Во времени дыра: Недопустимое название | Приключения Джеки Чана вики

ДЫРЫ ВО ВРЕМЕНИ — storyofgrubas — LiveJournal

Рано или поздно мы все за редким исключением умрем и это обидно.
Но чтобы не было так грустно, судьба иногда развлекает нас дырами во времени. Конечно же с точки зрения въедливого историка с калькулятором, никаких дыр то и нет, но мы то с вами не перестаем удивляться, значит они все-таки есть и в каждой семье они свои.
Моя мамочка – не древняя старушка, ей всего 65 и она хулиганка в кроссовках.
У нее был папа — мой дедушка Петя, у дедушки тоже была мама – бабушка моей мамы, как и все бабушки, она была доброй и в то же время строгой к моей хулиганке маме…
Но вернемся к дырам… Кроме моего деда, мамина бабушка родила еще восемь детей, и все мальчики, так вот один из них, будучи старшим офицером, погиб на войне.
…На Русско–Японской войне 1905 года…
Историк задергался, защелкал калькулятором, но все сошлось и он успокоился… Секрет в том, что старшему сыну было под тридцать, когда в 1905-году родился его братик Петруша (мой дед). Моя мама тоже довольно поздний ребенок, а мамина бабушка дожила до ста семи лет в семье у своего младшенького сыночка Петруши. Все довольно прозаично, но все же у меня не укладывается в голове, что родной дядя моей мамы-хулиганки, царский офицер, воевавший в 1905-м…
Это маленькая частная дыра во времени моей семьи, но вот тесть рассказал мне свою историю об огромной дырище во времени, и не просто дырище, а с диким сквозняком из позапрошлого столетия.
Она наверняка будет интересна всем.
Мой тесть, тоже не древний дед, обычный солидный мужик в модном костюме со шлейфом дорогого парфюма. По сути мальчишка, ему всего чуть-чуть за шестьдесят.
Когда тесть был студентом, у них в институте преподавал один старый профессор лет восьмидесяти. Человек с многоэтажной судьбой. Родился в Париже, потом эмигрировал с родителями в Петербург, поближе к своим русским корням, родители его рано умерли, но французскому пареньку грустить было некогда – на дворе Октябрьский переворот. Так и прожил он всю свою оставшуюся жизнь в совдепии, обучая любимых студентов и так до конца не избавившись от грассирующей «р-р-р-р».
Старик как-то рассказал незамысловатую историю из своей длинной жизни. И открывшуюся его рассказом дыру во времени уже никто в аудитории забыть не смог, в том числе мой тесть первокурсник и даже я узнавший эту историю через много лет.
А вот и сам его рассказ:

— Еще до приезда в Россию, когда я жил во Франции, мы с родителями привычно прогуливались по Елисейским полям. Родители постоянно встречали каких-то знакомых, раскланивались, останавливались поговорить, а я восьмилетний мальчик нетерпеливо пережидал эти остановки и мы, наконец, шли дальше, до следующего знакомца нашей семьи.
Вдруг ни с того ни с сего мы остановились, папа сделался серьезным и сказал:
— Сынок, видишь навстречу идет старик в цилиндре и с тростью?
— Ну вижу, и что?
— Это наш старый знакомый, мы сейчас поравняемся с ним, поздороваемся и немножко поболтаем, а ты не теряй времени, смотри на него во все глаза и хорошенько его запомни. ..
Встретились, поздоровались, пять минут поговорили о погоде, я внимательно вглядывался в лицо этого высокого седого старика, на прощание он потрепал меня по голове, мы раскланялись и пошли с родителями своей дорогой.
Папа:
— Ну что, ты его хорошо запомнил?
— Да, хорошо, а кто это?
— Сейчас ты не поймешь, но когда подрастешь, то оценишь и уж во всяком случае всю свою жизнь будешь вспоминать нашу сегодняшнюю встречу с ним. Его зовут Жорж Шарль д’Антес…

Tags: непонятное, старики

топ-5 способов путешествовать во времени

Оказаться в прошлом или перенестись в далекое будущее – кто не мечтал о таком? В детстве многие из нас грезили путешествиями во времени, запоем читали Уэллса, Брэдбери, Воннегута и представляли, как может выглядеть таинственная машина времени – венец научной мысли.

Каждый уважающий себя писатель-фантаст хоть раз да использовал тему временны́х путешествий в своих работах. Способов, как можно преодолеть законы физики и перенестись в другую эпоху, за всю историю человечества было придумано множество – от машины времени и фантастических порталов в другие измерения до инопланетных артефактов и криогенной заморозки.

Тема замораживания человека с его последующим пробуждением много лет спустя – распространенный сюжет многих книг и фильмов. Правда, если какие-то герои сознательно шли на такие эксперименты, чтобы увидеть будущее, то персонаж Бернара Алана в комедии «Замороженный» вовсе не планировал пролежать подо льдом больше полувека.

Действие фильма разворачивается в 1970 году. Во время экспедиции в Гренландии обнаруживают тело человека, замороженного в куске льда. Рядом с ним находят обломки корабля, исчезнувшего в 1905 году. Замороженного везут во Францию, где учёным удается вернуть его к жизни. Профессор Лорьеба, специализирующийся на искусственном замораживании, выдвигает гипотезу, что пароход, на котором плыл человек из прошлого, перевозил жидкий глицерин. Во время путешествия корабль столкнулся с айсбергом, в результате мужчина был облит глицерином и мгновенно замерз. Глицерин же послужил защитным коконом, который не дал телу разложиться за 65 лет.
Спустя какое-то время удается установить личность замороженного: он оказывается дедом жены фабриканта Юбера де Тартаса (Луи де Фюнес). Последнего эта новость совсем не радует, ведь фирма, которой он руководит, принадлежит его жене Эдме, и появление нового родственника может поставить его позиции под угрозу. Однако Эдме настаивает на том, чтобы забрать деда к себе домой, и Юбер вынужден подчиниться. Но чтобы не травмировать дедушкину психику, его новоявленные родственники пытаются инсценировать вокруг него жизнь начала XX века. Однако в их планы вмешиваются непредвиденные обстоятельства.

Смотрите франко-итальянскую комедию «Замороженный» с Луи де Фюнесом и Клод Жансак в пятницу, 10 июля, в 1:40 на телеканале «МИР».

Путешествия во времени (по крайней мере, пока) – лишь красивая фантазия человечества. Несмотря на это, ряд ученых всерьез занимаются этой проблемой, и история знает множество концепций перемещений во времени, каждая из которых способна вскружить голову. О самых известных мы расскажем далее.

Краткое введение

Для начала, чтобы не сбить читателя с толку, перечислим основные теоретически возможные способы путешествия во времени. Первый способ – физический, он основан на следствиях теории относительности Эйнштейна. Здесь возможны два варианта. Первый – движение со скоростью, близкой к скорости света: согласно специальной теории относительности, с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы движущихся объектов кажутся замедленными. Так, если замерить время на часах того, кто летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, и сравнить с часами человека, оставшегося на Земле, то часы путешественника будут отставать (этот мысленный эксперимент называется «парадокс близнецов»). Второй вариант физического перемещения во времени – нахождение в зоне сверхвысокой гравитации, например – вблизи горизонта событий черной дыры (вспоминается «Интерстеллар»).

Второй способ путешествий во времени – биологический. К этому типу как раз относится крионика, то есть технология заморозки человека и животных в надежде на то, что в будущем, когда технологии выйдут на новый уровень, их удастся оживить и при необходимости – вылечить.

Наконец, третий способ – квантовый. Пожалуй, он наиболее интересный и перспективный, поскольку квантовая физика – та область знания, которая сегодня дает нам больше вопросов, чем ответов, но если в будущем ученым удастся глубже проникнуть в природу ее законов, вполне возможно, мы научимся не только телепортировать информацию, но и перемещать физические объекты во времени и пространстве.

1. Кротовые норы Эйнштейна

Говоря о теории путешествий во времени, нельзя не упомянуть создателя теории относительности – великого Альберта Эйнштейна. Его теория не противоречит возможности перемещений во времени, и сам Эйнштейн любил повторять, что каждый является путешественником во времени, перемещаясь от прошлого к будущему.

«Инженер Вселенной», «новый Коперник» – каких только величественных прозвищ ему ни давали! И Альберт Эйнштейн заслужил каждое. Открытие общей теории относительности, сделанное им в 1915 году, произвело настоящую революцию в науке и в корне изменило взгляд людей на мироздание. Создав свою теорию, Эйнштейн дерзко поколебал прочный фундамент, на котором более 200 лет держалась вся физика. До этого любые движения материальных объектов и механизмы их взаимодействия друг с другом описывались исключительно тремя законами Ньютона. В классической механике все опирается на существование неподвижной системы отсчета – абсолютных и универсальных категорий пространства и времени. Но Эйнштейн показал, что время не является неизменной и постоянной величиной. Он первым представил мир как три измерения пространства и одно измерение времени, объединенные в одно четырехмерное пространство-время. Он также установил, что гравитация – не что иное как проявление кривизны пространственно-временного континуума: чем больше масса тела, тем сильнее его гравитационное поле, а оно в свою очередь влияет на темп времени.

Фото: Fred Stein/PA Images

«Если жук ползет вдоль искривленного сучка, он не замечает, что сук кривой. Мне повезло заметить то, что не заметил жук», – так Эйнштейн пытался объяснить свое открытие девятилетнему сыну.

Единственная универсальная постоянная по Эйнштейну – это скорость света. Она равняется 299 792 458 метрам в секунду. Ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света, а кроме того, он движется в вакууме всегда с одинаковой скоростью и независимо от наблюдателя.

Но ученый вывел и еще кое-что: он понял, что различные точки пространства-времени могут соединяться между собой короткими тоннелями. Физики называют их по-разному: мосты Эйнштейна – Розена, непроходимые червоточины Лоренца, червоточины Шварцшильда, но наиболее популярное название – кротовые норы, или кротовины.

Чтобы понять, что такое кротовая нора, лучше всего взять простой лист бумаги и нарисовать на противоположных концах точки. Представьте, что лист – это целая галактика, и чтобы добраться от одной точки до другой по прямой, понадобятся тысячи лет. Но если мы сложим лист пополам так, чтобы точки соприкоснулись, расстояние между ними уменьшится. Микроскопический «тоннель», образовавшийся между точками – это и есть кротовая нора, или червоточина.

Фото: Википедия

В космических масштабах кротовая нора – это переход сквозь ткань пространства-времени, соединяющий две удаленные точки космоса. Область возле самого узкого участка кротовой норы называется «горловиной». В зависимости от того, можно ли соединить два входа в червоточину кривой линией, не пересекая горловину, кротовые норы делятся на «внутримировые» и «межмировые». То есть допускается, что червоточина может соединять не только два разных места во Вселенной, но и две разные Вселенные.

Также различают проходимые и непроходимые кротовины. К последним относятся те червоточины, которые коллапсируют слишком быстро для того, чтобы наблюдатель или сигнал (скорость которого не превышает световую) успели добраться от одного входа до другого. Классический пример непроходимой кротовой норы – мост Эйнштейна – Розена. Эту идею Альберт Эйнштейн и израильский физик-теоретик Натан Розен выдвинули еще в 1935 году. Они предположили, что при определенных условиях возможно возникновение непрерывного канала между двумя областями пространства-времени. Такой узкий канал мог бы соединять находящиеся на любом расстоянии друг от друга отдельные части локального пространственно-временного континуума.

Но гораздо более интересны внутримировые кротовые норы, ведь именно с их помощью можно гипотетически совершать путешествия во времени. В теории это возможно, если один из входов в червоточину движется относительно другого, или если он находится в сильном гравитационном поле, где течение времени замедляется. Ну а если совсем размечтаться, то с помощью кротовой норы можно было бы попытаться попасть из одной Вселенной в другую (именно эта вероятность отлично обыграна в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар»). Беда лишь в том, что, хотя существование кротовин не противоречит общей теории относительности, оно до сих пор не доказано. Даже самые светлые ученые умы не знают, как создать искусственную кротовую нору, а если бы и знали, то не смогли бы этого сделать. Ведь для того, чтобы создать червоточину, сквозь которую, как в том же «Интерстелларе», мог бы пролететь космический корабль, потребуется энергия миллионов звезд. Кроме того, чтобы кротовая нора была стабильна, горловина должна быть заполнена материей с отрицательной плотностью энергии, которая создавала бы сильное гравитационное отталкивание и препятствовала схлопыванию норы. Пока таких объектов в космосе мы не обнаружили, но с уверенностью можно сказать одно: открытие кротовых нор в природе или их создание в лаборатории означало бы настоящий переворот в физике.

2. Черные дыры Шварцшильда

Теория относительности Эйнштейна предполагает наличие во Вселенной еще одного любопытнейшего феномена – черных дыр. В отличие от кротовых нор, их существование доказано, и именно изучение черных дыр сегодня является одним из важнейших направлений в космологии и квантовой теории.

Теоретически возможность существования черных дыр следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна. Первое из них в 1916 году было получено немецким астрономом и физиком Карлом Шварцшильдом, оно называется метрика Шварцшильда. Это уравнение вполне точно описывает гравитационное поле уединенной невращающейся и незаряженной черной дыры, а также гравитационное поле снаружи от уединенного сферически симметричного массивного тела.

Фото: Википедия

Существуют несколько разновидностей черных дыр. Они различаются наличием или отсутствием вращения, электрического заряда и других параметров. Считается, что черные дыры могут возникать при сжатии достаточно массивных звезд на конечной стадии их эволюции или при флуктуациях сверхплотной материи в ранней Вселенной. Давайте же выясним, что собой представляют эти удивительные объекты и как они связаны с перемещениями во времени.

Черная дыра – это область пространства-времени, обладающая настолько сильной гравитацией, что, попав туда, ее не может покинуть никакая материя, энергия и информация (даже свет). Граница черной дыры, за пределы которой не может вырваться ни один объект, называется горизонтом событий. Таким образом, сторонний наблюдатель никак не может узнать, что происходит внутри черной дыры. А там, с точки зрения привычных нам законов физики, творится настоящее сумасшествие.

В центре черной дыры пространство-время сильно искажается и даже разрывается. Эти центры называют сингулярностями. Все физические величины здесь приобретают бесконечные значения. Кроме того, с помощью черных дыр гипотетически можно проникнуть в другие измерения. Здесь мы вынуждены вновь обратиться к мосту Эйнштейна – Розена и подробнее рассмотреть механизм перехода из одного мира в другой. Только на этот раз мы будем руководствоваться не теорией относительности, а квантовой механикой.

Итак, согласно квантовой механике, мы можем переместиться в параллельный мир, совершив скачок через сингулярность в центре вращающейся черной дыры. Там слои Вселенной пересекаются и, как бы накладываясь друг на друга (вспоминаем лист бумаги и точки), образуют подпространственный переход (тоннель), в конце которого находится так называемая белая дыра.

Белая дыра – это теоретическая противоположность черной дыры. Вместо того, чтобы притягивать материю и свет из-за своей огромной гравитации, она их выталкивает. Если бы мы могли увидеть ее на расстоянии, это напоминало бы черную дыру, которая функционирует в обратном направлении: вещество и свет вырываются из нее наружу. Подобно тому, как ничто не может вырваться из горизонта событий черной дыры, ничто не может проникнуть за горизонт событий белой дыры.

Как полагают ученые, каждая черная дыра связана с белой дырой при помощи подпространственного перехода. Именно эти переходы и являются своеобразными машинами времени. При входе в сингулярность черной дыры пространство и время обращаются вспять, а при выходе через сингулярность белой дыры – вновь обретают свое привычное направление, но на этот раз мы оказываемся уже в ином времени – в прошлом или будущем, а то и вовсе в параллельном мире! От всего этого голова может пойти кругом, но давайте попробуем привести конкретный пример. Тем более что за нас это уже сделал Брюс Голдберг – автор книги «Пришельцы из Будущего: Теория и практика путешествий во времени» (явно вдохновленный работами трех талантливых американских ученых – Майкла Морриса, Кипа Торна и Ульви Юртсевера).

«Черная дыра […] выглядит черным шаром, висящим в пространстве. Когда путешественник во времени приближается к ее границам (поверхности сферы Шварцшильда), она увеличивается в размерах и свет, пространство и время засасываются в нее. Световое гало окружает черную дыру, в ее центре видна световая точка. Это – свет из параллельного мира. Проходя сквозь поверхность Шварцшильда, путешественник во времени одновременно может наблюдать события обоих параллельных миров. Он видит бесконечность. Так как гигантская черная дыра засасывает всю материю, в одно мгновение перед путешественником проходит вся история данного мира. При входе в другой параллельный мир наблюдается еще одно световое гало, и перед путешественником во времени, вновь проходит вереница только что увиденных им событий, но уже в обратном порядке», – пишет Голдберг.

Если бы мы наблюдали за таким путешественником со стороны, нам бы казалось, что по мере приближения к сингулярности он движется все медленнее и медленнее. Это – движение назад во времени. Причина, по которой путь в недры черной дыры занимает так много времени, – горизонт событий. Когда мы пересекаем его, время для нас обращается вспять. Поскольку черная дыра из данного примера обладает вращением, у нее два горизонта событий – внешний и внутренний. Каждый из них изменяет направление течения времени.

Вращающаяся черная дыра позволяет проникнуть из нашего мира в любой другой параллельный мир. Но самым важным здесь является условие, которое, согласно Эйнштейну, невыполнимо: чтобы преодолеть горизонт событий, мы должны превысить скорость света. Так или иначе, возможно, в будущем человеку все же удастся создать такие технологии, которые позволят разгадать загадку черных дыр и обмануть время.

3. Теория струн и браны Стивена Хокинга

28 июня 2009 года известный на весь мир физик-теоретик Стивен Хокинг организовал, вероятно, самую необычную в мире вечеринку. Весь день он просидел за накрытым столом в комнате, украшенной воздушными шарами – Хокинг явно ждал гостей. Но в гости к ученому так никто и не пришел. Когда день подошел к концу, Хокинг разослал приглашения на праздник. Спустя три года, выступая на очередном научном симпозиуме, он заявил: «У меня есть экспериментальные доказательства того, что путешествие во времени невозможно». И рассказал об этом случае. Оказывается, Хокинг устраивал вечеринку специально для путешественников во времени, однако на нее никто и не явился.

Эксперимент получился забавным, и сам Хокинг неоднократно говорил о том, что, если кто-то подаст заявку на выделение гранта на исследование путешествий во времени, ему тут же откажут, а то и вовсе уволят. Несмотря на это, великий физик не отрицал возможность путешествий во времени и считал, что это очень серьезный вопрос, требующий научного подхода.

Фото: Anthony Devlin/PA Images

Как мы уже отмечали, кротовые норы (если даже они существуют) нестабильны – они возникают буквально на доли секунды, соединяя совершенно разные области пространства-времени, а потом вновь исчезают, и повлиять на это мы не в силах. Чтобы использовать кротовины для перемещений в пространстве и времени, их необходимо, во-первых, стабилизировать, а во-вторых – увеличить в размерах. И то, и другое потребует огромного количества энергии, которым человечество, скорее всего, никогда не будет обладать. Но и здесь ученые нашли лазейку.

Действительно, общая теория относительности никак не сочетается с квантовой физикой, и это является самой большой проблемой современной физики в целом. Чтобы совершать путешествия во времени, нужна другая теория описания Вселенной, которая будет учитывать квантовую природу материи и позволит нам выйти за пределы фундаментальных законов физики. Поиском такой теории, объединяющей квантовую механику с эйнштейновской теорией гравитации, физики занимаются до сих пор. Одним из главных кандидатов на эту роль является известная многим по научно-популярным книгам и фильмам теория струн (или М-теория).

Квантовая теория струн появилась в начале 1970-х годов, ее основателем считается итальянский физик-теоретик Габриэле Венециано. Особенно бурный интерес к этому подходу наблюдался в середине 1980-х – 1990-х годах. Согласно данной теории, в пространстве-времени существуют дефекты – плотные одномерные «складки». Они сохранились еще со времен образования Вселенной – «ткань» пространства-времени как бы не до конца разгладилась, и некоторые из складок сохранились до наших дней, при это они сильно растянулись и истончились, сосредоточив в себе колоссальную энергию (их плотность составляет около 1022 г на 1 см длины). Такие складки ученые также называют «струнами».

Теоретически с помощью космических струн могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать во времени. Если приблизить одну струну к другой или подвести ее к черной дыре, в теории может образоваться целый массив замкнутых времениподобных кривых. Совершая тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

Но самая интересная и, пожалуй, главная особенность теории струн состоит в том, что она не работает в трех и даже четырех измерениях: космические струны могут вибрировать только в 10 либо в 26 измерениях. Струна может вибрировать двумя способами – по часовой стрелке и против нее. Вибрируя по часовой стрелке, она занимает 10-мерное пространство, против – 26-мерное. И никакое другое число измерений в математическую модель данной теории не укладывается. Нашему мозгу трудно это постичь, но, как полагают ученые, все измерения, которые находятся за пределами привычных нам, мы просто не можем увидеть – настолько они малы.

Как полагал ученый Эдвард Уиттен из Принстонского университета, развивший теорию струн, материя в форме частиц является ничем иным как модами струны (мода в физике – вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах). Каждой моде вибрации струны соответствует отдельная частица. Ни один электронный микроскоп, даже самый совершенный, не в состоянии передать, что исследуемые нами частицы на самом деле являются тонкой вибрирующей струной. А поскольку струна движется в пространстве-времени, она имеет способность разбиваться на меньшие струны или, объединяясь с другими струнами, образовывать струны большей длины.

Важный вклад в теорию струн внес уже упомянутый Стивен Хокинг. В 1990-х годах он и его коллега Леонард Млодинов создали так называемую теорию всего, которая описывает всю нашу Вселенную. Согласно ей, на самом мельчайшем уровне все частицы состоят из бран – многомерных мембран. Существование бран также помогает разобраться в вопросе многомерности Вселенной. Так, согласно Хокингу, все частицы нашего мира как бы собраны на четырехмерном «листе» в многомерной Вселенной и не могут его покинуть. Этот четырехмерный лист мы и называем браной. Это – та небольшая часть мультивселенной, которую мы можем наблюдать. Свойства бран объясняют все процессы в нашей Вселенной. Теория Хокинга также доказывает существование огромного числа вселенных, в которых действуют иные физические законы.

Важность теории струн состоит в том, что она одновременно объясняет природу пространства-времени и материи. Некоторые ученые полагают, что, если мы научимся манипулировать космическими струнами – сближать, скручивать и сплетать их, мы сможем управлять и пространством-временем вокруг них. Тогда нам станут доступны полноценные перемещения в прошлое и будущее. Однако, несмотря на математическую строгость и целостность теории струн, экспериментально доказать ее пока невозможно.

4. Машины Торна и Типлера

Многие физики пытались решить уравнения Эйнштейна, чтобы приблизить разгадку путешествий сквозь время и пространство. Но мало кто предпринимал попытки построить настоящую машину времени или хотя бы представить, как она могла бы выглядеть в реальности. Впрочем, нашлись и такие энтузиасты, среди них – американские физики Кип Торн и Фрэнк Типлер.

Работа Торна в этой области вызывает истинное восхищение. Ученый выдвинул идею «обратимого подпространственного перехода», который позволил бы совершать путешествия в прошлое с максимальным комфортом. К примеру, Торн утверждает, что при пользовании его машиной времени вес путешественника во времени не будет превышать его обычный вес на Земле, подпространственный переход не закроется во время путешествия, а само путешествие займет не больше 200 дней.

Фото: Ben Stansall/PA Images

Давайте посмотрим, как устроена машина времени Торна. Представьте себе аппарат, состоящий из двух камер, в каждой из которых находится две параллельные металлические пластинки. Эти пластинки создают интенсивные электрические поля, которые разрывают пространство-время. В результате образуется коридор, соединяющий эти две комнаты, одна из которых находится на космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света, а другая – на Земле. Человек, оказавшийся на одном конце этого подпространственного перехода, мгновенно перенесется в прошлое или будущее. Единственная проблема, как вы понимаете, заключается в том, что современные технологии пока не позволяют создать такой подпространственный переход.

Коллега Торна, Фрэнк Типлер, предложил другой подход. Его версия машины времени – это цилиндр, который вращается с большой скоростью и таким образом искривляет пространство-время. В машине времени Типлера объект проходит через черную дыру и возвращается в исходную точку в тот же момент времени, в который ее покинул. Физики называют это замкнутой времяподобной линией. Эта линия должна дважды пройти сквозь вращающуюся черную дыру. Машина времени Типлера делает движение путешественника во времени колебательным, благодаря чему он не разлагается на поток атомов во время прохождения через черную дыру.

Здесь важно отметить, что в модели с плоским пространством-временем необходимым условием путешествия во времени было движение со скоростью, превышающей скорость света. В искривленном пространстве-времени это условие отпадает. Кроме того, сегодня ученые подозревают, что в мире есть частицы (тахионы), которые движутся в пространстве быстрее света. Все это пока лишь догадки, но, возможно, со временем они подтвердятся и помогут нам больше узнать о Вселенной.

5. Крионика: градусник Бахметьева, глицерин и киборги

До этого мы говорили о путешествиях во времени лишь с точки зрения физики, теперь же обратимся к биологии, с которой мы начали обсуждение данной темы. Одной из теоретических концепций перемещений во времени вполне можно считать крионику. Так называют технологию сохранения тела человека в состоянии глубокой заморозки (криоконсервация) с целью его последующего оживления.

Криоконсервация в настоящее время активно применяется в сельском хозяйстве, научных экспериментах и, конечно, в медицине (заморозка крови, спермы, тканей, эмбрионов на ранних стадиях развития и т.д.). Несмотря на это, на сегодняшний день не зафиксировано ни одного случая успешной криоконсервации теплокровных животных, в том числе людей. Почему после заморозки невозможно воскреснуть, но некоторые люди все равно видят в этом секрет вечной жизни? Попробуем разобраться.

Как правило, криоконсервацию производят при температуре −196 °C. Тело в специальной капсуле помещают в резервуар с жидким азотом. Иногда используют более высокие температуры (от −180 °C до −130 °C), которые создают электрические морозильные камеры, но данный способ признан менее надежным. При воздействии холода биохимические процессы в организме останавливаются, прекращается обмен веществ и энергией с внешней средой. Но живые клетки не могут выжить, поскольку при заморозке вода в них превращается в лед, расширяется и буквально разрывает каждую клетку изнутри, разрушая все ее мембранные структуры.

Ученым удалось найти решение – они придумали специальные криопротекторы, которые препятствовали образованию льда. Первым криопротектором был глицерин, это свойство в нем открыл русский биолог-экспериментатор Порфирий Бахметьев. Еще в начале XX века он увлекся криобиологией и стал изучать явления анабиоза при переохлаждении животных. Бахметьев создал первый термометр для измерения температуры у насекомых и на практике доказал, что выход из состояния анабиоза возможен, если жидкости в тканях пребывают в переохлажденном, но жидком состоянии.

Казалось бы, изобретение криопротекторов должно решить все проблемы, но нет: первые криоконсерванты оказались токсичными, и при разморозке выживали только 10% клеток. И лишь недавно группа ученых из Университета Орегона в США заявила, что им удалось повысить процент выживших клеток до 80%. В перспективе ученые надеются довести этот показатель до 99%. Проведя ряд экспериментов, они создали раствор глицерина и ряда минеральных солей, который оказался наименее токсичным для живых клеток.

Фото:Ben Birchall/PA Images

Красивая идея: уснуть в настоящем и проснуться спустя много сотен, а то и тысяч лет в совершенно новом, неизведанном мире. Красивая и одновременно пугающая. Пока это лишь фантазия, но вы удивитесь, узнав, сколько людей уже заплатили баснословные деньги компаниям, готовым заморозить их тела (в некоторых случаях – отдельно мозг) после смерти, чтобы в будущем их вернули к жизни. Такие компании сейчас существуют во многих странах, причем некоторые действуют уже много лет – к примеру, американская фирма Alcor предлагает услуги криоконсервации с 1972 года. В России тоже есть такая фирма – «КриоРус». Она была основана в 2006 году. Ее клиенты (их здесь называют криопациентами) подписывают соглашение о проведение научного эксперимента по сохранению и оживлению человека. При этом компания не дает гарантий, что вы непременно оживете, но обязуется хранить ваше тело (или мозг) в течение 100 лет и продлевать этот срок каждые последующие 25 лет, если к этому времени технологии разморозки еще не будут созданы.

А что это, собственно, за технологии? Ученые видят это так. По их предположениям, технологии выращивания органов, регенеративной медицины и 3D-печати тканей выйдут на совершенно новый уровень, и можно будет создать заново или «отремонтировать» любой человеческий орган, в том числе мозг. Сделать это можно будет как с помощью методов наномедицины, когда молекулярные роботы проведут анализ повреждений, «подлатают» и оживят клетки мертвого органа. Второй способ, который применим именно для оживления мозга, предполагает его полное сканирование, то есть оцифровку личности и ее последующий перенос в цифровую форму или же печать копии мозга на биопринтере. Кроме того, не стоит забывать о технологиях клонирования и создания «киборгов» – здесь можно фантазировать бесконечно. Ну и, конечно, с точки зрения путешествий во времени, крионика нас сильно ограничивает: ведь мы не знаем, в каком моменте проснемся, в каком состоянии окажемся и проснемся ли вообще.

Вот, пожалуй, основные теории перемещений во времени, которые существуют на сегодняшний день. Наука движется вперед, так что будем продолжать мечтать и надеяться, что когда-нибудь – если не нам, то нашим внукам и правнукам – эти волшебные путешествия будут доступны.

Смена мест – пространство и время внутри черной дыры « Einstein-Online

Как, в некотором смысле, пространство и время меняются ролями внутри черной дыры – и почему это приводит к наиболее характерному свойству черной дыры, а именно к тому, что ничто можно выбраться

Статья Маркуса Пёсселя
  • Пространство с осью
  • Правила движения для нашего трехмерного пространства с осью
  • Аналогия
  • Дополнительный поворот
  • По аналогии мрачно
  • Внутри черной дыры: нет смысла
  • Границы аналогии
  • Дополнительная информация

Визуализация геометрии знакомого трехмерного пространства по общему признанию, с некоторыми дополнительными предположениями, которые могут показаться надуманными, можно понять важный аспект того, как черная дыра изолирует свое внутреннее пространство от остальной Вселенной.

Пространство с осью

Давайте начнем с особого взгляда на трехмерное пространство. В середине этого пространства проводим ось – на следующем изображении вертикальная синяя линия:

Посмотрим на объекты, перемещающиеся в этом пространстве. Мы можем определить три различных типа движения. В первой объекты движутся параллельно синей оси — либо прямо вверх, либо вниз — поэтому давайте назовем это движение оси . Второй радиальный движение — либо прямо к синей оси, либо прямо от нее. Третье — это движение, перпендикулярное двум другим, которое мы будем называть угловым движением. Объект в чистом угловом движении будет очерчивать круг вокруг центральной синей оси.

Если объект движется общим образом, мы можем идентифицировать различные виды вовлеченного движения: Измеряя, насколько далеко этот объект продвигается параллельно оси, мы определяем его движение по оси; измеряя, как изменяется его расстояние от оси, его радиальное движение; отслеживая его боковое движение вокруг оси, его угловое движение. И наоборот, если мы знаем все три компонента движения объекта, мы можем реконструировать движение в целом.

Мы можем изобразить три вида движения стрелками, отслеживающими траекторию объекта, который следует только этому виду движения — только радиальному, или только вдоль оси, или чисто угловому движению. На следующем рисунке показано несколько примеров: движение параллельно оси показано синим цветом, движение в радиальном направлении — красным цветом, а движение в угловом направлении — голубым цветом. На этот раз мы смотрим с несколько более высокой точки обзора вниз на серую плоскость:

Если вы все еще не уверены, что такое радиальное и угловое движение, надеюсь, картинка ниже прояснит ситуацию. На нем показан вид наблюдателя, смотрящего прямо на серую плоскость. Теперь синяя ось — это не более чем синяя точка. Мы опустим все движения параллельно оси и посмотрим только на тот же набор радиальных и угловых стрелок, что и на предыдущем рисунке:

С этой точки зрения совершенно очевидно, что стрелки, обозначающие радиальное движение (красные), всегда указывают прямо на ось или прямо от нее, а движение в угловом направлении (голубые) очерчивают часть некоторого круга вокруг оси. .

Фактически, с этой точки зрения, это всего лишь небольшой шаг, чтобы понять, почему мы назвали эти направления радиальными и угловыми в первую очередь. В полярной системе координат , такой как показано на следующем изображении, положение каждой точки P определяется путем проведения соединительной линии к началу координат, а затем с учетом длины r этой линии и угла α между соединительной линией и некоторые предопределенные оси:

Все точки с одинаковым значением r лежат на окружности радиусом r, поэтому r называется радиальной координатой. Радиальное движение — это движение, которое изменяет только радиальную координату объекта, угловое движение изменяет только его угол α.

Правила дорожного движения для нашего трехмерного пространства с осью

До сих пор мы только и делали, что ввели особый способ просмотра движения в обычном трехмерном пространстве. (Математик сказал бы, что мы ввели «цилиндрические координаты» для описания таких движений. ) Теперь давайте введем ограничение — правило движения для движущихся объектов, если хотите. Правило таково: восходящее осевое движение обязательно.

Следуя этому правилу, объекты по-прежнему имеют большую свободу. Они могут двигаться к оси или от нее, или просто оставаться на постоянном расстоянии. Что касается углового движения, то нам все равно, движутся ли они вокруг оси по часовой стрелке, против часовой стрелки или вообще не движутся. Единственное, чего мы требуем, это чтобы в их движении была заметная составляющая, заставляющая их дрейфовать все дальше и дальше вверх. Вот несколько примеров получившихся путей:

Является ли путь прямым (голубая линия), волнистым (желтая линия) или извивается вверх в форме спирали (пурпурная линия) — нам все равно. , поскольку движение всегда имеет восходящую составляющую.

Аналогия

Почему это произвольное правило? Ответ заключается в том, что, как упоминалось во введении, трехмерное пространство, которое мы рассматривали, должно быть частью аналогии. В реальном мире аналогом осевого направления считается время, а движение оси — «движение объектов во времени» или, другими словами, тот факт, что для объектов время течет. Радиальные и угловые движения соответствуют движениям в пространстве (или, точнее, движениям на двумерной поверхности, которую мы будем считать представлением пространства).

Что это значит? Если вы прослеживаете путь объекта снизу вверх, вы прослеживаете его движение во времени. Если радиальное и угловое положение объекта меняется по мере вашего продвижения вверх, это означает, что объект движется. В этом контексте кажущееся произвольным требование о том, что все пути должны постоянно двигаться вверх, вполне правдоподобно: время проходит для всех объектов — теперь есть способ остаться в одном конкретном моменте (и, таким образом, избежать будущего) или, что еще хуже, вернуться назад. во время!

При таком отождествлении восходящего направления со временем изображения выше представляют собой то, что физики называют диаграммами пространства-времени.

Дополнительный поворот

Но давайте на время забудем об этой аналогии и вернемся к нашему пространству с осевыми, радиальными и угловыми движениями. В этом пространстве мы вводим дополнительную функцию: цилиндрическую поверхность на постоянном расстоянии от нашей синей оси. На следующем рисунке он показан бледно-голубым цветом:

Кроме того, мы модифицируем наш набор правил. Вне цилиндрической поверхности все по-старому: объекты могут двигаться как угодно, лишь бы их движение включало в себя определенную восходящую составляющую. Однако внутри поверхности есть поворот: внутри цилиндра, радиальное и осевое направление поменять местами . Вне цилиндра движение в радиальном направлении вообще не ограничено. Внутри цилиндра движение в осевом направлении вообще не ограничено. Вне цилиндра осевое направление определяет улицу с односторонним движением: все движения должны включать восходящий компонент. Внутри цилиндра аналогичное ограничение применяется к радиальному движению: движение каждого объекта должно включать заметный внутренний компонент .

Каковы последствия новых правил? За пределами цилиндра ничего не меняется — у нас те же разрешенные пути, что и раньше. Однако, как только объект входит в цилиндр, он обречен — с этого момента его движение должно содержать внутреннюю составляющую. В частности, это означает, что ни один объект, вошедший в цилиндр, никогда не сможет покинуть его. Обязательная составляющая внутрь будет подводить объект все ближе к центральной оси. Вот несколько примеров допустимого движения внутри и вокруг цилиндра:

Вы можете видеть, что, пока она все еще находится вне цилиндра, пурпурный путь уводит частицу от оси, затем немного приближает, а затем снова отводит. Но по мере пересечения пути с поверхностью эта свобода выбора урезается — остальная часть пути ведет частицу строго внутрь.

Для голубой дорожки видно, что за пределами цилиндра она ведет неуклонно вверх, в соответствии с нашим основным правилом движения. Однако, оказавшись внутри поверхности, осевое движение больше не ограничено. Как видите, как только эта конкретная частица оказывается внутри поверхности, она снова движется немного вниз.

Наконец, для путей, оставшихся за пределами цилиндра, таких как желтый путь, ничего не изменилось. Все частицы, остающиеся снаружи, должны все время иметь какую-то восходящую часть своего движения.

Заметьте, однако, что с нашим новым правилом есть одна проблема. Как только объект достигает оси, мы (и он) оказываемся в тупике. На оси дальнейшее движение внутрь невозможно, так что же должен делать объект? У него нет возможности продолжать свой путь — нет возможности подчиняться правилу и продолжать двигаться внутрь. Мы должны вообще вывести такой объект из игры, что является единственным способом избежать нарушения наших правил дорожного движения. Это не очень удовлетворительно. Очевидно, ось — это место, где что-то пошло не так.

По аналогии мрачно

Вот и все. Но как новые правила применимы к нашей аналогичной картине пространства-времени? Мы используем тот же руководящий принцип, что и раньше: направление, к которому применяется правило одностороннего движения, будет соответствовать времени , все остальные направления будут направлениями пространства. Таким образом, вне цилиндра направление оси снова должно быть отождествлено со временем. Снаружи цилиндр выглядит как граница некоторой области пространства: В каждый момент времени (на каждой постоянной высоте вдоль оси) пространство, представленное плоскостью, перпендикулярной к оси, имеет внутреннюю границу, определяемую выражением цилиндр. На следующей иллюстрации показана одна такая плоскость (та, которая всегда фигурировала в наших изображениях до этого), а внутренняя граница обозначена красным цветом:

Но внутри цилиндра дела обстоят совсем иначе. Направление времени — одностороннее направление — теперь соответствует радиальному направлению, а направление оси — просто еще одному неограниченному пространственному направлению. В некотором смысле пространство и время поменялись местами!

Это имеет замечательные последствия для того, как объекты двигаются с течением времени. Снаружи цилиндра все как было раньше. Но как только объект попадает в цилиндр, он попадает в ловушку. Оставаться на постоянном радиальном значении или покинуть цилиндр так же невозможно для объекта, как остановить время или отправиться в свое собственное прошлое. Как только объект пересек область пространства, ограниченную цилиндром, он уже никогда не сможет покинуть ее. Цилиндр – это граница (горизонт) черной дыры!

С течением времени любой объект должен двигаться к центральной оси. Однако по мере достижения оси дела идут не так. Как только объект достиг оси, он не может двигаться дальше, но и не может оставаться на месте. Любое продолжение приведет его вовне, а движение вовне — движение назад во времени — категорически запрещено. Также нельзя оставаться на оси – движение внутрь обязательно! Ось — это аналог сингулярности черной дыры, где наше описание пространства и времени нарушается как в этой простой модели, так и в более полном описании в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Достигнув сингулярности, объекты каким-то образом покидают сцену (дополнительную информацию о сингулярностях см. в обзорном тексте «Сингулярности пространства-времени»).

Внутри черной дыры: нет смысла

Наша аналогия полезна для понимания одной особенности сингулярности черной дыры, в которой легко ошибиться. Если вы слышите о сферически симметричной черной дыре, ограниченной своим горизонтом и содержащей сингулярность в центре, вы, вероятно, представляете себе поперечное сечение черной дыры, которое выглядит так:

Здесь круг означает горизонт, а в центре черной дыры есть точка – сингулярность.

В нашей трехмерной модели такую ​​картину можно получить, взглянув на плоскость, ортогональную оси: Пересечение плоскости с горизонтом-цилиндром — это окружность, пересечение с осью сингулярности — точка . Так это снимок черной дыры, показывающий ее внутреннюю структуру?

Не совсем. Только вне цилиндра пересечение с плоскостью на постоянной высоте («в постоянное время», если смотреть снаружи) соответствует моментальному снимку. Внутри цилиндра время и пространство поменялись местами. Внутри изображение пересечения показывает не снимок, а нечто гораздо более странное: калейдоскопическую комбинацию множества разных моментов времени. Ведь внутри время не осевая, а радиальная координата, и все разные расстояния от «центра», которые вы видите на эскизе, соответствуют разным моментам времени. Вместо пространственной структуры черной дыры на эскизе изображена странная смесь пространства и времени!

Точно так же, если вы думаете о непрекращающемся коллапсе тела с образованием черной дыры, вы можете подумать, что тело концентрируется со всей своей материей в одной точке пространства — сингулярности. Но опять же, эта картина пространственной точки-сингулярности, находящейся в центре черной дыры, просто неверна. Используя нашу аналогию, вы можете понять, почему. Сингулярность — это вся ось, а ось представляет собой пространственное направление. Следовательно, сингулярность не является точкой в ​​пространстве — она бесконечно протяженна!

Это очень странно. Со стороны область черной дыры выглядит как поверхность сферы (в нашей модели с двумя пространственными измерениями и одним временным измерением, как окружность круга). Но внутри этой сферы, которая имеет лишь конечную площадь поверхности, можно «спрятать» бесконечно большие объекты — бесконечно протяженные в пространстве. Как это работает? Опять же, это работает, потому что время и пространство меняются местами. Наш простой сценарий соответствует вечной черной дыре — черной дыре, которая существовала всегда и будет существовать бесконечно в будущем. Снаружи черная дыра бесконечно протяженна во времени, но имеет лишь конечный размер в пространстве. Внутри столы переворачиваются: время имеет только конечную протяженность (оно начинается на горизонте и резко заканчивается на оси сингулярности), но вместо этого одно пространственное направление, направление оси, теперь бесконечно длинное.

Если вам трудно разобраться с этой смесью времени и пространства, будьте уверены, что физикам тоже трудно ее визуализировать. К счастью, у физиков есть язык, на котором можно очень точно сформулировать свойства простых черных дыр, — язык математики, и, используя эту формулировку в качестве руководства, можно развить довольно хорошее интуитивное представление о пространстве-времени, содержащем черную дыру.

Границы аналогии

Наша аналогия не идеальна. По аналогии смена пространства и времени происходит внезапно, на границе. В более точной формулировке переход происходит более постепенно. В каком-то смысле направление времени все больше и больше изгибается внутрь по мере того, как вы приближаетесь к черной дыре. Поскольку изгиб достаточно силен, чтобы предотвратить движение любого объекта в любом направлении, кроме внутреннего, вы пересекаете горизонт.

Кроме того, черная дыра, изображенная выше, представляет собой особенно простой образец. Она сферически симметрична — так называемая черная дыра Шварцшильда, в честь Карла Шварцшильда, который в 1915 году первым записал уравнения, определяющие и описывающие такую ​​черную дыру; специальное решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна. (Однако физикам потребовалось более сорока лет, чтобы понять странную геометрию пространства-времени, которую подразумевают уравнения Шварцшильда!) Как уже упоминалось, этот тип черной дыры вечен — она всегда была и всегда будет. Более реалистичные черные дыры с определенным началом (например, образовавшиеся в результате коллапса массивной звезды) или вечные черные дыры, которые вращаются, имеют несколько более сложную внутреннюю структуру.

Если не считать этих оговорок, аналогия верна и отражает существенный аспект пространственно-временной геометрии реальной черной дыры — время и пространство меняются местами на горизонте, а также некоторые фундаментальные последствия этого обмена.

 

Если вы упадете в черную дыру, вы навсегда застынете в пространстве и времени

Технологии и науки
Черная дыра
Пространство
Физика
Альберт Эйнштейн

Черные дыры — страшилище вселенной: они всегда где-то прячутся, но их почти невозможно обнаружить.

Впервые существовавшие в теории Альберта Эйнштейна и открытые Стивеном Хокингом, черные дыры представляют собой объекты настолько чрезвычайно плотные и обладающие такой сильной гравитацией, что даже свет не может выйти из них. Они долгое время оставались загадкой для науки, и только сейчас мы начинаем точно понимать, что они из себя представляют и как они работают с точки зрения физики.

Черные дыры, по словам астрофизика и научного пропагандиста доктора Бекки Сметерст, не являются ни черными, ни дырами. Она автор Краткая история черных дыр: и почему почти все, что вы знаете о них, неверно .

«Они больше похожи на горы материи, чем на дыры», — сказала она Newsweek . «У них нет другой стороны, которую они куда-то ведут. Буквально вы просто взяли звезду и раздавили ее».

Иллюстрация черной дыры. По словам эксперта по черным дырам доктора Бекки Сметерст, человек, упавший в черную дыру, превратится в спагетти, но для стороннего наблюдателя покажется застывшим во времени.
iStock / Getty Images Plus

«Они [также не] черные», — сказала она. «Это одни из самых ярких объектов во всей вселенной. Это не обязательно сама черная дыра, потому что это тюрьмы для света, и вы не можете получить свет от черной дыры, но область вокруг черной дыры. »

«У вас есть материал, который закручивается внутрь по спирали, разгоняется до огромных скоростей, нагревается и начинает светиться, как раскаленное железо в горне. Он не просто начинает светиться в оптическом свете, он еще и Х- лучевой свет, ультрафиолетовый свет, и вы также получаете от него некоторое радиоизлучение. Поэтому они светятся, как рождественские елки», — сказал Сметерст.

Черные дыры имеют горизонт событий, который является точкой невозврата для всей материи и энергии: как только вы пройдете его, от гравитации не будет спасения. В конце концов за горизонтом событий находится сингулярность, непостижимая единственная точка, где находится огромная масса черной дыры.

Если бы вы каким-то образом попали в черную дыру, в путешествии между этими местами с вашим телом произошло бы нечто, называемое спагеттификацией.

«Спагеттификация, по сути, означает, что гравитация у ваших ног будет сильнее, чем [у] вашей головы, и вы будете растягиваться, как спагетти, по мере того, как будете падать все ближе и ближе к черной дыре. Это довольно болезненная картина.»

То, что вы переживаете и наблюдаете, падая в черную дыру, будет сильно отличаться от того, что увидит сторонний наблюдатель, находящийся на безопасном расстоянии от горизонта событий.

«[Приближаясь к горизонту событий], вы бы увидели, как черная дыра становится все больше и больше и больше. Черные дыры производят такое странное искривление света, из-за чего они кажутся больше, чем кажутся», — объяснил Сметерст.

«Когда вы упадете за горизонт событий, весь свет вселенной будет направлен в ваш глаз на один краткий миг. А дальше мы не знаем, что вы вообще увидите — будь то невероятно ярко там, будь то полная тьма, или вы бы увидели какую-то другую форму материи, которую мы просто не знаем, потому что в данный момент, при нашем понимании законов физики, мы понятия не имеем, что находится за ее пределами. горизонт событий», — сказала она.

Однако ваш друг, наблюдающий за тем, как вы падаете, вообще этого не заметит.

«Скажем, у вас есть маленький маяк на вашем космическом корабле, который был похож на маленький маяк, вспыхивающий каждые 30 секунд. Световые сигналы от него на самом деле будут все дольше и дольше доходить до вас между каждой вспышкой из-за силы гравитации, по сути, почти Например, замедление света по мере его приближения к черной дыре.