Текст книги "Занимательно о космогонии"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 15 страниц)

«Машина времени» вселенной

«В результате исследования строения космических тел я пришел к выводу, что в природе существуют особые, ранее неизвестные силы. Источником этих сил является „ход времени“». Примерно так начинался доклад известного ленинградского астрофизика Н. Козырева, который он прочитал в 1959 году в Географическом обществе Союза ССР.

Слова его породили ликование среди специалистов одного направления и вызвали бурное негодование других. Слишком необычной казалась теория, изложенная ученым и названная им «причинной, или асимметричной механикой». Ее называли спекулятивной, эксперименты некорректными, выводы поспешными и ошибочными. И вместе с тем все признавали глубину научного проникновения автора теории в сущность проблемы, его умение поставить тонкий эксперимент, сделав из него правильные выводы…

Короче говоря, заявка профессора Н. Козырева никого не оставила равнодушным. Пожалуй, это и понятно; ведь его выводы касались самого обиходного, самого ускользающего и самого, казалось бы, тривиального понятия – времени. Многие выводы новой теории имели непосредственное отношение к космогонии. И потому, не претендуя на глубокий анализ, мы должны познакомиться с основными чертами ее в нашей книге.

Прежде всего несколько известных положений; тех, что лежат в основе нашего материалистического мировоззрения и позволяют построить картину мира, соответствующую современному этапу развития общества.

«Время – одна из основных (наряду с пространством) форм существования материи… Время существует объективно и неразрывно связано с движущейся материей… Время неразрывно связано с пространством, которое имеет три измерения, а время – одно: движение материи во времени идет только в одном направлении – от прошлого к будущему. Время необратимо. Оно бесконечно».

В приведенных постулатах заключаются едва ли не все те знания о времени, которые накопил здравый смысл за годы существования человечества.

Из свойств времени люди знали и использовали его длительность и однонаправленность. Длительность легла в основу всех количественных соотношений, измерений и физических законов. Направление времени определило собой принцип причинности, как называют философы «положение об объективности, всеобщности и необходимости причинной связи явлений». Это качественная сторона времени.

С древних времен философы пытались связать время с движением, чтобы глубже проникнуть в природу первого. Эту связь отмечал еще Аристотель в своей «Физике». Однако в древности, да и в средние века, течение времени чаще всего соотносилось лишь с видимым движением небесного свода. Философы той поры понимали под движением обычное механическое перемещение, и выяснение характера связи являлось часто камнем преткновения для всего философского учения.

Немало интересовались связью течения времени с движением и естествоиспытатели, физики и математики. Так, Н. Лобачевский в своих лекциях по механике говорил: «Движение, бесконечно продолжающееся одинаково, называется равномерным, и одно из таковых движений взято для сравнения с другим, и оно называется время».

Теория относительности показала, что время не просто измеряется движением, а по самой своей природе связано с ним и в зависимости от движения может изменять свое течение.

Вспомним, что с диалектической точки зрения движение понимается не как простое перемещение, а как любое изменение, превращение и развитие материи.

Время однонаправленно. По выражению А. Эддингтона оно характеризуется «стрелой времени». В связи с этим путешествия в прошлое возможны только в фантастических романах. А. Эйнштейн еще в 20-х годах нашего столетия говорил: «Время, обозначаемое в физических формулах буквой t, может, конечно, входить в уравнения с отрицательным знаком; это дает возможность вычислять время в обратном направлении. Но тут мы и имеем дело именно с одним только вычислением, из чего никак нельзя заключить, что и само течение времени может стать отрицательным. Здесь корень всего недоразумения в этом смешении того, что допустимо и даже необходимо как прием вычисления, с тем что возможно в действительности».

Кажется, все предельно ясно. И вместе с тем ни в физике, ни в механике нет ни одного закона, который, учитывая направление времени, становился бы абсурдным при перемене знака у буквы t. Получается, что будущее согласно этим законам неотличимо от прошлого?

Но тогда из изучаемого нами мира исчезает едва ли не главное его свойство всеобщей объективной закономерности и причинной обусловленности; исчезает детерминизм. А мир, в котором разорваны причинно-следственные связи, непознаваем. В таком мире невозможно жить. Вы только представьте себе этакую «вселенскую анархию». Солнце всходит и заходит, когда ему вздумается, а посредине июля природе ничего не стоит развлечься снежной метелью и морозом… Нет, мир, который изучает наука, строго детерминирован.

А как быть тогда с физическими законами? Призванные отображать объективную реальность, они тем не менее игнорируют главное свойство вселенной – причинность!

Выход один – ввести принцип причинности и направленность времени в законы физики и механики.

Здесь уместно вспомнить, что идея сведения временнóго порядка к причинному была выдвинута впервые Г. Лейбницем. Немецкий математик и философ считал, что пространство и время вообще являются лишь формами динамических отношений между вещами и не имеют самостоятельного значения. Время же Г. Лейбниц рассматривал как порядок последовательности явлений. Но где доказательство, что эта последовательность может идти лишь в одном направлении? В законах физики, отражающих суть природных явлений, его нет!

И вот уже много лет специалисты разных направлений пытаются отыскать в природе определенные необратимые процессы, чтобы взять их в качестве соотносительных понятий – коррелятов необратимости хода времени. Другими словами, ученые ищут такой закон природы, который ясно показал бы одностороннее направление времени во вселенной.

В XIX столетии физик Л. Больцман связал с направлением времени изменение энтропии. Тогда энтропию называли «тенью царицы мира», наделяя царским титулом энергию. Взаимодействие энергии с энтропией рисовали довольно мрачными красками. «Над всем, что совершается в беспредельном пространстве, в потоке преходящего времени властвует энергия, как богиня, как царица, – здесь даря, там отнимая, а в общем, не даря и не отнимая. Она властвует со строгой справедливостью, беспрестанно озаряя своим спокойствием, вечно ровным светом одинаково былинку и гениального человека.

Но где свет, там и тень, которую бросает властительница мира – энергия, глубока и темна, многообразна и подвижна… Глядя на эту тень, нельзя подавить в себе смутного страха: она – злой демон, стремящийся умалить, если не совсем уничтожить, все то великое, прекрасное, доброе, что создает светлый демон. Этому злому демону мы даем название энтропии; как оказывается, он постоянно растет – и медленно, но уверенно раскрывает свои злые наклонности… Энергия остается постоянной, энтропия растет. Солнце светит, но тени становятся все длиннее. Всюду рассеяние, выравнивание, обесценивание…»

И дальше, естественно, автор приведенного эссе в стиле ушедших времен переходит к похоронному повествованию о «тепловой смерти вселенной».

Сегодня на кошмары прошлого смотрят более по-деловому. Энтропия? Пожалуйста. Вот ее определение: она «…функция состояния, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой термодинамической системе». И все. Да, вот еще добавление: «существование энтропии постулируется вторым началом термодинамики».

А как быть с «тепловой смертью»? Ведь и первая формулировка второго начала термодинамики, принадлежавшая Р. Клаузиусу, гласила: невозможен процесс, при котором тепло переходило бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым… Р. Клаузиус писал: «…во всех явлениях природы совокупная величина энтропии всегда может лишь возрастать, а не уменьшаться, и мы получаем поэтому, как краткое выражение всегда и всюду совершающегося процесса превращения, следующее положение: энтропия вселенной стремится к некоторому максимуму».

Потом была другая формулировка У. Томсона. Были споры, чья лучше. Но в конце концов и в современной термодинамике второе начало формулируется хоть и без драматизма, но как закон возрастания энтропии. Конечная же гибель галактик и вообще вселенной объявлена несостоятельной, потому что, во-первых, никто пока не знает, что конкретно происходит в недрах галактик и по какому пути они развиваются; во-вторых, нет оснований считать вселенную замкнутой и изолированной системой, и, в-третьих, не исключено, что где-то имеют место процессы, идущие в прямо противоположном направлении, чем к тому обязывает второе начало термодинамики и здравый смысл обитателей планеты Земля.

Обсуждая вопрос связи энтропии со временем, не следует забывать, что второе начало термодинамики – закон статистический. Он может применяться для большей совокупности объектов. А время? Оно ведь существует для каждого единичного объекта. Да и теория относительности говорит, что система отсчета (в том числе и времени) может быть связана с любым единичным объектом, будь он хоть частицей, разгоняющейся в синхрофазотроне. Так что, пожалуй, жестко связывать время с энтропией – занятие опасное. Нельзя ли поискать других коррелятов?

Английские физики О. Пенроуз и Дж. Персивал пытаются все же ввести направление времени в физические законы, опираясь на теорию вероятностей. Но и у них время получается чисто статистическим, усредненным понятием, годным для ансамбля объектов. А с этим согласиться трудно.

Наконец, американский астроном Т. Голд считает, что «ответственным за направление времени является расширение вселенной». Он пишет: «Картина мировых линий галактик ясно показывает направление времени; это именно то направление, в котором мировые линии расходятся».

Однако, кроме расширяющейся модели вселенной, существуют сегодня и другие, в том числе и пульсирующие, в которых на каком-то этапе расширение должно сменяться сжатием. Означает ли это, что и время в них должно идти назад? При этом мы снова возвращаемся к проблеме: что такое время?

Много есть на эту тему разных высказываний, разных точек зрения. Заинтересовавшемуся читателю самому придется решить, к какой категории отнести представления о времени профессора Н. Козырева, ради которого мы и пустились в приведенные выше воспоминания.

Прежде всего, что подразумевает создатель новой теории под термином «ход времени»? После затянувшегося предисловия понять это становится несложно. «Ход времени» у Н. Козырева – это скорость протекания физических процессов. Каких? Любых! Иными словами, это скорость превращения причины в следствие. Для различных процессов эта величина, естественно, различна, но ограничивается она скоростью света в вакууме. Это тоже понятно, потому что никакая материальная система двигаться быстрее не должна. Так новая величина получает не только физическую определенность, но и размерность, и предельное значение. Попробуем уточнить ее дальше.

Известно, что в физике одни величины обладают только размерами и называются потому скалярами. Это, к примеру, длина, площадь, а также длительность промежутка времени – секунда, час, век. Сюда же можно отнести и массу, плотность, температуру и многие другие величины, определяющие вещество, его состояние и движение.

Другие же величины, помимо размеров, характеризуются еще и направлением. Называют их векторами. Примерами могут служить скорость, ускорение, сила…

«Ход времени», по Н. Козыреву, оказался ни тем и ни другим; он относится к псевдовекторам. Что это такое? А вот что: если вы утром мчитесь к автобусной остановке – ваша скорость вектор. Она определяет направление движения. А теперь представьте себя чемпионом фигурного катания. Заключительная фигура вашего, конечно, блестящего, выступления – вращение волчком. Чем является теперь ваша скорость? Теперь она псевдовектор. Угловая скорость, момент сил и момент количества движения – типичные псевдовекторы. К этой же категории величин относит Н. Козырев и «ход времени». Более того, поскольку направление времени всегда одно и то же, наш псевдовектор, как говорят математики, имеет «нулевой ранг», то есть становится псевдоскаляром.

Мы знаем, что время связано с пространством, как одна форма бытия материи с другой. По-видимому, и свойства их должны в чем-то определять друг друга.

Важным свойством пространства является его изотропность. То есть независимость его свойств от направления. С этим связана симметрия нашего мира. Однако подробное изучение свойств атомов и молекул, кристаллов и даже живых существ убеждает нас в том, что какое-то принципиальное абсолютное различие в природе между левым и правым быть должно. С чем это связано, пока неизвестно. Ведь сами по себе оба понятия, левое – правое, условны. Во всей физике не найти пока никакого указания на внутреннее различие между левым и правым.

Такая же асимметрия, по-видимому, должна существовать и между прошлым и будущим. Причина и следствие при повороте «стрелы времени» не должны давать абсолютного тождества. И эта асимметрия времени, по мнению Н. Козырева, может явиться могучим источником энергии.

Вывод «сногсшибательный»! Но чем он может быть подтвержден? Тут-то мы и подходим к самому интересному.

Известно, что вращение – форма движения, присущая всем небесным объектам. При этом линейная скорость любой точки на поверхности вращающегося тела имеет размерность, одинаковую с размерностью хода времени. А если их сложить?.. Получится, что для тела, вращающегося в одну сторону, линейные скорости точек к «ходу времени» нужно прибавить. А у тел, вращающихся в другую сторону, те же скорости нужно вычесть из «хода времени». Кроме того, на разных параллелях вращающихся галактик, звезд и планет ход времени в сумме с линейными скоростями будет разным. И эта разница немедленно даст и различие в количествах движения. Следовательно, должны появиться дополнительные силы. Пусть они парные; пусть действуют в разные стороны, но это силы. Не сдвигая с места центра тяжести вращающейся системы, они могут изменить полную энергию тела… Впрочем, опыт, только результат опыта может убедить нас в справедливости сказанного. И Н. Козырев проводит серию взвешиваний вращающегося в разные стороны волчка-гироскопа. Если выводы его теории правильны, то в одном случае гироскоп должен быть легче, в другом – тяжелее…

Конечно, волчок, весы – все это не просто грубые, примитивные орудия, с помощью которых мы хотим поймать следы самого неуловимого свойства природы – времени. И надо отдать должное, исследователи понимали это и не спешили с опубликованием выводов. Результаты получались не слишком надежные. Но чем больше накапливалось записей в рабочей тетради, тем яснее проступали закономерности. И в конце концов, Н. Козырев с сотрудниками пришли к выводу, что эффект «похудания и потолстения» есть! 90-граммовый гироскоп показывал разницу в весе примерно в ±4 миллиграмма. Этот результат позволил не только вычислить абсолютную величину «хода времени» (Н. Козырев обозначил ее С ₂), оказавшуюся равной примерно 700 км/ч, но и найти ее направление. Так, для нашего мира «ход времени» оказался положительным в левой системе координат, в той самой, к которой мы привыкли со школьной скамьи, и отрицательным в правой – ее зеркальном отражении. Это дало возможность впервые объективно определить понятия левого и правого в пространстве через время.

Опыты с гироскопами дали исследователям чрезвычайно интересные результаты. Создавалось впечатление, что именно теперь можно попытаться определить силу причины, то есть отличить активную силу физических законов от пассивной реакции. Для этого надо только узнать, какая из них увеличивается при данном направлении вращения, а какая уменьшается. Кроме того, изменение «хода времени» проявилось в виде появления дополнительных сил, действующих вдоль оси вращения в противоположных направлениях. Такие силы раньше в теоретической механике известны не были. Между тем влияние их весьма важно.

Давайте представим себе на месте вращающегося волчка планету, ну хотя бы Землю. В средней ее части результирующая дополнительных сил направлена по оси вращения к северу. Но поскольку силы эти не имеют права сдвигать с места центр тяжести планеты, то вблизи полюсов следует предположить существование уравновешивающих сил, направленных к югу. Следовательно, северное полушарие, находясь в тисках сдавливающих сил, будет сжиматься, тогда как южное те же силы будут растягивать.

Планеты не являются абсолютно сферическими телами. Об этом мы знаем уже довольно давно. Но раньше мы предполагали, что земной шар примерно одинаково сдавлен у полюсов. И потому, когда на основании анализа движений искусственных спутников выяснилось, что на севере сила тяжести больше, чем на юге, специалисты несколько растерялись. Появилась даже гипотеза о загадочном различии плотности вещества обоих полушарий Земли.

Учет сил «асимметричной механики», по Н. Козыреву, деформирует Землю. Вместо эллипсоида вращения она приобретает форму вращающейся кардиоиды – сердца. И разница в полярных силах тяготения получает свое «естественное» объяснение. Просто Северный полюс примерно на 200 метров ближе к центру Земли, чем Южный.

Особенно хорошо такая асимметрия заметна на примерах Юпитера и Сатурна – гигантов, состоящих в основном из сгущенного газа. Благодаря большой скорости вращения описываемый эффект должен быть выражен у обеих планет значительно сильнее, чем у Земли. Фотографирование планетных фигур подтвердило теоретические предположения и расчеты. У Юпитера разница в положении полюсов относительно центра составила около 400 километров.

С помощью вновь открытых сил Н. Козырев объясняет и некоторые географические особенности нашей планеты. Например, известно, что северное полушарие Земли значительно богаче сушей. Это могло явиться следствием отжимания материков новыми силами. «Ход времени», по мнению создателя «причинной механики», влияет и на различия в направлениях океанических течений обоих полушарий, и на то обстоятельство, что северная половинка Земли теплее южной…

Опыты с гироскопами и весами дали еще один любопытный результат. Получалось, что дополнительные силы могут прилагаться к разным точкам единой системы. Значит, получается пара сил. И время, которому они обязаны своим рождением, должно уже обладать не только энергией, но и моментом вращения. Пусть пока он только поворачивает коромысло весов. С точки зрения космогонических гипотез важно, что этот момент может быть передан системе.

Конечно, свойства времени трудно представить себе наглядно, опираясь лишь на знакомые аналогии. Слишком много принципиальных отличий. Но если принять предлагаемое толкование результатов проделанных экспериментов, то можно прийти еще к одному выводу: из-за процессов, происходящих в природе, или в результате сознательного воздействия человека плотность времени может меняться. А тогда возникает вопрос: нельзя ли через время воздействовать одной материальной системой на другую? Для этого надо только предположить, что причинно-следственные изменения происходят не только во времени, но и с помощью времени. Или что в любом природном процессе время либо расходуется, либо… образуется…

«Ход времени», как мы выяснили, имеет скорость конечную. Однако само время не передается по вселенной с какой-то конечной скоростью. Время возникло сразу, одновременно с родившимся миром и во всех его уголках одновременно. Может быть, это обстоятельство позволит когда-нибудь, изменяя свойства секунд, мгновенно передавать информацию на всю вселенную независимо от расстояния?

Гипотетическая теория Н. Козырева таит в себе много неожиданного и спорного. В «причинной механике» немало интересных находок, типа гипотезы о прерывности времени или об «атомах времени». Их разработка – дело будущего.

Пока взгляды Н. Козырева разделяют далеко не все, и трудно сегодня оценить степень истинности мнений, высказанных как сторонниками, так и противниками новой теории. Но гипотезы, лежащие в ее основе, поражают и привлекают смелостью даже тех, кто привык к самым революционным поворотам науки нашего столетия.

Время, пожалуй, самая неприступная вершина, на которой держится наше понимание системы мира и наше толкование картины мира. Точные науки пока старались обходить эту вершину стороной, делая вид, будто ее даже и не существует. Но, кажется, пришло и ее время. Что же, счастливого восхождения, как говорят альпинисты.