Таинственные явления природы и Вселенной

Конечно, космология — дисциплина, хоть и вполне научная, но совсем не практическая. Вряд ли человечеству в ближайшем, да, по-видимому, и в очень отдаленном будущем удастся с какой-нибудь практической пользой употребить космологические знания. Но этого и нельзя требовать от космологии, поскольку не в этом ее цель и задача. Главное очарование этой науки в извечной притягательности звезд. Оно коренится в постоянном интересе к пределам и основам, в интересе, который представляет, может быть, главную, определяющую черту человеческого существа. Космология принимает вызов предельных вопросов, на которые вряд ли можно окончательно ответить. А принимать подобные вызовы — не в этом ли состоит чудо человека?

Пути познания

Все в мире относительно

Альберт Эйнштейн создал две поразительно красивые теории, которые навсегда изменили наши представления о пространстве, времени и гравитации. Первая из них получила название специальной теории относительности.

Слово «специальная» в названии теории относительности указывает на то, что она применима только к особым условиям, когда сила гравитации не принимается во внимание. Это ограничение сняла другая работа Эйнштейна — общая теория относительности, которая, по сути, является теорией гравитации.

Согласно СТО (так в научной среде принято называть специальную теорию относительности) выходило, что отрезки пространства и промежутки времени сами по себе не имеют абсолютного смысла, но зависят от состояния движения наблюдателя, который их измеряет. Если вы и ваш приятель движетесь друг относительно друга, каждый из вас обнаружит, что часы второго тикают медленнее, чем его собственные. Одновременность тоже относительна. События, которые одновременны для одного наблюдателя, для другого могут происходить в разное время. Конечно, в повседневной жизни мы не замечаем таких эффектов, поскольку при обычных скоростях они совершенно ничтожны. Но если относительное движение наблюдателей происходит со скоростью, близкой к скорости света, результаты их измерений могут очень сильно разниться.

Но все же существует одна вещь, по поводу которой вы, ваш приятель и все наблюдатели всегда сойдутся между собой: свет всегда распространяется с одной и той же скоростью — примерно 300 тыс. км/с. Скорость света — это абсолютный предел скорости во Вселенной. Когда вы прикладываете силу к физическому объекту, он ускоряется. Его скорость растет, и если вы будете продолжать прикладывать силу, он, в конце концов, подойдет к скорости света. Эйнштейн доказал, что по мере приближения к световой скорости для ускорения этого объекта требовалось бы все больше и больше энергии, так что скорости света ему все равно не достигнуть.

Из СТО следует одна формула, которая очень важна в физике, но которая также является, наверное, самой известной и, осмелимся сказать, любимой «в народе» физической формулой. Конечно, вы догадались: это формула Е = тс2.

Скорость света зависит от среды его распространения. В вакууме, понятно, это 300 тыс. км/с. А в охлажденном до –269 °C натрии — менее 60 км/ч.

Если нагреть предмет, его тепловая энергия возрастет, а значит, его вес тоже должен увеличиться. Это может навести на мысль, что перед взвешиванием лучше принять холодный душ. Но такая хитрость, скорее всего, уменьшит наш вес не больше, чем на несколько миллионных долей грамма. Если пользоваться привычными единицами измерения, такими как метры и секунды, коэффициент с2 для перевода энергии в массу оказывается очень большим, и, чтобы существенно изменить массу макроскопического тела, требуется громадное количество энергии.

Есть еще одна вещь, как выражаются ученые, инвариант, относительно которой будут согласны все наблюдатели, движущиеся с самыми разными скоростями. Эту вещь очень изящно сумел выразить профессор Герман Минковский, чьи лекции по математике слушал Эйнштейн и который, кстати, считал последнего (впрочем, тогда не без оснований) большим лентяем и полагал, что из него не выйдет ничего путного. Минковский предложил (и математически очень красиво обосновал свое предложение) описывать пространство и время в СТО не отдельно, а как общую сущность — пространство-время. Точки в нем были названы событиями. Пространство-время четырехмерно (а не трехмерно, как обычное пространство). История каждой частицы представляется линией в пространстве-времени, которая называется мировой линией этой частицы. Эту линию будут видеть одинаково все наблюдатели. Получается, что в СТО такие линии как раз и не являются относительными: с их формой согласны все.