-

Великий замысел по Стивену Хокингу. Ключ к пониманию космоса / Stephen Hawking's Grand Design. The Key to the Cosmos


Часть 2


В конце 19 века казалось, что величайшие тайны Вселенной раскрыты благодаря гениальным открытиям Ньютона и Максвелла. Но затем два американских физика совершили еще одно неожиданное открытие. Альберт Майкельсон и Эдвард Морли изучали практические аспекты теории Максвелла. А именно то, что свет является формой волны, распространяющейся со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Они определили, что волны представляют собой энергию, распространяющуюся в воде, а звуковые волны это энергия, распространяющаяся в воздухе.

Получается, световые волны тоже должны распространяться в какой-то среде. Ее назвали люминесцентный эфир. Майкельсон и Морли предположили что космос, включая пространство между Солнцем и Землей, наполнен этим загадочным эфиром. Они верили, что солнечный свет должен проходить сквозь эфир, чтобы достичь Земли. Земля вращается вокруг солнца и значит тоже проходит через эфир. Если теория верна, значит, во время движения Земли на ее поверхности должен дуть так называемый эфирный ветер.

Майкельсон и Морли считали, что существует способ обнаружить эфирный ветер на земле и придумали эксперимент, чтобы это доказать. Свой эксперимент они проводили в маленьком подвале, но чтобы объяснить его принцип мы выберемся из лаборатории и проведем его на пляже.

Если Земля постоянно вращается вокруг Солнца, эфирный ветер тоже должен постоянно дуть и влиять на скорость света на Земле. Если луч света движется в одном направлении с эфирным ветром, его скорость должна быть выше.

Но если свет движется в обратном направлении, против эфирного ветра, его скорость должна снизиться. Разницу между этими скоростями можно измерить.

Но они не заметили разницы. Куда бы ни направляли луч света, невозможно было заметить его ускорения или замедления. Результат разочаровал ученых. Люминесцентного эфира не существует. Так же это означало, что скорость света постоянна во всех направлениях. Современные эксперименты подтверждают это открытие. Независимо от направления скорость света остается постоянной. Майкельсон и Морли были вынуждены с огорчением признать, что ошиблись. Эфира не существует.

Но эксперимент не провалился. Это оказалась одна из самых важных ошибок в истории науки. Свет это волна, которая распространяется в пустоте. Какая странная мысль. Так же странно открытие, что его скорость не изменяется. К счастью мы физики любим странные открытия. Именно они приводят к прорывам. Я хочу вспомнить еще одного из моих героев – Альберта Эйнштейна, который объяснил истинную природу света. Чтобы понять, как он это сделал, отправимся в мое детство.

Старая игрушечная железная дорога, прекрасно объясняет сомнения Эйнштейна в том, что означает для Вселенной постоянная скорость света.

Эйнштейн поставил простой вопрос, с какой скоростью движется игрушечный поезд? Шли пятидесятые годы прошлого века и не все игрушечные поезда были хороши. Скажем, он ехал со скоростью полтора километра в час.

Но попробуйте посмотреть на него с другой точки, и вы получите совершенно иной ответ. Земля вращается вокруг своей оси со скоростью примерно 1600 километров в час и если смотреть из космоса, поезд движется на много быстрее. При том можно принять во внимание, что Земля вращается вокруг солнца со скоростью 108 тысяч километров в час. Солнце тоже в свою очередь движется вокруг центра млечного пути. И млечный путь перемещается в пространстве.

Так с какой же скоростью движется поезд? Это зависит от того откуда на него посмотреть. Его скорость может быть полтора километра в час, 1600 километров в час, 108 тысяч километров в час или даже больше. В чем же дело? Все понимают, что скорость относительна и зависит от точки наблюдения.

А теперь вспомните, что в отличие от скорости поезда скорость света не может измениться. В этот момент привычный взгляд на вещи начинает трещать по швам.

Чтобы решить эту проблему Эйнштейн представил себе поезд, но настоящий, а не игрушечный.

Он провел мысленный эксперимент, пытаясь понять, как бы выглядело простое действие вроде зажигания огня с разных точек зрения. Он представил себе человека, чиркающего зажигалкой в середине вагона и двоих людей, находящихся в разных его концах на одинаковом расстоянии от зажигалки.

Эйнштейна интересовал вопрос, ни что видят эти два человека, но когда они это видят. Они находятся в одном вагоне и движутся с одной скоростью, значит двое наблюдателей видят огонек одновременно.

Но если наблюдатель находится снаружи. Что увидит эта девушка?

С ее точки зрения поезд движется, а с ним движется и огонек, успевая продвинуться несколько вперед, прежде чем его увидит наблюдатель в начале вагона. С другой стороны расстояние, которое должен пройти свет, чтобы его увидел наблюдатель в конце вагона, оказывается немного меньше. Получается, она видит, как свет преодолевает расстояние до наблюдателя в конце вагона быстрее, чем до наблюдателя в начале. Это означает, что события на движущемся поезде происходят одновременно, если вы находитесь на нем, но в разное время, если вы находитесь на платформе.

Остановитесь. И задумайтесь, что это значит. Это значит, что мы не можем определить, происходят ли события одновременно или нет. Сама реальность зависит от того, где вы находитесь.

В масштабах целой Вселенной это становится еще более странным. Если реальность зависит от вашего местоположения то, как можно определить, что происходит в мире. А что еще важнее: каков шанс, что мы найдем ключ к пониманию Вселенной, если не можем даже сказать, произошли ли два события одновременно. Не волнуйтесь. К счастью Эйнштейн ответил на этот вопрос в своей знаменитой специальной теории относительности.

Эйнштейн предположил, что реальность может изменяться, потому что может изменяться и время. Звучит странно, но эта мысль дала начало новым физическим теориям. Эйнштейн считал, что как магнетизм, электричество и свет, пространство и время неразрывно связаны и образуют то, что он называл пространственно-временной континуум.

Или пространство-время. Пространство-время так же способно изменятся. Оно может сгибаться и искривляться под воздействием тяжести объектов, таких как звезды, планеты и галактики. Но что еще более удивительно эти искривления объясняют загадочную силу, открытую Ньютоном так много лет назад.

Гравитация это искривление пространства-времени.

На первый взгляд теорию искривления пространства и времени сложно понять, но на самом деле все просто.

Представьте себе лодку, плывущую по неизменному курсу по гладкой поверхности озера. Бесконечного озера.

Поверхность озера подобна не искривленному пространству-времени. Теперь представьте, что на дне появляется гигантская дыра и вода начинает утекать через нее. Поверхность озера искривляется. Планеты влияют на пространство-время точно так же. Лодка, приближаясь к дыре, начнет описывать вокруг нее круги, хотя и продолжит двигаться прямо.

Массивная звезда или планета оказывают на пространство-время такое же воздействие. Они искривляют пространство-время, притягивая объекты к себе. Вот почему вещи падают на землю. Гравитация.

Эйнштейн сумел увидеть скрытую природу Вселенной и ее внутренние процессы. Десять лет спустя он объяснил постоянную скорость света, определил, что искривление пространства-времени порождает гравитацию – основную силу природы. Его работы позволили нам приблизиться к пониманию космоса. Но даже Эйнштейн не был готов к тому, что случилось потом.


TextVideo.ru - Читайте видео