Точність часу та його важливість для науки
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
У наші дні великий попит на миті. XIX століття почало гонитву за точністю часу. Як естафету передало двадцятому століттю ідею кварцових годинників. Їх назвали «мікроскоп часу»: без зусиль можна отримати тисячні, мільйонні, мільярдні і більш дрібні частки секунди. Такі частки потрібні радистам для земного і космічного зв’язку, пілотам надзвукових літаків, фізикам, що вивчають ультрашвидкі процеси. Але кварц, на жаль, ніжний – на його роботу впливає найменша зміна температури та інших факторів. На хід маятника діє гравітація, на кварц – температура. Чи є, нарешті, що-небудь постійне в цьому світі? Є.
У жовтні 1967 року XIII Міжнародна конференція з мір та ваг постановила: «Секунда – це 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133». Почалася нова ера в метрології – ера атомного часу. За яким ми всі живемо і зараз. Точність еталона запаморочлива: дванадцятий знак після коми!
Для земної техніки еталонна точність «заготовлена» про запас. Але для подій планетарного і космічного масштабу її вже недостатньо. У 1754 році Іммануїл Кант довів, що морські припливи зобов’язані грати роль гальма обертання Землі і подовжувати добу на 0,0016 секунди в сторіччя. На початку XX століття кварцові годинники підтвердили правильність гіпотези. І ще дозволили уточнити: обертання Землі сповільнюється на три тисячних секунди в 75 років – швидше передбаченого в два з половиною рази.
Квантові стандарти частоти, різко підвищивши точність вимірювань, вказали і на інші закони руху «кульки». Не тільки припливи і відливи, але і дрейф материків, різний розподіл повітряних мас за порами року, випадання снігу і танення його, навіть поява зеленого листя в лісах – все відбивається на обертанні Землі. Вона обертається стрибками! Вчені дізнаються про них занадто пізно. А Земля, як корабель у морі, повинна мати «свій» хронометр. В принципі це може бути лазерний гіроскоп. У ролі «стрілок» два лазерних променя, які за системою дзеркал біжать назустріч один одному. У стані спокою довжини їх хвиль однакові. Як тільки гіроскоп почне обертатися, настане неузгодженість, і тоді ми зможемо записати графік «робочого дня» планети.
Поки такого приладу немає. Але буде. А вся історія науки свідчить: як тільки в розпорядженні дослідників виявляються нові прилади, народжуються нові відкриття.
Вчені ділять простір на все більш короткі відрізки, вимірюючи дрібні краплі часу. «Простір – час» взаємозалежні. Теоретично обчислені межі дроблення: найменший можливий розмір – приблизно 10-33 сантиметри і відповідно квант часу 10-43 секунди. Що там, в цих тісних межах? Так він поводиться там, як і в нашому макросвіті, це незмінно, вперто біжучий вперед час, який, за словами американського математика Мартіна Гарднера, «…більше нагадує магічний зелений килим, який розгортається прямо під ногами і згортається відразу ж позаду…» Але чому магічний килим ніколи – на жаль! – не розгортається назад? Який фізичний базис цієї дивної і непереборної асиметрії часу? З цього приводу серед фізиків є так само мало згоди, як і серед філософів. А нині, в результаті недавніх експериментів, замішання стало ще більше, ніж раніше.
Гіпотези фізиків говорять про абсолютно фантастичні речі. Всередині протонів і нейтронів діють настільки потужні поля, що швидкість поширення світлового сигналу може стати уявною. На відстанях 10-17 сантиметри виникає так звана «грудка подій», коли рветься звичний причинний зв’язок, світловий промінь може загнутися, зробити кілька обертів і піти далі, ні від чого не відбиваючись, як би падаючи кудись в нескінченність.
Автор: А. Ратов