Куда течет река времени?

Вместо предисловия

Своей судьбой я прежде всего обязан бабушке. Воспитывался я без родителей, и первые мои сознательные шаги в жизни связаны с ее заботами. Она достала мне интересную детскую книгу — «Похождения братца кролика», по которой я научился читать. Она же купила на рынке и первую популярную книгу, в которой рассказывалось детям о науке. Время было тяжелое, шла война, мы жили в эвакуации в городе Краснокамске на Волге. Прежде всего приходилось думать о еде, а не о книгах. Но бабушка, не имевшая никакого образования, все же чувствовала, наверное, что детям одинаково необходима пища и для желудка и для ума. Купленная (или вымененная?) ею на рынке книга оказалась удивительной и навсегда мне запомнилась. Это была «Детская энциклопедия» еще дореволюционного издания с прекрасными цветными иллюстрациями. Насколько мне помнится, качество этих иллюстраций далеко превосходило качество картинок, часто размазанных и блеклых, которые я вижу теперь в некоторых моих популярных книжках.

В той книге был раздел про астрономию. При первом же разглядывании картинок (а я, как и все дети, начинал знакомство с книгой именно с этого) меня поразило изображение гигантского огненного фонтана, а рядом помещался наш маленький земной шар. Потом я узнал, что это был нарисован солнечный протуберанец. Земля же была представлена для сравнения. Грандиозность изображения буквально потрясла меня. Я был поражен величием процессов, которые случаются в мире и которые намного превосходили все то, что могла нарисовать до этого моя детская фантазия.

По существу, эта картинка и явилась для меня роковой. Она была загадочна, непонятна и манила своей тайной. Я быстро прочел все про астрономию, а затем и другие разделы книги. Там были интересные главы о всемирной истории и о многом другом, но для меня уже ничто не могло сравниться с астрономией. Глубины пространства, вихри на Солнце и возможность жизни на Марсе навсегда приковали к себе мое любопытство, мое воображение и мою любовь. Я думаю, что таинственные явления Вселенной, собственно, и породили во мне все эти чувства. Их я сохранил на всю жизнь. «Свет первой любви в каждом из нас».

Много чего есть в жизни, она многогранна и восхитительна, иногда ужасна. (Я жил с бабушкой, потому что мой отец, занимавший видный пост в Наркомате путей сообщения, был арестован в 1937 году и погиб, а мать тоже была сослана. После XX съезда КПСС они были полностью реабилитированы.) Но я не знал и не знаю теперь ничего более прекрасного, чем стремление постичь тайны Вселенной. И это не абстрактное стремление, не ленивые «философские» размышления о сути бытия (я быстро понял, что все это — глупости и часто просто проявление лени или самолюбования изгибами своей мысли), а тяжелая и радостная работа.

С тех ранних времен детства во мне постепенно крепло убеждение, что главное для развития ума и творческих способностей — это зажечь искру неудержимого любопытства перед таинствами природы. Настоящее любопытство поведет дальше, заставит и искать, и работать, даже если человек не станет ученым.

Потом я прочел много популярных книг. Надо сказать, что тогда их было несравненно меньше, чем сейчас, но… большинство из них были хорошими! Я быстро понял, что для реальной работы в науке надо очень, очень много знать. Огонь любопытства горел во мне, и уже ничто, конечно, меня не могло остановить. Более того — учеба и решение задач, преодоление этих маленьких, но все возрастающих препятствий приносили и все возрастающее наслаждение.

Зачем я все это рассказываю?

Для того, чтобы на собственном примере пояснить две мысли. Во-первых, очень важно возбудить у человека истинное научное любопытство, которое станет в дальнейшем движущей силой. Не столь существенно, будет ли человек ученым. Любовь к науке, знание ее основ, восхищение глубочайшими тайнами, раскрываемыми ею, столь же необходимо всем людям, как общекультурное и эстетическое воспитание. Современный человек не может обходиться без музыки, без картин, без художественной литературы. Так же невозможна для него жизнь без сопереживания достижениям науки, дающей ответы на самые глубокие «как» и «почему», которые мы задаем природе. Известный советский физик В. Гинзбург писал о теории относительности — одной из наиболее совершенных физических теорий современности, что она вызывает «…чувство… родственное тому, которое испытывают, глядя на самые выдающиеся шедевры живописи, скульптуры или архитектуры».

Приведем еще слова известного советского философа Б. Кузнецова о древнегреческом искусстве и науке как о единых элементах человеческой культуры: «…речь идет… о продолжающейся жизни, о новых впечатлениях, чувствах и мыслях, которые внушали и внушают Венера Милосская или Ника Самофракийская. Аналогичным образом мы ощущаем бессмертие диалогов Платона или „Физики Аристотеля“».

Во-вторых, для того чтобы стать физиком или астрономом и чтобы действительно участвовать в научном процессе, надо овладеть всей совокупностью знаний в избранной области. Никакое любительство здесь недопустимо. Современная наука невероятно сложна, а ее математический арсенал столь абстрактен, что непосвященный не может даже вообразить степень сложности всего этого. Для реальной научной работы этим арсеналом надо владеть. Надо глубоко знать современную математику и другие смежные науки. Только такие знания позволят по-настоящему проникать в суть того, что изучает физика и астрономия.

В силу многих причин это доступно не всякому. Не каждый становится физиком, многие владеют математикой лишь в рамках курса средней школы. Так что же, для них навсегда закрыта возможность любоваться удивительными достижениями физики? Невозможно узнать о науке, раскрывающей тайны глубинной структуры материи и фантастические способы взаимодействия элементарных частиц, о науке, открывающей кванты времени и пространства?

Конечно же, это не так, и можно доступно и точно рассказать о достижениях физики любому интересующемуся, не прибегая даже к арифметике. Но для этого не надо стремиться объяснять все детали и трудности расчетов и логические связи, ведущие к заключению. Необходимо поступить иначе — надо попытаться создать яркий образ того или иного явления, заставить почувствовать то, что делают физики. Эти образы можно понимать без всякой математики, ими можно по-настоящему любоваться и восхищаться. Только, если вы не профессионал физик, не надо тешить себя иллюзиями, что, прочитав популярную книжку, вы можете предложить «гипотезу», решающую трудности, о которых в книге говорится. Ничего хорошего из этого, конечно, не выйдет. Образ — это еще не сама физика. Как уже сказано, для создания дельных гипотез надо стать профессионалом. Но наслаждаться образами, созданными профессионалами, могут все.

Для сравнения скажу, что я очень люблю музыку, но бог не дал мне слуха. Никогда не только не сочиню, но даже не смогу воспроизвести простейшую мелодию. Однако с наслаждением слушаю музыку, написанную профессионалами (талантливыми) и исполняемую тоже профессионалами (тоже талантливыми).

Многие совсем не умеют рисовать, но любуются произведениями живописи, не умеют сочинять романы, но наслаждаются, их читая.

По моему глубокому убеждению, подобная ситуация имеет место и в попытках популяризировать науку. Задача автора в этом случае создать яркий образ.

Здесь я попытаюсь рассказать о некоторых достижениях физики, которую очень люблю.

Эта книга о времени, точнее о том, как наука пытается понять, что это такое. Читатель вправе спросить — неужели есть наука о времени? Разве не понятно каждому, что такое время? Что тут можно изучать?

Но попробуйте ответить на вопрос, что такое время, и вы убедитесь, что не сможете это сделать. Известный философ Августин (354–430 гг. до н. э.) писал: «Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься — и вот я уже не знаю, что такое время».

Не правда ли, каждый пытающийся ответить на этот вопрос испытывает сходное смущение? Когда мы задумываемся о времени, то возникает ощущение, что это неудержимый поток, в который вовлечены все события. Тысячелетний человеческий опыт показал, что поток времени неизменен. Казалось бы, его нельзя ни замедлить, ни ускорить. И уж конечно, его нельзя обратить вспять. Долго понятие времени оставалось лишь интуитивным представлением людей и объектом абстрактных философских рассуждений.

В начале XX века выяснилось, что на время можно влиять! Очень быстрое движение, например, замедляет бег времени. Затем выяснилось, что поток времени зависит и от поля тяготения. Обнаружилась также тесная связь времени со свойствами пространства. Так возникла и бурно развивается сейчас наука, которую можно назвать физикой времени (и пространства). Недавно были сделаны открытия в физике элементарных частиц и в астрономии, существенно продвигающие вперед наше знание удивительных свойств времени и приближающие решение его загадок (например, почему цепочка событий времени одномерна, а не имеет еще «ширину» и «высоту», как это имеет место у нашего трехмерного пространства, что было до рождения нашей Вселенной и др.).

Современный этап развития физики характеризуется новым мощным прорывом в нашем понимании строения материи. Если в первые десятилетия XX века было понятно устройство атома и выяснены основные особенности взаимодействия атомных частиц, то теперь физика изучает кварки — субъядерные частицы и проникает еще гораздо глубже в микромир. Все эти исследования теснейшим образом связаны с пониманием природы времени.

В книге рассказывается о том, как понимали время мыслители прошлого, как были сделаны открытия, показавшие, что на время можно влиять. Рассказывается о течении времени в разных уголках Вселенной, о его замедлении вблизи нейтронных звезд, о том, как оно останавливается в черных дырах и «выплескивается» в белых дырах, о возможности «превращения» времени в пространство и наоборот.

Особенно интересны свойства времени в начале взрыва, приведшего к возникновению нашей Вселенной, когда время распадалось на отдельные кванты.

Важное значение для науки и будущей технологии имеют свойства времени в физике сверхвысоких энергий. А в последнее время появились работы, указывающие на возможность создания машины времени, позволяющей путешествовать в прошлое.

В книге рассказывается также о людях, создававших ранее и развивающих сейчас науку о времени. Уж очень часто великие мыслители прошлого или известные современные ученые представляются нам как некие бесплотные имена, известные только из учебников и книг (часто очень сухих). Их образы, по существу, не ассоциируются с живыми людьми, с их интересами, страстями и противоречиями. В этой книге, когда говорится о научном творчестве ученых, приводятся также некоторые штрихи, характеризующие их и как живых людей. Хотя ни в коей мере я не стремился дать их подробные биографии или перечисление научных заслуг.

Книга рассчитана на школьников старших классов, студентов, всех интересующихся загадками современной науки. У читателей не предполагается никаких специальных знаний, выходящих за пределы курса физики средней школы.

В книге я позволяю себе употреблять личные местоимения и говорить от первого лица, в особенности когда говорю об исследованиях, в которых сам принимал участие, или о моих встречах с физиками и астрономами. В связи с этим привожу слова В. Гинзбурга, сказанные им по поводу одного раздела своей научной статьи: «В научной литературе, особенно на русском языке, не принято употреблять личные местоимения — „я“, „мне“ и т. д. В целом это относится и к научно-популярной литературе, в согласии с чем автор выше тоже упоминал о себе лишь в третьем лице или использовал другие принятые в таких случаях обороты речи. Однако трудно, да и странно было бы придерживаться такого способа и в настоящем разделе статьи, носящем, можно сказать, автобиографический характер… Поэтому, как можно надеяться, несколько личных местоимений не вызовут у читателя сильных отрицательных эмоций».

Думаю, что читатель не осудит меня за эту «нескромность» при изложении собственных мыслей и впечатлений.

При создании книги пришлось воспользоваться более ранними популярными работами, в том числе и работами с соавторами, за что я приношу им свою благодарность.

В этой книге приводится достаточно много цитат. Как правило, это неизвестные и малоизвестные высказывания выдающихся ученых прошлого или специалистов — наших современников. Я уверен, что только непосредственно точные слова замечательных людей могут наиболее ясно донести до читателей их мысли (а часто и чувства).