ЕНКМ_4 часть

в полете, ваша мировая линия поднимается под углом вправо, ибо с течением времени вы удаляетесь от Лос-Анджелеса.

Рис. 9.2: Графическое представление полета из Лос-Анджелеса в Сиэтл.

Аналогично можно построить трехмерную диаграмму простран- ства-времени. Допустим, вы вошли через дверь в комнату, подошли сначала к торшеру, а затем к креслу. Ваш путь в обычном пространстве выглядел бы тогда, как на рис. 9.3 слева. Чтобы представить ваш путь (мировую линию) в пространстве-времени, потребуется построить трехмерный график. По одной оси этого графика откладывается ваше движение в направлении север-юг, по другой – в направлении восток-запад, и, наконец, третья ось указывает, сколько прошло времени. В таком пространстве-времени мировые линии двери, торшера и кресла суть прямые, параллельные оси времени. Дело в том, что дверь, торшер и кресло не изменяют своего положения в пространстве с течением времени. Вы же проделываете путь, приводящий вас от мировой линии двери сначала к мировой линии торшера, а затем к мировой линии кресла. Как показано на рис. 9.3 справа, ваша мировая линия поднимается все выше и выше, потому что, пока вы ходите по комнате, время течет.

121

валентен 1 с времени, то 1 см по горизонтали соответствует 300 000 км, т.е. расстоянию, которое свет проходит за 1 с. В результате мировая линия света на такой диаграмме имеет наклон 45 . Обозначим точку в центре диаграммы «здесь и теперь» («здесь» в пространстве и «теперь» во времени), тогда все пространство-время естественным образом разобьется на три области: абсолютное прошлое, абсолютное будущее и абсолютно удаленное. Границы этих областей определяются мировыми линиями световых лучей, проходящих через точку «здесь и теперь» в центре диаграммы. Смысл названий этих трех областей становится ясным, если вспомнить, что, согласно специальной теории относительности, движение со скоростью, превышающей скорость света в вакууме, невозможно. Например, из центра диаграммы легко попасть в точку, где стоит буква «щ» в слове «будущее». Времени пройдет много, а преодоленное расстояние будет малым, и скорость при таком путешествии будет меньше скорости света. Однако из этой вершины вам никак не удастся попасть к букве «б» в слове «где-нибудь», ибо для этого пришлось бы преодолеть огромное расстояние за весьма малое время, причем скорость движения превысила бы скорость света.

Рис. 9.4: Диаграмма пространства-времени.

123

Поскольку невозможно двигаться со скоростью, равной или превышающей скорость света, в таком пространстве-времени разрешены только те мировые линии, наклон которых в любой их точке меньше 45 к вертикали. Это значит, что, выйдя из вершины в центре диаграммы, вы никогда не покинете область абсолютного будущего. Вам никогда не попасть в абсолютно удаленную область. Аналогично, чтобы оказаться в этой вершине, нужно отправиться в путь отку- да-нибудь из области абсолютного прошлого. Однако всегда абсолютно удаленная область будет для вас запретной.

Выяснив, в каких областях пространства-времени мы можем путешествовать, а какие нам недоступны, мы можем выделить три основных типа мировых линий (рис. 9.5). Из точки В можно попасть в точку П. Эта мировая линия составляет с вертикалью угол менее 45 , и требуется очень много времени, чтобы преодолеть небольшое расстояние, поэтому ее называют времени подобной. Мировая линия, соединяющая точки С и П, имеет наклон, точно равный 45 относительно вертикали. Из описанного выше принципа построения диаграммы пространства-времени следует, что каждую секунду покрывается расстояние 300 000 км. Скорость космонавта, летящего из С в П, должна равняться скорости света, и поэтому такая мировая линия называется свето подобной. Наконец, наклон линии, соединяющей точки П и П, к вертикали превышает 45 . По такому «пути» за очень короткий срок во времени «проходится» огромный путь в пространстве, поэтому скорость должна превышать скорость света, и мировая линия называется пространственно подобной. Все вещество во Вселенной движется лишь по временно подобным мировым линиям в четырехмерном пространственно-временном континууме. Из специальной теории относительности, как из всей совокупности наших знаний о Вселенной, следует, что невозможно разогнать вещество до скорости света или до скорости, превышающей ее, поэтому свето подобные и пространственно подобные мировые линии всегда под запретом.

124

вом» пространстве это не так. Геометрические соотношения там отличаются от соотношений в геометрии Евклида. И специалисту достаточно знать законы «кривой» геометрии, чтобы оперировать в таком необычном пространстве.

Тот факт, что четырехмерное пространство может быть искривленным, теоретически открыли в начале XIX в. русский математик Н. Лобачевский и в то же время венгерский математик Я. Больяй. В середине этого же века немецкий геометр Б. Риман стал рассматривать «искривленные» пространства не только с тремя измерениями, но и четырехмерные и вообще с любым числом измерений. С той поры геометрию искривленного пространства стали называть неевклидовой. Первооткрыватели неевклидовой геометрии не знали, в каких конкретно условиях может появиться их геометрия, хотя отдельные догадки об этом высказывали. Созданный ими и их последователями математический аппарат был использован при формулировке общей теории относительности.

Итак, согласно основной идее А. Эйнштейна тяготеющие массы искривляют вокруг себя пространство-время. Пространство воздействует на материю, «указывая» ей, как двигаться. Материи, в свою очередь, оказывает обратное действие на пространство, «указывая» ему, как искривляться.

В этом объяснении все необычно – и неподдающееся наглядному представлению искривленное четырехмерное пространство-время,

инеобычность объяснения силы тяготения геометрическими причинами. Физика здесь впервые напрямую связывается с геометрией. Знакомясь с успехами физики, чем ближе мы подходим к нашей эпохе, тем необычнее становятся ее открытия, а понятия все менее поддаются наглядным представлениям. И ничего не поделаешь! Природа сложна, и раз уж мы проникаем все глубже в ее тайны, то приходится мириться с тем, что это требует все больших усилий, в том числе и от нашего воображения. Наверное, слово «мириться» не очень здесь годится, скорее надо подчеркнуть, что становится все интереснее, хотя

итруднее.

126

После создания своей теории Эйнштейн указал на эффект, касающийся времени. Теория Эйнштейна предсказывает: в сильном поле тяготения время течет медленнее, чем вне его. Это означает, например, что любые часы у поверхности Солнца идут медленнее, чем на поверхности Земли, ибо тяготение Солнца больше, чем тяготение Земли. По аналогичной причине часы на некоторой высоте над поверхностью Земли идут чуть быстрее, чем на самой поверхности.

В 1968 г. американский физик И. Шапиро измерил замедление времени у поверхности Солнца очень оригинальным методом. Он проводил радиолокацию Меркурия, когда тот, двигаясь вокруг Солнца, находился от него с противоположной стороны по отношению к Земле. Радиолокационный луч проходил вблизи поверхности Солнца, и из-за замедления времени ему требовалось чуть больше на прохождение туда и обратно, чем на покрытие такого же расстояния, когда Меркурий находился вдали от Солнца. Эта задержка (около десятитысячной доли секунды) действительно была зафиксирована и измерена.

Итак, не может быть никакого сомнения в замедлении течения времени в гравитационном поле. В большинстве исследованных случаев изменение ничтожно мало, но астрономы и физики знают ситуации, когда разница в беге времени колоссальна.

Подумайте и ответьте:

1.Дайте понятие светового года?

2.Что такое четырехмерное пространство-время?

3.Как строится мировая линия?

4.Какие могут быть мировые линии?

5.Что Вы можете сказать об искривленном пространстве-времени?

6.Кто создал неевклидову геометрию и в чем ее особенность?

7.Каковы выводы теории относительности Эйнштейна?

8.В каких условиях может происходить замедление времени?

127

10. ЭВОЛЮЦИЯ И РАЗВИТИЕ ЖИВЫХ СИСТЕМ

10.1. Основы палеонтологии

Палеонтология – наука о вымерших растениях и животных, их изменении и эволюции в течение геологической истории Земли. На основе изучения ископаемых останков живых организмов палеонтологи реконструируют их внешний вид, биологические особенности, способы питания, размножения и восстанавливают весь ход биологической эволюции. Основателем этой науки считается французский зоолог Ж. Кювье (1869-1832 гг.). В начале XIX в., проводя сравнительный анатомический анализ останков ископаемых позвоночных, он пришел к выводу, что они принадлежат несуществующим ныне организмам. Не признавая изменяемости видов, он предложил теорию катастроф, согласно которой жизнь на Земле развивается циклически, то есть периодически происходят катастрофы, в результате которых погибает жизнь, а затем она возрождается заново.

Изучение разнообразных горных пород и останков организмов методами стратиграфии и радиометрии горных пород позволило достаточно подробно описать геологическую и биологическую историю развития Земли, появление и исчезновение определенных групп существ, и процессы, приводившие к изменению внешнего облика планеты. На основе всех этих данных построена геохронологическая шкала эволюции Земли, которую искусственно подразделяют на крупные промежутки – эоны, эры и более мелкие – периоды, связанные с крупными геологическими преобразованиями или качественными изменениями важных групп живых организмов. В табл. 10.1 приведена геохронологическая шкала, в которой указаны эоны, эры и периоды, примерное время их длительности, а также важнейшие события в эволюции жизни, происходившие в каждый временной интервал.

128

Табл. 10.1: Общая картина эволюции жизни на Земле (геохронологическая шкала).

129

130