Теория относительности: скорость света не постоянна
Вот уже 100 лет физика как наука развивается в полном согласии с теорией относительности Альберта Эйнштейна. По современным понятиям, в условиях всё ускоряющегося темпа научного и технологического развития 100 лет — это очень много.
Настолько много, что у некоторых учёных возникло ощущение, что так будет всегда. Но, увы, ничто не вечно под луной. Не успели отпраздновать столетний юбилей первых публикаций по общей теории относительности, как в средствах массовой информации появились сообщения, что скорость света, краеугольный камень теории Эйнштейна, вовсе не постоянна и далеко не всегда равна 300 тысячам километров в секунду.
Чтобы понять, какое потрясение в науке может вызвать эта новость (в том случае если будут получены неопровержимые доказательства), давайте вспомним историю.
От Птолемея до Коперника
Предкам современных физиков и астрономов очень хорошо и комфортно жилось под крылом геоцентрической системы Птолемея: в центре Вселенной — неподвижная Земля, а все небесные светила, в том числе Солнце и звезды, вращаются вокруг неё.
На протяжении полутора тысяч лет эта система вполне удовлетворяла насущные потребности человечества как на суше, так и на море. Ведь чтобы рассчитать, к примеру, местоположение корабля, гораздо удобнее считать Землю неподвижной, а звезды движущимися вокруг неё по строго определённым орбитам.
Но в XVI веке вдруг оказалось, что Земля вовсе не является центром космоса, что она всего лишь одна из планет, вращающихся вокруг Солнца. И более того — возможны и другие обитаемые миры, вращающиеся вокруг своих звёзд!
Конечно, тогда наука была, если можно так выразиться, дальше от народа, но все же, чтобы избежать опасного брожения умов, все эти теории признали ересью. Их авторы (Николай Коперник и Галилео Галилей) были подвергнуты гонениям, а Джордано Бруно, согласно одной из версий, и вовсе сожжён на костре за свои взгляды.
Хотя, казалось бы, что за дело простому землепашцу, ремесленнику или мореплавателю до того, кто вокруг кого вращается в небесных сферах… Не то что учёным, для которых отказ от геоцентрической системы стал настоящей революцией. И как у любой революции у неё были свои мученики и герои, сочувствующие и враги, пусть и размахивающие не шпагами и алебардами, а перьями и свитками, и изъясняющиеся исключительно по-латыни.
С 1916-го по 2016-й
В начале XX века за научные взгляды никого уже не казнили и даже (в большинстве случаев) не подвергали остракизму.
Поэтому, когда Альберт Эйнштейн, не проведя самостоятельно ни одного нового эксперимента, а просто проанализировав уже известные факты, представил совершенно необычную и непривычную теорию пространства и времени, больше известную как ОТО — общая теория относительности, это вызвало ещё одну революцию в физике, но не доставило ему личных неприятностей.
Наоборот, Эйнштейн получил Нобелевскую премию, правда, спустя несколько лет и не за теорию относительности, а всего-навсего за фотоэффект, но всё же…
В отличие от современников Коперника и Галилея, просвещённое общество первой четверти XX века вовсю обсуждало эту захватывающую научную новинку — ОТО.
Если первый постулат теории Эйнштейна, или принцип относительности, был несколько туманен для людей, далёких от науки, то второй — о постоянстве скорости света — был доступен для понимания любого школьника. Скорость света — самая большая возможная скорость чего бы то ни было во Вселенной.
Ни один объект не может двигаться быстрее скорости света в вакууме — 300000 километров в секунду. Эта величина постоянна и одинакова во всех уголках космоса и всех системах отсчёта. Так было, есть и так будет всегда.
Изумительно чётко и понятно, не правда ли? А на вопрос, почему такое ограничение на скорость света, почему она не может быть равна, например, миллиону или миллиарду километров в секунду, был простой, чёткий и ясный ответ: так устроен мир.
Эхо Большого взрыва
Однако наступил 2016 год, и ряд физиков из Великобритании и Канады выступили с заявлением, что Эйнштейн, возможно, ошибался.
Суть заявления состояла в следующем. По Вселенной до сих пор гуляет энергетическое «эхо» Большого взрыва (так называемое реликтовое излучение), которое хорошо «ловится» орбитальными космическими зондами, такими, как «Планк» и WMAP.
Тщательное изучение флуктуации (неожиданных изменений) реликтового излучения в микроволновом диапазоне приводит к выводу, что скорость света была заметно выше в первые дни жизни Вселенной и достигала практически бесконечных значений в момент Большого взрыва.
Главным адептом «новой теории относительности» является Жоао Магуэйхо из Имперского колледжа Лондона. На протяжении последних 15 лет Магуэйхо и его коллеги из Института Периметра в Канаде пытались найти опытные подтверждения того, что космологические теории, опирающиеся на теорию Эйнштейна, неверны, что события Большого взрыва протекали вовсе не так, как принято считать.
Обнадёживающие данные были получены при изучении так называемого холодного пятна в созвездии Эридана и ещё нескольких крупных неоднородностей реликтового излучения в других уголках Вселенной. Величина этих неоднородностей и само их наличие, по мнению Магуэйхо, никак не могут быть объяснены современными теориями.
А вот если предположить, что в первые секунды своего существования Вселенная расширялась очень быстро, а затем скорость её роста резко замедлилась и упала до современного — «эйнштейновского» — значения, то все становится на свои места.
Пока теория Магуэйхо не рассматривается всерьёз научным сообществом. Но лондонский физик и его канадские товарищи не унывают: новые наблюдения космических зондов за заранее предсказанными участками космоса могут дать новые, более основательные доказательства их правоты. А могут, разумеется, и не дать. И тогда общая теория относительности ещё на какое-то время (возможно, надолго) останется основой наших космологических и физических представлений.
Мир невидимок
На первый взгляд может показаться, что проблема постоянства скорости света и достоверности ОТО вообще имеет чисто научное, оторванное от повседневных потребностей, значение. Ну не прав был Эйнштейн; ну пересмотрят всю космологию и теорию гравитации, ну докажут, что Вселенная бесконечна и что в ней есть не только тёмная материя и тёмная энергия, но и тёмное излучение — нам-то что? Что от этого изменится в нашей с вами жизни?
Для нас с вами, может, и ничего не изменится. А вот для наших, пусть и весьма отдалённых, потомков изменится. И кардинально.
Во-первых, теория гравитации и строения Вселенной очень важна для будущего освоения космоса. Во-вторых, со скоростью света прямо связана идея обмена сигналами с иными цивилизациями. В-третьих, из-за изменения скорости света наши потомки могут, не покидая родную Землю, оказаться в очень странном мире.
Только представьте себе: если скорость света не постоянна, если миллиарды лет назад она была бесконечно большой, а в наши дни достигла величины 300 тысяч километров в секунду, то логично предположить, что она продолжает уменьшаться.
Тогда через тысячу, 10 тысяч или 100 тысяч лет свет станет распространяться настолько медленно, что человеку придётся ждать несколько минут, чтобы просто увидеть своё отражение в зеркале.
Это будет мир, населённый призраками. Невозможно будет выйти на улицу без риска столкнуться с другим прохожим или, что ещё хуже, с транспортным средством. Ведь все объекты будут видны не там, где находятся в настоящий момент, а там, где находились минуты или даже часы назад. Будут крайне затруднены самые обычные действия: попробуйте-ка поднести ко рту ложку с супом, если вы только ощущаете движение, а глаза ваши видят руку, мирно покоящуюся на столе!…
Однако хочется верить, наши потомки будут умнее нас и научатся справляться с ситуацией. Кроме того, в замедлении скорости света будут и некоторые положительные моменты. Скажем, если Солнце вдруг взорвётся в наши дни, мы с вами перестанем существовать всего лишь через 8, 5 минуты после этого.
А если Солнце взорвётся над миром невидимок, то у них буду века и тысячелетия для того, чтобы собрать вещи и потихоньку удалиться из опасной зоны в другую звёздную систему, другое измерение или куда им захочется.