Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Превращение, наоборот, энергии в массу – это то, что постоянно происходит в ускорителях/коллайдерах. Большая энергия движения там нужна для того, чтобы из нее возникали новые элементарные частицы. Буквально «самая знаменитая формула» здесь, впрочем, не подходит, и надо пользоваться более общей, но менее знаменитой формулой (см. добавления к этой прогулке), учитывающей вклад количества движения в энергию. Столкновение двух протонов может породить еще две частицы с массой протона – протон и антипротон, если только все сойдется с балансом энергии: энергия движения двух сталкивающихся протонов должна быть не меньше, чем два раза по 0,938 ГэВ – такова масса протона, умноженная на c². Масса бозона Хиггса, выраженная в энергетических единицах, – около 125 ГэВ, и шансы на его рождение при столкновении двух протонов появляются не раньше, чем быстрое движение сообщит им столько энергии в дополнение к их собственным mc² на каждого[89].

*****

Будущее, прошлое и безразличное. Если на секунду представить себе, что вы покупаете вселенные в коробках, то наша Вселенная продается только с опцией «имеется максимальная скорость», и это системная опция, которую нельзя открутить никаким «взломом». Мы живем в мире со встроенным ограничением скорости (рис. 5.9), причем сама предельная скорость «понимается всеми участниками движения одинаково» – имеет одно и то же значение независимо от относительного движения наблюдателей. Это ограничение часто формулируют как «ничто не может двигаться быстрее света». Квалифицированное употребление этой фразы предполагает, что речь идет о движении чего угодно, но только такого, что может являться сигналом из одного места в другое; «сигнал» здесь надо понимать максимально широко, как все, что переносит энергию или информацию. (Информация сама по себе – довольно абстрактное понятие, но у любой конкретной информации есть материальный носитель. Поэтому всякая передача информации требует передачи энергии в том или ином виде.) Из наличия максимальной скорости сигнала заодно следует, что не существует «абсолютно твердых» тел: невозможен стержень, который мгновенно передает отклик, скажем, от удара по одному своему концу на другой конец. Скорость света – это максимальная скорость передачи любого воздействия.

Рис. 5.9. «Зона ограничения скорости» распространяется на всю Вселенную, наличие максимальной и абсолютной скорости встроено в структуру пространства-времени. Эту скорость можно, конечно, выражать в различных единицах; с неплохой точностью она составляет 186 282 мили в секунду (дорожные службы немного перестраховались)

Это влияет на концепцию будущего и прошлого, да и настоящего. Здесь сильно помогает привилегия взглянуть на пространство-время со стороны, как на рис. 5.3. При этом в качестве наблюдателя изнутри Вселенной я помещаю самого себя в точку пересечения координатных осей. Тогда горизонтальный лист – это пространство, существующее в один момент времени с моим «сейчас». Но, глядя на мир в качестве наблюдателя изнутри Вселенной, я вижу не это пространство! Я вообще ничего не могу знать о событиях в нем, потому что свет приходит ко мне не так, как показано на рис. 5.10 слева, а так, как показано там же в центре. Ситуация слева означала бы мгновенное распространение сигнала: он послан и получен в один и тот же момент времени. В действительности же требуется время, чтобы свет добрался от источника до получателя. Мгновенную «сферическую панораму», которую я делаю в данный момент времени, формирует как свет, испущенный недавно поблизости от меня, так и свет, испущенный давно и далеко. Просто открывая глаза, мы видим не пространство само по себе, а результат все более глубокого, по мере удаления, «вдавливания» пространства в прошлое время (на рис. 5.10 – всё ниже). Свет, приходящий к нам через расстояние в 300 000 километров, несет информацию о том, что случилось на 300 000 километров времени в прошлом (т. е. примерно секунду назад). Галактику на расстоянии 5 миллиардов световых лет мы видим такой, какой она была 5 миллиардов лет назад (и далекие галактики действительно демонстрируют черты молодых, недавно сформировавшихся галактик). Космический телескоп «Хаббл» – работающая машина времени, а космический телескоп JWST на наших глазах готовится стать еще более впечатляющей машиной времени.

Рис. 5.10. Свет приходит к наблюдателю не из других точек пространства «сейчас» (слева), а из точек/событий в пространстве-времени, которые настолько же удалены в прошлое, насколько они далеки в пространстве (в центре). Все они образуют в пространстве-времени коническую поверхность, называемую световым конусом прошлого (справа). Угол между образующей конуса и плоскостью определяется скоростью света и равен 45°, если для измерения промежутков времени и расстояний в пространстве используются одни и те же единицы