Как работает Вселенная, часть 3: мир, в котором мы живём

4 апреля 2022, в 16:02. Автор: Сергей Якименко

Давайте взглянем, каким получился наш мир, когда вся "движуха" более-менее "устаканилась". Мы привыкли думать о мире так: вот есть круглая Земля, на которой мы стоим, а если посмотреть вверх, то там будет космос, утыканный звёздами, планетами и всякой всячиной поменьше. А ещё из-за горизонта периодически появляются Луна, которая крутится вокруг Земли, и Солнце, вокруг которого крутимся все мы.

Первым делом разберёмся, где мы все движемся. Физики называют это пространством-временем. Обе составляющих этого определения нам интуитивно понятны. Пространство - это будто бы гигантский океан, в котором мы, как рыбы, можем плыть в любую сторону, а также нырять и всплывать. Каждый предмет в нашем пространстве имеет длину, ширину и высоту- именно поэтому пространство называют трёхмерным. При этом нам, чётким трёхмерным существам, достаточно легко вообразить менее продвинутые пространства, например, двухмерное: это такой бесконечный плоский лист, в котором можно двигаться в две стороны, а вот прыгнуть не получится. Забавно было бы подглядеть за жизнью таких двухмерных существ: бедняги обалдели бы, если бы мы ткнули в их пространство пальцем, потому что для них это выглядело бы как внезапное появление некой плоской сущности из ниоткуда, так как наш палец выглядел бы для них обычной плоской линией.

Жизнь же одномерных существ скучна до безобразия: каждое из них видит лишь двух своих ближайших соседей, причём отличить одного от другого невозможно, так как все они видны друг для друга как точки.

Если вас уже переполняет гордость от осознания собственной крутости, то спешу развеять эту иллюзию. Оказывается, мы совершенно не можем представить себе 4- или 5-мерное пространство. Даже простейший вращающийся четырёхмерный кубик (который, кстати, зовётся звучным словом "тессеракт") взрывает нам мозги:

Кажется, что его грани гнутся и меняют длину, но на самом деле они всегда перпендикулярны друг другу, как в обычном кубике (Говорят, что тех, кто смог понять это и представить, инопланетяне забрали для опытов, поэтому не пытайтесь повторить это дома! )

Как мы поняли, понятие пространства тесно связано с геометрией. По сути, именно геометрия доказывает, что нам доступны именно 3 измерения. Доказательства эти до жути скучны, поэтому просто примем это как факт, и не будем пытаться прорваться в четвёртое измерение, а перейдём к понятию времени.

Что может быть более понятным и естественным, чем время? Мы с лёгкостью определяем, который час, засекаем время для варки яиц, договариваемся о времени встречи с коллегой. Время везде и для всех одинаково. Или... нет?

На самом деле, время неразрывно связано с пространством, хоть и не имеет отношения к геометрии. Оно как бы "вшито" в каждую точку пространства, заставляя любой объект двигаться в этом пространстве в единственном направлении- из прошлого в будущее. И, как оказалось, путь этот совсем не прямой и беззаботный: в действительности время движется будто горная речка, то и дело петляя и закручивая виражи, но соблюдая единственное правило- двигаться только в будущее. То, как именно течёт время в конкретной точке пространства, определяется кривизной пространства в этой точке.

Если вы ещё здесь, то вот вам факт: да, пространство гнётся. А гнёт его энергия, которая может быть выражена в виде массы. Любой предмет, обладающий массой, искривляет пространство вокруг себя, а вместе с тем изменяется и течение времени в этом месте относительно других мест. К счастью, для заметного изменения течения времени нужны поистине огромные массы, во много тысяч раз больше массы нашей планеты. Так что не стоит беспокоиться, что вы случайно погнёте и сломаете пространство.

А чтобы наглядно увидеть, как это происходит, лучше всего посмотреть фильм «Интерстеллар». Там есть планета на орбите чёрной дыры, где 1 час равен 7 годам на Земле.

Это самая настоящая машина времени: провели там денёк, а на Землю вернулись спустя полторы сотни лет (работает, правда, только в одну сторону, и вернуться таким макаром в прошлое пока нельзя). Это происходит потому, что чёрная дыра в фильме обладает огромной массой и искривляет пространство о-о-очень сильно, поэтому приближаясь к дыре, мы всё больше испытываем эффект замедления времени.

Картинка для ботаников опытных физиков: показывает, насколько близко находится планета Миллер к горизонту событий чёрной дыры. (Картинка с сайта meduza.io)

Итак, мы выяснили, что наше пространство является трёхмерным, а ещё к нему прикручено время. Отсюда вытекает любопытный факт: каждый предмет, находящийся в нашем пространстве-времени, всегда движется! Остановиться невозможно в принципе: в физике покой и равномерное движение это одно и то же! (В самом деле, «покоясь» на поверхности нашей планеты, мы не замечаем того, что движемся вокруг Солнца; наоборот, нам кажется, что Солнце движется вокруг нас.) И даже находясь в состоянии покоя мы всё равно движемся во времени к неотвратимо наступающему будущему.

Более того, каждый равномерно движущийся предмет движется на самом деле прямолинейно— то есть, по прямой.
«Ну, это уже какая-то чепуха», - скажете Вы, - «Очевидно же, что если на улице бросить мячик прямо, то он полетит по кривой, а точнее, по параболе!»

Вот так это увидит из окна ваша соседка бабушка Зоя

Но вот какое дело: мы бросаем мячик в искривлённом пространстве-времени. И если мы возьмём полученную траекторию и «выровняем» «полотно» пространства-времени, то получится самая настоящая прямая!
Самый наглядный пример движения в искривлённом пространстве — это полёт самолёта. Думаю, вы встречали картинки с межконтинентальными рейсами:

Вот такую траекторию описывает самолёт

Но почему он летит по дуге, а не по прямой? Неужто топливо лишнее? Нет, дело в том, что в реальности самолёт летит по прямой, но движется он вдоль поверхности Земли, которая имеет шарообразную форму. Когда мы пытаемся отразить этот маршрут на плоской карте (или мониторе), то неизбежно появляются искажения, и вместо прямой линии мы получаем кривую дугу.

Кстати, именно из-за развёртки глобуса на плоскость привычные нам карты частенько вводят нас в заблуждение. Например, на них Гренландия размером с Австралию, хотя на самом деле площадь Гренландии в 3 раза меньше:

Площадь Австралии равна 7 623 623 км² , а площадь острова Гренландия — 2 130 800 км²

Пора закругляться. Тема, которую мы сегодня рассмотрели, нереально сложная, и в ней просто невероятное количество интересных моментов (одна теория относительности Эйнштейна чего стоит!). Надеюсь, Вам стало немножко понятнее, что такое наше пространство-время. А в следующем посте мы переключимся с физики на биологию и рассмотрим, наконец, теорию эволюции человека!

Читайте также:
Как работает Вселенная. «Да будет свет!» или Большой взрыв? (часть 1)
Как работает Вселенная: Эволюция Вселенной. (часть 2)
Как работает Вселенная: Что такое жизнь? Происхождение человека. (часть 4)

—***—
Читайте нас в Яндекс.Дзен, Telegram и Instagram. Присоединяйтесь!
Хотите поделиться интересной новостью? Отправьте ее нам в телеграм-бот.
Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите CTRL+ENTER.