«Время эластично»: отрывок из книги Карло Ровелли «Порядок времени»

01.05.2018

Реальность часто не та, чем кажется. Земля кажется плоской, но на самом деле сферическая. Солнце, кажется, вращается в небе, тогда как на самом деле это мы крутимся вокруг него. Время также не является тем, чем кажется.

Время течёт по-разному

Надпись на часах: В Р Е М Я О Т Н О С И Т Е Л Ь Н О
Надпись на часах: В Р Е М Я О Т Н О С И Т Е Л Ь Н О

Давайте начнём с простого факта: время проходит быстрее в горах, чем на уровне моря. Разница небольшая, но она может быть обнаружена точными хронометрами, которые можно купить за несколько тысяч фунтов. Это замедление можно быть обнаружено между двумя поверхностями, которые разделяет несколько сантиметров: часы, которые лежат на полу идут немного медленнее тех, что лежат на столе.

Эйнштейн понял это замедление времени за век до того, как у нас были достаточно точные часы для того, чтобы измерить его. Он представил, что Солнце и Земля, каждая в свою очередь изменяла пространство и время, которые окружали их, совсем как тело погруженное в воду выталкивает воду вокруг себя. Это изменение структуры времени влияет в свою очередь на движения тел, заставляя их «падать» по направлению друг к другу.

Что означает это «изменение структуры времени»? Это значит как раз замедление времени, которое описано выше: масса замедляет время вокруг себя. У Земли большая масса и она замедляет время вблизи от себя. Она делает это сильнее на равнинах и слабее в горах, потому что равнины ближе к ней.

Космонавты стареют медленнее
Космонавты стареют медленнее

Если вещи падают, то это связано с замедлением времени. Там, где время проходит единообразно, в межпланетном пространстве, вещи не падают. Они висят в вакууме. Здесь, на поверхности нашей планеты, с другой стороны, движение вещей происходит естественно к местам, где время проходит медленнее. Вещи падают вниз, так как внизу время замедляется Землей.

В физической лаборатории часы на столе и на полу работают с разной скоростью. По которым можно определить время? Этот вопрос бессмысленен. Мы точно также можем спросить, что более реально ─ стоимость фунта в долларах или стоимость доллара в фунтах. Это два времени, которые изменяются относительно друг друга. Ни одно не правдивее другого. Но вообще существует куда больше двух времен. Времена ─ это легион: по одному для каждой точки в пространстве. Мы не описываем, как мир изменяется во времени: мы описываем, как вещи изменяются по местному времени, и как местные времена изменяются относительно друг друга.

До того, как Эйнштейн рассказал нам, что это неправда, как вообще нам в голову пришла идея, что время идёт везде с одинаковой скоростью? Наш прямой опыт взаимодействия со временем не мог внушить нам идею, что время идёт с одинаковой скоростью всегда и везде.

Время измеряли по-другому

Так откуда мы это взяли? Веками мы делили время на дни. Слово «время» вообще происходит от индоевропейского корня, который означает «разделять». Веками мы делили дни на часы. Однако большую часть этих веков часы были длиннее летом и короче зимой, потому что 12 часов делили время между рассветом и закатом: первым часом был рассвет, а двенадцатым закат, независимо от времени года.

Солнечные, песочные и водяные часы уже существовали в древнем мире, в Месопотамии и Китае, но они не играли ту жестокую роль в организации наших жизней, как сегодняшние часы. Только в 14 веке в Европе жизнь людей стала управляться механическими часами. Города и деревни строили свои церкви и устанавливали часы на колокольнях, чтобы отмечать ритм коллективных действией. Началась эра времени, управляемого часами. Постепенно время ускользает из рук ангелов в руки математиков. Этот пример буквально иллюстрируется Страсбургским собором, где установлены две пары солнечных часов. Те, что вдохновлены более ранними солнечными часами 1200 года, увенчаны ангелом, а более новые, 1400 года ─ математиком.

Солнечные часы в Страсбургском соборе
Солнечные часы в Страсбургском соборе

Полезность часов предположительно заключается в их способности показывать одинаковое время. Однако эта идея тоже гораздо новее, чем мы можем себе представить. Веками, пока путешественники ездили на лошадях, шли пешком или ехали в повозках, не было повода синхронизировать часы между разными местами. На то была хорошая причина. По определению полдень ─ это то время, когда солнце находится в высшей точке. У каждого города и деревни были солнечные часы, которые отмечали момент, когда солнце было в своей средней точке, что позволяло выверять часы на колокольне, которые видели все. Но солнце не приходит в эту среднюю точку в один и тот же момент в Венеции или во Флоренции или в Турине, потому что солнце движется с востока на запад. Полдень сначала наступает в Венеции, значительно позже ─ в Турине, и веками часы в Венеции на добрых полчаса опережали туринские. У каждой маленькой деревушки был собственный «час». У парижского вокзала тоже был такой, он немного отставал от других часов в городе, учтиво обращаясь с опаздывающими путешественниками.

Поезд не знает, как справиться с разным временем на каждой станции, помогите
Поезд не знает, как справиться с разным временем на каждой станции, помогите

В 19 веке изобретают телеграф, поезда становятся более распространенными и быстрыми. Возникает проблема синхронизации часов между разными городами. Довольно неудобно составлять расписания поездов, если каждая станция измеряет время по-своему.

Первая попытка привести время к единому стандарту была предпринята в США. Изначально было предложено принять один универсальный час для всего мира. Предполагалось назвать 12 часами момент, когда был полдень в Лондоне, так что полдень выпадал бы на 12 часов в Лондоне и примерно на 18 в Нью-Йорке. Предложение было принято неодобрительно ─ людям нравилось их местное время. В 1883 году был достигнут компромисс, когда было решено поделить мир на временные зоны, делая время стандартным только внутри каждой зоны. Таким образом, расхождение между 12 на часах и местным полднем ограничено тридцатью минутами. Предложение постепенно принимается остальным миром и часы начинают синхронизировать между разными городами.

Вряд ли тот факт, что до того, как получить должность в университете, молодой Эйнштейн работал в патентном ведомстве Швейцарии над патентами, связанными именно с синхронизацией часов на железнодорожных станция, ─ простое совпадение. Наверняка именно там его озарило: проблема синхронизации часов была, в конечном итоге, неразрешимой.

Другими словами, всего несколько лет прошло между моментом, когда мы согласились синхронизировать часы, и моментом, когда Эйнштейн понял, что невозможно сделать это точно.

Оригинал на The Guardian

Бонус: Камбербетч читает вступление к книге Ровелли под красивую анимацию.

Подписывайтесь на нас в фейсбуке, ВК и телеграме ─ там ещё больше интересного. На Дзене тоже подписывайтесь.