Вещи не то, чем кажутся. 100 фреймов УНИВЕРСУМА

Крамаренко Константин

Гравитация как деформация пространства

Что больше всего на свете? Такую загадку задавал своим ученикам древнегреческий философ Фалес. Ответить на этот вопрос удавалось далеко не всем. Тем не менее, даже в сложном есть простое. Больше всего на свете пространство, ибо оно объемлет всё. Всё существующее во Вселенной имеет пространственные измерения, и ориентация в пространстве играет огромную роль в деятельности людей.

Представления о сущности пространства кардинально менялись в ходе развития человеческого познания. Так, Аристотель понимал под пространством сумму мест, занимаемых объектами, но рождение классической физики перевернуло представления здравого смысла: физика Галилея, Ньютона начала представлять пространство как протяжённую пустоту, которую в обыденном земном мире никто не видел, поскольку мы живём в газовом пузыре планеты.

Современная

физика в лице Эйнштейна пошла ещё дальше, выворачивая наизнанку здравый смысл обыденного человеческого сознания. Теперь под пространством начали понимать жёсткую и упругую среду, которая в 100 тыс. раз прочнее стали и гораздо более упругую, чем резина. Само понятие кривизны или деформации пространства ввёл в науку немецкий математик Гаусс, он 15 лет не публиковал своих научных трудов, опасаясь непонимания среди коллег. Его работы привели к созданию новой науки – топологии, а геометрия Евклида (которую все мы изучали в школе) оказалась лишь частным случаем обширного разнообразия типов геометрий.

Следовательно, при существовании в пространстве кривизны оно неевклидово. В реальном физическом мире поля тяготения и массы вызывают кривизну или деформацию пространства, что проявляется в форме гравитационного взаимодействия. У Исаака Ньютона гравитация – это сила (достаточно вспомнить закон всемирного тяготения), а у Альберта Эйнштейна – уже кривизна пространства.

Чтобы описать кривизну пространства в каждой его точке, необходимы значения двадцати функций координат. Десять из них относятся к части кривизны, распространяющейся в виде гравитационной волны, т. е. «ряби»; другие десять определяют распределения энергий, масс, импульса, углового момента, значение универсальной гравитационной постоянной G. По причине крайне малой величины последней необходимы колоссальные энергии для того чтобы изогнуть континуум. По мнению академика А.Д. Сахарова, обратная величина G и является критерием жёсткости пространства. С точки зрения нашего обыденного опыта, пространство является крайне жёстким. К примеру, общая масса планеты Земля составляет лишь 1/1 000 000 000 (!) кривизны своей собственной поверхности. Представим подброшенный на 5 м в воздух мяч, весь полёт которого будет длиться 2 секунды. За эти 2 секунды свет пройдёт расстояние в 600 000 км. Соответственно, отклонение от прямой за счёт гравитации и будет составлять 5 м на 600 000 км.

Между тем в космосе имеются огромные массы, которые приводят к замыканию пространства, получившие название чёрных дыр. Такие массивные объекты, как правило, находятся в центрах галактик [39]. Они поглощают близлежащие звёзды и накапливают свою массу. По мнению отечественного физика Н.С. Кардашёва, эти объекты могут быть использованы как машины времени. Если войти в чёрную дыру по расчётной траектории, тогда градиент кривизны не окажет разрушительного воздействия на объект, и из-за изменения пространственно-временных проекций можно «прыгнуть» в будущее на сколь угодно далеко.

Тахионы – сверхсветовые частицы, изменяющие порядок времени

Тахионы относятся к загадочным объектам микромира, чьё экспериментальное обнаружение не подтвердилось вплоть до настоящего времени. Тем не менее они органично возникают в суперсовременных теориях физики элементарных частиц, включая и теорию суперструн. Что же такого необычного в свойствах тахионов вызывает их странное поведение?

Одна из уникальных характеристик тахионов – движение со сверхсветовыми скоростями. Кажется, что это противоречит специальной теории относительности Эйнштейна, рассматривающей скорость света как предельную для объектов, имеющих массу покоя, в виду того, что при приближении к скорости 300 000 км/сек, у них резко возрастает масса, и это требует огромного увеличения энергии. При достижении светового барьера масса объекта становится бесконечной. Для того чтобы он достиг световой скорости необходима, соответственно, бесконечная энергия, что невозможно, поскольку бесконечных источников энергии в природе не существует. Данное ограничение можно обойти, если допустить скачкообразное рождение частиц, которые в момент своего возникновения сразу имеют скорость, превышающую световой барьер. Это возможно только в том случае, если тахионы имеют мнимую массу, которая и будет определять их во многом фантастические свойства. Некоторая аналогия указывает на фотоны и, возможно, нейтрино, движущиеся со световой скоростью, сразу в момент своего возникновения, поскольку не обладают массой покоя.

Для тахионов характерно обратное отношение между скоростью движения и энергией, которой они обладают. Если для обычных частиц имеется закономерность, проявляющаяся

в том, что чем быстрее движется частица, тем большей энергией она обладает, то для высоко энергетичных тахионов скорость света является нижним барьером, медленнее которой они двигаться не могут. И, наоборот, для тахионов, энергия которых близка к нулю, скорость стремится к бесконечности, хотя импульс остаётся конечной величиной. По сути, для тахионов пространство вообще не существует как некая протяжённость, поскольку они мгновенно преодолевают (пронзают) его. Остаётся предположить, что с этим и связаны трудности их экспериментального обнаружения. Ситуация усугубляется ещё и тем, что скорость движения тахиона будет различной в зависимости от скорости движения наблюдателей, находящихся в различных системах отсчёта. Это расширяет интерпретацию открытия Эйнштейна, связанную с понятием одновременности событий в различных точках пространства, имеющих лишь относительный, а не абсолютный смысл. Так, если тахион движется с бесконечной скоростью относительно одного наблюдателя, то скорость, измеренная другим наблюдателем, движущимся относительно первого, должна быть конечной величиной между скоростью света и бесконечностью. При этом, если при переходе от одной системы отсчёта к другой, связанных с нахождением наблюдателей, энергия обычных частиц остаётся положительной, то для тахионов для другого наблюдателя, движущегося относительно первого, она может принимать отрицательные значения.

Изменение знака энергии тахиона способно приводить к инверсии причинно-следственных отношений. Если для обычных частиц наблюдатель увидит процесс испускания, например, атомом какой-либо частицы, то другой наблюдатель, находящийся в движении относительно первого, увидит данный процесс в том же хронологическом порядке, хотя временной интервал между событиями будет меняться от наблюдателя к наблюдателю [40]. Тахионы же движутся быстрее скорости света, поэтому при преодолении пространственно-временных интервалов возможно изменение хронологического порядка во времени. Так, если один наблюдатель увидит в определённый момент времени тахион, испущенный атомом и ушедший в пространство, то другой наблюдатель, двигающийся относительно первого, увидит этот процесс в обратном порядке (тахион прилетел из пространства и поглотился атомом). Данное описание согласуется с принципом теории относительности, утверждающим, что событие, наблюдаемое одним наблюдателем, должно быть наблюдаемо и для других наблюдателей, но не требует одинаковую интерпретацию происходящих событий.

В настоящее время не существует достаточно проработанной теории тахионных взаимодействий. Предпринятые в XX веке попытки по их экспериментальному обнаружению не увенчались успехом. Вероятно, требуется другой подход, заключающийся в исследовании волновых тахионных реализаций. И здесь напрашивается аналогия с гравитацией. Квантовая теория гравитации находится в стадии разработки, и пока никому не удалось зафиксировать гравитоны как частицы, в то время как гравитационные волны обнаружены не были. От гравитационной астрономии ожидают ранее неизвестные знания о Вселенной. Разработка теории и открытие волновых свойств тахионов создаст новые возможности в познании не только нашей Вселенной, но и других миров.

Гравитоны – частицы гравитационного излучения, сжигающие вещество

Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как деформацию пространства, в отличие от представлений Ньютона, рассматривающего гравитацию как силу взаимодействия объектов в протяжённом пустом пространстве. В понимании Эйнштейна пространство – это не протяжённая пустота, а жёсткая среда, в сотни тысяч раз прочнее стали, и более упругая, чем резина. Большие массы искривляют пространство и тела, совершают своё движение по градиенту кривизны. Мера жёсткости пространства определяется величиной обратной гравитационной постоянной равной 6,67•10^{– 8} Дн•см²•г^{– 2}. Обратная величина гравитационной постоянной приблизительно равна 0,15•10⁸ с той же размерностью. Следовательно, нужна чудовищная сила или энергия, чтобы вызвать минимальную деформацию пространства.

Квантовая теория исходит из того, что гравитация представлена частицами-переносчиками данного взаимодействия, которые получили название гравитонов. Гравитон является гипотетической безмассовой частицей-переносчиком гравитационного излучения. Так как поля тяготения обладают энергией, соответствующей определённой массе, то все объекты излучают гравитоны и теряют массу. По сути, всё вещество аннигилируется в пламени гравитационного излучения, «сгорая», т. е. теряя массу, которая уносится гравитонным излучением.