Пространство и время

под действием  полей тяготения,  но  и  замедление  хода  времени  в  сильных

гравитационных  полях. Даже тяготение Солнца -  достаточно  небольшой звезды

по космическим  меркам - влияет на  темп  протекания  времени,  замедляя  его

вблизи себя. Поэтому если мы пошлем радиосигнал  в  какую-то  точку,  путь  к

которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала  займет  в таком

случае больше времени, чем тогда, когда на пути этого сигнала ничего  нет.

Замедление  вблизи Солнца составляет около 0,0002 с.

    Одно  из самых фантастических предсказаний  общей теории  относительности

- полная остановка   времени  в  очень  сильном   поле  тяготения.  Замедление

времени тем  больше, чем сильнее тяготение. Замедление времени проявляется  в

гравитационном  красном смещении света: чем сильнее тяготение,  тем больше

увеличивается длина  волны  и  уменьшается  его  частота.  При  определенных

условиях длина  волны может устремится к бесконечности,  а ее  частота -  к

нулю.

    Со  светом, испускаемым Солнцем, это  могло бы  случится,  если  бы  наше

светило вдруг  сжалось и превратилось в шар  с радиусом  в  3  км  или  меньше

(радиус Солнца  равен 700 000 км). Из-за  такого  сжатия  сила  тяготения  на

поверхности,  откуда  и   исходит   свет,   возрастает   на   столько,   что

гравитационное  красное смещение окажется действительно  бесконечным.

    С  нашим Солнцем этого никогда  на самом деле не  произойдет.  Но  другие

звезды, массы  которых в три и более раз  превышают  массу  Солнца,  в  конце

своей   жизни   и   действительно   испытывают,   скорее   всего,    быстрое

катастрофическое  сжатие под действием  своего  собственного  тяготения.  Это

приведет их к  состоянию черной дыры. Черная дыра  -  это  физическое  тело,

создающее  столь  сильное  тяготение,  что  красное  смещение   для   света,

испускаемого  вблизи него, способно обратиться в  бесконечность.

    Физики  и астрономы совершенно уверены,  что  черные  дыры  существуют  в

природе,  хотя  до   сих   пор   их   обнаружить   не   удалось.   Трудности

астрономических поисков связаны с самой природой  этих  необычных объектов.

Ведь  бесконечное   красное  смещение,  из-за  которого  обращается  в  нуль

частота принимаемого света, делает  их просто невидимыми. Они не  светят,  и

потому в полном смысле этого слова являются черными. Лишь по ряду  косвенных

признаков можно  надеяться заметить черную дыру, например, в системе  двойной

звезды, где ее партнером была бы  обычная  звезда.  Из  наблюдений  движения

видимой звезды в общем поле тяготения  такой  пары  можно  было  бы  оценить

массу невидимой  звезды, и если эта величина превысит массу Солнца  в  три  и

более раз, можно  будет утверждать, что мы нашли  черную дыру.

    Сейчас  имеется несколько хорошо изученных   двойных  систем,  в  которых

масса невидимого партнера оценивается в 5 или даже  8  масс  Солнца.  Скорее

всего, это и  есть  черные  дыры,  но  астрономы  до  уточнения  этих  оценок

предпочитают  называть эти объекты кандидатами  в черные дыры.

    Гравитационное  замедление  времени,  мерой   и  свидетельством  которого

служит красное  смещение,  очень  значительно  вблизи  нейтронной  звезды,  а

вблизи черной дыры, у ее гравитационного  радиуса,  оно  столь  велико,  что

время там как  бы замирает.

    Для  тела,  попадающего  в  поле  тяготения  черной  дыры,  образованной

массой,  равной  3  массам  Солнца,  падение  с  расстояния  1  млн.  км  до

гравитационного радиуса занимает всего около  часа.  Но  по  часам,  которые

покоятся вдали  от черной дыры, свободное падение  тела в ее  поле  растянется

во времени  до бесконечности.  Чем  ближе  падающее  тело  к  гравитационному

радиусу, тем  более медленным  будет  представляться  этот  полет  удаленному

наблюдателю.   Тело,   наблюдаемое   издалека,   будет   бесконечно    долго

приближаться  к гравитационному радиусу и  никогда не достигает  его.  В  этом

проявляется замедление времени вблизи черной дыры.  Таким  образом,  материя

влияет на свойства пространства и времени.

    Представления   о  пространстве  и  времени,  формулирующиеся  в  теории

относительности   Эйнштейна,   на   сегодняшний   день   являются   наиболее

последовательными. Но они являются макроскопическими, так как  опираются  на

опыт исследования макроскопических объектов, больших  расстояний  и  больших

промежутков времени. При построении теорий, описывающих  явления  микромира,

эта  классическая  геометрическая  картина,   предполагающая   непрерывность

пространства   и   времени   (пространственно-временной   континуум),   была

перенесена на новую  область  без  каких-либо  изменений.  Экспериментальных

данных, противоречащих применению теории относительности  в  микромире,  пока

нет. Но само  развитие  квантовых теорий,  возможно,  потребует пересмотра

представлений о физическом  пространстве  и  времени.  Разработанная  теория

суперструн,   которая   представляет   элементарные   частицы   в   качестве

гармонических колебаний этих струн и связывает  физику с геометрией,  исходит

из многомерности  пространства.  А  это  означает,  что  мы  на  новом  этапе

развития науки, на новом уровне познания  возвращаемся  к  предсказаниям  А.

Эйнштейна 1930 г.: “Мы приходим к  странному  выводу:  сейчас  нам  начинает

казаться, что  первичную роль играет пространство,  материя  же  должна  быть

получена из  пространства,  так сказать,  на  следующем этапе.  Мы  всегда

рассматривали  материю первичной, а пространство  вторичным.  Пространство,

образно говоря, берет  сейчас  реванш  и  “съедает”  материю”[5].  Возможно,

существует квант  пространства, фундаментальная длина L. Введя  это  понятие,

мы можем избежать многих трудностей современных квантовых  теорий.  Если  ее

существование подтвердится, то L станет третьей (кроме  постоянной  Планка  и

скорости  света  в  пустоте)  фундаментальной  постоянной   в   физике.   Из

существования  кванта  пространства  также  следует   существование   кванта

времени  (равного  L/c),  ограничивающего точность  определения   временных

интервалов. 
 
 

           Единство и многообразие свойств пространства и  времени.

 Поскольку пространство и время неотделимы от материи,  правильнее  было

бы   говорить   о   пространственно-временных   свойствах    и    отношениях

материальных  систем. Но при познании пространства  и  времени  ученые  часто

абстрагируются  от  их  материального  содержания,   рассматривая   их   как

самостоятельные  формы  бытия.  Обычно  выделяют  всеобщие  и  специфические

свойства пространства и времени, а также исследуют  особенности  пространства

и  времени  в   микромире   и   мегамире.   К   всеобщим   относятся   такие

пространственно-временные  характеристики, которые  и  неразрывно  связаны  с

другими ее атрибутами. Специфические, или  локальные,  свойства  проявляются

лишь на определенных структурных уровнях, присущи только  некоторым классам

материальных  систем.

    Из  всеобщих свойств  пространства  и  времени  следует,  прежде  всего,

отметить:

1. Их объективность  и независимость от  человеческого   сознания  и  сознания

  всех других  разумных существ в мире (если  такие есть).

2. Их абсолютность - они  являются  универсальными  формами  бытия  материи,

  проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.

3. Неразрывную  связь друг с другом и с  движущейся материей.

4. Единство прерывности  и непрерывности в их структуре  -  наличие  отдельных

  тел, фиксированных  в пространстве при отсутствии  каких-либо “разрывов”  в

  самом пространстве.

5. Количественную  и качественную бесконечность,  неотделимую  от  структурной

  бесконечности  материи - невозможность найти  место, где  отсутствовали   бы

  пространство  и время, а так же неисчерпаемость  их свойств.

    Всюду,   где   есть   любое   взаимодействие   и   движение    материи,

сосуществование и связь ее элементов, обязательно  наличествует  пространство

и время; всюду, где имеется сохранение  материи,  длительность  ее  бытия  и

последовательность  смены  состояний,  будет  и  время,  включающее  в  свое

содержание все  эти процессы.

    В  литературе не раз высказывалась   точка  зрения,  что  после   развития

теории относительности  пространство и время  уже  нельзя  рассматривать  как

разные атрибуты материи, а их  нужно  объединить  в  понятии  четырехмерного

континуума и  рассматривать как одну форму  бытия  материи  -   пространство-

время. Безусловно, связь между ними  неразрывна  и  реализуется  в  движении

материи. Всякое  изменение  пространственных  свойств  будет  изменением  во

времени, и наоборот. Но  все  же  пространство  и время,  наряду  с общими

характеристиками, имеют такие всеобщие  и  специфические  свойства,  которые

относятся только  к  пространству  или  только  ко  времени,  что  позволяет

рассматривать их как разные атрибуты материи.

    К  общим свойствам пространства  относятся:

1.  Протяженность  -  рядоположенность,  существование и связь   различных

  элементов  (точек, отрезков, объемов и   др.),  возможность  прибавления   к

  каждому  данному элементу некоторого  следующего элемента либо  возможность

  уменьшения  числа элементов. Протяженность  тесно связана со структурностью

  материальных  объектов, обусловлена  взаимодействием между составляющими

  тела элементов  материи. Непротяженные объекты  не обладали  бы структурой,

  внутренними  связями и способностями к  изменениям,  из  них  не  могли  бы

  образовываться  никакие системы.

2. Связность  и непрерывность - проявляются  в характере  перемещения   тел  от