Вселенная таит в себе удивительное: время и пространство искривляются, словно листок бумаги, черные дыры состоят из «ничего», люди могут использовать гравитацию вместо топлива и, возможно, передавать сообщения в прошлое. А когда-нибудь мы покинем Землю ради другой планеты.
Как искривляются пространство и время
Эйнштейн бился над загадками гравитации пять лет. Наконец его посетило гениальное озарение. Массивные тела вроде Земли или черных дыр могут искривлять время, и это искривление является причиной гравитации! Понял он и кое-что еще: если массивные тела способны искривлять время, то должно искривляться и пространство.
На Земле замедление времени составляет лишь несколько микросекунд в день, поэтому силы гравитации здесь умеренные. А у черной дыры, где время почти не движется, гравитация настолько огромна, что даже свет не может ее преодолеть. Проверить это удалось спустя полвека после открытия Эйнштейна.
Ученые сравнили скорости течения времени в подвале 22-метровой башни Гарвардского университета со скоростью его течения на вершине этой же башни. Оказалось, что время в подвале текло на 210 триллионных долей секунды в день медленнее, чем наверху башни.
Что мы увидим, когда подлетим к черной дыре
Никто и никогда не видел, как выглядит черная дыра. Но астрофизики описали ее вид при помощи уравнений. Если вы смотрели фильм «Интерстеллар», то помните, что герои отправились к черной дыре Гаргантюа в поисках планеты, пригодной для жизни, — человечеству на Земле оставаться было нельзя. Природные катаклизмы, болезнь съедобных растений и недостаток кислорода обрекли людей на смерть.
Черная дыра искривляет лучи света, чудовищно искажая вид звездного неба. Этот эффект называется «гравитационным линзированием», поскольку оно изменяет изображение подобно линзе (ну, или кривому зеркалу в парке аттракционов). Теория относительности Эйнштейна однозначно предсказывает все свойства черных дыр, включая гравитационное линзирование.
У астрономов есть твердое, основанное на наблюдениях убеждение, что черные дыры (включая и гигантские черные дыры вроде Гаргантюа) существуют во Вселенной. Они уже наблюдали гравитационные линзы, образованные пусть не черными дырами, но другими объектами.
Работа GPS и замедление времени
Спутники «замедляют» время, прежде чем передать сигнал на ваш смартфон. Представляете? Дело в том, что GPS работает благодаря радиосигналам от 27 спутников, вращающихся вокруг Земли на высоте 20 000 километров. Но там время отличается от земного!
Обычно с Земли «просматривается» от 4 до 12 спутников. Их радиосигналы сообщают смартфону координаты спутника и время отправки сигнала, на основе чего он определяет свое местоположение. Но этот способ дал бы ошибку, если б время отправки сигналов передавалось бы на Землю по времени спутников — ведь там время течет на 40 микросекунд в день быстрее.
Спутники замеряют время с помощью встроенных часов, а затем, перед передачей сигнала на телефон, «замедляют» его, подгоняя под скорость земного времени.
Эвакуация колоний с Земли
В начале фильма, когда Купер впервые оказывается на секретном объекте NASA, ему показывают гигантскую цилиндрическую станцию, построенную, чтобы доставить тысячи людей на другую планету. Но как ее запустить в космос?
Если ученые когда-нибудь получат квантовые данные из черных дыр, то смогут узнать, как уменьшить притяжение Земли. Если оно станет в тысячу раз меньше нормального значения — пусть всего на один час, — то ракетные двигатели смогут вывести в космос огромные колонии. Правда, земное ядро, освобожденное от тяжелого гнета верхних слоев, расширится, вздыбливая поверхность Земли. Пока колонии будут подниматься в космос, повсюду пройдут мощнейшие землетрясения и цунами, сея на планете хаос, — ужасная цена для Земли.
Когда же гравитация вернется к прежнему значению, Земля сожмется до своего обычного размера, что вызовет новые землетрясения и цунами. Однако человечество будет спасено.
Измерения Вселенной и путешествие в прошлое
Помните, когда Купер проходит сквозь черную дыру через тессеракт, он попадает в своеобразный лифт сквозь Вселенную и оказывается в будущем. Он обнаруживает, что это спальня его дочери Мёрф, только необычная — из-за множества измерений. Выталкивая книги, он использует гравитацию и передает сообщения в прошлое — маленькой Мёрф, которая вырастет, станет ученым и… Кажется, стоит прочесть книгу, чтобы до конца разобраться в этот моменте!
Пространство Вселенной обладает тремя осями координат: «верх — низ», «восток — запад» и «север — юг». Но чтобы пообедать с подругой, придется договориться не только о месте встречи, но и о времени. Но при этом время отличается от пространственных измерений. Мы можем двигаться на запад или на восток — куда захотим, туда и пойдем. Однако явившись к тому самому обеду, мы не можем внезапно перенестись во времени назад. Как бы мы ни старались, единственный путь — двигаться во времени вперед, и законы теории относительности гарантируют это. Зато законы теории относительности допускают возврат во времени «обходным маневром»: улететь в космос и вернуться раньше собственного отлета.
Совершать собственные маленькие открытия, разбираться в том, как работает наука и какие знания о Вселенной, Земле и жизни она нам несет, — это интеллектуальное удовольствие высшего порядка.
По материалам книги Кипа Торна «Интерстеллар».