Текст книги "Время - Назад XX век: Хроника необъяснимого"
Автор книги: Николай Непомнящий
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 24 страниц)
Бесконечность времени имеет два аспекта, количественный и качественный. Количественный аспект бесконечности времени соответствует бесконечности моментов времени. Но момент времени не является некой самостоятельной субстанцией, а представляет собой форму бытия совокупности событий, состояний движущейся материи, причем специфика каждого из временных моментов есть выражение качественно различного характера этих совокупностей.
Бесконечность времени обусловливается постоянным развитием материи, переходом возможностей в действительность. Время есть форма существования материи, выражающая процесс становления, процесс появления нового.
Таким образом, согласно современным представлениям в физике, бесконечность времени состоит в постоянном движении, изменении, развитии материи. Что касается единственности времени или множественности времен, общая теория относительности позволяет для описания некоторых систем ввести несколько существенно различных, но одинаково объективных времен. Это так называемый гравитационный коллапс. Коллапсирующая система характеризуется обычным мировым временем, определяемым в интервале от минус до плюс бесконечности. Однако полное описание всего процесса коллапса невозможно с использованием только этого времени. Для частиц, падающих в гравитационном поле, существует свое собственное время, причем настолько замедленное, что его конечный отрезок описывает бесконечным, с точки зрения стороннего наблюдателя, процесс падения частицы на звезду. Для описания же всего процесса эволюции вводится третье, глобальное время (время Крускала), где есть возможность для пространства и времени как бы меняться местами.
Было бы, однако, неправильно полагать, что только в теории относительности прослеживается глубокая связь между материей и временем. Один из основных законов движения материи, закон сохранения энергии, можно вывести из свойства однородности времени. В теории взаимодействия элементарных частиц существует так называемая СРТ-теорема, которая гласит, что законы движения частиц, выведенные наукой, не меняются, если воздействовать комбинацией трех операций, называемых также тремя симметриями. Операция С – это замена частицы на античастицу. Операция Р, когда левое и правое меняются местами, как это происходит при возникновении отражения в зеркале. Операция Т – изменение направления движения всех частиц на обратное.
Сначала предполагалось, что все три преобразования оставляют физическую систему неизменной, но затем убедились, что законы, управляющие поведением материи, не меняются после действия только двух операций – С и Р.
Как полагает крупнейший современный математик, внесший большой вклад в разработку проблем гравитации и космологии, автор книги "Краткая история времени" Стивен Хокинг, в случае С-Р-симметрии жизнь будет одинакова и для нас, и для обитателей другой планеты, которые являлись бы нашим зеркальным отражением и состояли бы из антиматерии. Но вот попытка осуществить Т-симметрию наталкивается на непреодолимое различие между движением во времени вперед и назад. Проделать Т-операцию, согласно Хокингу, то же самое, как если бы заснять на кинопленку падение стакана на пол, а затем прокручивать ее задом наперед, тогда зрители увидят, как осколки собираются в виде целого стакана, а стакан запрыгивает обратно на стол. Но такое запрыгивание равносильно созданию порядка (стакана) из беспорядка (осколков), что противоречит второму закону термодинамики, который вытекает из того, что состоянии беспорядка всегда гораздо больше, чем состоянии порядка. Рост беспорядка (энтропия) прослеживается всюду. Даже чтобы выжить, люди употребляют пищу, которая выступает как носитель упорядоченной формы энергии, и превращают ее в тепло, то есть в неупорядоченную форму энергии.
Стивен Хокинг полагает, что именно рост энтропии со временем является иллюстрацией стрелы времени, которая разрешает различать прошлое и будущее, придавая времени направление. Но при этом он считает, что существуют по крайней мере три стрелы времени, совпадающие по направлению: термодинамическая, указывающая направление времени, в котором растет беспорядок, психологическая – ощущение направления хода времени, память о прошлом, космологическая – направление, в котором Вселенная расширяется.
Совпадение направления термодинамической и космологической стрел Хокинг видит в том, что разумные существа, способные спросить, что такое время, могут жить только в фазе расширения Вселенной.
Что же касается совпадения направления психологической и термодинамической стрел времени, Хокинг полагает, что субъективное ощущение времени задается в мозгу человека термодинамической стрелой времени, поскольку мозг фиксирует события в их естественном порядке, то есть в порядке возрастания энтропии. Заканчивая книгу "Краткая история времени", он пишет, что читатель, запомнивший каждое слово из его книги, получит около двух миллионов единиц информации и ровно настолько же возрастет порядок в его голове. Но пока книга читается, по крайней мере тысяча калорий упорядоченной энергии, полученной в виде пищи, превратится в неупорядоченную энергию, переданную во внешнюю среду в виде тепла. Беспорядок во Вселенной при этом должен достичь гигантских размеров.
Наконец, одним из основных аргументов в защиту необратимости времени является необратимость причинно-следственных отношений. При обратном ходе времени причинно-следственная связь оказывается нарушенной и невозможно никакое взаимодействие. Следовательно, отсутствует движение, а значит, и время.
Что касается времени в микромире, в современной физике при исследовании взаимодействия элементарных частиц используется процедура квантования пространства-времени. При этом обычно вводится минимальная длина 10–13 сантиметров и минимальная длительность 10–24 секунд. Направление времени не рассматривается.
В заключение этого раздела хотелось бы коснуться вопроса, который фантасты очень часто решают легко и просто. Это вопрос возврата во времени. Поскольку в мире Эйнштейна – Минковского время и пространство равноценные координаты, возвращаемся мы в покинутую нами точку пространства легко и постоянно. Но не даром. За возврат в пространстве (так же, как и за движение вперед) мы заплатим временем. Мы вернулись туда же, но не тогда же, а позже, в другое время. Тем самым вернулись уже в иную мировую точку. Если теоретически мы могли бы двинуться по временной координате назад, в прошлое, то должны были бы за это тоже заплатить. Заплатить пространством, то есть попали бы в другую точку Вселенной, где-то вне земной поверхности, и к тому же, весьма вероятно, кем-то уже занятую, что привело бы к немедленной гибели.
ВРЕМЯ ПОКОЯ И ВРЕМЯ БОРЬБЫ
Для восприятия времени не меньшее значение, чем функциональное состояние, имеет состояние эмоциональное, заинтересованность в деятельности, мотивация, наконец, вид и условия работы.
Значительно меняются отношение ко времени и его восприятие в зависимости от того, насколько человек может им сам распоряжаться. Люди меньше устают и более продуктивно работают на конвейере, если могут что-то изменять в ритме работы.
Неодинаково ощущение времени у спортсменов, занимающихся различными видами спорта. У тех из них, которые сравнительно мало зависят от внешних условии и сами планируют свои действия (стрелки, легкоатлеты и т. д.), чувство времени не отличается от такового у лиц, спортом не занимающихся. У единоборцев длительность минуты по мере занятии спортом уменьшается. У тех спортсменов, которые зависят от противников и товарищем (спортивные игры), длительность "индивидуальной минуты" в процессе спортивной деятельности обычно возрастает. Кроме того, у них повышен интерес к анализу структуры времени. Для шахматистов, которые должны строго следить за временем (не только своим, но и противника), затрачиваемым на ходы, характерно хорошее ощущение времени, длительность "индивидуальной минуты" у них в процессе тренировки увеличивается.
Следует отметить, что величина оцениваемого человеком отрезка времени зависит не от числа реально имевших место событий, а только от числа тех событий, которые известны, замечены им. Чем больше испытуемый уделяет внимания времени, тем длиннее оно кажется. Но если решается трудная и интересная задача, о времени забывают и оно кажется короче.
У практически здоровых людей в состоянии эмоционального напряжения могут изменяться восприятие времени, скорость двигательных реакций и опознавание образа. К числу стрессовых факторов относится, например, дефицит времени при работе за пультом управления ЭВМ или за рулем любого вида транспорта. В этих условиях время, за которое человек успевает понять, что за объект внезапно появился перед ним (время опознания образа), увеличивается более чем на 1/3 (с 0,76 метра в секунду при опознавании в свободном режиме до 1,12 при опознавании в условиях дефицита времени).
Космонавты оценивают временные интервалы в условиях невесомости в зависимости от самочувствия и эмоционального состояния. В условиях плохого самочувствия отрезок в 24–26 секунд воспринимается как одна минута, в состоянии легкой эйфории отрезок в 35–40 секунд – как 15–20 секунд. Хорошо тренированные космонавты отмеривают отрезки времени точно. Юрий Гагарин отрезок в 24 секунды воспринимал как 22, 23 и 21 секунду. Указанные закономерности так постоянны, что исследователи рекомендуют использовать результаты оценки времени для определения эмоционального состояния в стрессовой ситуации.
Обнаружены изменения оценок временных отрезков в сторону преувеличения при работе летчиков в спокойных условиях и в сторону преуменьшения по мере нарастания эмоционального стресса, при усложнении полетной обстановки.
Такое укорочение длительности протекающего времени в состоянии стресса отражает человеческие стремления сократить срок пребывания в ожидании, что нашло яркое отражение в словах Фауста, обращенных к Мефистофелю: «Пусть будет то, что суждено судьбой, бес, помоги, промчи мне время страха!» (Перевод Н. А. Холодковского.)
Очень ярко укорочение длительности "индивидуальной минуты" обнаруживается у спортсменов, занимающихся всеми видами спорта, на старте, но только именно на самом старте, а не перед выступлением вообще.
Наиболее отчетливо такое укорочение отмечается у мотоциклистов, борцов, боксеров и дельтапланеристов. При этом успешность выполнения спортивного задания оказывается тем более высокой, чем более длительной была "индивидуальная минута" на старте.
В тех случаях, когда человек попадает в крайне опасную ситуацию, связанную с непосредственной угрозой жизни, как это бывает в профессиональной деятельности пилотов и водителей наземного транспорта или во время соревнований и тренировок по техническим видам спорта (мотокросс, автомобильные гонки, полеты на дельтаплане и т. д.), речь идет уже не только об изменении в малых пределах длительности "индивидуальной минуты", но и об изменении самого масштаба времени.
Феномен изменения масштаба времени сводится либо к его «растягиванию» – тогда человек успевает в невероятно короткий срок не только принять решение, но и реализовать его, – либо к «сжатию» тогда человек не успевает сделать то, что вполне можно выполнить без спешки. Ситуации со «сжатием» времени описаны, например, в книге А. А. Леонова и В. П. Лебедева «Восприятие пространства и времени в космосе» (М., 1968). Два члена экипажа загоревшегося самолета погибли потому, что командир переоценил длительность промежутка времени между подачей им команды катапультироваться экипажу и собственным катапультированием, прежде чем он получил подтверждение, что команда принята. В состоянии страха время для него сжалось.
У спортсменов такое сжатие времени вызывает фальстарт, они преждевременно срываются с места. Некоторые парашютисты вообще не могут сделать затяжного прыжка, поскольку открывают парашют, допустим, через 8 секунд, будучи уверены, что прошло уже 15–20 секунд. Ю. А. Гагарин спокойно открывал парашют через 50,2 секунды при задании открыть его через 50 секунд.
Субъективное убыстрение времени бывает и при высоком напряжении. Так, А. А. Леонов при выходе в безопорное космическое пространство отметил, что время, отведенное для работы вне корабля, пролетело очень быстро, как 1–2 минуты.
Что касается субъективного замедления течения времени, то исследование этого феномена проводилось на летчиках, которые не подозревали, что ведут самолет с двойным управлением. Неожиданно для пилота выключалась приборная доска, а самолет бросали в пике, то есть через 40 секунд он должен был бы врезаться в землю. Многочисленные скрытые телекамеры фиксировали каждое движение испытуемого летчика.
Было выявлено три типа реакций:
– паника и паралич деятельности (пилот бросал управление);
– поиск выхода «методом тыка» (пилот беспорядочно дергал ручки управления, этим методом можно было вывести самолет в нужное положение примерно в течение двух минут);
– мгновенное верное решение (пилот сам выводил самолет в нужное положение за несколько секунд).
На вопросы «Почему и как пилот принял верное решение?» и «Сколько времени прошло, прежде чем был окончен маневр?» все удачно выполнившие задание летчики ответили однозначно: «Перебрал в уме варианты, прошло около двух минут». Значит, для них прошло две минуты, а телекамеры запечатлели время в несколько секунд.
Аналогичные данные были получены при исследовании дельтапланеристов. Удачно выполненные полеты, во время которых нередко возникали сложности, им казались более продолжительными, чем это было на самом деле. Сопоставление длительности полета и длительности "индивидуальной минуты" показало, что имеются два разных механизма удлинения времени – небольшое увеличение длительности минуты и резкое, кратковременное изменение масштаба времени.
Вспомним об изменении масштаба времени в сновидениях. Это позволяет предположить, что в момент смертельной опасности мозговые образования не просматривают поочередно разные версии, а создают эти версии поведения разом, параллельно. В сознание "к исполнению" поступает та единственная, которая ведет к спасению. Такое состояние не бывает длительным, скорее всего – во избежание дурных последствий для мозга.
Что это действительно так, показывает анализ особенное гей принятия решении в условиях реальной опасности. Для данной ситуации характерно следующее.
1. Решение принималось при осознании наличия опасности, необходимости действовать, в состоянии тревоги, но не страха. Глубина опасности и все последствия не рассматривались, все внимание фокусировалось исключительно на том, что следует предпринять. При этом четко представлялась конечная цель. Это состояние точно описано космонавтом Г. Береговым и В. Пономаренко в статье "Профессия одержимых", где приводится высказывание летчика-испытателя со стажем более сорока лет, считающего главным "умение в минуту опасности хладнокровно рассуждать, думая о том, что необходимо сделать, а не о том, что со мной может быть".
2. Время принятия решения очень короткое (внезапное озарение), человек может даже начать действовать прежде, чем сам поймет, что решение принято.
3. Решение воспринимается как безусловно правильное и единственно возможное. Убежденность принявшего решение заставляет окружающих бездоказательно ему следовать (даже если решение принял неофициальный лидер группы).
4. Принятое решение в первое мгновение необъяснимо. В дальнейшем возможно: додумывание доказательств, отказ от попытки объяснить, почему решение было именно таким; если человек был один, то, кроме двух первых вариантов, возможна амнезия – человек вообще не понимает и не помнит, как вышел из создавшегося положения.
5. Для принятия решения в условиях реальной опасности, по-видимому, необходима определенная психологическая структура, в частности, задержанная реакция страха. Вообще эмоциональные реакции и сопутствующие им (или определяющие их) изменения биопотенциалов мозга требуют энергетических затрат и развиваются несколько отставленно во времени, однако в данном случае имеет место крайняя степень выраженности этого явления. Принявший и осуществивший решение человек нередко только через много, часов начинает осознавать, что могло бы случиться, и тогда переживает уже непонятное для окружающих потрясение.
6. Человек, раз осуществивший принятое решение в опасной ситуации (но не в состоянии парализующего ужаса), стремится повторно попасть в соответствующую ситуацию, даже если, что случается нередко, его заслуги не были признаны и его поведение в предыдущий раз не заслужило общественного одобрения и поощрения Принятие решения уже является своего рода наградой.
Следовательно, в условиях, когда имеется высокая мотивация принятия решения и конечная цель его ясна, включается механизм, обеспечивающий мгновенность решения. Решение принимается за счет одновременного параллельного (а не последовательного, как обычно) рассмотрения вариантов. При этом в сознании фокусируется только тот единственный вариант (если он достигнут!), который совпал с моделью идеального результата. Все остальные результаты, а заодно и все доказательства просто стираются, как шум. Этот результат может быть и не достигнут, кроме того, не на все случаи жизни принципиально есть решения. Но такие случаи здесь не имеются в виду. Если же решение принято, оно возникает не столько как «перебор» уже готовых реакций (хотя такой «перебор», несомненно, тоже происходит), но в первую очередь как замыкание случайных связей и выбор из огромного числа возникающих решений наиболее удачного.
Таким образом, хотя скорость процессов переработки информации может не меняться, за счет процесса "параллельного анализа" человек имеет дело как бы с другим масштабом растянувшегося для него времени. Вступает в силу "бергсоновское время", время как поток взаимно перекрещивающихся событий, в котором для создателя кибернетики Н. Винера существует не только живой организм, но и современный автомат.
МАШИНА ВРЕМЕНИ
По статье доктора физико-математических наук А. Ансельма в журнале «Звезда»
Возможно ли путешествие во времени – в будущее или прошлое? При этом сразу заметим, что речь здесь фактически пойдет о возможности путешествия на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света. Вернувшись из такого путешествия, можно «выиграть» во времени: проведя в корабле, скажем, 10 лет, можно возвратиться на Землю, где прошло 100 лет. Это, конечно, можно интерпретировать как «путешествие во времени». Однако десятилетнее путешествие будет восприниматься путешественником совершенно так же, как если бы он оставался на Земле, все биологические процессы, определяющие его существование и, в частности, его самосознание, не замедляются и не ускоряются по его собственному времени. Вернувшись на Землю, он скорее будет склонен констатировать, что на Земле прошло удивительно много времени, заметно больше десяти лет, ведь он не чувствовал, чтобы с ним происходило что-то необыкновенное! В этом, и только в этом, смысле современная наука допускает путешествия в будущее.
Что касается путешествия в прошлое, то оно в принципе невозможно, так как приводит к логическому противоречию. Популярная формулировка этого противоречия состоит в том, что, совершив путешествие в прошлое, к моменту до своего рождения, можно убить своего отца и тем самым никогда не родиться.
Мы рассмотрим сейчас вопрос об относительной «реальности» путешествия в будущее на космическом корабле.
Для того чтобы получить заметный выигрыш во времени, необходимо путешествовать со скоростью, близкой к скорости света. Для этого необходимо ускорение, обеспеченное работой двигателя ракеты, длящееся достаточно долгое время. Насколько долгое? Может быть, нужны миллионы лет, чтобы достигнуть скорости, близкой к скорости света?
Конечно, все зависит от ускорения. Мы условимся, что для того, чтобы путешественники чувствовали себя комфортабельно, их ускорение не должно существенно превосходить ускорение земного тяготения, то есть величины, когда скорость прирастает на 9,8 м/с за одну секунду. Если ускорение точно равно ускорению земного тяготения, путешественники как бы будут находиться в состоянии искусственной гравитации, такой же, как на Земле. Если ускорение в ракете превосходит это ускорение, они будут чувствовать перегрузки. Сегодня космонавты, выводимые на орбиту искусственного спутника, могут испытывать, скажем, десятикратные перегрузки, но не существенно больше. Так как мы обсуждаем длительное космическое путешествие, ограничимся (для удобства путешествующих) ускорением, равным ускорению земного тяготения.
За какое время можно тогда достичь скорости, близкой к скорости света? Скорость света равна 3х108 метров в секунду (Обозначение 108 представляет собой единицу с восемью нулями, то есть сто миллионов. Такого рода обозначения очень удобны, когда приходится иметь дело с большими числами. Мы будем использовать их и дальше).
При постоянном ускорении скорость равна произведению ускорения на время, так что время равно скорости, деленной на ускорение. Чтобы достичь скорости, равной, скажем, одной трети скорости света, требуется время, равное 108 м/с: = 9,8х х10 м/с2 = 107 секунд = 4 месяца. Не столь уж большое время!
К сожалению, при скорости, равной всего лишь одной трети скорости света, разница в ходе времени для путешественников по сравнению с земным временем будет всего лишь 5 процентов.
Чтобы получить заметно больший выигрыш во времени, надо двигаться со скоростью, действительно близкой к скорости света. При этом уже время ускорения нельзя рассчитать как отношение скорости к ускорению, работают другие законы, законы специальной теории относительности.
Пользуясь теорией относительности, можно показать, что если ускоряться в ракете с ускорением земного тяготения 3,5 года, то по часам, прошедшим на Земле, пройдет 15 лет. При скоростях, еще более близких к скорости света, разница становится гораздо более впечатляющей. Так, например, если время ускорения для пассажиров ракеты равно 10 годам, то на Земле пройдет 11 500 лет!
Итак, с точки зрения нормальной продолжительности человеческой жизни путешествие со скоростью, близкой к скорости света, представляется хотя и длительным, но возможным. Хватит ли, однако, энергозапаса ракеты, чтобы поддерживать постоянным ускорение в течение нескольких лет?
Любое, самое эффективное, топливо при сжигании массы М не может дать больший выход энергии, чем величина Е = Мс2, где с – скорость света Этот теоретический предел вытекает из принципа эквивалентности массы и энергии, следующего из теории относительности. Для обычных видов топлива эффективность ("калорийность") топлива гораздо ниже – при сжигании массы М выделяется энергия, гораздо меньшая Мс2. Легко убедиться, что для того, чтобы ускориться до скорости, близкой к скорости света, никакие виды «обычного» топлива (включая ядерное или термоядерное) не годятся. Единственный вид топлива, имеющий, так сказать, "коэффициент полезного действия", близкий к единице, – это антивещество. При аннигиляции вещества и антивещества происходит, в некотором смысле, полное превращение массы в энергию, точнее, превращение массивных частиц в электромагнитное излучение. При сжигании массы М топлива из антивещества выделенная энергия будет равна Мс2.
Оказывается, что для длительного ускорения ракеты необходимо запастись горючим из антивещества, во много раз превышающим по массе «полезную» массу ракеты. Можно показать, что при ускорении, равном ускорению земного тяготения, для путешествия, длящегося по часам в ракете 3,5 года, когда на Земле проходит 15 лет, отношение массы топлива к массе ракеты должно быть примерно 15. Если же путешествие длится по часам ракеты 10 лет, а по земным часам 11 500 лет, масса топлива должна превосходить полезную массу более чем в 10 000 раз!
Наверное, из всех чудовищных трудностей создания подобного устройства получение многих тонн антивещества является самой сложной задачей. В настоящее время удается получить лишь считанные атомы антивещества. Поэтому практически можно гарантировать, что «релятивистские» путешествия со скоростью, близкой к скорости света, если и будут когда-нибудь осуществлены, то весьма не скоро. Надо признать, однако, что принципиальных возражении против такого рода путешествий современная наука не имеет.
