Рубрика: Ուսումնական ամառ, Քիմիա

«Յոթ էտյուդ ֆիզիկայից». Կառլո Ռովելի

Предисловие

Эти короткие этюды написаны для тех, кто почти или совсем ничего не знает о современной науке. Вместе они дают общее представление о самых потрясающих открытиях великой революции, произошедшей в физике в XX веке, и о вопросах и загадках, вскрытых этой революцией. Ведь наука показывает нам, как лучше понять мир, но еще и обнажает всю глубину того, что до сих пор не познано.

Первый этюд посвящен общей теории относительности Альберта Эйнштейна, «самой красивой из существующих физических теорий». Второй – квантовой механике, скрывающей наиболее трудные проблемы современной физики. Третий посвящен космосу: архитектуре Вселенной, которую мы населяем; четвертый – ее элементарным частицам. В пятом этюде речь идет о квантовой гравитации: о попытках свести в единую теорию главнейшие открытия XX столетия. Шестой этюд – о вероятности и о теплоте черных дыр. Последняя глава книги возвращает нас к самим себе, поднимая вопрос, как можно размышлять о нашем существовании в том странном мире, какой описывает физика.

Эти этюды – расширенная версия серии статей, опубликованных автором в воскресном приложении итальянской газеты Il Sole 24 Ore. Я хочу в особенности поблагодарить Армандо Массаренти за то, что он открыл для науки страницы воскресной газеты, посвященные культуре, тем самым позволив осветить значение этой ее неотъемлемой и жизненно важной части.

Նախաբան

Այս կարճ ուսումնասիրությունները նախատեսված են նրանց համար, ով համարյա կամ ոչինչ չգիտի ժամանակակից գիտության մասին։ Մասին նրանք ընդհանուր պատկերացում են տալիս 20-րդ դարում ֆիզիկայում տեղի ունեցած ամենացնցող հեղափոխության, հարցերի ու հանելուկների և այդ հեղափոխության բացահայտումների մասին։ Չէ՞ որ գիտությունը մեզ օգնում է ավելի լավ հասկանալ երկիրը, ինչպես նաև բացահայտում է այն, ինչը դեռ հայտնի չէ։

Առաջին էտյուդը նվիրված է Ալբերտ Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությանը՝ <<գոյություն ունեցող ֆիզիկական տեսություններից ամենագեղեցիկը>>։ Երկրորդը նվիրված է քվանտային ֆիզիկային, որն իր մեջ թաքցնում է ժամանակակից ֆիզիկայի ավելի բարդ խնդիրները։ Երրորդը նվիրված է տիեզերքին՝ տիեզերքի ճարտարապետությանը, որում մենք բնակվում ենք, չորրորդը՝ տարրական մասնիկներին։ Հինգերորդ էտյուդում խոսքը գնում է քվանտային ձգողականության մասին․ 20-րդ դարի ամենակարևոր հայտնագործությունները միասնական տեսության մեջ բերելու փորձերի մասին: Վեցերորդ էտյուդը՝ սև խոռոչների գոյության և դրանց մեջի ջերմության հնարավորության մասին։Գրքի վերջին գլուխը մեզ վերադարձնում է մեզ մոտ, հարց բարձրացնելով, թե ինչպե՞ս կարելի է վերլուծել/բացատրել մեր գոյությունը այս տարօրինակ երկրում, ինչպես որ նկարագրում է ֆիզիկան։

Այս էտյուդները մի շարք հոդվածների ընդլայնված տարբերակներն են, որոնք հրապարակվել են կիրակնօրյա իտալական  Il Sole 24 Ore թերթում՝ հեղինակի կողմից։ Ես ցանկանում եմ հատուկ շնորհակալություն հայտնել Արմանդո Մասարենտիին այն բանի համար, որ նա գիտության համար տողեր հատկացրեց կիրակնօրյա թերթում՝ նվիրված մշակույթին, դրանով իսկ մեզ թույլ տալով լուսավորել դրա այս անբաժանելի և կենսական մասը:

Этюд шестой
Вероятность, время и теплота черных дыр

Наряду с важнейшими теориями, о которых я уже говорил и которые описывают базовые составляющие мира, есть другой внушительный бастион физики, несколько отличающийся от остальных. К его воздвижению неожиданно привел единственный вопрос: что такое теплота?

До середины XIX века физики пытались истолковать теплоту, мысля ее своего рода жидкостью, называемой «теплород», или двумя жидкостями, одной горячей и одной холодной. Это представление оказалось неверным. В конце концов Джеймс Максвелл и австрийский физик Людвиг Больцман все поняли. И то, что они поняли, очень красиво, странно и значительно – и переносит нас в области, до сих пор во многом не исследованные.

Они начали понимать, что горячее вещество – не то, которое содержит теплород. Горячее вещество – то, в котором быстрее движутся атомы. Атомы и молекулы – небольшие скопления атомов, связанных между собой, – всегда в движении. Они носятся, колеблются, отскакивают и так далее. Холодный воздух – тот, в котором атомы, а точнее молекулы, движутся медленнее. Горячий – тот, в котором молекулы движутся быстрее. Изумительно просто. Но это не все.

Теплота, как мы знаем, всегда передается от горячих объектов холодным. Холодная чайная ложка, помещенная в чашку горячего чая, тоже становится горячей. Если мы неподобающе оденемся в морозный день, то быстро потеряем тепло своего тела и замерзнем. Почему же теплота переходит от горячих объектов к холодным, но не наоборот?

Это важнейший вопрос, поскольку он имеет отношение к природе времени. В каждом случае, когда теплообмен не происходит или когда он пренебрежимо мал, мы видим, что будущее ведет себя точно так же, как прошлое. Например, для движения планет Солнечной системы теплота практически не имеет значения, и, собственно, это самое движение могло бы с таким же успехом происходить в обратную сторону, не нарушая ни единого закона физики. Но как только появляется теплота, будущее начинает отличаться от прошлого. Скажем, в отсутствие трения маятник может качаться бесконечно долго. Если бы мы засняли это на видео и проиграли его в обратном направлении, то увидели бы абсолютно правдоподобное движение. Но если есть трение, маятник понемногу нагревает свою опору, теряет энергию и замедляется. Трение производит тепло. И мы немедленно оказываемся способны отличить будущее (в котором маятник все больше замедляется) от прошлого. Никто никогда не видел, чтобы маятник стал раскачиваться из состояния покоя, начав движение за счет энергии, полученной поглощением тепла от опоры. Разница между прошлым и будущим существует, только когда есть теплота. Принципиальное явление, отличающее будущее от прошлого, – это переход тепла от более горячего к более холодному.

Итак, еще раз: почему с течением времени тепло передается от горячих объектов к холодным, а не в противоположном направлении?

Причину открыл Больцман, и она удивительно проста: это чистая случайность.

Идея Больцмана элегантна и задействует понятие вероятности. Тепло переходит от горячих предметов к холодным не по непреложному закону, а просто с большой вероятностью. Поскольку статистически более вероятно, что быстро движущийся атом горячего вещества столкнется с атомом холодного и оставит ему немного своей энергии, чем наоборот. Энергия сохраняется при столкновениях, но стремится распределиться в более или менее равных долях, когда столкновений много. В результате температура объектов, находящихся в контакте друг с другом, имеет свойство сравниваться. Это не невозможно, чтобы горячее тело стало еще горячее в соприкосновении с более холодным, а просто крайне маловероятно.

Такое введение вероятности в самое сердце физики и использование этого понятия, чтобы объяснить основы динамики тепла, поначалу сочли нелепыми. Никто не воспринял Больцмана всерьез, как это часто случается. Пятого сентября 1906 года в Дуино близ Триеста он покончил с собой: повесился, так и не увидев, как обоснованность его идей получила в дальнейшем всеобщее признание.

Во второй главе я говорил о том, как квантовая механика предсказывает, что движение всякого мельчайшего объекта определяется случайностью. Это также пускает в ход вероятность. Однако вероятность, рассматривавшаяся Больцманом, вероятность в основе теплоты, имеет иную природу и не зависит от квантовой механики. Вероятность, задействованная в науке о теплоте, в определенном смысле связана с нашим неведением.

Если я не знаю чего-то наверняка, то все-таки могу приписать этому событию меньшую или большую вероятность. Например, я не знаю, будет ли завтра здесь, в Марселе, дождливо, или солнечно, или снежно, но вероятность того, что здесь завтра пойдет снег – в Марселе в августе, – мала. То же относится и к большинству физических объектов: об их состоянии мы знаем кое-что, но не все и можем лишь делать предсказания, основанные на вероятности. Представьте себе шарик, наполненный воздухом. Я могу измерить его: определить его форму, объем, давление в нем, температуру… Но молекулы воздуха внутри шара быстро-быстро движутся, и я не знаю точного положения каждой – что не позволяет мне точно предсказать, как шар будет вести себя. Например, если я развяжу узел на его веревочке и отпущу шар, он начнет шумно сдуваться, мечась и то тут, то там натыкаясь на окружающие предметы таким образом, который я никак не сумел бы предсказать. Для меня было бы невозможно это предсказать, поскольку я знаю только форму шара, объем, давление и температуру. Столкновения с предметами тут и там зависят от точного положения молекул внутри шара, которое мне неведомо. Впрочем, даже если я не в силах предсказать все точно, я могу предсказать вероятность того, что произойдет то или иное событие. Крайне маловероятно, что шар, скажем, вылетит в окно, обогнет маяк вдалеке, а затем вернется и приземлится на моей ладони, в том же самом месте, где я его отпустил. Некоторое поведение более вероятно, другое более невероятно.

В этом же смысле может быть вычислена вероятность того, что при столкновениях молекул тепло перейдет от более горячих тел к более холодным, и она окажется значительно выше, чем вероятность того, что тепло перейдет, наоборот, к более горячим телам.

Раздел науки, в котором проясняются подобные вещи, называется статистической физикой, и одним из ее триумфов, начавшихся с Больцмана, стало понимание вероятностной природы теплоты и температуры, иными словами, термодинамики.

На первый взгляд предположение, будто наше неведение позволяет нам понять что-то о поведении мира, кажется нелогичным: холодная чайная ложка нагревается в горячем чае, а воздушный шар летает вокруг, когда его отпустишь, независимо от того, что я знаю или не знаю. Какое отношение наше знание или незнание имеют к законам, управляющим миром? Вопрос справедливый. А ответ на него – хитрый.

Чайная ложка и воздушный шар ведут себя так, как и должны, подчиняясь законам физики, совершенно независимо от того, что мы знаем или не знаем о них. Предсказуемость или непредсказуемость их поведения не связана с их точным состоянием, она связана с ограниченным набором их свойств, с которым мы имеем дело. Этот набор свойств зависит от нашего определенного способа взаимодействовать с чайной ложкой или с воздушным шаром. Вероятность не имеет отношения к изменению вещества как таковому. Она имеет отношение к изменению тех конкретных величин, с которыми мы взаимодействуем. И снова дает о себе знать глубоко относительная природа понятий, используемых нами, чтобы организовывать мир.

Холодная чайная ложка нагревается в горячем чае, поскольку чай и ложка взаимодействуют с нами через ограниченное число показателей – из бесчисленных показателей, характеризующих их микросостояние. Полезности этих показателей недостаточно для того, чтобы предсказать будущее поведение точно (понаблюдайте за воздушным шаром), но достаточно, чтобы предсказать с оптимальным уровнем надежности, что ложка нагреется.

Надеюсь, я не отпугнул читателя своими рассуждениями об этих тонких различиях…

На протяжении XX века термодинамика (то есть наука о теплоте) и статистическая механика (наука о вероятностях различного поведения) распространились на электромагнитные и квантовые явления. А вот включить туда и гравитационное поле оказалось проблематично. Как ведет себя гравитационное поле, когда нагревается, – все еще не решенный вопрос.

Мы понимаем, что происходит с нагретым электромагнитным полем: в духовке, например, горячее электромагнитное излучение печет пирог, и мы знаем, как это описать. Электромагнитные волны колеблются, беспорядочно делясь энергией, и мы можем себе их представить как газ фотонов, движущихся, словно молекулы в нагретом воздушном шаре. Но что такое горячее гравитационное поле?

Гравитационное поле, как мы увидели в первой главе, есть само пространство, а точнее, пространство-время. Значит, когда тепло передается гравитационному полю, пространство и время сами должны колебаться… Однако мы до сих пор не знаем, как это правильно описать. У нас нет уравнений, чтобы описать тепловые колебания горячего пространства-времени. Что такое колеблющееся время?

Подобные вопросы ведут нас к сути проблемы времени: что именно есть течение времени?

Эта проблема присутствовала уже в классической физике, в XIX и XX веках к ней привлекли внимание философы – однако в современной физике она стала гораздо более острой. Физика описывает мир с помощью формул, которые задают изменение объектов как функцию «времени». Но мы можем написать формулу, объясняющую, как меняются объекты в зависимости от своего «положения» или как вкус ризотто меняется в зависимости от «количества масла». Время, как нам кажется, «течет», а вот количество масла или положение в пространстве не «текут». Откуда берется это отличие?

Другой способ сформулировать проблему – спросить себя: что есть «настоящее»? Мы говорим, что существуют только объекты настоящего: прошлое уже не существует, а будущее – еще. Но в физике нет ничего, что соответствовало бы понятию «сейчас». Сравните «сейчас» и «здесь». «Здесь» определяет место, где находится говорящий: для двух разных людей «здесь» указывает на два разных места. Таким образом, «здесь» – это слово, значение которого зависит от того, где оно произнесено. Специальное название такого рода высказываний – «индексал». «Сейчас» тоже указывает на момент, когда произнесено это слово, и также классифицируется как индексал. Однако никому не придет в голову утверждать, что объекты «здесь» существуют, тогда как объекты, которые не «здесь», не существуют. Так почему же мы говорим, что объекты «сейчас» существуют, а все остальные нет? Настоящее – это что-то объективное в мире, что «течет» и делает объекты существующими одни за другими, или оно лишь субъективно, как «здесь»?

Это может показаться малопонятным умствованием. Однако современная физика превратила эту проблему в актуальнейшую, с тех пор как специальная теория относительности показала, что понятие «настоящего» также субъективно. Физики и философы пришли к заключению, что понятие настоящего, общего для всей Вселенной, – иллюзия и что универсальное «течение» времени есть обобщение, которое не работает. Эйнштейн после смерти своего хорошего друга, итальянца Микеле Бессо, написал его сестре трогательное письмо: «Микеле оставил этот странный мир чуть раньше меня. Это ничего не значит. Люди вроде нас, верящие в физику, знают, что различие, проводимое между прошлым, настоящим и будущим, не более чем стойкая, неподатливая иллюзия».

Иллюзия или нет, но чем объяснить тот факт, что для нас время «идет», «течет», «бежит»? Ход времени очевиден нам всем: наши мысли и речь существуют во времени, сама структура языка требует времени – нечто «есть», «было» или «будет». Можно вообразить мир, лишенный цвета, вещества, даже пространства, но трудно представить себе мир без времени. Немецкий философ Мартин Хайдеггер подчеркивал наше «проживание во времени». Возможно ли, что течение времени, которое Хайдеггер признает первичным, отсутствует в характеристиках мира?

Некоторые философы, и среди них самые преданные последователи Хайдеггера, заключают, что физика не способна описать наиболее фундаментальные аспекты реальности, и называют физику обманчивой формой знания. Но в прошлом мы неоднократно осознавали, что неточно как раз таки наше непосредственное восприятие: если бы мы его придерживались, мы до сих пор верили бы, что Земля плоская и вокруг нее вращается Солнце. Наши интуитивные знания развились на фоне ограниченности нашего опыта. Когда же мы заглядываем чуть дальше вперед, то обнаруживаем, что мир не таков, каким нам представляется: Земля круглая, и в Кейптауне люди ходят головами вниз, а ногами вверх. Доверять непосредственному восприятию вместо коллективного изучения, вдумчивого, тщательного и осмысленного, – это не мудрость, а допущение старика, который отказывается верить в то, что огромный мир вокруг его деревни хоть сколько-то отличается от того, каким он его всегда знал.

Каким бы ярким нам ни казалось собственное ощущение хода времени, оно не обязано отражать фундаментальное свойство реальности. Но если оно не фундаментально, то откуда же оно берется, это наше четкое ощущение хода времени?

Я думаю, ответ кроется в тесной связи между временем и теплотой. Между прошлым и будущим есть явная разница, только когда происходит передача тепла. Теплота связана с вероятностью, а вероятность, в свою очередь, связана с тем обстоятельством, что наши взаимодействия со всем остальным миром не учитывают мелких деталей реальности. Так что течение времени возникает из физики, но не в контексте точного описания вещей такими, какие они есть. Оно возникает скорее в привязке к статистике и термодинамике. Вот где может покоиться ключ к загадке времени. «Настоящее» не существует в объективном смысле больше, чем «здесь» существует действительно, но микроскопические взаимодействия в мире вызывают появление преходящего признака внутри системы (например, внутри нас самих), «общающейся» только через несметное число переменных.

Наши память и сознание построены на этих статистических феноменах. В гипотетической сверхчувственной жизни не будет никакого «течения» времени: Вселенная станет единым блоком прошлого, настоящего и будущего. Но из-за ограниченности нашего сознания мы воспринимаем только размытый образ мира и живем во времени. Как сказал мой итальянский редактор, «то, что не наблюдаемо, значительно грандиознее, чем наблюдаемое». Из этого-то ограниченного, нечеткого фокуса и возникает наше восприятие хода времени. Все ли с этим ясно? Нет, не все. Еще так много того, что только предстоит понять.

Время сидит в центре клубка проблем, родившихся на пересечении теории гравитации, квантовой механики и термодинамики. Клубка проблем, где мы все еще как в потемках. Если даже мы, возможно, и начинаем понимать кое-что о квантовой гравитации, сочетающей два фрагмента мозаики из трех, у нас до сих пор нет теории, способной соединить между собой все три фрагмента нашего фундаментального знания о мире.

Небольшую зацепку для решения дают вычисления, произведенные Стивеном Хокингом, физиком, прославившимся тем, что он продолжил получать выдающиеся научные результаты несмотря на заболевание, приковавшее его к инвалидному креслу и лишившее возможности говорить без помощи технических средств.

Используя квантовую механику, Хокинг успешно показал, что черные дыры всегда «горячие». Они излучают тепло, словно печь. Это первое конкретное указание на природу «горячего пространства». Никто еще никогда не зарегистрировал этого тепла, поскольку оно слабое в тех черных дырах, которые мы наблюдали до сих пор, – однако вычисления Хокинга убедительны: они перепроверены разными способами, так что реальность теплоты черных дыр общепризнанна.

Теплота черных дыр – это квантовый эффект (действующий на объект, черную дыру), гравитационный по своей природе. Отдельные кванты пространства, элементарные песчинки пространства, колеблющиеся «молекулы» – вот что нагревает поверхность черных дыр и производит их тепло. В этот феномен вовлечены все три стороны проблемы: квантовая механика, общая теория относительности и теплофизика.

Теплота черных дыр – словно Розеттский камень физики с надписью на смеси трех языков: квантового, гравитационного и термодинамического. С надписью, все еще ожидающей расшифровки, чтобы пролить свет на настоящую природу времени.

Էտյուդ վեցերորդ

Սև խոռոչների հավանականությունը, ժամանակը և ջերմությունը

Այն կարևորագույն տեսությունների շարքում, որոնց մասին ես արդեն խոսել եմ և որոնք նկարագրում են աշխարհի հիմնական բաղադրիչները, կա ֆիզիկայի ևս մեկ տպավորիչ հիմք՝ մի քիչ տարբերվող մնացածից։ Այն առաջ քաշվեց միակ անսպասելի հարցից․ ի՞նչ է ջերմությունը։

19-րդ դարի կեսերին ֆիզիկոսները փորձում էին մեկնաբանել ջերմությունը, պատկերացնելով այն յուրատեսակ հեղուկ, <<կալորիականություն>> անվանմամբ, կամ երկու հեղուկներ, մեկը տաք, մյուսը սառը։ Այդ պատկերացումը պարզվեց սխալ էր։ Վերջիվերջո Ջեյմս Մակսուելը և ավստրիացի ֆիզիկոս Լյուդվիգ Բոլցմանը ամեն ինչ հասկացան։ Եվ այն, ինչ նրանք հասկացել էին, շատ գեղեցիկ էր, տարօրինակ և հատկանշական էր․ տանում էր մեզ դեպի այն ոլորտները, որոնք մինչ այժմ բացահայտված չեն։

Նրանք սկսեցին հասկանալ, որ տաք նյութը կալորիականություն պարունակող նյութ չէ։ Տաք նյութը այն է, որի մեջ արագորեն շարժվում են ատոմները։ Ատոմներն ու մոլեկուլները՝ ատոմների ոչ մեծ կլաստերներ են՝ փոխկապակցված իրար մեջ, որոնք գտնվում են մշտական շարժման մեջ։ Նրանք շտապում են, տատանվում, ցատկում են և այլն։Սառը օդը այն է, որտեղ ատոմները, իսկ ավելի կոնկրետ մոլեկուլները, շարժվում են ավելի դանդաղ։ Տաքն այն է, որտեղ մոլեկուլները ավելի արագ են շարժվում։ Զարմանալիորեն պարզ է։ Բայց դա բոլորը չէ։

Ջերմությունը, ինչպես գիտենք, միշտ փոխանցվում է տաք առարկաներից սառը առարականերին։ Սառը թեյի գդալը, որը գտնվում է տաք թեյի բաժակի մեջ, նույնպես տաքանում է։ Եթե մենք ձմռանը հագնվենք ոչ համապատասխանաբար, ապա արագորեն կկորցնենք մեր մարմնի ջերմությունը և կսառենք։ Ինչու՞ է ջերմությունը տաք նյութերից անցնում սառը նյութերին, իսկ հակառակ դեպքում՝ ոչ։

Հուսով եմ, ես չվախեցրի կարդացողին իմ այս նուրբ տարբերությունների մասին քննարկումով։

20-րդ դարի ընթացքում թերմոդինամիկան (այսինքն ջերմության մասին գիտություն) և
վիճակագրական մեխանիկան (տարբեր վարքագծերի հավանականությունների գիտություն) տարածվել են էլեկտրոմագնիսական և քվանտային երևույթների վրա։ Իսկ ահա ներգրավել այնտեղ գրավիտացիոն դաշտը պարզվեց՝ խնդրահարույց է։ Ինչպես է իրեն դրսևորում գրավիտացիոն դաշտը , երբ տաքանում է․ դեռևս անորոշ է։

Մենք հասկանում ենք, թե ինչ է կատարվում տաքացած էլեկտրոմագնիսական դաշտում․ ջեռոցում, օրինակ, տաք էլէկտրամագնիսական ճառագայթումը թխում է տորթը, և մենք գիտենք, ինչպես դա նկարագրել։ Էլեկտրամագնիսական ճառագայթները տատանվում են, անփութորեն կիսվելով էներգիայով, և մենք կարող ենք պատկերացնել նրանց ինչպես գազի ֆոտոններ, որոնք շարժվում են ինչպես մոլեկուլներ՝ տաքացած օդապարիկում։ Բայց ի՞նչ է իրենից ներկայացնում տաք գրավիտացիոն դաշտը։

Գրավիտացիոն դաշտը, ինչպես մենք տեսել ենք, առաջին գլխում, ինքնին տիեզերքն է, իսկ ավելի ճիշտ՝ տիեզերական ժամանակ։ Նշանակում է, երբ տաքությունը փոխանցվում է գրավիտացիոն դաշտին, տիեզերքը և ժամանակը իրենք պետք է տատանվեն․․․ Այնուամենայնիվ մենք մինչ այժմ չգիտենք ինչպես դա ճիշտ նկարագրել։ Մենք չունենք հավասարումներ, որպեսզի նկարագրենք տաք տիեզերական ջերմային թրթռանքները։ Ի՞նչ է ժամանակի տատանումը։


Նման հարցերը մեզ հանգեցնում են ժամանակի խնդրի էությանը. իսկապես, կա՞ ժամանակի հոսք։

Այս խնդիրը գոյություն ուներ արդեն կլասիկ ֆիզիկայում, 19-20-րդ դարերում դրա վրա ուշադրություն դարձրեցին ֆիզիկոսները, սակայն ժամանակակից ֆիզիկայում այն ավելի սուր խնդիր դզրձավ։ Ֆիզիկան նկարագրում է երկիրը բանաձևերի օգնությամբ, որոնք սահմանում են օբյեկտների փոփոխությունը որպես «ժամանակի» գործառույթ: Բայց մենք կարող ենք գրել բանաձև, որը բացատրում է, թե ինչպես են փոխվում օբյեկները կախված նրա «դիրքից» կամ ինչպես է փոխվում ռիզոտոյի համը ՝ կախված «յուղի քանակությունից»: Ժամանակը, ինչպես մեզ թվում է, <<հոսում է>>, իսկ յուղի քանակությունը կամ տարածության մեջ դիրքը «չի հոսում»: Որտեղի՞ց է գալիս այդ տարբերությունը:

Խնդիր ձևակերպելու ևս մեկ միջոց է՝ հարցնել ինքներդ ձեզ. Ո՞րն է «ներկա» -ն: Մենք ասում ենք, որ գոյություն ունեն միայն ներկայի առարկաները. Անցյալն այլևս գոյություն չունի, և ապագան` դեռ կլինի: Բայց ֆիզիկայում չկա այնպիսի բան, որը համապատասխանում է <<այժմ>> հասկացողությանը։ Համեմատեք <<այժմ>>-ը և <<այստեղ>>-ը։ <<Այստեղ>>-ը որոշում է տեղը, որտեղ գտնվում է պատմողը․ երկու տարբեր մարդկանց համար <<այստեղ>>-ը ցույց է տալիս երկու տարբեր տեղեր։ Այսպիսով՝ <<այստեղ>>-ը բառ է, որի նշանակությունը կախված է նրանից, թե որտեղ այն խոսվեց։
Նման հայտարարությունների հատուկ անվանումն է՝ <<ինդեքս>>: <<Այժմ>>-ը նույնպես ցույց է տալիս այն պահը, երբ ասվեց այդ բառը և նույնպես դասակարգվում է որպես ինդեքս։ Սակայն ոչ մեկի մտքով չի անցնի հաստատել, որ նյութերը <<այստեղ>> գոյություն ունեն, երբ այն նյութերը, որոնք <<այստեղ>> չեն, գոյություն չունեն։ Այդ դեպքում մենք ինչու՞ ենք ասում, որ <<այստեղ>> -ի նյութերը գոյություն ունեն, իսկ մնացածները՝ ոչ։ Ներկան, դա աշխարհում ինչ-որ օբյեկտիվ բան է, որը հոսում է և նյութերը դարձնում է գոյություն ունեցող, կամ այն ուղղակի սուբյեկտիվ է, ինչպես <<այստե՞ղ>>-ը։

Սա կարող է թվալ վատ հասկացվող մտածողություն։ Սակայն ժամանակակից ֆիզիկան այդ խնդիրը դարձրել է ակտուալ այն ժամանակվանից, երբ հատուկ հարաբերականության տեսությունը ցույց տվեց, որ <<ներկան>> նույնպես սուբյեկտիվ է։ Ֆիզիկոսներն ու փիլիսոփաները եկան այն եզրակացության, որ ներկա հասկացողությունը ամբողջ Տիեզերքի համար ընդհանուր պատրանք է, և որ ժամանակի համընդհանուր «հոսքը» ընդհանրացում է, որը չի գործում: Էյնշտեյնը իր լավ ընկերոջ՝ իտալացի Միքելե Բեսսոյի մահից հետո նրա քրոջը հուզիչ նամակ գրեց․ <<Միքելեն այս տարօրինակ աշխարհից ինձնից շուտ հեռացավ։ Դա ոչինչ չի նշանակում։ Մեր նման մարդիկ, որոնք հավատում են ֆիզիկային, գիտեն, որ որ անցյալի, ներկայի և ապագայի միջև տարբերությունը ոչ այլ ինչ է, քան համառ, անառարկելի պատրանք >>։

Պատրանք է՝ թե ոչ, բայց ինչպես բացատրել այն փաստը, որ մեզ համար ժամանակը <<գնում է>>, <<հոսում է>>, <<վազում է>>։ Ժամանակի ընթացքը մեզ բոլորիս տեսանելի է․ մեր մտքերը և խոսքը գոյություն ունի ժամանակի մեջ, հենց լեզվի կառուցվածքը ժամանակ է պահանջում․ ինչ-որ բան <<գնում է>>, <<եղել է>> կամ <<կլինի>>։ Կարելի է պատկերացնել մի աշխարհ, որը զուրկ է գույնից, նյութից, նույնիսկ տարածությունից, բայց դժվար է պատկերացնել մի աշխարհ առանց ժամանակի: Գերմանացի փիլիսոփա Մարտին Հայդեգերը շեշտել է մեր <<ապրելը ժամանակի մեջ>>։ Հնարավո՞ր է արդյոք, որ ժամանակի ընթացքը, որը Հայդեգերը ճանաչում է որպես առաջնային, բացակայում ՝ աշխարհի բնութագրերում։

Որոշ փիլիսոփաներ, և նրանց մեջ Հայդեգերի ամենահավատարիմ հետևորդները,
եզրակացնքւմ են, որ ֆիզիկան ի վիճակի չէ նկարագրել իրականության առավել հիմնարար կողմերը, և ֆիզիկան անվանում են գիտելիքների խաբուսիկ ձև: Բայց անցյալում մենք շատ անգամներ ենք գիտակցել, որ ճիշտ չէ մեր ուղղակի ընկալումը. եթե մենք հավատարիմ մնայինք դրան, մենք դեռ կհավատայինք, որ Երկիրը հարթ է, և Արևը պտտվում է դրա շուրջ:
Մեր ինտուիտիվ գիտելիքները զարգացել են մեր փորձի սահմանափակ ֆոնի վրա: Երբ մենք մի քիչ առաջ ենք նայում, ապա հայտնաբերում ենք, որ երկիրը այնպիսին չէ, ինչպիսին մեզ ներկայացվում է․ Երկիրը կլոր է և Քեյփթաունում մարդիկ քայլում են գլխիվայր։ Վստահել ուղղակի ընկալմանը խոհուն, մանրակրկիտ և բովանդակալից հավաքական ուսումնասիրությունների փոխարեն, դա իմաստություն չէ, այլ ծերունու բացթողում, որը հրաժարվում է հավատալ նրան, որ իր գյուղի հսկայական աշխարհը գոնե մի փոքր տարբերվում է այն ձևից, ինչպիսին որ նա միշտ ճանաչել է:


Անկախ նրանից, թե որքան պայծառ կարող է թվալ ժամանակի ընթացքի մեր սեփական զգացումը, այն պարտավոր չէ արտացոլել իրականության հիմնարար նշանակությունը։ Բայց եթե այն հիմնարար չէ, ապա որտեղի՞ց է այն վերցված, սա՞ է մեր ժամանակի ընթացքի հստակ զգացողությոնը։

Ես մտածում եմ, որ պատասխանը թաքնված է ժամանակի և ջերմության միջև սերտ կապի մեջ։ Անցյալի և ապագայի միջև բացահայտ կապ կա միայն այն ժամանակ, երբ ջերմահաղորդում է տեղի ունենում։ Ջերմությունը կապված է հնարավորության հետ, իսկ հնարավորությունը, իր հերթին, կապված է այն հանգամանքի հետ, որ մեր փոխազդեցությունը մնացած աշխարհի հետ հաշվի չեն առնում իրականության փոքր մանրամասները: Այնպես որ ժամանակի ընթացքը առաջանում է ֆիզիկայից, բայց ոչ այն իրերի ճշգրիտ նկարագրման համատեքստում: Այն ավելի շուտ առաջանում է վիճակագրության և ջերմոդինամիկայի հետ կապված: Ահա թե որտեղ կարող է թաքնված լինել ժամանակի հանելուկի բանալին։ «Ներկան» այլևս գոյություն չունի օբյեկտիվ իմաստով, «այստեղ» -ը իսկապես գոյություն ունի, բայց աշխարհում մանրադիտակային փոխազդեցությունները առաջացնում են անցողիկ հատկություն համակարգի մեջ (օրինակ՝ մեր մեջ), <<հաղորդակցվելով» միայն մի շարք փոփոխականների միջոցով:

Մեր հիշողությունը և գիտակցությունը կառուցված են այդ վիճակագրական երևույթների հիման վրա։ Ենթադրաբար գերզգայուն կյանքում ժամանակի «հոսք» չի լինի․ Տիեզերքը կդառնա անցյալի, ներկայի և ապագայի միասնական մեկ բլոկ։ Բայց մեր գիտակցության սահմանափակումների պատճառով մենք ընկալում ենք միայն աշխարհի աղոտ պատկերը և ապրում ժամանակի մեջ։ Ինչպես ասել է իմ իտալացի խմբագիրը, <<այն ինչը դիտարկելի չէ, նշանակալիորեն վեհ է, քան դիտարկվողը>>։ Այս սահմանափակ, աղոտ ուշադրությունից է ծագում ժամանակի անցման մեր ընկալումը: Արդյո՞ք այս ամենը պարզ է։ Ո՛չ, ոչ ամեն ինչ։ Դեռ այնքան շատ բան կա, որը միայն պետք է հասկանալ։

Ժամանակը նստած է խճճված խնդրի կենտրոնում, որը ծնվել է ծանրության տեսության,
քվանտային մեխանիկայի և ջերմոդինամիկայի խաչմերուկում։ Խճճված խնդիրներ, որոնք դեռ մթության մեջ են: Եթե մենք նույնիսկ հնարավոր է սկսենք ինչ-որ բան հասկանալ քվանտային ծանրության մասին, համատեղելով խճանկարի երեք մասի երկու բեկոր, մենք դեռ չունենք տեսություն, որը ունակ է փոխկապակցել աշխարհի մեր հիմնարար գիտելիքների բոլոր երեք հատվածները:


Լուծման փոքրիկ հնարավորությունը տրվում է հաշվարկներով, որը ներկայացվել է ֆիզիկոս Սթիվեն Խոկինգի կողմից, որը հայտնի է նրանով, որ նա շարունակում էր ստանալ գերազանց գիտական արդյունքներ առանց որևէ տեխնիկական միջոցների, չնայած հիվանդությանը, որը գամել էր նրան հաշմանդամության աթոռին և զրկելով խոսալու ունակությունից։

Օգտագործելով քվանտային մեխանիկան, Խոկինգը հաջողությամբ ցույց տվեց, որ սև անցքերը միշտ <<տաք>> են։ Նրանք տաքություն են արտացոլում, ինչպես վառարանը։ Դա առաջին հստակ ցուցումն է բնության մեջ <<տաք տարածությունը>>։ Ոչ ոք դեռ չի արձանագրել այս ջերմությունը, քանի որ այն թույլ է այդ սև անցքերի մեջ, որոնց մենք ուսումնասիրել են ք մինչ այժմ, այնուամենայնիվ Հոկինգի հաշվարկները համոզիչ են․ դրանք ստուգվել են տարբեր ձևերով, ուստի սև անցքերի ջերմության իրականությունը համընդհանուր ճանաչվում է:

Սև խոռոչների ջերմությունը, դա քվանտային էֆեկտ է (գործելով օբյեկտի վրա ՝ սև խոռոչ), իր բնույթով՝ գրավիտացիոն։ Տարածության առանձին քվանտներ, տարածության տարրական հատիկներ, տատանվող <<մոլեկուլներ>> — ահա թե ինչն է ջերմացնում սև խոռոչների արտաքին մասը և արտադրում նրանց ջերմությունը։ Այս ֆենոմենում ներգրավված են բոլոր երեք խնդիրները․ քվանտային մեխանիկա, հարաբերականության ընդհանուր տեսություն և ջերմային ֆիզիկա։

Սև խոռոչների ջերմությունը նման է Ռոզետայի ֆիզիկայի քարի վրա երեք լեզուներով վրա գրված մակագրությանը․ քվանտային, գրավիտացիոն և թերմոդինամիկ։ Գրությունը, որը դեռ սպասում է գաղտնազերծման, որպեսզի լույս սփռվի ժամանակի իրական բնույթի վրա:

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s