Книга Джордж и корабль времени - Люси Хокинг

Это будут очень простые часы: на одной стороне в корабле лампочка, на другой – зеркало, а сзади – сверхмощные двигатели. Когда корабль неподвижен, лампочка загорается, свет её внутри корабля достигает зеркала и отражается от него. Тик – это время, за которое свет доходит до зеркала, а так – время, за которое он возвращается обратно.

Если бы зеркало находилось в 300 000 километрах от лампочки, то свет (разумеется, если он очень яркий) долетал бы до него за одну секунду и возвращался бы обратно тоже за одну секунду, потому что скорость света – с: то есть 300 000 километров в секунду туда и такое же расстояние за такое же время обратно.

Возвращаемся на наш неподвижный корабль. Итак, на нашем корабле свет будет идти в темпе тик-так, когда бы мы ни посмотрели на него, и с его помощью мы сможем выставить все часы на Земле в том же темпе тик-так.

А теперь наш корабль стартует в космос, а мы смотрим на него с Земли. Первая вспышка лампочки достигает зеркала – но, с точки зрения неподвижного наблюдателя на Земле, за то время, пока свет шёл к тому месту, где должно быть зеркало, это зеркало сдвинулось! Расстояние до зеркала будет зависеть от того, насколько быстро движется корабль: если он сильно разгонится, то свету придётся преодолеть большее расстояние до зеркала. Но поскольку это расстояние увеличилось, а скорость света с не изменилась, то, с нашей точки зрения, увеличилось время, за которое свет достиг зеркала. И то, что до начала полёта было тик, теперь стало тииииик.

При отражении света происходит то же самое. Свет, идущий от зеркала, преодолевает больший путь, чем прежде, чтобы добраться в исходную точку, и так превращается в тааааак. То есть при взгляде с Земли получается, что часы идут медленнее, и кажется, что на движущемся космическом корабле прошло меньше времени. Например, пока медленные часы на корабле протикают час, на Земле уже пройдёт пять часов, а это значит, что космический корабль на четыре часа проник в земное будущее.

Можно представить себе это замедление времени с помощью римских цифр: единицы (I) и пятёрки (V). Когда часы находятся в покое, свет идёт туда и обратно как две цифры I, потому что лампочка и зеркало находятся прямо друг против друга. Первая I – это путь к зеркалу, а вторая I – путь от зеркала. Но когда наш корабль движется, то путь света от лампочки, если смотреть с Земли, выглядит скорее как цифра V. Теперь свету предстоит преодолеть большее расстояние, причём под углом, чтобы сначала отразиться от сместившегося зеркала у основания этой V, а потом – вернуться к исходной точке, которая уже успела сместиться. Это означает, что для наблюдателя на Земле отражение происходит медленнее, когда часы перемещаются, – то есть движущиеся часы идут медленнее.

Такова основная идея замедления времени, предсказанная теорией относительности – одним из гениальных открытий Альберта Эйнштейна (хотя на самом деле эта теория, конечно, куда сложнее). С Земли кажется, что эти часы идут медленно, но если я сам буду находиться на космическом корабле, где, с моей точки зрения, я неподвижен, а Земля удаляется, мне будет казаться, что это земные часы идут медленно, а мои собственные – как обычно. И на Земле, и на космическом корабле часы идут верно – тогда почему же, находясь на космическом корабле, я вдруг узнаю́, что попал в будущее?

Если взглянуть на всё это с математической точки зрения, выяснится, что на замедление времени может влиять и изменение скорости. Поскольку космический корабль при повороте обратно на Землю меняет скорость и направление, условия на корабле отличаются от земных. Замедление времени из-за сверхвысоких скоростей космического корабля и при его повороте приводит к появлению разницы во времени, поэтому по возвращении на Землю корабль неизбежно попадёт в будущее.

Пока мы не можем запускать космические корабли со скоростью, близкой к скорости света, однако проделано несколько интересных экспериментов, показывающих, что Эйнштейнова идея замедления времени верна. В ускорителе частиц – например, в ЦЕРНе в Швейцарии – частицы выстреливают и движутся со скоростями, близкими к скорости света, и, что очень удобно, у многих из них есть при себе что-то вроде часов: период полураспада частицы связан с временем, которое требуется для распада на более мелкие субчастицы. Мы можем измерить в лабораторных условиях этот период полураспада, когда частица находится в покое, а потом измерить его во время движения частицы. И оказывается, что когда частицы движутся, «часы полураспада» идут медленнее, чем когда частица находится в покое, – и это замедление в точности соответствует предсказанному Альбертом Эйнштейном.

Питер

Изменение климата – и что мы с вами можем сделать

Что такое изменение климата?

Мы знаем, что погода может меняться каждый день: сегодня холодно и дождь, завтра жарко и солнечно. Какие-то месяцы или годы могут быть особенно дождливыми или солнечными. Но если взять наблюдения за длительный период, скажем, за тридцать лет, то можно рассчитать средние температуры, среднюю норму осадков и другие показатели. Эти средние показатели мы называем климатом.

На протяжении одной человеческой жизни и в одной конкретной местности климат обычно остаётся примерно одинаковым. Но если брать всю планету в целом, то климат на ней разный. Например, у экватора жарче, чем у полюсов, а в тропических лесах более влажно, чем в пустынях.

Однако в последнее столетие учёные вели очень подробные записи о климате в очень многих местах на Земле – и выяснили, что в большинстве мест в среднем потеплело. Мы называем такое положение дел глобальным потеплением, и это глобальное потепление имеет множество самых разных последствий. В частности, оно означает, что во множестве мест начали таять ледники: например, на горных вершинах или на суше и на море вокруг Северного и Южного полюсов. Вода из тающих ледников стекает в океан, и во всём мире уровень моря поднимается. Где-то климат становится более влажным, а где-то – более сухим. Все эти явления вместе взятые называются изменениями климата. Учёные пришли к выводу, что главная причина изменений земного климата – это мы, то есть деятельность человека. Хотя источник нагрева Земли – это Солнце, благодаря нашей атмосфере температура земной поверхности примерно на 30° Цельсия выше, чем могла бы быть, если бы никакой атмосферы не было. Вот как это происходит. Когда солнечная энергия достигает Земли, повышается температура земной поверхности. Затем тепло с неё улетучивается в космос, но часть его захватывается атмосферными газами, такими как водяной пар и углекислый газ. Это явление носит название «парниковый эффект», потому что его принцип очень похож на то, как обогревают теплицы для выращивания теплолюбивых растений в холодных местностях.