближаются к решению подобных проблем. Они работают на порядки быстрее даже суперкомпьютеров. Физикам и инженерам удалось организовать систему так, что она превзошла все предыдущие.
Однако мало иметь мощные технологии, важно ещё направить их в нужное русло. Много ли лабораторий всерьёз занимается исследованиями, как вернуть/изменить своё прошлое? Большинство же учёных (тот же Стивен Хокинг) уверяют нас, что это невозможно, нарушится причинность и т.
д. Как видите из статьи, эта проблема обходится. Иными словами, для решения такой проблемы нужно подключать как можно больше мыслящих людей, использовать мозговой штурм и организовывать процесс исследования.
Нужна ли нам машина времени для прошлого? Безопасно ли изменять прошлое?
С одной стороны, возврат в прошлое откатит и все технологии обратно, в прошлое. Такое людям не нужно. С другой стороны, можно локально вернуть прошлое, например, спасти погибшего человека, изменив прошлое, или изменить собственное решение в прошлом, не затрагивая прошлое положение частиц других людей (по крайней мере, напрямую). Поэтому, обходя все парадоксы и отрицательные явления, решая спорные моменты, можно сказать, что технология возврата прошлого, утраченного локального состояния вполне имеет право на существование.
Существуют опасения, что кто-то отправится в прошлое, чтобы глобально изменить мир, например, изменить исход второй мировой войны. И что мир при этом может просто перестать существовать.
Уверяю вас, это не так. Атомными бомбами тоже можно уничтожить всё человечество, однако же ядерное оружие создано в немалых количествах, а человечество живо и здорово. Или, например, огнестрельным оружием люди могут перестрелять друг друга, значит, оно тоже опасно. Тем не менее в Америке и других странах огнестрел есть у многих, но ни одна страна пока от этого не вымерла. Поэтому проблема опасности машины времени — исключительно надуманная проблема. В любом случае, за изменением прошлого, когда такое станет возможно, будет поставлен контроль. Кроме того, большинству людей (даже президентов, чиновников и пр.) вряд ли придёт в голову всерьёз отправиться в прошлое, чтобы глобально изменить мир. Скорее, как и обычные люди, они захотят подправить в прошлом какие-то события своей жизни. А это — самое оправданное применение машины времени для изменения прошлого.
Друзья, пишите в комментариях мысли на эту тему, устраивайте мозговой штурм, подавайте свежие идеи, как практически воплотить в реальность перемещение назад во времени и исправить там свои ошибки (желательно на современном уровне развития технологий).
Не зацикливайтесь на ТО Альберта, она работает для перемещения в будущее; возможно, для прошлого подойдёт другой принцип.
«В параллельную Вселенную можно попасть по узкому мосту» – Огонек № 2 (5597) от 20.01.2020
Можно ли с помощью черных дыр перемещаться во времени? Как научиться управлять квантовым хаосом и построить мост между параллельными Вселенными? На эти фантастические вопросы уже ищут ответы физики-теоретики. О черных дырах, которые снова в поле интереса ученых из разных областей науки, «Огонек» поговорил с профессором Калифорнийского технологического института Алексеем Китаевым.
Теоретическая физика – это игра ума, признает профессор Китаев. Вот только потом наступает стадия мучительных вычислений
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
Теоретическая физика – это игра ума, признает профессор Китаев. Вот только потом наступает стадия мучительных вычислений
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
Беседовала Елена Кудрявцева
«Огонек» в рамках совместного медиапроекта со Сколковским институтом науки и технологий продолжает публикацию цикла интервью с ведущими отечественными физиками.
В № 37 за 2018 год была опубликована беседа с Владимиром Захаровым; в № 39 за 2018 год — с Ильдаром Габитовым; в № 45 за 2018 год — с Валерием Рубаковым; в № 2 за 2019 год — с Альбертом Насибулиным, в № 11 за 2019 год — с Алексеем Старобинским, в № 20 — со Львом Зелёным, в № 23 — с Михаилом Фейгельманом, в № 30 — с Александром Белавиным, в № 38 — с Валерием Рязановым, в № 47—Юрием Оганесяном.
— Алексей Юрьевич, в последнее время появилось много работ, связанных с черными дырами. Прежде чем перейти к разговору о том, с чем это связано, начнем с начала: что наука знает об этих загадочных объектах?
— Мы знаем, что черная дыра — это очень массивный, но относительно небольшой объект. У нее настолько сильное гравитационное поле, что изнутри ничто не может вырваться, даже свет. Большинство черных дыр возникает из обычных звезд, которые в конце своей жизни сильно сжимаются, и в какой-то момент наступает коллапс — выглядит это как взрыв.
— То есть масса остается, а объем исчезает?
— Да, при этом происходит очень сложный процесс: внутренняя часть превращается в черную дыру или в нейтронную звезду, а оболочка звезды разлетается с большой скоростью.
После этого взрыва остается черная дыра с массой в несколько раз больше массы Солнца. Черные дыры возникают и в центрах галактик. Например, в центре нашей галактики есть черная дыра, которая в три миллиона раз тяжелее Солнца.
— А у черных дыр есть имена? Как эта, например, называется?
— Стрелец A*. По меркам сверхмассивных черных дыр, Стрелец А* — спокойный объект. Но в мае прошлого года он вдруг «ожил»: на пару часов интенсивность излучения в инфракрасном диапазоне выросла в 75 раз — это, кстати, крупнейшее подобное событие за все время наблюдений. Затем активность вернулась на прежний уровень. А в другой галактике есть черная дыра, масса которой в несколько миллиардов раз больше массы Солнца. Именно ее в прошлом году удалось запечатлеть на фото.
— Это первое в истории фото сверхмассивной черной дыры в галактике М87 журнал Science назвал главным научным прорывом года.
— На самом деле это не обычное фото. Опубликованная фотография была синтезирована коллаборацией Event Horizon Telescope из изображений со многих радиотелескопов.
На ней видно излучение от горячего газа вокруг черной дыры, а в середине изображения — как будто дырка. Это, по сути, тень черной дыры. Так как сама она поглощает свет, мы ее не видим. Более того, когда свет проходит мимо черной дыры, он искривляется. Поэтому размер этой «дырки» на фотографии больше, чем размер черной дыры на самом деле.
— Когда черные дыры попали в поле интереса ученых?
— Черные дыры — одни из самых загадочных объектов Вселенной. Они интересны тем, что являются источниками очень мощного гравитационного излучения. Например, когда две черные дыры сливаются в одну, возникает всплеск гравитационных волн, который, что замечательно, мы можем обнаружить на Земле.
Алексей Китаев начинал путь ученого в Институте теоретической физики им. Ландау в Черноголовке
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
Алексей Китаев начинал путь ученого в Институте теоретической физики им. Ландау в Черноголовке
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
Вообще, идея о том, что свет не сможет вырваться из очень большой звезды, давняя.
Об этом более 200 лет назад упоминал Пьер Лаплас. Но по-настоящему она обрела жизнь после того, как в 1915-м Эйнштейн получил уравнения для гравитационного поля, а Карл Шварцшильд нашел для них решение. Надо сказать, что понять и осмыслить это решение было сложно, поэтому понадобилась работа других физиков, чтобы его правильно интерпретировать.
— Что из него следовало?
— В частности, что предметы, попавшие в черную дыру, не возвращаются обратно. Они пересекают горизонт событий (точнее, так называемый горизонт будущего, из-за которого можно вернуться, только двигаясь назад во времени). В принципе, предметы могут вылетать из другой области пространства-времени внутри черной дыры, из-за «горизонта прошлого». Однако непонятно, откуда они там возьмутся.
— Не так давно гравитационные волны, о которых тогда же писал Эйнштейн, были открыты физически.
— Это произошло почти спустя сто лет после того, как он открыл их теоретически. В первый раз гравитационные волны от слияния двух черных дыр были открыты в 2015-м.
По сути, такие волны — это колебания пространства-времени. Но так как пространство само очень жесткое, эти колебания очень слабые.
— Большинство людей представляют себе пространство как пустоту, в которой что-то происходит, нечто типа пустого склада. А как представить жесткое пространство?
— Это довольно сложно. Нам, например, тяжело представить, что сумма углов треугольника может отличаться от 180 градусов. Для этого нужно, чтобы пространство деформировалось, искривлялось, шло рябью и так далее. Едущий по улице автомобиль или колышущиеся занавески гонят гравитационную волну и искривляют пространство. Только очень слабо. Ни один детектор не сможет это зафиксировать, потому что, повторюсь, на самом деле пространство очень жесткое.
Замести следы
— Так как пощупать черные дыры в центре галактик невозможно и даже наблюдать за ними можно с большой долей условности — лишь по изменениям среды вокруг них, то основной инструмент их изучения, если я правильно поняла,— теория.
И сегодня эта область, судя по числу публикаций, стала важной частью мировой науки. Почему именно сейчас?
— Это связано с тем, что черные дыры порождают много необычных явлений, которые вполне можно изучить теоретически. В каком-то смысле создание подобных теорий — игра ума, но при этом такая игра существенно продвигает наше представление о глобальных законах мироздания, в частности, дает надежду решить одну из основных открытых проблем фундаментальной физики: как совместить квантовую механику и гравитацию (речь о создании так называемой теории всего, о чем ученые мечтают десятки лет.— «О»).
— Можете назвать лидеров современной теоретической физики, о которых всем стоит знать?
— Несомненный лидер сегодня — Эдвард Виттен. Он известен работами в теории струн, теории поля и ряде областей математики, в частности, теории узлов (признан физическим сообществом как один из самых талантливых живущих физиков, преемник Эйнштейна.— «О»). Другой безусловный лидер теоретической физики — Хуан Малдасена, профессор физики из Института передовых исследований в Принстоне.
Он придумал соответствие между теориями в размерностях N и N+1, что связано с идеей квантовой голографии, о которой мы поговорим позже.
— В чем смысл вашей нынешней работы?
— Настоящие черные дыры существуют в космосе. Моя же работа теоретическая, и она в каком-то смысле про игрушечную черную дыру. То есть мы строим математическую модель и рассматриваем теоретические вопросы, игнорируя некоторые свойства настоящего мира.
Один из интересных вопросов, волнующих сегодня ученых в той области науки, которой я занимаюсь, звучит так: что будет с информацией, которая исчезла в черной дыре? Дело в том, что, согласно классической теории, если информация (говоря упрощенно, речь о любом, в том числе материальном, объекте.— «О») попадет в черную дыру, то она бесследно исчезнет. Однако это противоречит принципам квантовой механики. Физики пытаются разобраться с этим парадоксом около 40 лет.
— Так куда же девается информация?
— Давайте для начала представим, что будет с информацией, если мы просто сожжем флешку.
Сможем ли мы ее после этого каким-то образом извлечь? Теоретически сможем, так как микроскопические законы физики обратимы и информация останется закодирована в остатках от флешки и в излучении, которое получилось при сгорании. То есть практически восстановить ее нельзя, а теоретически можно — проследив за каждым атомом и заставив его двигаться в обратную сторону. В будущем, возможно, мы сможем это сделать (не для флешки, а для объекта поменьше) с помощью квантового компьютера, который может моделировать любой физический процесс. Если все операции будут точными, мы сможем прокрутить весь процесс назад внутри компьютера и восстановить информацию.
В 1999–2001 годах — исследователь в Microsoft Research в США
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
В 1999–2001 годах — исследователь в Microsoft Research в США
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
А что будет, если флешку сбросить в черную дыру? Теоретически мы можем проследить за частицами, пока они не спрячутся за горизонт событий черной дыры.
Напомню, это такая поверхность, из-за которой нельзя вернуться. Пересекая этот горизонт, мы движемся в будущее, а, чтобы вернуться, нам нужно будет двигаться в прошлое. После того как частица пересекла горизонт, она через какое-то время попадает в сингулярность — область, где известные нам законы физики не работают. В итоге информация оказывается запертой внутри черной дыры и недоступной для внешнего наблюдателя.
— Заперта, но не исчезла же!
— Это еще не все. Примерно 40 лет назад Стивен Хокинг сделал поразительное открытие, обозначив сразу два свойства черных дыр. Первое — он открыл энтропию (энтропия — разрушение, нарастание хаоса — «О») черных дыр, подтвердив догадку Якова Бекенштейна. Второе — доказал, что черные дыры не только поглощают, как считалось до сих пор, но и излучают. Теперь это тепловое излучение черных дыр называется хокинговским. Из-за него черные дыры теряют массу — «испаряются» и в конце концов погибают вместе со спрятанной внутри информацией.
Информационный парадокс черных дыр впервые осознали еще в середине 1970-х. Помимо Хокинга им занимались такие известные ученые, как Кип Торн (ведущий мировой эксперт по общей теории относительности, один из главных разработчиков детектора гравитационных волн LIGO, также известен как научный консультант фильма «Интерстеллар».— «О») и Джон Прескилл (ведущий специалист в области квантовых вычислений, в 2004-м выиграл пари века у Хокинга: Пресскил утверждал, что излучение черной дыры несет информацию, просто мы не можем ее расшифровать, а Хокинг — что информация, попав в черную дыру, навсегда пропадает в параллельной Вселенной.— «О»).
Первое объяснение того, как информация может выйти из черной дыры, придумал в конце 1980-х голландский ученый, нобелевский лауреат Герард Хоофт. Он заметил, что предметы, падающие в черную дыру, создают гравитационное возмущение вблизи горизонта прошлого, которое влияет на последующее излучение.
— То есть на нем появляется отпечаток из информации? Незадолго до своей кончины Стивен Хокинг как раз говорил, что решил информационный парадокс черной дыры: информация не пропадает внутри, а остается снаружи.
Это даже породило странные околорелигиозные разговоры о том, что после разрушения любого предмета его «суть» остается записанной во Вселенной в виде голограммы.
— Про это я не знаю. Говоря об информации, тут ключевую идею высказал Хоофт. К сожалению, он претендовал на полное решение загадки черных дыр, что не способствовало пониманию. На самом деле его работа — это только одна дверь, которую нужно открыть на пути к решению. В последние годы было сделано еще несколько шагов, включая мою работу. Она имеет отношение к идеям Хоофта и еще к таким вещам, как эффект бабочки в квантовом хаосе. А буквально прошлой осенью стало понятно, где именно классическая теория (предсказывающая потерю информации) ошибается и как ее подправить, добавив совсем немножко квантовой механики.
Бабочка и квант
— Эффект бабочки в квантовом хаосе — звучит прекрасно. А что это такое?
— Ну начать придется издалека. Что такое хаос? Хаос — это когда происходит что-то сложное и непредсказуемое.
Одно из свойств хаоса в том, что небольшое изменение в текущих событиях порождает большие изменения в будущем. Ученые исследовали этот вопрос в 1950-е. В итоге сегодня у нас есть два описания так называемого эффекта бабочки. Один в научной литературе связан с аттрактором (так называют состояние динамической системы, к которому она стремится.— «О») Лоренца. Напомню, что Эдвард Лоренц, родоначальник популярной сегодня теории хаоса, стал, по сути, основателем современных прогнозов в метеорологии, исследовал конкретную хаотическую систему и написал статью «Предсказуемость: может ли взмах крыла бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?». Так и появился термин «эффект бабочки», известный сегодня всему миру. Взмах крыла бабочки в данном контексте должен восприниматься как маленькое изменение начальных условий, способное как вызвать, так и, предположим, погасить торнадо. Второе описание эффекта бабочки мы все знаем по литературному произведению Брэдбери. Собственно, в чем состоит интерес ученых? Они задались вопросом, как описать хаос математически, как его измерить и просчитать.
Черная дыра в разрезе. Вот как на современном этапе ученые представляют устройство самых загадочных объектов Вселенной. Уточнения, понятное дело, следуют
Черная дыра в разрезе. Вот как на современном этапе ученые представляют устройство самых загадочных объектов Вселенной. Уточнения, понятное дело, следуют
К сожалению, прямое наблюдение хаоса очень затруднительно, потому что существует всего два способа отличить истинный хаос от кажущейся сложности и непонимания закономерностей. Первый -– создать вторую копию мира и посмотреть, что там будет без какого-либо воздействия. Действительно, если мы возьмем два идентичных мира, в одном из которых бабочка взмахнет крылом, а в другом нет, то события в истории этих двух миров будут расходиться. Ученые делают подобные работы при помощи математических моделей. Другой способ — прокрутить, как мы говорили, все процессы назад.
В принципе, это возможно, поскольку законы физики, как обсуждалось раньше, на микроскопическом уровне обратимы. Но мы пойдем дальше и будем сегодня говорить не просто о хаосе, а о квантовом хаосе, который имеет непосредственное отношение к черным дырам.
— Что это такое?
— Идея квантового хаоса впервые появилась в работе Анатолия Ларкина и Юрия Овчинникова 50 лет назад. Вряд ли они тогда думали о таких нереализуемых вещах, как возможность прокрутить время назад. Они решали конкретную физическую задачу про сверхпроводимость. Но в формулах обнаружилось очень странное явление, и они попытались в нем разобраться.
Одна из формул содержала «коррелятор, неупорядоченный по времени». Ларкин и Овчинников поняли, что эта математическая величина характеризует хаос.
По сути, она описывает процесс путешествия по времени назад.
— То есть теоретически это возможно?
— Да. Обычно, когда мы вычисляем что-то про реальный физический мир, то движемся по времени вперед и вычисляем вероятность некоторого события в будущем.
А здесь нужно двигаться вперед, потом назад во времени, а потом опять вперед. Долгое время эта область не развивалась, но совсем недавно, буквально несколько лет назад, ей опять заинтересовались, и сегодня это важная часть современной науки.
— С чем связано возрождение интереса?
— Отчасти с черными дырами. В частности, физики-теоретики Стивен Шенкер и Дуглас Стэнфорд написали работу про эффект бабочки в черных дырах, с которых мы начали разговор. Черные дыры на квантовом уровне проявляют хаотичное поведение, подобное эффекту бабочки. Роль бабочки здесь выполняет любой предмет, который падает в черную дыру. Причем даже сброс одной частицы может серьезно повлиять на будущие события. Последствия маленького изменения в черной дыре возрастают настолько быстро, насколько это вообще физически возможно. Этот рост последствий делает черные дыры самой хаотичной системой, которая может существовать в природе.
— Вы создали математическую модель SYK (модель Сачдева — Йе — Китаева), которая как раз позволяет «прокручивать» время в черной дыре вперед и назад и смотреть, что будет, если на нее будут воздействовать разные объекты?
C 2002-го — профессор престижного Калифорнийского технологического института (Калтех)
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
C 2002-го — профессор престижного Калифорнийского технологического института (Калтех)
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
— Да, чтобы понять, как тот или иной объект повлиял на черную дыру, нужно провести мысленный эксперимент, где мы в какой-то момент прокручиваем время назад, а потом что-то меняем и прокручиваем опять вперед, как в рассказе Брэдбери.
Этот процесс математически как раз описывается корреляторами, неупорядоченными по времени. Звучит довольно искусственно, даже для теоретика, но как иначе узнать что-то о горизонте событий, оставаясь снаружи? В какой-то момент я понял, что неупорядоченные по времени корреляторы нужно изучать: их можно определить для разных систем, но в черных дырах они особенные. Потом я нашел подходящую модель, в которой эти корреляторы отвечают максимально быстрому росту возмущений — в точности как в черных дырах. На основе моей модели Малдасена и Чи придумали новую модель. В ней, например, можно моделировать такое интересное явление, как телепортация.
— А кротовые норы, позволяющие перемещаться из одной Вселенной в другую, согласно современным представлениям, существуют?
— Теоретически да. Если возвращаться к классическим черным дырам, есть такое понятие, как кротовая нора, или Мост Эйнштейна — Розена. Это когда за черной дырой, за ее горизонтом событий есть другая черная дыра, которая может находиться в другой Вселенной, но при этом они каким-то образом связаны.
То есть пространство и время между ними общее. Правда, из одной Вселенной попасть в другую все равно нельзя. Пространство и время устроены так, что наблюдатель из каждой Вселенной может попасть внутрь черной дыры. Время жизни внутри черной дыры ограничено, потому что любой объект рано или поздно ударяется в сингулярность. Если черная дыра очень большая, такая, что до сингулярности лететь сто лет, это не страшно.
Находясь за горизонтом, можно увидеть другую Вселенную и даже встретиться с путешественником оттуда, но это тупик. Недавно появились модели, в которых по этому мостику все-таки можно пройти.
Есть очень узкая область пространства-времени, которая реально соединяет один мир с другим.
— Над чем вы собираетесь работать в ближайшее время?
— В рамках модели SYK я надеялся получить ответы на вопросы, связанные с квантовой голографией. Согласно идее Хоофта и более конкретной теории Малдасены, внутреннее состояние черной дыры закодировано на ее поверхности.
Хотелось бы описать эту кодировку в достаточно простой модели. Модель SYK для этого не подошла, потому что она слишком простая. Теперь я хочу создать новую модель.
Физика на завтра
— Вы — автор ряда идей, изменивших современную физику. Скажите честно: работа физика-теоретика похожа на озарение или это кропотливый труд с формулами?
— Безусловно, элемент озарения есть. Сначала ты пытаешься разобраться в интересном вопросе интуитивно. Но так как интуиция любого человека основана на опыте, на знаниях, то в итоге ее уже не хватает, и тогда уже нужно догадку проверять вычислениями, формулировать задачу математически, вычислять и смотреть, что получится. На этом этапе, когда нужно возиться с формулами и по многу раз перепроверять решения, это не так интересно. Но когда все сошлось, появляется уверенность и новая интуиция, и тогда можно двигаться дальше.
— Ваша модель SYK произвела настоящий фурор в научном мире — сегодня ее развивают самые знаменитые физики, те же Виттен и Малдасена.
Более того, некоторые именно ее прочат на звание той самой «модели всего», которую так ищут физики.
— Я бы не сказал, что это «теория всего». Она отвечает на конкретные вопросы: когда я ее создавал, то хотел получить ответы на некоторые вопросы, касающиеся черной дыры. Более полная и подробная модель в этом отношении — теория струн, но одновременно она очень сложная, и делать в ее рамках какие-то вычисления очень тяжело. Вот я и задумал подобрать простую рабочую модель.
— Какие задачи вдохновляют сейчас физиков-теоретиков? Что их интересует помимо сгинувшей в черной дыре информации?
— Основная задача — понять квантовую гравитацию. Если удастся, есть надежда, что одновременно решатся и другие задачи. В частности, появится шанс понять, откуда взялась Вселенная, потому что существующие законы физики позволяют проследить развитие Вселенной назад во времени до определенного мига — до Большого взрыва, а дальше возникает неопределенность, и мы не можем узнать, что было в начале.
— Давайте мы тоже вернемся обратно во времени. Вы сами когда увлеклись наукой?
— Интерес к физике у меня с детства, спасибо родителям. Они работали в Воронежском университете в области электроники и радиотехники и, когда мне было лет семь, несколько раз брали меня в свою лабораторию, давали поиграть с осциллографом. На его экране возникали разные красивые фигуры, мне было очень интересно разобраться, что это означает… Затем учился в хорошей математической школе в Воронеже, потом в МФТИ. Сначала я пошел на прикладную математику, но понял, что мне эта тема не очень интересна. Сдав экзамен, поступил в теоргруппу. Наша база была в Черноголовке, в знаменитом Институте теоретической физики имени Ландау. Преподаватели были замечательные: мой руководитель Валерий Леонидович Покровский (сейчас работает в Техасе), Лев Петрович Горьков (крупнейший специалист по сверхпроводимости, умер в США в 2016-м.— «О»), Герасим Матвеевич Элиашберг, Дима (Давид Ефраимович) Хмельницкий и Исаак Маркович Халатников.
Я всем им очень благодарен. В середине 1980-х Институт Ландау был одним из лучших мест в мире по теоретической физике. Возможно, самым лучшим. С каким бы вопросом ты ни сталкивался, всегда можно было найти человека, который разбирался в этой области.
— Александр Белавин в интервью «Огоньку» (см. № 30 за 2019 год) рассказывал про семинары в Институте Ландау, где летом под соснами могли что-либо обсуждать с утра до вечера, чем сильно удивляли, к примеру, коллег из США. А вы сами не скучаете по такому подходу в Америке?
— Ну это традиция, связанная со школой Ландау: она порождала людей с очень широким образованием в физике, поэтому они понимали друг друга, даже если речь шла о другой области. Потом все стало меняться. Во-первых, физика стала очень большой, и такого универсального подхода больше не будет. Во-вторых, в 1990-е сами люди разъехались. Сейчас в США, в Калтехе, где я работаю, таких семинаров нет. Есть общие коллоквиумы, где люди доступно рассказывают о своей теме большой аудитории физиков.
Есть семинары для специалистов в определенной области, но и там обсуждение нечасто затягивается на несколько часов.
— Вы перебрались в США на общей волне, проработав лет десять лет в России. Сложно было менять привычки?
— В отличие от многих моих коллег, я вначале не искал постоянной работы за границей. Мне повезло, что появилась возможность поработать несколько месяцев в Израиле и во Франции. Это было хорошо и в материальном плане, и в плане знакомства с учеными. В итоге в Америку я попал в 1998-м, когда у меня уже были известные работы по квантовым вычислениям. Первый год работал в Калтехе, после этого два года в Майкрософт, тоже в области квантовых вычислений, затем вернулся в Калтех.
Сейчас работает там в качестве профессора теоретической физики и компьютерных наук на факультете физики, математики и астрономии, а также на факультете инженерии и прикладных наук
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
Сейчас работает там в качестве профессора теоретической физики и компьютерных наук на факультете физики, математики и астрономии, а также на факультете инженерии и прикладных наук
Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ
— В свое время вы выдвинули революционную концепцию «топологического» квантового компьютера.
В Майкрософт именно под реализацию вашей идеи была создала лаборатория?
— В Майкрософт я начал заниматься квантовыми вычислениями вместе с Майклом Фридманом — известным топологом, лауреатом премии Филдса (аналог Нобелевской премии для математиков.— «О»). Несколько лет спустя он создал свою лабораторию (филиал Майкрософт) в Санта-Барбаре, которая называется Station Q. Я же после работы в Майкрософт поехал в Калтех по приглашению выдающегося физика Джона Прескилла, а потом получил постоянную позицию. Калтех — это тоже прекрасное место: здесь собрано много замечательных людей, работающих в самых разных областях. Так что я, конечно, очень доволен тем, как сложилась моя судьба.
— Вы придумали, как создать квантовый компьютер на новых принципах, и многие физики считают, что именно за этим подходом будущее. На каком этапе эта работа?
— Речь идет о создании квантового компьютера на основе так называемых майорановских фермионов. Эти частицы впервые описал в 1937 году итальянский физик Этторе Майорана.
Уникальны они тем, что частица одновременно является своей античастицей. В свое время я предположил, что при определенных условиях на концах сверхпроводящего провода могут возникать так называемые майорановские моды. Это не частицы, поскольку они никуда не движутся, но математическое описание у них похожее. Их главное достоинство — устойчивость к различным возмущениям, поэтому майорановские моды можно использовать в качестве кубитов — квантовых битов, главных элементов квантовых компьютеров. В 2012-м группа под руководством Лео Коувенховена из Дельфтского технического университета (Нидерланды.— «О») впервые получила такие майорановские квазичастицы в эксперименте с нитью из антимонида индия. Сейчас над этим работают две лаборатории — в Дельфте и в Копенгагене. В значительной степени эти исследования финансирует Майкрософт.
— Изменилась ли ваша жизнь после того, как вы получили премию Юрия Мильнера Fundamental Physics Prizes размером в 3 млн долларов?
— Конечно, это укрепило финансовое положение, придало уверенности.
Также это определенная известность, поступают новые предложения о работе — думаю, премия сыграла в этом свою роль.
— Верите ли вы в прогресс? Человечество способно двигаться от худшего к лучшему?
— Конечно, сейчас люди живут лучше, чем сто лет назад, так что прогресс очевиден. Но параллельно происходят вещи нехорошие и опасные, и я не берусь сказать, что пересилит в итоге. На мой взгляд, есть две существенные угрозы, к которым человечество должно подготовиться, чтобы их пережить. Первая связана с исчерпанием природных ресурсов, вторая, еще более существенная,— с искусственным интеллектом.
— Стивен Хокинг предостерегал, что повсеместное внедрение искусственного интеллекта приведет к массовой деградации. Вы это имеете в виду?
— Думаю, многие люди останутся без работы. Надеюсь, физики будут не первыми, но очередь дойдет и до нас. Искусственный интеллект действительно может эффективнее человека работать в огромном количестве направлений. Это серьезный вызов, который потребует перестройки всей структуры общества.
Глобальная безработица приведет к тому, что нам придется придумывать какие-то занятия искусственно. В целом же опасная ситуация возникнет, когда человечество утратит контроль. Поначалу все важные решения будут принимать люди. Но потом компьютеры станут настолько умнее, что мы просто перестанем понимать, что происходит. Фактически люди окажутся на второстепенных ролях, что-то вроде домашних животных, пусть даже и любимых своими хозяевами.
Другая опасность для цивилизации — неважно, будет ли это цивилизация людей или цивилизация роботов,— связана с радикальным изменением устоев. Миллионы лет живые существа в том или ином виде борются за выживание, люди стремятся жить лучше, и этот механизм хорошо работает. А вот какие цели будет преследовать искусственный интеллект и будет ли новая система устойчивой — непонятно. В конечном счете будет то, что будет. Мы не можем спланировать или предсказать далекое будущее или даже сказать, что хорошо, а что нет. На ближайшую перспективу хотелось бы, чтобы человечество избежало глупых ошибок.
О пространстве возникающего в докладе С.Н. Костроминой и Н.В. Гришиной //Психологическая газета
Совместный доклад профессора С.Н. Костроминой и профессора Н.В. Гришиной «В пространстве возникающего: психология изменений и психология возможного как вектор развития психологии личности» был сделан в ходе панельной дискуссии на 15-м Санкт-Петербургском саммите психологов. Предлагаем вниманию читателей полную текстовую версию доклада и видеозапись выступления.
Костромина С.Н.:
Мы назвали наш доклад «В пространстве возникающего», и мне кажется, что это название определённым образом соединяет тот смысловой вектор, о котором говорил Александр Григорьевич Асмолов и в рамках которого мы сегодня услышим выступления наших спикеров.
Психология всегда занимала и продолжает занимать особое место в обществе. Эта «особость» во многом связана со способностью человека смотреть в будущее, обсуждать проблемы будущего, выстраивать будущее.
Сегодня, когда продвигаются идеи устойчивого развития, возвращения к привычному образу жизни после пандемии, стабилизации ситуации, психологов волнует вопрос изменений, готовности к изменениям. Мы говорим, что психология — это наука о конструировании изменений, о крутых поворотах, о прорывах, о скачках, о вызовах, с которыми ещё только предстоит справиться. Через тернии постоянства, рутины и обыденности всё время прорывается тяга к новому, к необычному, к тому, «чего ещё нет, но может быть». Стремясь заглянуть в будущее, мы создаем пространство возможного, область, в которой возникают новые чувства, мысли и действия, изменяющие нас и нашу жизнь.
Изменение — одно из важнейших понятий в психологии личности. Оно объединяет и теорию, и практику, и исследователей, и консультантов. Любой практикующий психолог знает: когда к нему на консультацию пришёл человек, значит, он решил изменить свою жизнь. И какой бы первичный запрос ни формулировал человек в глубине души, может быть, ещё неотчётливо, но он ощущает: пришла пора меняться или что-то менять в жизни.
Кстати, первый шаг навстречу изменениям человек уже сделал, потому что он пришёл на консультацию.
О стратегиях, которые препятствуют изменениям, практикующий психолог тоже знает. Например, когда клиент на консультации всё время переживает о своём прошлом или о невозможности что-либо изменить — прошлый опыт, прошлые поступки, прошлую жизнь. Когда говорит: «Ну что ж, так сложилась судьба», «Прошлое уже не изменить». Или когда винит других в своей слабости или неспособности, когда повторяет: «Ну да, я таким стал, потому что у меня были такие родители или так сложилось моё детство». Есть много способов оставить всё как есть.
Психологическая наука в некотором роде похожа на такого клиента. Она всё время «страдает», что ещё не придумана единая теория личности, что у нас нет универсальной теории сознания и поэтому мы не можем двигаться дальше. Мы — психологи — очень любим сетовать на своё место Золушки среди естественных наук, примеряя на себя не налезающий башмачок естественно-научной парадигмы исследований.
В чём смысл такого позиционирования психологии в современном мире? Не кажется ли вам, что многие ограничения собственной свободы в психологии используются для того, чтобы поддержать ощущение теоретического или методологического тупика. Мы заявляем о нашем желании двигаться вперед, но на самом деле всё время оглядываемся назад. Мы верифицируем наши исследования через воспроизводство уже полученных результатов. Мы поощряем повторение старых идей в новых эмпирических практиках. Вместо того, чтобы искать способы объяснения данных, выбивающихся из области средних значений, мы отбрасываем выбивающиеся из общей картины наблюдения и рассматриваем их как «погрешность» исследования. Мы опираемся на аксиому нормального распределения, забывая, что любые количественные колебания, любые отклонения от нормативных показателей рассказывают нам историю качественного характера.
Мы постоянно апеллируем к прошлому человека. Большая часть теорий личности, которые мы используем в своих исследованиях и психологической практике, были созданы в 20 веке.
Значительная часть из них опирается на прошлое в жизни человека. Психодинамические концепции выстраивают свои объяснительные модели на основании детского опыта. Теории социально-когнитивного направления фокусируются на оценке выученных потребностей, на закреплённых моделях и действиях. Когнитивно-поведенческий подход ориентирован на анализ фиксированной ассоциативной связи, актуализирующейся в определенной ситуации. Я уже не говорю о теории личностных черт, которая объясняет поведение человека через предрасположенность его вести себя сходным образом в различное время и в различных ситуациях.
Прошлое стало главным измерением в исследованиях личности.
Это не значит, что прошлое нужно отрицать. Прошлое — это безусловно важная часть нашей жизни. Но ещё раз задумаемся над вопросом: в чём смысл прогнозирования будущего на основе прошлого? А смысл состоит в том, чтобы сохранить образ стабильной детерминированной личности, которая является куда более простой и понятной, чем идея непредсказуемой, необратимой, неопределенно усложняющейся системы — личности, изменчивой по своей природе.
А между тем, прошлое для личности имеет совершенно особую смысловую направленность: прошлое не только сохраняется в настоящем, но и растёт по мере продвижения человека вперёд, в будущее. Прошлое непрерывно движется внутри нас, постоянно наполняясь абсолютным настоящим. Мы чувствуем, думаем, хотим… Но мы чувствуем, думаем, хотим здесь и сейчас, в нашем настоящем, в нашей индивидуальности, строящейся в каждый момент времени. Каждый момент нашего настоящего встроен в непрерывный поток опыта, наполняя и изменяя внутреннее пространство личности. Наша способность к переживанию есть особая форма внутренней жизни. Или, говоря словами С.Л. Рубинштейна, особый способ человеческого существования. Каждый раз переживая то, что с нами произошло, мы реконструируем наш опыт, мы реконструируем то психологическое видение пространства, в котором находимся. Поэтому невозможно, чтобы тождественное по объёму состояние когда-нибудь могло повториться по глубине. Более того, если бы это было возможно сделать, нам бы нужно было бы стереть все воспоминания о том, что следовало бы за тем моментом, который был в прошлом.
Каждый момент нашей жизни имеет нечто новое, которое прибавляется к прежнему, добавляет и расширяет прошлое. За счёт этого наша индивидуальность непрерывно растёт и изменяется.
Кажимость времени, в которой слито воедино в личности прошлое, настоящее и будущее, очень точно подмечена в работе Анри Бергсона, которая была написана практически столетие назад. Он подчеркивал то, насколько в нас сильно слито воедино наше прошлое, настоящее и будущее, что все три временных диапазона на самом деле представляют всего лишь ракурс анализа происходящего.
Взаимопроникновение прошлого, настоящего и будущего совершенно не означает механического вычисления прошлого и будущего как неких функций настоящего, не означает выстраивания парадигмы детерминистических объяснений и подкрепления существующей идеи о том, что всё задано. При таком понимании, писал Анри Бергсон, какой-нибудь человеческий сверхразум (сегодня мы сказали бы «сверхкомпьютер» или «искусственный интеллект») мог бы обозреть сразу прошлое, настоящее и будущее и из прошлого предсказать будущее.
Но такие проекции, такие идеи предсказания из прошлого в будущее абсолютно неприменимы к сложным открытым нелинейным системам, к которым относится личность. В динамике таких систем выявление повторяющихся паттернов, безусловно, может обеспечить прогнозный контроль. Но прогноз — это ещё не объяснение. Прогноз не объясняет, почему человек так поступил и чем будет инициировано его поведение в будущем. Прошлое поведение может быть причинно связано с будущим поведением, но только косвенно, через множество условий. Вспомните известный пример с индюшкой из книги Н. Талеба: в жизни индюшки было всё в порядке, она жила на прекрасной ферме, её кормили и за ней ухаживали. И в тот самый момент, когда уверенность, что мясник любит индюшку больше всего, достигает апогея, и жизнь становится спокойной и предсказуемой — наступает День благодарения, который приносит индюшке неприятный сюрприз. Очень странно рассматривать личность, опираясь и смотря исключительно в прошлое. Взглядом в будущее из прошлого мы сами упрощаем наше понимание личности, упрощаем понимание её многоликости и разнообразия, навязываем форму, забывая о содержании.
Н. Талеб называл неспособность мыслить динамично, неумение соотнести себя с будущим футурологической слепотой. Прошлое, должное, необходимое — понятия, которые мы активно используем и в теории, и в психологической практике, — безусловно позволяют нам сориентироваться в структуре разнообразных факторов: генетических, средовых, ситуационных, — и даже обеспечивают прогнозный контроль. Однако сверхценность прошлого опыта, так же как сверхценность некой заданности — средовой или биологической, — не позволяет нам видеть и исследовать личность как живущую и участвующую, как пробующую и ошибающуюся, где движутся и постоянно накапливаются количественные и качественные изменения. Именно в этой изменчивости проявляется процессуальная природа личности, её живой, непредсказуемый, неопределённый характер. Из-за того, что личность постоянно меняется, не находится в состоянии равновесия, переходит из фазы устойчивости в фазу неустойчивости, происходит преобразование её организации. Каждая новая ступень функциональной организации личности, т.
е. период её устойчивости, упорядоченности, несёт в себе зародыш дальнейшего изменения. А каждое новое изменение всегда ведёт к возрастанию сложной структуры и, следовательно, к росту её устойчивости. Это позволяет описать внутренний мир личности как многомерное пространство разнообразия.
В научной литературе можно найти достаточно частое обращение к подвижному и изменчивому характеру личности. Дление, говорил Сергей Леонидович Рубинштейн, как постоянное пребывание в изменении. Длительность мы находим у Анри Бергсона как характеристику непрерывного изменения. Переход от достигнутой актуальности к актуальности достижений в работах А. Уайтхеда. Если прошлое, говорил А. Уайтхед, связывает актуальное, то будущее просто реально.
Если прошлое продолжается в настоящем человека, то своё настоящее человек строит как реализацию образа будущего. Поэтому именно будущее — главное измерение в исследованиях личности.
Именно будущее звучит так громко в наших ожиданиях, в предвкушениях, в целях, в смыслах, свидетельствуя о незавершённости, разнообразии и возможностях.
Нам нужно научиться видеть личность в новых обстоятельствах. Это очень близко к терапевтической практике, не правда ли? Когда человек приходит на консультацию, наша задача не только проанализировать, что было, но и помочь человеку расширить своё пространство, увидеть себя в новой ипостаси, показать ему альтернативу.
Теперь необходимо научиться этому в научных исследованиях, потому что только в этом случае, воспользуюсь цитатой Анри Бергсона, мы «ставим светильник, который должен вести нас, не позади, а впереди». Мы заменяем толчок прошлого притяжением будущего. Именно поэтому сегодня мы можем утверждать, что психология изменений и психология возможного являются вектором, который определяет развитие психологии личности.
Гришина Н.В.:
В последнее время состоялось несколько конференций, на которых мы обсуждали самые насущные проблемы психологии. Но именно площадка Саммита даёт нам уникальную возможность говорить о современном состоянии психологии, о методологии и философии нашей науки.
Сегодня мы говорим о психологии личности. Личность — это ключевая категория психологической науки, и мы все так или иначе занимаемся проблемами личности, в том числе проблемой устойчивости / изменчивости личности. Это фундаментальный вопрос, который обсуждается в психологии личности на протяжении всей истории её развития. И это проблема не только психологии личности, но и всей психологической науки. Кстати, и не только психологии. Я хотела бы обратить ваше внимание на высказывание А.А. Ухтомского, который говорит, что известная идея доминанты возникает у него как попытка ответить на вопрос: какова природа изменчивости поведения людей, когда, казалось бы, ничего не меняется в окружающем мире? И наоборот, почему в меняющихся ситуациях мы настойчиво повторяем один и тот же образ действий? По сути, вот этот вопрос, когда-то поставленный в физиологии активности, актуален для нас и сегодня, именно этим мы и занимаемся.
Психология личности в течение многих десятилетий изучает характеристики личности.
Разные теории личности выдвигают на первый план те или иные характеристики. Несмотря на появление новых современных моделей описания личности продолжается полемика вокруг того, какие характеристики являются главными, доминирующими. Популярным в наше время становится тип исследований, который опирается на анализ больших баз данных с многотысячными выборками. Этот материал как бы придает некую фундаментальность нашим сегодняшним рассуждениям и исследованиям.
Однако по этому пути — описания и анализа черт и характеристик личности — психология личности шла довольно долго. По этому пути можно двигаться и дальше, но он не даёт нам никакого продвижения с точки зрения фундаментальной проблемы устойчивости и изменчивости личности.
Описания личности на уровне некоего набора характеристик замыкают психологию личности в самой себе, как каждую отдельную теорию, так и всю психологию личности. Но как только мы переносим акцент с каких-то отдельных характеристик личности на её процессуальную, динамическую природу, когда мы начинаем рассматривать личность как открытую систему, взаимодействующую с этим миром, мы тем самым получаем возможность диалога с другими областями знания.
И в этом, на мой взгляд, уникальность сегодняшней ситуации. Описание личности как открытой, динамичной системы позволяет психологии выйти за ограничивающие её рамки обсуждения отдельных характеристик личности и включиться в современный контекст научного знания. Мы вступаем в диалог с общенаучными идеями, связанными с переходом от описания статичных структур к описанию динамик, — то, о чём говорил сегодня Александр Григорьевич. Наука идёт по этому пути далеко не первое десятилетие. И мы уже привычно ссылаемся на теорию открытых систем, на работы И.Р. Пригожина, на философию нестабильности, неравновесные системы и так далее. Более того, как только мы начинаем смотреть на личность не только как на совокупность привычных характеристик, но как на некое процессуальное системное образование, мы получаем возможность диалога с другими областями внутри психологии, мы вступаем во внутринаучную коммуникацию. Ещё раз сошлюсь на А.А. Ухтомского. Классическая физиология рассматривала живой организм в недеятельных состояниях — в состояниях покоя, равновесия.
Ухтомский говорит о том, что практически любое решение любого физиологического вопроса начинается с изучения движения в организме. Нельзя не вспомнить и Курта Левина, который в своей работе о переходе к галилеевскому способу мышления приводит пример: когда физика перестает работать со статичными параметрами и обращается к динамической составляющей, к динамическому описанию объектов, она тем самым обеспечивает большой прорыв в продвижении научного знания. Курт Левин призывал к тому, чтобы этот путь прошла психология. И нам действительно предстоит его пройти.
Сегодня мы можем говорить о формирующейся в психологической науке области — психологии изменений, которая объединяет интересы многих из нас и представляет собой попытку интеграции теоретических подходов, методологических положений, поиска исследовательских решений, которые посвящены именно этой теме — теме изменений, изменений человека в изменяющемся мире.
Современная психология личности строится в двух основных координатах: изменчивость мира и изменчивость личности.
Именно в этом пространстве мы должны сегодня искать исследовательские решения.
Традиционно изменения личности изучались в психологии в рамках психологии развития и отождествлялись именно с моментами развития. Но в сегодняшнем научном дискурсе всё чаще употребляется именно понятие изменения, и этому есть свои объяснения. Понятие изменения по сравнению с понятием развития не только является более общим по своему объёму, но оно не подразумевает какой-то направленности. И потому оно более соответствует современной реальности с её динамичным, непредсказуемо изменчивым характером и стоящим перед нами задачам изучения изменяющегося человека в изменяющемся мире.
Сегодняшнее понятие изменений существенно отличается от традиционного. В классических теориях личности изменчивость подавалась как антитеза устойчивости, и это казалось само собой разумеющимся. В современной науке, наоборот, именно изменчивость рассматривается как условие сохранения устойчивости. Эта идея пронизывает философию нестабильности И.
Р. Пригожина, приобретает немалую популярность благодаря работам Н. Талеба, обозначается многими современными учёными. Она раскрывает содержание известного высказывания С.Л. Рубинштейна о жизни как пребывании в изменении: пребывание в изменении, по Рубинштейну, означает процесс сохранения тождества внутри изменений. И это особенно актуально в современной реальности с её вызовами к динамизму личности: изменчивость, о которой мы говорим, «работает в паре» с устойчивостью, они вместе обеспечивают сохранение целостности личности.
Пока в наших работах изменения по своему пониманию больше приближаются к философской трактовке: различие вещи в отношении себя, становление чем-то другим, потенция к иному бытию. Но эти, по сути, философские определения оказываются вполне созвучны современным подходам психологии личности.
Изменчивость — это имманентная, интегральная характеристика процессуальной природы личности, которой мы сегодня посвящаем свои исследования и свои работы.
При этом изменчивость личности не может быть выведена из какого-то одного фактора или источника. Ни одна характеристика личности прямо не отвечает за её изменчивость. «Материал», из которого мы сделаны, «ткань», из которой соткана наша личность, потенциально пропитана изменчивостью. По сути, изменчивость является следствием разных динамических систем и подсистем личности. Изучать изменчивость — это изучать саму природу личности.
Конечно, нам предстоит ещё многое сделать. Необходимость работ в этом направлении очевидна, но нам нужно ещё очертить, наверное, и проблемное поле изменений, и более чётко проработать понятийный аппарат. Диапазон изменений объёмен, и сами по себе изменения, о которых мы говорим, могут иметь разную природу. Опять обращусь к физиологии активности Н.А. Бернштейна, который писал о различении двух видов действий: реактивных и активных. Эти действия, как и в целом реактивное и активное поведение, имеют принципиально разную природу.
Реактивное действие строится исключительно на ответе организма на какие-то действующие раздражители. И в этом смысле оно опирается на прошлый опыт, на какие-то привычные схемы поведения, привычные формы реагирования. А вот активное действие определяется принципиально другим — образом будущего, моделью потребного будущего, как это называл Николай Бернштейн. Именно к этим идеям относится его знаменитая работа «От рефлекса к модели будущего».
И здесь напрашивается явная аналогия с психологией личности. Когда мы говорим о том, что личность изучается как совокупность неких характеристик, сформированных паттернов поведения, характерологических паттернов, на основе которых прогнозируется её поведение, это правомерно по отношению к поведению человека, поведению личности в каких-то привычных ситуациях деятельности и активности. Другое дело, что таких ситуаций становится всё меньше. И вот этот парадокс изменчивости как фактора сохранения устойчивости и стабильности может быть разрешён через различение (кстати, привычных для психологии) адаптивных и трансформационных изменений.
Когда, например, Курт Левин говорит о личности как напряженной системе, которая стремится к состоянию равновесия в движении, он пишет о динамиках, которые имеют адаптивный характер. Именно наша способность к адаптивности обеспечивает гибкость, эластичность (может быть, даже отчасти антихрупкость, о которой пишет Н. Талеб). Но нас, конечно, сегодня больше интересуют изменения, которые имеют скорее трансформационный характер. Сегодняшняя изменяющаяся реальность всё меньше оставляет места привычному. И когда мы переходим к теме возможного, мы должны говорить о той активности, о том поведении, в основе которого образ результата, образ предвосхищаемого будущего, модель потребного будущего. Именно здесь мы вступаем в зону возможного.
Костромина С.Н.:
Тема психологии изменений связана с другой активно развивающейся и не менее важной для психологии личности областью — психологией возможного. Эвристичность этого направления связана с объединением двух понятий: понятия «возможное» и понятия «мир».
Обычно и в науке, и в жизни они употребляются в сочетании «возможный мир», т.е. как одна из возможных альтернатив, как одна из комбинаций возможного состояния дел, как альтернативный мир, как мир, который можно мыслить, как мир, отличный от реального. Для психологии личности всё-таки ближе понятие «мир возможного», потому что в этом понятии сконцентрирована его близость, его сопряженность с реальным миром. Смысловая разница состоит в том, что, говоря о мире возможного, мы фокусируем внимание не на альтернативности, а именно на совместимости возможного с реальным миром, с тем, как возможное его преобразует. Мир возможного не может быть рассмотрен в отрыве от мира реального, поскольку раскрывается именно в реальном мире. Например, уже ставшее частью нашей жизни цифровое пространство в принципе является миром возможного. Последний год позволил нам почувствовать, насколько он расширил наши возможности. Онлайн-ресурсы перенесли человека из реального физического пространства, из его привычного образа жизни в те места, которые ранее казались недоступны.
Например, к курсам в других университетах. У нас появилась возможность, не выходя из дома, посетить музеи или театры. Это, безусловно, показывает, насколько мир возможного сопряжен с миром реальным. Общество, построенное на информационных ресурсах, — безусловно общество возможностей. Само понятие «мир возможного» раскрывает цивилизационные процессы через постоянно возрастающие возможности, тем самым повышая значимость жизни каждого отдельного человека.
Интересно, что потенциал мира возможного, в отличие от психологов-исследователей, давно прочувствован практиками. В работе с клиентами они довольно часто используют такие высказывания, как «возможные решения», «возможные варианты», «возможные последствия». Тем самым возможное как бы расширяет границы необходимого, подчеркивает близость воображаемого к действительности, его воплотимость.
Но есть и другая сторона возможного — это его качественная характеристика. Она подчеркивает разнообразие и изменчивость личности при сохранении тождества.
Обратимся к цитате М.Н. Эпштейна. У него есть прекрасная работа «Философия возможного». «“Я”, — писал Эпштейн (2001, с. 248), — это вечная неосуществимость, и если бессмертие возможно, то именно потому, что личность никогда и ни в чём вполне не осуществляется, а значит, и не может исчезнуть как возможность». Вспомним слова С.Л. Рубинштейна: «единство бесконечной множественности» — так Сергей Леонидович описывал изменчивость психического, его способность трансформироваться и преобразовываться, переходить из одного состояния в другое. Это позволяет нам рассмотреть личность как мир возможного, где пространственно-временная организация не является жёстко заданной, т.е. исключительной причинной обусловленностью. Наоборот, за счёт того, что наша личность — это множественность элементов и подструктур, которые каким-то образом мы пытаемся описать и структурировать, а также за счёт неограниченного числа связей между элементами, возможна бесконечная множественность состояний и неограниченная вариативность её организации.
Возможное открывает потенциальную сторону нашего бытия.
Возможное — это потенция личности. Возможное показывает, насколько потенция больше любой актуальности; потому что разница между потенцией и актуальностью — и есть та зона избыточности, которая проявляется в нетипичности, в том, что мы обычно называем надситуативной активностью. Инаковость, преадаптивность, разнообразие в поведении человека — это примеры активности человека, которые не укладываются в прокрустово ложе необходимого. Одновременно они свидетельствуют о переходе из области реального в область возможного.
Способность человека быть другим, быть иным — крайне важная потенция личности. Именно поэтому человек не сводим ни к каким актуальным формам существования. Именно поэтому исследователи обращаются к категории возможного. Например, в концепции «возможных Я» Хейзел Роуз Маркус, в работах Дмитрия Алексеевича Леонтьева, который ввёл понятие возможного в отечественный научный дискурс, противопоставляя его необходимому, в работе Виктора Владимировича Знакова «Психология возможного».
Данные примеры показывают, насколько понятие возможного становится диалогичным, насколько оно связано с психологией изменений, без которой невозможно описание личности.
В этом месте я бы хотела обратить внимание на следующий важный момент: для психологии личности возможное и изменяющееся — это не просто две связанные развивающиеся области, между ними существует содержательная связь. Важнейшей характеристикой возможного является его потенциальность. А процессуальная природа личности лучше всего проявляется в пространстве, ничем не ограниченном, где господствует избыточность, альтернативность, новизна и свобода. Поэтому возможное и изменяющееся — не просто связаны между собой, на их пересечении образуется особое пространство — то, что мы вынесли в заголовок нашего доклада, — пространство возникающего.
Конструкт «возникающего» активно употребляется в психологии. Очень многие явления мы описываем, используя это понятие. Правда, в общеупотребительном контексте.
Возникнуть может мысль, образ, чувство, смысл, действие. При этом, если мы посмотрим на возникающее как на предмет психологического исследования, то становится очевидным, что возникающее является следствием изменяющейся природы личности. Возникающее — есть мгновенное локальное явление, которое происходит в уникальном времени и месте. Оно есть продукт количественных и качественных изменений личности. Это результат столкновения разных движущих сил во внутреннем мире, колебаний и откликов во взаимообмене с окружающей средой. Это такая точка, которая запечатлевает нарушение внутреннего равновесия, переход из устойчивого состояния в неравновесное и наоборот. Это характеристика, которая подчеркивает изменения внутреннего хронотопа.
Возникающее — это характеристика, которая передает подвижность, текучесть внутреннего содержания личности, его устойчивость и изменчивость в пространстве возможного.
Возникающее родом из области возможного, из области потенциального, т.
е. из будущего. Возникающее отражает жизнь как накопление возможностей, где каждый предшествующий этап вбирает в себя энергию предыдущих возможностей. В нём нет заданности, обязательной причинности. Таким образом, именно понятие «возникающее» по своей сути раскрывает диалектику и взаимосвязь между изменчивым и возможным.
Гришина Н.В.:
Итак, основной тезис, если угодно, пафос нашего выступления связан с тем, что внимание психологии к теме изменений и к пространству возможного должно быть дополнено концептом возникающего. Эти зоны возможного и изменений, пересекаясь, образуют возникающее. Сама по себе потенция изменений, или потенция возможного, важна тем, что даёт возникающее.
Конечно, это понятие требует концептуальной проработки, необходимо понять, как мы можем его не только определить, но и операционализировать. Я хотела бы, пожалуй, в качестве претендента на раскрытие понятия возникающего предложить понятие «событие».
Понятие «событие» имеет междисциплинарный характер и широко используется и в научном дискурсе, и в повседневной практике. Но сейчас это понятие события, вроде бы, нам привычное, привлекает всё большее внимание потому, что чем больше мы приходим в науке к идее неравновесности, тем больше увеличивается вероятность возникновения событий.
Сошлюсь на И.Р. Пригожина, который говорит, что именно идея неравновесности создаёт возможность и увеличивает вероятность событий. И чем более в динамично изменяющемся неравновесном мире мы существуем, тем больше вероятность возникновения событий.
В общенаучном смысле понятие события определяется достаточно просто. Событие — это нечто, что происходит в некоторый момент времени и рассматривается как изменение состояния объектов. Таким образом, мы можем понятие события рассматривать в качестве некой единицы изменений.
В качестве примера можно сослаться на Ю.М. Лотмана, который при анализе текстов пишет о событиях в тексте как о перемещении персонажа за пределы семантического поля пересечения пространственно-временных границ.
И это, несомненно, перекликается с идеями Курта Левина, который говорит о жизненном пространстве как пространстве возможных событий, которое характеризуется тем, что возможно для человека в данный момент, а что невозможно. Динамика пространства в том, что события, которые были невозможны, становятся возможными — и наоборот.
В психологии мы больше привыкли к понятию события, статус которого заложен Сергеем Леонидовичем Рубинштейном. Он использовал понятие события как некоего узлового момента, переходной точки в жизненном пути человека. При этом, на мой взгляд, этот статус события как-то недооценен в психологии.
Понятие события обладает потенциалом связующей роли по отношению к пространственным и временным координатам жизни. Это то, что происходит в актуальной ситуации здесь и сейчас, но в силу своей значимости входит и в более протяженные единицы человеческой жизни. И тем самым получается, что события — это своего рода скрепы, связующие отдельные фрагменты, смыслы человеческой жизни.
Событие — это всегда изменение. Событие — это нечто созидающее и изменяющееся. При этом в возникновении событий всегда соединены какие-то объективные факторы нашей жизни, наш собственный, человеческий, субъективный вклад в это. Событие — это всегда превращение возможного в действительное.
Авторство человека по отношению к событиям проявляется как по отношению к возможному (какие возможности мы видим, как мы преодолеваем избыточные степени свободы, как мы осуществляем этот выбор), так и по отношению к использованию возможностей в силу нашего потенциала самоизменений, нашей способности и готовности к изменениям.
Таким образом, координаты возможного и изменяющегося сопрягаются в едином проблемном поле. Изменения происходят только в сфере возможного, возможное потенциально связано с изменениями. Результатом этого объединения становится возникающее — событие возникновения. Нам кажется, что эта идея возникающего, возникающего события придает некоторую определенность и динамикам личности, и взаимодействию возможного и изменяющегося.
Определенность задается возникающими событиями. Автором этих событий является человек, он видит эти возможности, он видит эти изменения, он решается на эти изменения. Тем самым идея авторства человека по отношению к своей жизни, о которой мы говорим не первое десятилетие, сегодня обретает некоторую определенность и, в том числе, рождает методологические и исследовательские решения, которые возникают благодаря нашему диалогу.
Спасибо!
Доклад был сделан на 15-м Санкт-Петербургском саммите психологов в рамках панельной дискуссии «От рефлексии — к действию! От обретения смыслов — к созиданию будущего! Как год пандемии с его утратами, испытаниями и запретами повлиял на человечество?». Смотрите полную видеозапись выступления:
Следующий 16-й Санкт-Петербургский саммит психологов состоится 5–8 июня 2022 года.
Подробности — на сайте мероприятия.
Южный федеральный университет | Пресс-центр: Выставка проектов: молодые ученые ЮФУ рассказали о своих разработках в День науки
8 февраля в главном корпусе Южного федерального университета состоялась выставка инновационных проектов молодых ученых ЮФУ.
Всего в рамках выставки представлено 14 разработок в различных сферах деятельности.
Протезирование будущего
Ольга Ежова, старший научный сотрудник Дизайн-центра микроэлектронной компонентной базы для систем искусственного интеллекта ЮФУ представила три макета инерциальной навигационной системы (ИНС) на основе микро- и наномеханических гироскопов и акселерометров.
«Данные системы способны, используя в своем составе только один сенсорный элемент, определить положение объекта по шести координатам (три координаты — вращение и три — ускорение), т. е. выдать основную информацию об ориентации и перемещении объекта», – рассказала Ольга Ежова.
Разработанные гироскопы-акселерометры применяются в автомобильной промышленности, машиностроении, пищевой промышленности, медицине, генной инженерии, городском хозяйстве, измерительных и контрольных средствах космической техники, астрономии, охране окружающей среды, а также в IoT (Интернете вещей) и робототехнике.
«Применение микромеханических сенсоров в медицинской технике позволяет создавать интеллектуальные системы протезирования с функциями контроля положения и перемещения в пространстве исполнительных органов тела человека», – отметила Ольга Ежова.
Дроны для лабораторных работ
Артем Кульченко, доцент кафедры электротехники и мехатроники ИРТСУ ЮФУ представил проект по разработке алгоритмов группового управления дронами и роботами.
В Южном федеральном университете ученые кафедры Электротехники и мехатроники ИРТСУ проводят исследования в стремительно развивающейся области группового управления робототехническими системами.
К участию в научных проектах привлекаются талантливые студенты.
«Для эффективной интеграции студентов в научно-исследовательские проекты и развития практических навыков используются специальные программы и оборудование. Так, например, мини-квадрокоптеры DJI Ryze Tello EDU активно применяются для исследования навигационных фильтров и проверки алгоритмов управления группами роботов на лабораторных работах», – рассказал Артем Кульченко.
Управление технологиями
Андрей Игнатович, лаборант кафедры систем автоматического управления ИРТСУ ЮФУ представил проект по разработке систем автоматизированного управления технологическими процессами.
«Стенд предназначен для реализации широкого спектра дисциплин, связанных с автоматизацией и программированием промышленных логических контроллеров, проектной деятельностью студентов. На нем тестируют модели предиктивной аналитики, которые позволяют прогнозировать выход из строя промышленного оборудования и сокращают время его простоя», – поделился Андрей Игнатович.
Авиация: технологично, точно и надежно
Дмитрий Павлов, специалист по учебно-методической работе кафедры летательных аппаратов ИРТСУ ЮФУ представил разработки бортовых авиационных систем.
«Современные бортовые системы авиационной техники должны быть технологичными, точными, надежными и удобными в использовании. На кафедре летательных аппаратов ведутся разработки перспективных схем пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов, каждый из которых уникален по набору бортовых систем», – отметил Дмитрий Павлов.
Распознавание микроорганизмов
Программист кафедры вычислительной техники ИКТИБ ЮФУ Александр Козловский, лаборанты Студенческого конструкторского бюро «КИТ» ИКТИБ ЮФУ Михаил Попиков и Владислав Михальский представили систему по распознаванию микроорганизмов.
«Этот проект направлен на распознавание большого количества живых организмов малых размеров с целью упрощения процедуры подсчёта уже имеющихся видов, а также выявления новых видов, которые могут появляться вследствие изменения климатических условий», – рассказал Александр Козловский.
Проект выполняется совместно с НИИ МВС ЮФУ и ЮНЦ РАН в рамках гранта РФФИ.
Робот с шестью ногами
Андрей Скорняков, лаборант Студенческого конструкторского бюро «КИТ» представил шестиногого шагающего робота.
«Шестиногого шагающего робота можно использовать для исследования и сбора данных на опасных для здоровья человека территориях. На данный момент были решены прямая и обратная задача кинематики робота, а также создана система удалённого управления. В дальнейшем планируется доработка алгоритмов управления, подключение телеметрии для определения робота в пространстве», – рассказал Андрей Скорняков.
Сборка виртуального компьютера
Лаборанты Студенческого конструкторского бюро «КИТ» Артём Кобляков и
Дмитрий Ткаченко представили проект по сборке компьютера в виртуальной реальности.
«Это учебный симулятор для школьников и студентов, с помощью которого они смогут получить навыки не только по самой сборке ПК, но и узнать теоретическую производительность различных компонентов системы персонального компьютера.
А также получить навыки в разгоне компонентов, для увеличения их производительности», – поделился Артем Кобляков.
Биогибридный скрининг социально значимых заболеваний
Дмитрий Медведев, ведущий научный сотрудник лаборатории «Нейротехнологии восприятия и распознавания» НИТЦ нейротехнологий ЮФУ представил биогибридную систему скрининга социально значимых заболеваний.
«Технология называется биогибридной, потому что в основе ее лежит слияние наилучших свойств живых систем и перспективных разработок в области техники. Аппарат представляет из себя контейнер, в котором находится крыса в состоянии наркоза. В ее головной мозг и обонятельный анализатор вживлена матрица микроэлектродов. Далее в аппарат поступает выдыхаемый исследуемым воздух, крыса этот воздух вдыхает и данные передаются на компьютер. Затем эти данные обрабатывает искусственная нейронная сеть, более продвинутый вариант которой находится на сервере Южного федерального университета.
И уже полученные данные позволяют выделить из массы обследуемых лица с риском тех или иных заболеваний», – поделился Дмитрий Медведев.
Автоматизированная система выявления лиц с девиантным поведением
НИИ многопроцессорных вычислительных систем ЮФУ представил на выставке систему, позволяющую при помощи видеокамеры определять по внешним признакам склонность к девиантному поведению.
«Совместно с индустриальным партнером (РЖД) мы разработали наборы признаков, которые характерны именно для железнодорожного транспорта. Наша система использует интеллектуальные технологии, когнитивные карты и типологические признаки для того, чтобы выявлять возможные девиантные поведения превентивно», – поделился старший научный сотрудник НИИ МВС ЮФУ Донат Иванов.
Свои проекты презентовали и самые юные исследователи – ученики Специализированного учебного научного центра Южного федерального округа.
Учебный процесс – в приложении
Проект «ISA» — мобильное приложение, структурирующее учебный процесс представили ученики 10 класса направления IT Кирилл Абакунов и Тимофей Зайцев; ученик 9 класса социо-гуманитарного направления Кирилл Пика: ученики 11 класса физико-математического направления Алексей Косенко и Ксения Мизгина.
«Это мобильное приложение, которое позволит сделать образовательный процесс более гибким и удобным для всех его участников. Мы создаем философию новой школы, где все внутренние процессы доступны из приложения. Все же похожие приложения являются электронными дневниками, пусть и интерактивными, но дневниками, и функционал у них соответствующий, они не способны собирать и обрабатывать информацию, а сейчас информация – это ценнейший ресурс. Мы предлагаем полностью систематизировать процесс, открыв большой спектр возможностей для школ. Наше приложение поможет школьникам и преподавателям выстраивать эффективную работу на уроке и после уроков, а администрации – лучше и удобнее выстраивать образовательный процесс», – рассказал Алексей Косенко.
Материал будущего: кукурузный пластик
Чехол для комплексной защиты электронных устройств представили ученики 11 класса физико-математического направления Алексей Косенко, Ксения Мизгина, Егор Хлапов.
«Проект «Как спасти деньги пластиком?» направлен на сохранение первозданного вида электронного устройства, выданного временно учащемуся или сотруднику. С помощью кукурузного пластика можно создать целый набор для защиты, а это: чехол с именной гравировкой и с регулируемой подставкой, настенное крепление устройства для разных типов поверхностей, которое может вращаться на 360 градусов вокруг своей оси. Данное предложение решает большое количество проблем», – рассказала Ксения Мизгина.
Интеллектуальные и развлекательные игры
Эта группа презентовала еще один проект – разработку интеллектуальных и развлекающих компьютерных и мобильных игр – «K 0. Kobi».
«Это долгосрочный проект, который направлен на разработку интеллектуальных и развлекающих компьютерных и мобильных игр для одного или нескольких человек разных возрастов, имеющий в своем составе команду из двух человек и игровой движок Unity. В списке представленных игр уже есть: Code:Fly() и ClickerHistory», – заключил Егор Хлапов.
Известно, что наука считается основной движущей силой прогресса и, разумеется, важнейшим ресурсом для повышения качества жизни миллионов людей. Сегодня ученые ЮФУ продолжают традиции, развивая самые перспективные направления в науке и разрабатывая новейшие технологии.
Описать движение объектов во Вселенной
Все ресурсы по науке о Земле и космосе для средней школы
60 практических тестов
Вопрос дня
Карточки
Learn by Concept
Справка по наукам о Земле и космосе для средней школы »
Место Земли во Вселенной»
Опишите движение объектов во Вселенной
Что из следующего является основной причиной того, что мы наблюдаем смену дня и ночи на Земле?
Возможные ответы:
Солнце вращается
Солнце вращается вокруг Земли
Земля вращается
Земля вращается вокруг Солнца
Правильный ответ:
50
Земля вращается
Пояснение:
Звезды, планеты, луны и другие объекты в космосе вращаются вокруг друг друга под действием гравитации.
Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Ученые считают, что это может быть связано с тем, как зародилась наша Вселенная.
Сообщить об ошибке
Какой из следующих объектов вращается вокруг других объектов в космосе?
Возможные ответы:
Планеты
Луны
Кометы
Все эти
Ни один из этих
Правильный ответ:
Все эти
Объяснение:
Ответ: «Все это».
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах вокруг друг друга под действием гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Какое из следующих утверждений верно?
Возможные ответы:
вращаются и вращаются только планеты
все эти
объекты во Вселенной вращаются и вращаются с разной скоростью
ни один из этих
все галактики вращаются в одном направлении :
объекта во Вселенной вращаются и вращаются с разной скоростью
Объяснение:
Ответ: «Объекты во вселенной вращаются и вращаются с разной скоростью».
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах вокруг друг друга под действием гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Какой тип движения определяет продолжительность года на любой планете?
Возможные ответы:
расширение
вращение
оборот
хиральность
Правильный ответ:
оборот
0
Пояснение:
Звезды, планеты, луны и другие объекты в космосе вращаются вокруг друг друга под действием гравитации.
Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Какое из следующих утверждений неверно?
Возможные ответы:
многие небесные тела вращаются и вращаются в тех же направлениях, что и окружающие их объекты
ни один из них не является ложным
галактики удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной
все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении
все это неверно
Правильный ответ:
ни одно из этих утверждений не верно
Объяснение:
Звезды, планеты, луны и другие объекты в космосе вращаются вокруг друг друга под действием гравитации.
Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
900:30 Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
При изучении галактик за пределами нашей галактики мы замечаем, что они «смещены в красную сторону». Это означает, что эти галактики удаляются от наблюдателя.
Как это наблюдение подтверждает теорию большого взрыва?
Возможные ответы:
Это предполагает, что наша галактика образовалась первой.
Это означает, что Земля является центром Вселенной.
Указывает, что Вселенная расширяется.
Он показывает, что Земля вращается.
Правильный ответ:
Это указывает на то, что Вселенная расширяется.
Пояснение:
Ответ: «Это указывает на то, что Вселенная расширяется».
900:30 Звезды, планеты, луны и другие объекты в космосе вращаются вокруг друг друга из-за гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год.
На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Форму орбиты планеты можно ЛУЧШЕ описать как _________?
Возможные ответы:
эллиптическая
круглая
линейная
изогнутая
Правильный ответ:
0эллиптическая
Пояснение:
Ответ «эллиптический».
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах друг вокруг друга под действием гравитации.
Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Скорость Земли меняется по мере ее вращения вокруг Солнца. Это в первую очередь потому, что:
Возможные ответы:
Скорость Земли сильно зависит от солнечного ветра.
Скорость вращения Земли меняется.
По мере того, как Земля приближается к Солнцу на части своей орбиты, сила гравитации увеличивается, что увеличивает ее скорость.
По мере того, как Земля удаляется от Солнца на части своей орбиты, сила гравитации увеличивается, что снижает ее скорость.
Правильный ответ:
По мере того, как Земля приближается к Солнцу на части своей орбиты, сила тяжести увеличивается, что увеличивает ее скорость.
Пояснение:
Ответ: «По мере того, как Земля приближается к Солнцу на части своей орбиты, сила гравитации увеличивается, что увеличивает ее скорость».
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах друг вокруг друга под действием гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь.
Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
На какой из этих диаграмм изображена планета с НАИМЕНЬШИМ эксцентриситетом орбиты?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Чем более эллиптической или овулярной является орбита, тем более она эксцентрична.
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах друг вокруг друга под действием гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Какой из следующих вариантов ответа НЕВЕРЕН?
Возможные ответы:
Луны вращаются вокруг планет, а планеты вокруг звезд.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь. Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год.
Звезды, планеты, луны и другие объекты на космических орбитах вокруг друг друга из-за темной материи.
Правильный ответ:
Звезды, планеты, луны и другие объекты в космическом пространстве вращаются вокруг друг друга из-за темной материи.
Пояснение:
Звезды, планеты, луны и другие объекты в космосе вращаются вокруг друг друга под действием гравитации. Такой тип движения называется революцией. Многие объекты в космосе также вращаются на месте. Это движение называется вращением.
Один земной оборот равен продолжительности земных суток и является причиной того, что мы наблюдаем день и ночь.
Один оборот Земли вокруг Солнца длится один год. На других планетах продолжительность дней и лет разная, потому что они вращаются и вращаются с разной скоростью.
Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном направлении. Большинство из них (за исключением Урана и Венеры) также вращаются в том же направлении. Около половины галактик во Вселенной вращаются по часовой стрелке, а другая половина вращается против часовой стрелки. Галактики также удаляются друг от друга из-за расширения Вселенной, вызванного Большим взрывом.
Сообщить об ошибке
Уведомление об авторских правах
Все ресурсы по науке о Земле и космосе средней школы
60 практических тестов
Вопрос дня
Карточки
Learn by Concept
Наука о трении: обеспечение движения вещей в космосе
Включение и поддержка
20.05.2015
10402 просмотров
112 лайков
На протяжении более четырех десятилетий ничем не примечательное здание в промышленной зоне на окраине Уоррингтона, Великобритания, играло решающую роль в успехе большинства европейских космических миссий с движущимися частями, то есть почти всех из них.
Заставить вещи двигаться в пространстве и удерживать их в таком состоянии требует исключительного мастерства. Такие движущиеся элементы должны выполнять свою работу, чтобы спутник процветал и достиг своих целей — застрявший механизм может быстро привести к большой проблеме для космической миссии.
Рассматриваемые детали включают в себя «одноразовые» устройства, такие как механизмы фиксации и разблокировки для развертывания солнечных панелей, стрел или антенн, которые, как правило, имеют решающее значение сами по себе.
Кроме того, есть механизмы, которые должны двигаться в течение всей миссии, такие как приводы солнечных батарей, которые медленно перенаправляют солнечные панели спутника, чтобы следовать за Солнцем по небу, или реактивные колеса, которые непрерывно вращаются с тысячей оборотов в секунду. минуту, чтобы контролировать ориентацию своего хозяина.
Механизмы, характерные для определенных миссий, особенно сложны в разовом исполнении. Они варьируются от пружинных конусов для разделения космического корабля ESA и японского космического корабля BepiColombo после почти шести лет совместного путешествия к Меркурию до колес и роботизированной руки марсохода ESA ExoMars на красной планете.
Передовые приборы космической науки и наблюдения за Землей полагаются на подвижные микрорешетки, чтобы отделить научные данные от света.
Изношенный винт
Решение проблем
Многие проблемы, связанные с износом, трением, смазкой и надежностью движущихся частей, передаются в Европейскую лабораторию космической трибологии (ESTL) в Уоррингтоне, одну из сети внешних лабораторий ЕКА по всей Европе.
«Трибология — это термин, придуманный в 1960-х годах, основанный на греческом термине «трибос» и описывающий науку о трении», — объясняет коммерческий директор ESTL Саймон Гриффин. «Или, говоря более технически, изучение «взаимодействующих поверхностей в относительном движении».
Оценка масел для космоса
«Хотя на самом деле интерес к трибологии уходит корнями в глубокую древность: на одной египетской резьбе изображен человек, льющий масло впереди рабов, тянущих гигантскую статую, чтобы облегчить их усилия, а шарикоподшипник изобрел Леонардо ди Винчи, как средство уменьшения трения».
В конце 1960-х годов Великобритания создала Национальный центр трибологии, чтобы повысить эффективность своей отрасли. Затем, в 1972 был заключен контракт на создание космического эквивалента от предшественника ЕКА, Европейской организации космических исследований.
Единый европейский орган
«В каком-то смысле создание единого европейского органа оказалось весьма дальновидным», — отмечает менеджер ESTL Саймон Льюис. «В США или Японии уроки космической трибологии, как правило, остаются частными данными.
Тестирование в вакууме
«Вместо этого ESTL способствует общему обмену знаниями и передовым опытом во всей европейской космической отрасли, предлагая регулярные учебные курсы, выпуская Справочник по космической трибологии и внося свой вклад в европейскую координацию по руководящим принципам космической стандартизации».
Лаборатория оснащена термовакуумными камерами для имитации космических условий, включая ускоренные испытания на срок службы, машины для испытания смазочных материалов (известные как трибометры), а также микроскопы и другое диагностическое оборудование для исследования механизмов и их поверхностей.
Носить в устройстве развертывания
Космические вызовы
Металлические поверхности без смазки быстро изнашиваются и даже могут слипаться в процессе, называемом холодной сваркой. Но стандартные смазки, используемые для противодействия трению в наземных механизмах, не могут использоваться в жестком космическом вакууме — они просто испаряются.
«Вместо этого у нас есть ряд доступных альтернатив, начиная с масел и смазок с низким давлением паров, специально разработанных для работы в условиях вакуума», — добавляет г-н Льюис.
«Даже такие специальные масла и смазки могут иметь тенденцию «уползать» с поверхностей подшипников или даже выделять газы, что может повредить объективы камер или другие хрупкие бортовые приборы без защитных средств.
«В механизмах, в которых ползучесть, дегазация или экстремальные температуры космоса в противном случае могут вызвать проблемы, очень тонкие покрытия из твердых смазочных материалов (наносимых толщиной намного меньше толщины человеческого волоса), таких как дисульфид свинца или молибдена.
могут использоваться или даже самосмазывающиеся подшипники, где материал внутри самих подшипников обеспечивает смазку».
Вклады в Розетту
Поддержка ЕКА и европейской промышленности
ESTL участвовала практически во всех миссиях ЕКА – наряду со многими другими миссиями в Европе – от проведения консультаций и тестового моделирования до внутреннего смазывания многих сотен деталей летательных аппаратов в год.
Возьмем в качестве примера охотник за кометами «Розетта» ЕКА: ESTL смазывала зубчатые колеса, удерживая свои солнечные батареи направленными на Солнце, другие компоненты, удерживая его основную антенну, направленную назад на Землю, его пылеулавливающий прибор MIDAS и систему крепления посадочного модуля Philae. , а также консультирует по сборке и эксплуатации реактивных колес.
«Сегодня мы получаем около 20% нашего оборота от ESA, но эта поддержка по-прежнему важна для поддержки нашей деятельности», — комментирует г-н Гриффин.
Сателлитный пеленг
Помимо ЕКА, ESTL предоставляет экспертные знания как наземным, так и космическим компаниям, объясняет он: «Например, мы поставляем смазываемые шарикоподшипники для медицинских рентгеновских систем, включая компьютерные томографы, в качестве средства снижения шума их работающих машин.
«Пациенты, особенно дети, могут быть достаточно обеспокоены исследованием уже без сильных ударов и визгов, исходящих из КТ-сканера, но наши долговечные, термостойкие смазки обеспечивают более тихие КТ-сканирования в течение более длительного времени и получили широкое распространение. по всей Европе и за ее пределами. Это всего лишь один пример того, как наши навыки и продукты, разработанные для поддержки сложных космических приложений, могут также принести непосредственную пользу другим областям».
Спасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!
Информация и факты об орбитальных объектах
В небе над Землей находится более 8000 искусственных объектов, больших и малых. Сеть космического наблюдения США использует радар для отслеживания более 13 000 таких предметов, размер которых превышает четыре дюйма (десять сантиметров). Этот небесный беспорядок включает в себя все, от Международной космической станции (МКС) и космического телескопа Хаббла до вышедших из строя спутников, ступеней ракет или гаек и болтов, оставленных астронавтами.
И есть миллионы более мелких объектов, которые труднее отследить, таких как пятна краски и кусочки пластика.
Спутники
В течение полувека люди выводят спутники на орбиту вокруг Земли для выполнения различных функций. Советы запустили первый спутник 1 в октябре 1957 года просто для того, чтобы доказать, что они могут. Четыре месяца спустя США ответили запуском Explorer 1.
С тех пор было запущено около 2500 спутников. К ним относятся «Хаббл» и МКС, российская космическая станция «Мир», 27-спутниковая система глобального позиционирования, «Иридиум», GOES, «Вояджер» и сотни других, которые обеспечивают связь, транслируют теле- и радиосигналы, помогают ученым предсказывать погоду и многое другое. целей.
Эти искусственные объекты вращаются вокруг Земли по орбитам на расстоянии от 150 миль (240 километров) до 22 500 миль (36 200 километров). Спутники на низкой околоземной орбите, или НОО, остаются в пределах 500 миль (800 километров) и перемещаются очень быстро — 17 000 миль в час (27 400 километров в час) или более — чтобы не быть втянутыми обратно в атмосферу Земли.
Большинство спутников вокруг Земли находятся в диапазоне LEO.
Другие объекты отправляются гораздо дальше в космос и размещаются на так называемой геостационарной орбите. Это позволяет спутнику соответствовать вращению Земли и постоянно «зависать» над одним и тем же местом. Метеорологические и телевизионные спутники обычно относятся к этой категории.
Космический мусор
Орбитальный мусор, технический термин для обозначения неработающего и созданного человеком космического мусора, включает не только целые, брошенные спутники, но и фрагменты сломанных спутников, кожухи носовых обтекателей, крышки люков, развернутые корпуса ракет, человеческие отходы и другие случайные объекты, такие как перчатка, потерянная астронавтом Эдом Уайтом во время его исторического выхода в открытый космос в 1965 году. Самым старым из известных фрагментов орбитального мусора является исследовательский спутник Vanguard 1 1958 года, который прекратил все функции в 1964 году. варианты были допустимы.
Подобно спутникам, обломки НОО вращаются вокруг планеты со скоростью 17 000 миль в час (27 400 километров в час) или более. Однако орбиты этих объектов различаются по направлению, плоскости орбиты и скорости, а это означает, что столкновения неизбежны. На таких скоростях, называемых гиперскоростями, даже крошечный кусок мусора представляет серьезную опасность для спутников, космических кораблей и космонавтов, выходящих в открытый космос.
Гравитационное притяжение гарантирует, что все, что мы когда-либо выводили на орбиту, в конце концов вернется на Землю. И хотя до сих пор никто не погиб от повторного входа в космический мусор, по оценкам НАСА, каждый день на Землю возвращается в среднем один обломок.
НАСА и другие национальные космические агентства определили орбитальный мусор как серьезную проблему и в настоящее время разрабатывают планы по уменьшению существующего космического мусора и сдерживанию будущего мусора.
Читать дальше
10 национальных парков с самой красивой осенней листвой
- Путешествия
10 национальных парков с самой красивой осенней листвой
От медных листьев кипариса во Флориде до ярко-золотых берез на Аляске, откройте для себя лучшее из осени в некоторых из самых диких и знаковых пейзажей Америки.
Удивительное и случайное открытие пещеры ледникового периода
- Журнал истории
Удивительное и случайное открытие пещеры ледникового периода
Случайно обнаруженная в 1968 году пещера Тито Бустильо была заселена палеолитическими людьми в течение 26 000 лет которые покрыли его извилистые проходы и скалистые стены сотнями ярких произведений искусства.
Эксклюзивный контент для подписчиков
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Посмотрите, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу
Посмотрите, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории
Посмотрите, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету
Почему люди так одержимы Марсом?
Как вирусы формируют наш мир
Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету
Подробнее
Понимание гравитации — искривления и рябь в пространстве и времени
Найдите минутку, чтобы понаблюдать за действием гравитации.
Поднимите руку и почувствуйте, как вы вынуждены снова ее опустить. Гравитация есть всегда — она стабильна, постоянна, неизменна. Или это?
В течение сотен лет мы могли предсказывать эффекты гравитации. Но мы понятия не имели, как это работает, пока не вмешался Эйнштейн, нарисовав странную и неинтуитивную картину. С точки зрения Эйнштейна, гравитация — это далеко не статическая, неизменная сила — это фундаментальная часть структуры Вселенной, которая изгибается, искривляется и пульсирует, когда объекты движутся, вращаются и толкаются.
Предсказания теорий Эйнштейна подтверждались снова и снова. И теперь, спустя 100 лет после формулировки его теории гравитации, еще одно из ее предсказаний — гравитационные волны — было непосредственно измерено, несмотря на убеждение Эйнштейна, что мы никогда не сможем этого сделать.
В этой теме мы рассмотрим динамическое видение гравитации Эйнштейном, включая недавно измеренное явление гравитационных волн. Если вы не знакомы с
относительность
ГЛОССАРИЙ
относительность Общая идея о том, что результаты экспериментов не зависят от состояний движения наблюдателей
, некоторые из этих концепций могут ошеломить вас.
Если это так, мы призываем вас продолжать двигаться вперед, поскольку это одно из величайших путешествий в истории науки.
Начнем с того, почему законы Ньютона не давали полной картины гравитации.
Исаак Ньютон (1642–1726) и Альберт Эйнштейн (1879–1955) сыграли ключевую роль в развитии нашего понимания гравитации. Источник изображения: Wikimedia Commons (Ньютон/Эйнштейн).
Ньютон и законы гравитации
Ньютон опубликовал одну из самых знаменитых научных работ, Principia , в 1687 году. В ней он описал, что сила, притягивающая объекты к земле, — это та же самая сила, которая лежит в основе движения. планет и звезд.
Чтобы прийти к такому выводу, Ньютон вообразил, что берет предмет далеко от поверхности Земли и бросает его. Если вы бросите его со слишком маленьким импульсом, он упадет на Землю, захваченный гравитацией, как и мы сами. Если вы бросите его со слишком большой скоростью, он унесется прочь от планеты, начав свое путешествие в пределы космоса.
Но с точно правильным импульсом вы можете бросить его так, чтобы он непрерывно падал вокруг Земли, вокруг и вокруг в вечном перетягивании каната. Объект пытается продолжить путь, по которому вы его бросили, но гравитация продолжает притягивать его обратно. При правильном балансе объект теперь находится на орбите вокруг Земли — точно так же, как Луна или как Земля вокруг Солнца. 900:05 Ньютон понял, что гравитация отвечает за падение объектов на землю и за орбиту небесных объектов.
Ньютон сформулировал это понимание в математическом уравнении, известном сегодня как закон всемирного тяготения. В сочетании со знанием геометрии и других уравнений движения Ньютона мы можем использовать их для предсказания движения планет, траекторий движения комет или того, какая сила необходима, чтобы доставить ракету на Луну.
Мы признательны Ньютону не только за его идею, но и за то, что он сформулировал эту идею в виде уравнения, которое делало предсказания с большей точностью, чем когда-либо прежде.
Но это было не идеально — уравнения Ньютона давали неверные предсказания, и, что более важно, он не описывал, как работает гравитация. Ньютон хорошо знал об этом, когда сказал:
Гравитация должна быть вызвана агентом, постоянно действующим в соответствии с определенными законами; но будет ли этот агент материальным или нематериальным, я оставил на рассмотрение моих читателей.Исаак Ньютон
Искажения пространства и времени
Спустя более 200 лет после публикации Principia мир все еще не понимал механизма гравитации. Введите Альберта Эйнштейна — человека, которому суждено было во многих отношениях изменить мир. Но прежде чем мы приступим к его работе, нам придется сделать еще один крюк.
Вы не можете сказать, движетесь ли вы (с постоянной скоростью)
В 1632 году, еще до того, как Ньютон опубликовал свою теперь известную работу, Галилео Галилей писал об относительном движении объектов, знакомых в его время: кораблей.
Если вы находитесь в закрытом помещении на корабле, плывущем с постоянной скоростью, и движение совершенно плавное, объекты ведут себя так же, как на суше. Не существует физического эксперимента, который вы могли бы провести, чтобы определить, двигаетесь вы или стоите (при условии, что вы не выглядываете в иллюминатор). Это основная идея теории относительности и та же причина, по которой мы не чувствуем движения нашей планеты вокруг Солнца или движения нашей Солнечной системы по галактике.
Эксперименты на плавно движущемся транспортном средстве дают те же результаты, что и эксперименты, проведенные на суше.
Пространство и время связаны
Спустя почти 300 лет после Галилея Эйнштейн размышлял о последствиях теории относительности в контексте важного фактора: скорости света. Он был не единственным, кто размышлял над этими темами — другие физики в то время знали, что на этом фронте есть вопросы без ответов. Но именно Эйнштейн сформулировал теорию — его теорию
специальная теория относительности
ГЛОССАРИЙ
специальная теория относительности Теория Эйнштейна относительно взаимосвязи между пространством и временем, постоянство скорости света и тот факт, что физика должна быть одинаковой во всех однородных состояниях движения
— для объяснения существующих явлений и создания новых предсказаний. На первый взгляд может показаться, что специальная теория относительности не имеет ничего общего с гравитацией, но она стала для Эйнштейна важным шагом к пониманию гравитации.
Движущиеся часы тикают медленнее
Эксперименты во времена Эйнштейна показали, что скорость света постоянна. Независимо от того, как быстро вы пытаетесь наверстать упущенное, свет всегда уносится от вас со скоростью почти 300 000 000 метров в секунду.
Почему это важно? Что ж, давайте представим себе изготовление часов из самого света. Два зеркала расположены друг напротив друга, а «тик» часов — это время, за которое частица света перемещается с одной стороны на другую и обратно.
Интерактивный
(в замедленной съемке)
«Тик» часов
0
0
0
0
0
Показать ярлыки
Останавливаться
Начинать
Теперь давайте представим, что у вашего друга, летящего на космическом корабле мимо Земли, есть такие часы. Вашему другу кажется, что часы работают нормально — частицы света путешествуют вверх и вниз, как и ожидалось, и время течет своим обычным образом. Но с вашей точки зрения, наблюдая за проплывающим мимо кораблем, свет движется и вверх, и вниз, и в сторону вместе с кораблем. Свет проходит большее расстояние с каждым тактом.
(в замедленной съемке)
Вид изнутри космического корабля
Вид неподвижного наблюдателя
Итак, если для космического путешественника свет движется со скоростью 300 000 000 м/с, но только вверх и вниз; а для земного наблюдателя свет распространяется со скоростью 300 000 000 м / с, но должен преодолевать большее диагональное расстояние; тогда для земного наблюдателя часы «тикают» дольше.
Этот эффект называется
замедление времени
ГЛОССАРИЙ
замедление времени Замедление времени для одного наблюдателя относительно другого
. Чем быстрее вы путешествуете в пространстве, тем медленнее вы путешествуете во времени.
Перспектива имеет значение
Но чье время действительно замедлилось? Это человек на Земле, наблюдающий за своей подругой, проносящейся мимо на ее космическом корабле? Или астронавт, который утверждает, что стоит на месте, пока Земля пролетает мимо?
Движущиеся часы тикают медленнее, но перспектива имеет значение.
Как ни странно, обе точки зрения верны, но только пока обе находятся в постоянном движении.
Для иллюстрации предположим, что когда астронавт покидал Землю, она и ее подруга были одного возраста. Когда она уходит, космический корабль ускоряется прочь от Земли. Когда она возвращается, космический корабль замедляет скорость, чтобы избежать аварийной посадки. И уходя, и возвращаясь, космический корабль меняет свое
точка зрения
ГЛОССАРИЙ
система отсчета Физическая среда наблюдателя, включающая его состояние движения. Человек, путешествующий в одной машине, находится в другой системе отсчета, чем тот, кто едет в машине с другой скоростью или в другом направлении, или пешеход на обочине дороги, или кто-то, кто едет над головой в самолете и т. д.
, и наш космонавт может почувствовать изменение движения. Эксперименты, проведенные внутри космического корабля во время разгона и торможения, показали бы, что что-то меняется. Это нарушает симметрию ситуации, и когда космический корабль приземлится обратно на Землю, наш астронавт действительно будет моложе своего земного коллеги.
Эффекты заметны только в том случае, если они путешествовали по-настоящему, действительно быстро, но все же справедливо сказать, что, когда сегодняшние астронавты и летчики-истребители возвращаются из высокоскоростной миссии, они состарятся чуть-чуть меньше, чем остальные из нас сделали во время той миссии.
Четыре измерения пространства-времени
Следуя из этого, вместо того, чтобы думать о трех измерениях пространства и одном отдельном измерении времени, мы можем рассматривать их как четыре измерения «пространства-времени». Чем быстрее вы путешествуете в пространстве, тем медленнее вы путешествуете во времени, и наоборот.
Движущиеся объекты сжимаются в пространстве
Другим следствием специальной теории относительности является то, что быстро движущиеся объекты кажутся сжимающимися в размерах в направлении своего движения. (И опять же, это переворачивается в зависимости от того, с какой точки зрения вы смотрите.)
Те, кто движется быстрее, чем кажется, уменьшаются в размерах (в направлении их движения).
Это следует из искажения времени — в конце концов, вы можете измерить длину чего-то по количеству пространства, которое что-то проходит во времени (например, световые годы, световые секунды). И хотя сложно представить измерение длины движущегося объекта с чьей-либо точки зрения, сокращение длины — это реальный физический эффект, а не просто результат неточных измерений.
В отличие от разницы в возрасте, которая может возникнуть из-за замедления времени, после воссоединения движущегося объекта и наблюдателя не возникает остаточных эффектов из-за сокращения длины.
Понимание гравитации
Описание гравитации Эйнштейном приводит к ситуациям столь же причудливым, как и специальная теория относительности, включая путешествия во времени!
Ускорение и гравитация могут быть неразличимы
Представьте, что вы просыпаетесь в космическом корабле, ускоряющемся в пространстве. Точно так же, как вас отбрасывает назад в сиденье ускоряющейся машины, ускоряющийся космический корабль толкает вас в сторону, противоположную той, к которой он ускоряется. При определенном ускорении набор весов может сказать вам, что вы весите точно так же, как когда вы дома на Земле.
В глубоком космосе, вдали от гравитации, вы можете стоять в ускоряющемся космическом корабле и весить столько же, сколько и на Земле.
Есть ли какой-нибудь физический эксперимент, который вы могли бы провести в пределах своего космического корабля , чтобы определить, действительно ли вы ускоряетесь в космосе (при условии, что не было окон, из которых можно было бы смотреть) или вместо этого вы находились внутри космического корабля, неподвижного на поверхности? Земли? Эйнштейн сказал «нет» — точно так же, как Галилей вообразил неразличимость между человеком внутри плавучего корабля (заключенного без окон) и человеком на суше, Эйнштейн понял, что эффекты ускорения и гравитации также неразличимы. Это называется
принцип эквивалентности
ГЛОССАРИЙ
принцип эквивалентности Эффекты пребывания в гравитационном поле неотличимы от эффектов пребывания в ускоренной системе отсчета
.
Эйнштейн понял, что эффекты ускорения и гравитации неразличимы.
Деформации пространства при ускоренном движении
После того, как Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности, гравитация стала менее загадочной. Он мог бы применить свои знания об ускорении, чтобы лучше понять гравитацию.
Возможно, вы знаете, что ускорение не всегда означает изменение скорости, например, когда вы ускоряетесь в машине, и вас отбрасывает на спинку сиденья. Это также может означать изменение направления, например, когда вы едете по кольцевой развязке, заставляя вас наклоняться в сторону автомобиля.
Чтобы расширить это, давайте представим цилиндрический карнавальный аттракцион, где вы и ваши попутчики прижаты к внешней поверхности. Цилиндр вращается все быстрее и быстрее, пока ускорение не уменьшится и движение не станет постоянным. Но даже когда скорость постоянна, вы все равно чувствуете ускоренное движение — вы чувствуете, что вас прижало к внешнему краю аттракциона.
В объекте, вращающемся с постоянной скоростью, вы все еще чувствуете ускоренное движение, прижимающее вас к внешнему краю.
Если бы этот вращающийся аттракцион был достаточно большим и двигался достаточно быстро, вы бы начали замечать некоторые странные эффекты внутри самого аттракциона, а не только с точки зрения того, кто стоит снаружи.
При каждом вращении те, что находятся на краю аттракциона, проходят по всей окружности цилиндра, а в самом центре движения почти нет. Таким образом, если бы кто-то стоял в самом центре аттракциона (возможно, держась за скобу, которая не давала бы ему упасть на край), он бы заметил все те странные эффекты, которые мы наблюдали в рамках специальной теории относительности: те, кто находится на краю, сокращаются в длину, и их часы будут тикать медленнее.
Гравитация — это искривление пространства-времени
Принцип эквивалентности говорит нам, что эффекты гравитации и ускорения неразличимы. Размышляя над примером цилиндрического аттракциона, мы видим, что ускоренное движение может искривлять пространство и время. Именно здесь Эйнштейн соединил точки, чтобы предположить, что гравитация — это искривление пространства и времени. Гравитация — это искривление Вселенной, вызванное массивными телами, которое определяет путь, по которому движутся объекты. Эта кривизна является динамической, движущейся по мере движения этих объектов.
В представлении Эйнштейна о мире гравитация — это искривление пространства-времени, вызванное массивными объектами. Источник изображения: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.
Эта теория,
общая теория относительности
ГЛОССАРИЙ
общая теория относительности теория гравитации Эйнштейна
, предсказывает все, от орбит звезд до столкновения астероидов и яблок, падающих с ветки на землю, — все, что мы привыкли ожидать от теории гравитации.
Пространство-время захватывает массу, указывая ей, как двигаться.Физик Джон Уилер
Успех общей теории относительности
Точно так же, как ньютоновские формулировки законов гравитации были ценны своей предсказательной силой, то же самое можно сказать и об Эйнштейне. На сегодняшний день все его предсказания — как бы странно они ни звучали — выдержали испытание временем.
- Доказательства существования вселенной Эйнштейна
Гравитация искривляет свет
Хотя кажется, что гравитация не влияет на свет, Эйнштейн предсказал, что это не всегда так. Свет проходит через пространство-время, которое может искривляться и искривляться, поэтому свет должен наклоняться и искривляться в присутствии массивных объектов. Этот эффект известен как
гравитационное линзированиеГЛОССАРИЙ
гравитационное линзирование искривление света под действием гравитации.
Впервые этот эффект наблюдали в 1919 году при анализе звездного света во время солнечного затмения. Астрономы обнаружили, что свет звезд, прошедший очень близко к Солнцу, был немного смещен по положению по сравнению со светом той же звезды, измеренным ночью. Сегодня, с более мощными телескопами, мы повсюду обнаружили доказательства гравитационного линзирования, включая целые галактики, которые искажают свет других галактик.
Гравитация замедляет течение времени
Подобно тому, как течение времени изменяется в специальной теории относительности, общая теория относительности предсказывает, что массивные объекты также замедляют время. Чем массивнее объект, тем заметнее эффект.
Это использовалось в качестве сюжета в научно-фантастическом фильме 2014 года «Интерстеллар», но это не фантастика. Гравитационное замедление времени было подтверждено экспериментами с чрезвычайно точными атомными часами, которые теряют синхронизацию с другими часами в зависимости от того, насколько близко или далеко они находятся от поверхности Земли.
Так что пока нам еще предстоит отправить команду астронавтов к
черная дыраГЛОССАРИЙ
черная дыра Чрезвычайно массивные и плотные объекты с такой сильной гравитацией, что даже свет не может вырваться, мы знаем, что нахождение в непосредственной близости от такого массивного объекта будет означать, что когда они вернутся, они состарятся заметно меньше, чем остальные из нас.
Технология GPS нуждается в компенсации
Хотя применение теорий Эйнштейна может показаться далеким от повседневного опыта, подумайте вот о чем: технология спутникового позиционирования — используется ли она в вашем телефоне, или пилотами в самолетах, или для логистики и промышленности по всему миру — не будет работать без нашего понимания относительности.
Глобальная система позиционирования (GPS) состоит из спутников, которые вращаются вокруг Земли на высоте 20 000 км над землей со скоростью около 14 000 км/ч. На борту каждого спутника есть атомные часы, и ваше положение на планете можно определить, проверив время, передаваемое спутниками над вами, и сравнив это время с известным положением каждого спутника.
Теория относительности говорит нам, что эти часы будут идти медленнее, чем на Земле, поэтому, если бы мы не смогли скорректировать эти различия, мы не смогли бы определить наше местоположение на Земле с точностью до нескольких метров. С другой стороны, точность GPS служит еще одним доказательством теорий Эйнштейна.Движущиеся и вращающиеся объекты вызывают дополнительные искривления и искривления пространства-времени
Еще два предсказания общей теории относительности — это
геодезический эффектГЛОССАРИЙ
геодезический эффект Дополнительное искажение пространства-времени, вызванное движущимися объектамии
эффект перетаскивания кадровГЛОССАРИЙ
эффект перетаскивания кадра Дополнительное искажение пространства-времени, вызванное вращением объектов. Оба эффекта были подтверждены рядом экспериментов, включая спутник Gravity Probe B. Оснащенный чрезвычайно чувствительными гироскопами, этот спутник измерял крошечные искривления и искривления пространства-времени, создаваемые Землей, когда она движется и вращается в пространстве.
Вселенная колеблется, когда объекты движутся и сталкиваются
Поскольку искривление пространства-времени является динамическим, движущиеся объекты должны создавать рябь в пространстве, которая пронизывает Вселенную. Большинство этих пульсаций слишком малы, чтобы их можно было заметить, но чем экстремальнее событие, тем выше шанс, что мы сможем его обнаружить. Эта рябь была названа гравитационными волнами, и мы их нашли.
Доказательства теории гравитации Эйнштейна включают искривление звездного света (или, в данном случае, света целых галактик) вокруг массивных объектов. Источник изображения: ESA/Hubble & NASA/Wikimedia Commons.
Гравитационные волны
Отголоски катаклизма издалека
Представьте себе два очень массивных объекта, таких как черные дыры. Если бы эти объекты столкнулись, они потенциально могли бы создать сильное возмущение в ткани пространства-времени, двигаясь наружу, как рябь в пруду. Но как далеко можно было почувствовать такие волны? Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн, но считал, что они будут слишком малы, чтобы их можно было обнаружить к тому времени, когда они достигнут нас здесь, на Земле.
Итак, 11 февраля 2016 года научное сообщество было взбудоражено сообщением о том, что
гравитационная волна
ГЛОССАРИЙ
гравитационная волна рябь в пространстве-времени, которая распространяется наружу подобно волнам
был обнаружен. Нам нужны были приборы, способные регистрировать сигнал в одну десятитысячную диаметра протона (10 -19 метра). Это именно то, что может сделать оборудование лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), управляемое Калифорнийским технологическим институтом и Массачусетским технологическим институтом.
Эксперимент LIGO
В эксперименте LIGO лазер направляется в большую туннельную структуру. Лазерный луч разделяется так, что половина его проходит по одному из 4-километровых «рук», а другая половина одновременно проходит по другому 4-километровому рукаву. На конце каждого плеча зеркало отражает свет от лазера туда, откуда он пришел, и два луча снова сливаются в один.
В норме лазерные лучи должны рекомбинировать точно в одно и то же время. Но если гравитационная волна пронесется по пространству, пока детекторы включены, эта рябь растянет одно плечо Г-образной структуры, прежде чем растянуть другое. Гравитационная волна искажает прохождение света, в результате чего в конце обнаруживается особый вид интерференционной световой картины.
Техник осматривает оборудование LIGO перед его опечатыванием. Источник изображения: Matt Heintze/Caltech/MIT/LIGO Lab.
11 февраля 2016 года команды LIGO объявили о прямом открытии гравитационной волны, совпадающей с сигналом, предсказанным от столкновения двух черных дыр.
- Ложная тревога от BICEP2
Если новости об открытии гравитационных волн в феврале 2016 года вызвали у вас чувство дежавю, то, вероятно, это из-за аналогичного объявления в марте 2014 года. Астрономы на фоновом изображении космической внегалактической поляризации (BICEP2) предположительно обнаружил доказательства существования гравитационных волн, но позже эти доказательства были отозваны, так как они не прошли более тщательного изучения.
Методы, использованные в исследовании BICEP2, сильно отличались от тех, что использовались в эксперименте LIGO. Вместо того чтобы слушать прямой сигнал гравитационной волны, проходящей мимо нашей планеты (установка в LIGO), команда BICEP2 проанализировала вихри света внутри планеты.
космический микроволновый фонГЛОССАРИЙ
космический микроволновый фон Слабый остаток света, пронизывающий всю вселенную, оставшийся от тепла Большого взрыва. Они предположили, что во время раннего расширения Вселенной крошечные гравитационные волны возмущали свет вокруг себя, который усиливался в более крупную структуру по мере расширения Вселенной, сливаясь в эти структуры на космическом микроволновом фоне.
Объявление было сделано до того, как данные BICEP2 прошли более тщательный анализ и получили отзывы от своих коллег. Заявления эксперимента были подвергнуты сомнению, а затем, позже, отозваны. Вместо этого казалось вероятным, что узоры света были вызваны не гравитационными волнами, а пылью внутри нашей собственной галактики, когда она взаимодействовала с магнитными полями.
Гравитационно-волновая астрономия
Успешный эксперимент LIGO открыл новую эру в астрономии. До сих пор астрономы в основном концентрировались на изучении электромагнитного спектра (включая свет и радиоволны). Благодаря этой работе мы смогли многое узнать о нашей Вселенной, но теперь у нас есть совершенно новый способ изучения Вселенной.
Открытие гравитационных волн дает астрономам новое «чувство» , с помощью которого можно исследовать вселенную, поэтому впереди почти наверняка будут сюрпризы. Что мы знаем точно, так это то, что этот метод позволит нам лучше понять самые массивные объекты во Вселенной, такие как черные дыры, нейтронные звезды и сверхновые; и это даст нам новое окно для изучения того, как образовалась Вселенная.
Полно ли наше понимание?
Хотя теория гравитации Эйнштейна подтверждалась экспериментом за экспериментом, это не означает, что наше понимание завершено. На самом деле мы знаем, что что-то не так.
Один из оставшихся без ответа вопрос заключается в том, распространяется ли гравитация гравитоном — предполагаемой (но до сих пор не обнаруженной) частицей, ответственной за гравитационные взаимодействия. Еще важнее то, что мы знаем, что общая теория относительности в ее нынешнем виде несовместима с другим столпом современной физики:
квантовая механика
ГЛОССАРИЙ
квантовая механика Раздел физики, объясняющий, как работает Вселенная в невероятно малых масштабах (атомных и субатомных).
. Это указывает на то, что одна или обе теории неполны или что нам не хватает какого-то другого ключевого компонента.
Неизвестно, останется ли теория гравитации Эйнштейна неизменной. Но он породил много неожиданных, неинтуитивных предсказаний, которые снова и снова подтверждались на протяжении более ста лет. Это признак великой научной теории — она делает предсказания, которые невозможно подтвердить в то время, но которые выдерживают тщательную проверку. Это было одно из величайших путешествий в истории науки, в котором участвовали не только Ньютон и Эйнштейн, но и мыслители и деятели со всего мира, работавшие над проверкой этих теорий.
Несмотря на это, раскол между теорией относительности и квантовой механикой остается. Что будет дальше, никто точно не знает. Тем не менее, есть несколько теорий — цепких, запутанных, многомерных теорий — недоказанных, но обещающих стать следующей вехой в понимании нашего космоса.
Темы по квантовой механике и поиску теории всего скоро будут опубликованы на Nova.
Чем быстрее вы идете, тем короче вы становитесь
Теперь вы знаете, что время зависит от движения. А так как время и пространство неразделимы, значит, и пространство подвержено влиянию движения. Давайте навестим Кейси и его космический локомотив. Вы спрашиваете его, стал бы он участвовать в научном эксперименте, и, конечно же, он очень счастлив. Вы объясняете ему, что хотите измерить изменение длины его локомотива, когда он мчится по железнодорожным путям со скоростью, близкой к скорости света.
Вы достаете свою 100-футовую рулетку и используете ее, чтобы узнать, какова длина его стационарного поезда. Хорошо, ты сделал это. Но теперь вы понимаете, что не можете измерить его длину, пока он пролетает мимо вас, поэтому вы изобретаете для этого другой метод. Помните, что расстояние, или, в данном случае, длина локомотива, равно произведению его скорости на прошедшее время. Вы достаете свой секундомер, который всегда носите с собой для таких экспериментов, и полагаете, что если вы заведете часы в тот момент, когда конец поезда проедет мимо вас, и остановите их, когда проедет хвост, вы узнаете длину.
Как мы узнали из предыдущего раздела, с точки зрения Кейси в поезде он стоит неподвижно, в то время как вы проезжаете мимо. Это означает, что ваш секундомер тоже будет работать медленнее. Это приведет к тому, что измерение локомотива будет короче, потому что, если часы идут медленнее, прошедшее время будет короче, и, следовательно, когда вы сделаете математику, длина поезда будет меньше, чем когда он находится на отдыхать. Кейси запрыгивает на борт, проезжает поезд мимо вас в 9.8 процентов от скорости света, и, конечно же, вы не только воспринимаете поезд на 80 процентов короче, чем в состоянии покоя, но и ваши расчеты секундомера подтверждают это. Ваша голова уже проносится мимо вас со скоростью света?
Перед тем, как закрыть этот раздел, у меня есть для вас последняя концептуальная растяжка. Мы обсудили движение по отношению ко времени и движение по отношению к пространству. Как насчет комбинации: движение в пространственно-временном континууме? Это становится немного сложно, но держитесь там. Основная идея, которую я попытаюсь объяснить, — это идея, которую Эйнштейн считал основой специальной теории относительности. И это то, что движение объекта происходит во всех четырех измерениях, трех измерениях пространства и четвертом времени.
Искажения разума
Хендрик Лоренц (1853–1928) был голландским физиком, получившим Нобелевскую премию по физике в 1902 году за работу по теории электромагнетизма. Его более поздняя работа стала мостом между работой Максвелла и специальной теорией относительности Эйнштейна. Он разработал так называемые уравнения преобразования Лоренца, которые описывают, как пространство и время искажаются для объектов, движущихся со значительной долей скорости света.
Все мы знаем, каково это — перемещаться в пространстве — мы делаем это все время. Но даже если мы сидим неподвижно и не движемся в пространстве, мы все равно движемся во времени. Когда мы организуем обед, мы перемещаемся в пространстве, чтобы добраться туда и прибыть в назначенный момент «вовремя». Я думаю, что это уже знакомо из-за нашего предыдущего обсуждения времени. Итак, давайте сделаем еще один шаг. Мы знаем, что когда объект движется в пространстве относительно нас, его часы идут медленнее, чем наши. Мы видели это в эксперименте со световыми часами. Это можно объяснить и по-другому.
Если объект неподвижен относительно нас, все его движение используется для перемещения только в одном измерении: во времени. Как только он начинает двигаться, часть его движения направляется на движение в пространстве, так что больше не используется столько движения, чтобы путешествовать во времени, поэтому время идет медленнее, и вот почему часы движущегося объекта работает медленнее, чем стационарный, понимаете? Скорость объекта в пространстве отражает, насколько его движение во времени отклоняется. Чем быстрее он движется в пространстве, тем больше его движение отклоняется от движения во времени, поэтому время замедляется.
Вот и последняя часть. Существует предел максимальной скорости объекта в пространстве. И, конечно же, мы знаем, что это за предел. Верно? Это скорость света. Нет ничего, что могло бы двигаться быстрее. Это означает, что все движение объекта заключается в движении с максимальной скоростью в пространстве. Для этого он изменил свое движение во времени. Потому что для времени не осталось движения… нет течения времени со скоростью света. Фотоны Большого взрыва сегодня все того же возраста, что и в момент их первого появления.
Выдержка из Полное руководство идиота по теориям Вселенной © 2001, Гэри Ф. Моринг. Все права защищены, включая право на полное или частичное воспроизведение в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.
Чтобы заказать эту книгу непосредственно у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете приобрести эту книгу на Amazon.com и в Barnes & Noble.
- Теории Вселенной: как можно быть в двух местах одновременно?
4.2, Характеристики движущихся объектов, сила, движение, энергия и материя
Четвертый класс > 4.2. Характеристики движущихся объектов, силы, движения, энергии и материи. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Верхняя часть формы Нижняя часть формы
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||