Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности - Карло Ровелли

Открытие прямой перспективы стало и общим открытием перспективного аспекта реальности. Неоднозначность гравюры отражает и передает неоднозначность перспективы. В своем толковании гравюры Финкельштейн утверждает, что Дюрер передает тоску того, кто тщетно пытается достичь абсолютной истины и красоты. Если все, чего мы достигаем, – не более чем вид в перспективе, то универсальная и абсолютная истина недостижима. Если верить толкованию Финкельштейна, Дюрер говорит именно об этом: недостижимость абсолюта – источник нашей меланхолии.

(Мне же, наоборот, она представляется источником сладостного головокружения, головокружения от чувства легкости, противоречивости тонкой реальности, частью которой мы являемся…)

4

Сейчас мы пересечем горизонт и понаблюдаем черную дыру изнутри. Прежде чем мы войдем в нее, позвольте сделать еще одно отступление (можете его пропустить, если хотите).

Всего лишь приблизившись к горизонту и еще не войдя в черную дыру, мы уже столкнулись кое с чем, озадачившим нас, – относительностью времени. Факт установленный, но тем не менее смириться с ним нелегко. Возможно, это самое трудное испытание в предстоящем путешествии.

Так же и Данте, перед тем как переступить судьбоносный порог, сталкивается с очень серьезным препятствием в виде трех диких зверей. Как и всякий путник, он знает, что труднее всего сделать первый шаг – сойти с привычной тропы.

Как возникают и завоевывают доверие странные идеи вроде относительности времени?

Такого рода резкие фундаментальные изменения в концепции нельзя назвать чем-то новым для современной науки. Наоборот, это глубинное течение питает наше познание мира. Именно так мы по-настоящему учимся – изменяя некоторые основополагающие представления из тех, что казались нам очевидными.

Мы поняли, что Земля круглая (это было две тысячи лет назад) и что она движется (около пятисот лет назад). На первый взгляд обе идеи представляются нелепыми. Земля кажется плоской и неподвижной. Трудность в принятии подобных новшеств связана не с самими идеями, а с необходимостью отвергнуть устоявшиеся убеждения: сомнение в них долгие века казалось немыслимым. Мы всегда уверены в правильности наших естественных интуитивных представлений, и именно это убеждение мешает нам учиться новому.

Следовательно, трудность не в том, чтобы научиться, а в том, чтобы разучиться. В великом трактате «Диалоги о двух системах мира» Галилей основное место уделяет не аргументам в пользу того, что Земля движется, а разрушению укоренившегося интуитивного представления о невозможности этого.

Чтобы прийти к представлению об относительности времени, потребовалось двадцать шесть столетий таких революционных переосмыслений. Ниже я привожу краткий обзор двух с половиной тысячелетий эволюции научной мысли.

1. Первым был Анаксимандр (VI в. до н. э.): он рассуждает, что раз Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг нас, то для них должно найтись и свободное место под Землей. Следовательно, Земля висит в пустоте.

2. Аристотель (IV в. до н. э.) замечает, что во время лунных затмений диск Луны ненамного меньше земной тени, и значит, Луна – это большое небесное тело, размером лишь немного меньше Земли.

3. Аристарх (III в. до н. э.) обращает внимание на то, что когда Луна находится в фазе одной четверти, угол между направлением на Солнце и Луну (угол α на рисунке) почти прямой (измерьте его в ближайшую такую фазу – это нетрудно). Таким образом, [в этот момент] в треугольнике Солнце – Земля – Луна два угла почти прямые (Луна освещена наполовину).

У треугольника с двумя почти прямыми углами одна из вершин находится очень далеко от двух других. Следовательно, Солнце намного дальше Луны. Но у Солнца и Луны почти одинаковый видимый размер на небе, следовательно, Солнце должно быть намного больше Луны, а это означает, что оно огромное, гораздо больше Земли! Тогда разумно заключить – как это предположил Аристарх двадцать три века назад, – что это маленькая Земля танцует вокруг исполинского Солнца, а не наоборот.

4. Приходится дождаться Коперника (XVI в.) и Кеплера (XVII в.), чтобы этот ход мысли доказал свою эффективность в объяснении движения планет. Но чтобы убедить человечество в том, что, вопреки интуиции, Земля действительно движется, потребуется еще и ораторское искусство Галилея (XVII в.), продемонстрированное им в «Диалогах».

5. Ньютон (XVII в.) – один из величайших ученых, который, опираясь на результаты Коперника, Кеплера и Галилея, фактически создает современную физику. Он задается вопросом, что же удерживает Землю и другие планеты на их орбитах. Ньютон полагает, что все тела «естественным» образом движутся (идея Аристотеля) с постоянной скоростью (идея Галилея) в физическом пространстве, описываемом геометрией Евклида (его собственная идея), но отклоняются от такого движения под действием неких «сил». Благодаря своему выдающемуся математическому мастерству он показал, что сила, удерживающая планеты и Луну на их орбитах, – то же самое тяготение («гравитация»), которое тянет нас вниз. «Сила», действующая на расстоянии, – гениальная идея Ньютона! Это первая догадка о том, что, кроме сталкивающихся материальных тел, есть и кое-что иное.

6. Исследуя электрические и магнитные силы, Фарадей и Максвелл (XIX в.) понимают, что силы не действуют мгновенно. Между причиной и следствием есть некоторая задержка – время прохождения света. Свет распространяется быстро, и запаздывание выходит небольшим: Ньютон был почти прав, и следствие наступает почти мгновенно после причины. Но не совсем. «Нечто», рассеянное в пространстве, переносит силу от одного тела к другому постепенно. Это «нечто», о котором догадался Фарадей, мы называем «физическим полем», а «посредниками» служат электрические, магнитные и гравитационные поля.

7. В поиске аналогичных уравнений для гравитационного поля – тех самых, для которых Шварцшильд нашел одно из возможных решений, – Эйнштейн (XX в.) натыкается на самое впечатляющее открытие со времен Анаксимандра: оказывается, геометрия пространства и времени, измеряемая метрами и часами, определяется как раз гравитационным полем – тем, что переносит силу тяготения. Таким образом, уравнения для гравитационного поля описывают также характер искажения пространства и времени (это одно и то же). Итак, гравитация – это искажение времени и пространства, вызванное объектами. Искажение пространства включает замедление часов относительно других часов. Итак, мы пришли к искажению времени.

Масса Земли замедляет время вблизи нашей планеты. Замедление это малó, но его действительно можно измерить с помощью сверхточных часов. Самое заметное его проявление – привычная нам гравитация, падение тяжелых объектов вниз. Таково одно из прямых следствий замедления времени. Чтобы показать это, требуются некоторые математические выкладки, но факт в том, что камень падает потому, что движется по прямой траектории в пространстве-времени, искаженном локальным замедлением времени.

В этой поразительной идее – что гравитация есть следствие искажения пространства и времени – и заключается общая теория относительности Эйнштейна. Идея невероятно простая (так же, как идея Анаксимандра) и озадачивающая (так же, как идея Анаксимандра), она ставит под