Загадка «чёрных дыр» космоса.
«Звёздный странник» плыл в бесконечной космической мгле, покидая родную Солнечную систему и постепенно выходя на расчётную траекторию для гиперскачка в пространстве.
Десятки глаз астронавтов всматривались в пучину космоса, с болью и сожалением прощаясь с Землёй, своим родным домом, ставшим колыбелью человеческой цивилизации.
- Который раз уже в экспедиции, а всегда одно и то же, - заметил Иван Петрович, видя нечаянные слезы на глазах у Эллы Штольц и Натали Сьюме.
- Девчонки, всё будет хорошо! - подбадривал унылых красавиц психолог Эндрю Прауд, - Подумаешь, расстаёмся с Землёй и летим в мрачный холодный космос. Главное не попасть в цепкие лапы «чёрной дыры».
- Тьфу на тебя, Эндрю, - бросил недовольное замечание Ирман Фантози, - ещё беду накличешь на нас такими словами!
- Брось напрасные предрассудки, - парировал психолог замечание старшего пилота, - сейчас уже Вселенная больше изучена, по-моему, чем сама Земля. Космические трассы проложены разведчиками с высокой точностью и нарваться на «чёрную дыру» исключено!
- Никогда не торопитесь с выводами, молодой человек, - отозвался неприметный высокий интеллигентного вида человек с лысеющим затылком, которым оказался выдающийся физик Павлов, - «чёрные дыры» не достаточно хорошо изучены, чтобы можно было с высокой долей вероятности заявлять, что они не смогут появиться неожиданно там, где их до того никогда не было.
- Интересно, что нам наука скажет по этому поводу, - раскручивал на откровение Павлова неугомонный Эндрю Прауд.
Все с удивлением и интересом наблюдали за дуэлью профессора физико-химических наук Сергея Геннадьевича Павлова и зануды-психолога Эндрю Прауда, который любил пошутить над оппонентом бахвалясь собственной эрудицией.
- Вы, Эндрю, исходите из ошибочного постулата «не может быть, потому что не может быть никогда». Но должен Вам заметить, это далеко не так. История развития науки на Земле во многом тому подтверждение. Например, что такое масса тела по-вашему, уважаемый Эндрю? – обескуражил оппонента профессор физики неожиданным вопросом.
- Это то, что показывает стрелка весов при взвешивании моего бренного любимого тела, - отшучивался весельчак Прауд.
- Угу! – хмыкнул довольный профессор, как будто бы он и не ожидал другого ответа от скромного обывателя, - К общей радости, физика придерживается несколько иной точки зрения.
- Хотелось бы послушать! – подбадривающе озирался Эндрю на заинтересованных слушателей, сгрудившихся около мирно беседующих спорщиков.
- В науке массу определяют по косвенным признакам! – начинал развивать увлекательную лекцию Павлов, - Например, по инерции, как сопротивлению, которое оказывает тело попыткам его разогнать до определённой скорости за заданное время.
- А что такое инерция? – продолжал дурачиться Прауд, - А то я заканчивал медицинский университет и пропустил парочку лекций по физике. Наверное, как раз по инерции.
- Сошлёмся на первый закон Ньютона, - невозмутимо продолжал Сергей Геннадьевич, - все тела движутся прямолинейно и равномерно, пока на них не действуют внешние силы. Но можно ли проверить этот закон? Чего же проще - отправляйтесь туда, где нет внешних сил! Туда, где нет вещества и, стало быть, нет тяготения.
- Но Вселенная наполнена веществом, - вмешалась в спор двух мужчин Элла Штольц, поправляя от волнения короткие белые волосы, - и нет в ней места, где можно было бы проверить первый закон Ньютона. А закон, который нельзя проверить, трудно считать научным законом. Это можно назвать теорией, гипотезой или просто предположением.
- Правильно, - подхватил Сергей Геннадиевич мысли очаровательной немки, - мы вынуждены связывать инерцию со строением Вселенной как целого. Иными словами закон всемирного тяготения и первый закон Ньютона оказываются взаимосвязанными. Они отражают зависимость между гравитационными и инертными свойствами вещества. Если Вселенная подвержена эволюции, то структура и расположение отдельных источников тяготения будут с течением времени изменяться. Тогда мы столкнёмся с изменением постоянной тяготения по мере течения времени. Это изменение обусловлено тем, что инерционные свойства, определяемые расположением отдалённых источников во Вселенной, также начнут изменяться.
- Погодите, но движение Земли вокруг Солнца подчиняется как закону всемирного тяготения, так и первому закону Ньютона, - втягивался в интригующую беседу Андерс Ганлоу.
- Вот, теперь-то мы и добрались, наконец, до причины того повышенного интереса, который питают физики и астрономы к понятию времени. В процессе познания человеческая мысль пришла к удивительному пространству-времени Эйнштейна и ещё более удивительным, но пока ещё очень слабо познанным пространствам-временам микромира элементарных частиц и мегамира недр звёзд, находящихся в совершенно необычном, сколлапсированном состоянии. И всегда на этом пути реальность подтверждала выводы теории, а теория подталкивала на поиски новых реальностей.
- Сергей Геннадиевич, миленький, - защебетала восторженно Сьюзи Блейк, присоединяясь к дискуссии после вывода звездолёта в режим автоматического пилотирования, - вы так увлекательно рассказываете. Но приведите хотя бы один пример из истории в подтверждение Вами сказанного.
- Из фактов истории, пожалуй, я могу подтвердить слова профессора Павлова. - вмешался философ и историк Томми Ло, подвигаясь ближе к тесной компании, - Ещё в древности было подмечено, что в спокойно плывущем по глади реки корабле путешественник не может сказать, движется он или стоит на месте, если не видит берега. Галилей распространил эти наблюдения и на физические опыты. Он писал, что столь же безразличным к движению окажется и камень, падающий с высоты корабельной мачты. Этот камень всегда окончит своё роковое падение, ударив в одно и то же место, как в том случае, когда корабль неподвижен, так и в том, когда он идет быстрым ходом. Следовательно, никакими опытами нельзя установить, движемся мы или нет, если движение происходит без ускорения. В этом и заключается суть принципа относительности Галилея.
- Спасибо Томми за классический пример, - похвалил Павлов коллегу-историка, - Ньютон был вполне согласен с этим принципом. И всё-таки ему казалось, что должно быть нечто незыблемое, некая основа, опираясь на которую, наблюдатель может ощутить движение без ускорения. Абсолютное пространство и было для Ньютона неподвижной системой отсчёта. В то время Ньютон уже знал о работе другого учённого Ремера, которому удалось приблизительно вычислить скорость света, равную около 280 тысяч километров в секунду. Ньютон понимал, что конечная величина скорости неизбежно влечёт за собой некую среду, передающую движение. Пространство, следовательно, связано с предметами, в нём находящимися? Это противоречие Ньютон разрешить не мог. Гипотезу выдвинул Гюйгенс. Он предположил, что пространство наполнено неким веществом - эфиром, и построил, опираясь на эфир, волновую теорию света. Эта гипотеза объяснила множество разных оптических явлений и даже предсказала такие, которые потом были открыты. Все было великолепно за одним исключением: эфир пришлось снабдить столь противоречивыми свойствами, что разум отказывался верить. С одной стороны, совершенная бесплотность, чтобы не мешать движению планет, а с другой стороны - упругость, в тысячи раз превышающая упругость самой лучшей стали, иначе не будет распространяться с нужной скоростью свет.
- Но это же утверждение противоречит здравому смыслу, - возмутился Эндрю Прауд, позабыв о дурачествах и серьёзно воспринимая слова Павлова.
- Согласен! Противоречит! И до поры до времени на эти противоречия учённые закрывали глаза. В конце концов, разве природа обязана быть непременно такой, какой нам хочется с точки зрения здравого смысла? Мало ли открытий, ему противоречащих, начиная с шарообразности Земли, было сделано наукой? Стоит ли пугаться даже таких взаимоисключающих свойств? Джеймс Клерк Максвелл на основе эфирной гипотезы создал теорию электромагнитного поля, столь фундаментальную, что ей подчиняются тысячи ранее непонятных явлений, - так почему бы не предположить, что эфир всё-таки существует? Почему бы не предположить, что эфир и есть ньютоновское абсолютное пространство и оттого так странен.
- Странности - странностями, - перебил физика Максимилиан Шмателли, - но как вся эта ваша дискуссия относится к «чёрным дырам» космоса? Ведь Вы, профессор начали объяснять именно специфику «чёрных дыр», если мне память не изменяет.
- Точнее, о том, что «чёрная дыра» может возникнуть там, где её никто не мог ожидать, - поправил Сергей Геннадиевич переводчика, - но, как истинный учённый, я не могу голословно это заявить, я должен объяснить всем доходчиво, чтобы прослеживалась логика и была понятна моя точка зрения. А для этого приходится подводить стройное теоретическое обоснование.
- Сдаюсь профессор! – извинялся Максимилиан, виновато поднимая руки вверх, - Больше не перебиваю Вашу лекцию.
- На чём это я остановился? – на секунду задумался Павлов, - Ах, да! Лоренц тем временем развивал дальше свою любимую теорию электрона, и обнаружил интереснейшие свойства этой единственной тогда известной физикам элементарной частицы. Масса её оказалась переменной, связанной со скоростью, и выражалась той же формулой, что и теоретическое сокращение размеров. Совпадение или нечто большее? Эту проблему было суждено решить Эйнштейну. В 1905 г. он опубликовал свою первую работу по теории относительности. Все странные факты, накопившиеся к тому времени в физике, от удивительного постоянства скорости света до не менее удивительного изменения массы электрона получили простое и изящное объяснение. Прежде всего, скорость света объявлялась неизменной величиной, не зависящей от того, движется наблюдатель или находится в покое. В любом случае, даже если лаборатория в ракете будет лететь со скоростью света, прибор Майкельсона неизбежно покажет одну и ту же величину - 300000 километров секунду. Кстати, ЭММА, - обратился Павлов к гиперкомпу, - проиллюстрируй мои слова высказываниями Эйнштейна из Великой Энциклопедии Знаний.
Секундная заминка киберледи не была замечена экипажем. Между тем из динамиков послышался незнакомый мужской голос: «Догоняя свет со скоростью превышающей световую в вакууме, я должен был бы наблюдать этот луч как неподвижное электромагнитное поле, лишь колеблющееся в пространстве», - звучали слова Эйнштейна, - «Но, по-видимому, такой картины не бывает. Интуитивно мне с самого начала казалось ясным, что с точки зрения летящего наблюдателя всё должно было бы происходить по тем же законам, что и для наблюдателя, покоящегося относительно Земли. Из этого вытекает, что в мире всё взаимосвязано: пространство и время. Поэтому мы и говорим теперь о пространстве-времени, массе, энергии, движении. Понятия абсолютных пространств, времени и движения полностью ликвидировались. Все движущиеся тела становятся равноправными с точки зрения находящихся на них наблюдателей. Абсолютно никакими опытами, проведенными внутри равномерно и прямолинейно движущейся системы, нельзя доказать, движется она или находится в покое. Любой экспериментатор может в этом случае считать себя покоящимся, а всех остальных - движущимися. Результаты решений уравнений, описывающих любые процессы, от этого не изменяются».
Динамики замолкли, предоставив Сергею Геннадиевичу возможность продолжить свои увлекательные рассуждения.
- Благодарю, ЭММА, за помощь! Но так ли всё выглядит на самом деле, как утверждает теория великого Эйнштейна? – обвёл присутствующих взглядом пронизывающих серых глаз Павлов, - Физики покажут недоверчивым скептикам колоссальные ускорители элементарных частиц: размеры и огромная мощность, которых нужна, чтобы привести их в действие. Вот следствия, прямо вытекающие из теории относительности. Чем быстрее летит частица, тем она становится массивнее, а чтобы изменить массу, приходится расходовать соответствующую энергию. Точно также и время относительно. Формулы Эйнштейна говорят, что сторонний наблюдатель увидит, как время, в котором живёт быстро движущаяся частица или экипаж ракетного корабля, протекает медленнее, чем в лаборатории, откуда ведётся наблюдение. Этот вывод для многих кажется ещё более фантастическим, нежели изменение массы. Но опыты упрямо говорят своё: да, время может изменяться. Для теории относительности нет ничего странного и в том, что космонавт, улетевший в ракете, развивающей почти световую скорость, вернётся по часам ракеты через несколько лет, а по часам Земли - через десятилетия.
- Почему же тогда мы на «Звёздном Страннике» и на других звездолётах ничего подобного не замечаем, - недоумевал Прауд, моргая широко раскрытыми от изумления глазами, - мы что летаем ниже световой скорости?
- Нет, Эндрю, - взял инициативу в свои руки командор, широко улыбаясь наивности вопроса, - просто современные звездолёты летают на большие расстояния не в самом космическом пространстве, а преломляют его, используя последние технические достижения и разработки земных учённых и новые теории последователей великого Альберта Эйнштейна.
- Спасибо, Иван, за поддержку, - поблагодарил физик капитана и продолжил, - очень многие свойства пространства-времени открыты чисто практически, стали привычными и вполне естественными. Но, то обстоятельство, что им нет теоретического обоснования, делает изучение их чрезвычайно трудным. Более того, наука лишь в самые последние годы обратила внимание на эти свойства, которые раньше были лишь предметом умственных экспериментов философов. Одно из таких свойств - стрела времени, его направленность только в одну сторону. Пространство, как мы хорошо знаем, допускает движение и вперёд и назад, а во времени такой эксперимент не удаётся, хотя в фантастической литературе путешественников во времени, начиная с героя Уэллса, было предостаточно. Изменяющийся мир, больше напоминает магический ковёр, развёртывающийся прямо под ногами и свёртывающийся сразу же позади.
- Но почему магический ковёр никогда не развёртывается обратно? – вопрошала Элла Штольц, одновременно потягивая коктейль, приготовленный Джимом Ли, - Каков физический базис этой странной непреодолимой асимметрии времени?
- Хм! – Павлов задумался надолго над вопросом биолога, заставив слушателей окунуться в мягкую тишину, нарушаемую лишь еле слышным ворчанием пилота Колли Блу, единственную, пожалуй, не увлечённую дискуссией, - По этому поводу среди физиков имеется так же мало согласия, как и среди философов. В результате недавних экспериментов, замешательство стало ещё больше, чем прежде. Все фундаментальные теории физики, в том числе квантовая механика и теория относительности, допускают в формулах подстановку времени как со знаком плюс так и со знаком минус. Результаты от такой перестановки не меняются, законы описывают то, что может происходить в природе. Может, но не происходит. В нашем макромире стрела времени упрямо летит только в одну сторону.
- Но почему, Сергей Геннадьевич, так происходит? – не унималась Элла Штольц, наседая на почтенного профессора.
- Надо сказать, что в физике действуют два рода законов. Одни - динамические, чётко подчиняющиеся формулам. В них отношения между причиной и следствием вполне определены, однозначны. Другие - статистические, их формулы описывают единство и борьбу двух начал: необходимости и случайности. Иными словами, статистические законы описывают события, исход которых можно предвидеть лишь с некоторой долей вероятности, события, которые есть результат, взаимодействия большого числа независимых атомов, молекул, животных или людей.
- Понятно теперь, почему у Вас у физиков больше вопросов, чем ответов, - скептически заявил Прауд на слова профессора.
- А теперь вернемся к стреле времени, - не обращал внимания Павлов на слова психолога, - можно вообразить такую картину. Снаряд взорвался, а потом все молекулы его разлетевшегося вдребезги корпуса вдруг меняют своё движение на обратное и собираются снова в точке взрыва, до мелочей воссоздав первоначальный облик снаряда.
- Так не бывает и никогда не будет! – сухо и небрежно бросил полковник Грейс нелепое замечание.
- Верно. Но почему? Разве при этом будут нарушены законы механики? Нет. Ничто не запрещает молекулам собраться вместе. Ничто, кроме статистических законов. Вероятность того, что все молекулы, независимые в своём движении, вдруг станут возвращаться по пройденным путям, столь ничтожна, что мы заранее принимаем её равной нулю и оказываемся правы. Стрела времени направлена в сторону возможно большего беспорядка. Это единственное различие между прошлым и будущим, известное физике. Живые организмы, тем и отличаются от неживой природы, что противятся беспорядку. Рост и изменение организма - пример всё более развивающейся во времени, всё более высокой упорядоченности. Но неизбежно наступает момент, когда человек умирает, машина отправляется в переплавку, а стела, повествующая о деяниях фараонов, трескается. Есть и еще одно, по-видимому, более важное свойство нашего мира, определяющее прямой полёт времени: различие между атомами и антиатомами.
- Что это такое, если не секрет, антиатомы? – вторя полковнику, спросил Сержио Монтана.
