Машины создания
Шрифт:
На Земле, человек может идти пешком или плыть только на определённые расстояния, но никакой таинственный край или барьер вдруг не остановит его путешествия. Просто Земля круглая. Ограничение скорости в пространстве предполагает не больше "светового барьера", чем предел расстояния на Земле предполагает стену. Само пространство – вакуум, который содержит энергию и материю, имеет свойства. Одно из них – это его геометрия, которая может быть описана, если рассматривать время как особое измерение. Эта геометрия заставляет скорость света отступать перед ускоряющимся космическим кораблём во многом подобно тому как горизонт отступает перед движущимся по морю кораблём: скорость света, подобно горизонту
Люди давно мечтали о контроле над гравитацией. В издании 1962 года книги "Очертания будущего" Артур Ц. Кларк писал, что "Из всех сил гравитация – самая загадочная и самая неумолимая", и дальше продолжал, предлагая мысль, что мы однажды разработаем подходящие устройства для управления гравитацией. Однако действительно ли гравитация такая таинственная? В общей теории относительности Эйнштейн описывал гравитацию как кривизну в пространственно-временной структуре вакуума. Математическое описание этого элегантно и точно, и делает предсказания, которые прошли через все испытания, с тех пор предпринимаемые.
Гравитация не более и не менее неумолима, чем остальные силы. Никто не может заставить валун потерять свою гравитацию, но также никто не может заставить электрон потерять свой электрический заряд или электрический ток – своё магнитное поле. Мы управляем электрическими и магнитными полями, передвигая частицы, которые их создают; мы можем управлять гравитационными полями аналогичным образом, передвигая обычные массы. Представляется, что мы не можем изучить секрет управления за гравитацией, потому что мы уже это сделали.
Ребёнок с маленьким магнитиком может поднять гвоздь, используя магнитное поле, чтобы преодолеть гравитационное притяжение Земли. Но к сожалению для страстного желания инженеров, работающих с гравитацией, использование гравитации, чтобы поднять гвоздь, требует огромной массы. Если прямо у вас над головой будет находиться Венера – это почти сделает то, что нужно, пока она не упадёт на вас.
Инженеры возбуждают электромагнитные волны, передвигая электрические заряды туда-сюда в антенне; можно возбудить гравитационные волны, перемещая камень в воздухе. Но опять же, гравитационный эффект слабый. Хотя в радиостанции мощностью в один киловатт нет ничего необычного, перемещение и закручивание всей массы солнечной системы вместе взятой не может выделить так много, как один киловатт гравитационных волн.
Мы понимаем гравитацию достаточно хорошо; в этом просто нет большой пользы для построения машин намного легче чем Луна. Но устройства с использованием большой массы, будут работать. Гидроэлектростанция – часть гравитационной машины (другая часть – Земля), которая извлекает энергию из падающей массы. Машины, используя чёрные дыры, будут способны извлекать энергию из падающей массы более чем с 50-процентной эффективностью, основываясь на формуле Е=mc 2
Вылить одно ведро воды в чёрную дыру выделило бы столько же энергии, сколько переливание нескольких триллионов вёдер воды через генератор дамбы гидроэлектростанции в километр высотой.
Поскольку законы гравитации описывают, как искривляется вакуум, они также применимы к научно-фантастическим "искривлениям пространства". По-видимому, туннели из одной точки пространства в другую были бы нестабильны, даже если они могли бы быть прежде созданы. Это не позволяет будущим космическим кораблям достигать отдалённых точек быстрее, чем свет,
По-видимому, закон Эйнштейна даёт аккуратное описание общей геометрии вакуума. Если так, то пределы, которые получаются в результате, неизбежны: вы можете избавиться почти от всего, но не от самого вакуума.
Другие законы и пределы выглядят неизбежными по аналогичным причинам. В действительности физики всё больше приходят тому, чтобы описывать все физические законы в терминах структуры вакуума. Гравитационные волны – определённый тип колебаний вакуума; чёрные дыры – определённый тип завихрения. Аналогично, радиоволны – другой вид колебаний вакуума, а элементарные частицы – ещё один, очень отличающийся вид завихрения (которые в некоторых теориях напоминает крошечные вибрирующие струны). С этой точки зрения существует только одно вещество во вселенной – вакуум, но оно принимает множество форм, включая те структуры, которые мы называем "твёрдой материей". Этот взгляд наводит на мысль о неизбежных свойствах естественного закона. Если единое вещество, которое заполняет вселенную – это и есть вселенная, то его свойства ограничивают то, что мы можем делать.
Однако странность современной физики ведёт к тому, что большинство людей ей не верят. Революции, которые произвели квантовая механика и относительность, породили разговоры о "принципе относительности", "волновой природе материи", "материи, которая суть энергия" и "искривлённом пространстве-времени". Атмосфера парадокса окружает эти идеи и таким образом саму физику. Понятно, что новые технологии должны выглядеть для нас странно, но почему древние и неизменные законы природы оказываются загадочными и шокирующими?
Наш мозг и языки развились так, чтобы иметь дело с вещами, намного превосходящими по размерам атомы, движущимися с крошечной долей скорости света. Они сделали в этом достаточно хорошие успехи, хотя чтобы научиться описывать движение падающего камня заняло у людей столетия. Но мы простерли наше знание далеко за пределы древнего мира ощущений. Мы обнаружили вещи (материальные волны, искривлённое пространство), которые кажутся причудливыми, и некоторые просто находятся вне нашей способности их представить. Но «причудливый» не значит таинственный или непредсказуемый. Математика и эксперименты тем не менее работают, позволяя учёным разнообразить и отбирать теории, производя в них эволюцию так, что они подходили даже под странную реальность. Человеческий разум оказался замечательно гибким, но не особо удивительно обнаружить, что мы не можем всегда себе представить невидимое.
Часть причины, что физика кажется такой странной в том, что люди страстно жаждут странностей, и имеют склонность распространять мимы, которые описывают вещи как странные. Некоторые люди поддерживают идеи, которые скрывают мир в слоях и наполняют его таинственностями вида "уровень Б". Естественно, они поддерживают и распространяют мимы, которые заставляют материю выглядеть нематериальной и квантовую механику выглядеть как ветвь психологии.
Относительность, как уже сказано, обнаруживает, что материя (которая – обычная старая материя, которую люди думают, что понимают) – это на самом деле энергия (эта тонкая таинственная субстанция, которая заставляет события происходить). Это даёт почву для широкого тумана на тему тайны вселенной. Могло быть более понятным сказать, что относительность обнаруживает, что энергия – одна из форм материи, во всех её формах, энергия имеет массу. Действительно, световые паруса работают на этом принципе, благодаря удару массы в поверхность. Свет даже идёт упакованным в частицы.