Точность времени и его важность для науки
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
В наши дни велик спрос на мгновения. Век XIX начал погоню за точностью времени. Как эстафету передал двадцатому веку идею кварцевых часов. Их назвали «микроскоп времени»: без труда можно получить тысячные, миллионные, миллиардные и более мелкие доли секунды. Такие доли нужны радистам для земной и космической связи, пилотам сверхзвуковых самолетов, физикам, изучающим ультрабыстрые процессы. Но кварц, увы, нежен — на его работу влияет малейшее изменение температуры и других факторов. На ход маятника действует гравитация, на кварц — температура. Есть ли, наконец, что-нибудь постоянное в этом мире? Есть.
В октябре 1967 года XIII Международная конференция по мерам и весам постановила: «Секунда — это 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133». Началась новая эра в метрологии — эра атомного времени. По которому мы все живем и сейчас. Точность эталона головокружительна: двенадцатый знак после запятой!
Для земной техники эталонная точность «заготовлена» впрок. Но для событий планетарного и космического масштаба ее уже недостаточно. В 1754 году Иммануил Кант доказал, что морские приливы обязаны играть роль тормоза вращения Земли и удлинять сутки на 0,0016 секунды в столетие. В начале XX века кварцевые часы подтвердили правильность гипотезы. И еще позволили уточнить: вращение Земли замедляется на три тысячных секунды в 75 лет — быстрее предсказанного в два с половиной раза.
Квантовые стандарты частоты, резко повысив точность измерений, указали и на другие законы движения «шарика». Не только приливы и отливы, но и дрейф материков, различное распределение воздушных масс по временам года, выпадение снега и таянье его, даже появление зеленой листвы в лесах — все отражается на вращении Земли. Она вращается скачками! Ученые узнают о них слишком поздно. А Земля, как корабль в море, должна иметь «свой» хронометр. В принципе это может быть лазерный гироскоп. В роли «стрелок» два лазерных луча, которые по системе зеркал бегут навстречу друг другу. В состоянии покоя длины их волн одинаковы. Как только гироскоп начнет вращаться, наступит рассогласование, и тогда мы сможем записать график «рабочего дня» планеты.
Пока такого прибора нет. Но будет. А вся история науки свидетельствует: как только в распоряжении исследователей оказываются новые приборы, рождаются новые открытия.
Ученые делят пространство на все более короткие отрезки, измеряя мельчайшие капли времени. «Пространство — время» взаимозависимы. Теоретически вычислены пределы дробления: наименьший возможный размер — приблизительно 10-33 сантиметра и соответственно квант времени 10-43 секунды. Что там, в этих тесных пределах? Так ли оно ведет себя там, как и в нашем макромире, это неизменно, упрямо бегущее вперед время, которое, по словам американского математика Мартина Гарднера, «…больше напоминает магический зеленый ковер, развертывающийся прямо под ногами и свертывающийся сразу же позади…» Но почему магический ковер никогда — увы! — не развертывается обратно? Каков физический базис этой странной и непреодолимой асимметрии времени? По этому поводу среди физиков имеется так же мало согласия, как и среди философов. А ныне, в результате недавних экспериментов, замешательство стало еще больше, чем прежде.
Гипотезы физиков говорят о совершенно фантастических вещах. Внутри протонов и нейтронов действуют столь мощные поля, что скорость распространения светового сигнала может стать мнимой. На расстояниях 10-17 сантиметра возникает так называемый «комок событий», когда рвется привычная причинная связь, световой луч может загнуться, сделать несколько оборотов и пойти дальше, ни от чего не отражаясь, как бы падая куда-то в бесконечность.
Автор: А. Ратов