Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [110]

В условиях сильной гравитации и больших скоростей движение вблизи притягивающего центра происходит не по Кеплеру – Ньютону: появляется возможность падения на центр, эллипсы размыкаются и могут деформироваться до орбит «лепесток-намотка», а устойчивые орбиты не существуют слишком близко к центру и при количестве вращения ниже некоторого порогового. Вокруг притягивающего центра возникает горизонт событий – воображаемая поверхность, из-под которой не может выйти наружу ничто, даже свет. Движение от удаленных областей до горизонта происходит за ограниченное время по движущимся часам, но занимает все будущее время с точки зрения удаленных наблюдателей. Движение под горизонтом черной дыры неотвратимо ведет к ее центру, который из точки в пространстве превращается в момент будущего времени. Движение вблизи вращающихся тел и черных дыр демонстрирует вовлечение во вращение, и внутри эргосферы вращательное движение неотвратимо.

Расхождение соседних геодезических определяет кривизну пространства-времени – геометрическую основу приливных сил. Сколько-нибудь протяженные объекты, движущиеся в области с высокой кривизной, не могут сохранить свою целостность.

Прогулка 7 Говорит и движется материя

Маршрут:Десятирукий Агент. – Наследник Пифагора. – Почти произвольные правила. – Десять голосов материи. – Двадцать оттенков кривизны. – Уравнения Эйнштейна. – Конструктор вселенных. – Совсем не наши вселенные. – Наконец-то обмануть систему? – Пустая кривизна. – Два тела, поле и волны.

Главный герой:уравнения Эйнштейна

Десятирукий Агент. Движением пробных тел распоряжаются геодезические. Геодезическими распоряжаются уравнения, в формулировке которых использованы правила параллельного переноса. Эти правила во многом определяют искривленное пространство-время, но они – еще не тот Агент, существование которого Ньютон в большой степени подозревал, но степень «материальности» которого не могла быть ему ясна (см. главу «прогулка 1»). Современное название для всех таких агентов – поле: это явление, существующее в пространстве в некотором «распределенном» виде, изменяющееся с течением времени и проявляющее себя в воздействии на другие элементы реальности. Для этого ему (полю) необходимо самому обладать энергией, что и означает его материальность. И еще оно должно каким-то образом создаваться, в зависимости от окружающей реальности. Для гравитации, которая «стала геометрией», нужен Агент, который умеет все это, но одновременно с этим описывает геометрию: как минимум требуется, чтобы он понимал, что такое параллельный перенос.

Воздействие любого поля на другие элементы мира (электрон, кирпич, Луну, свет – что угодно) выражается в каких-то изменениях их состояния, очень часто – движения. Воздействия измеряются числами, поэтому и говорят, что поле – это сколько-то чисел в каждой точке пространства, которые могут меняться с течением времени. Во всяком случае, я часто так говорил, пока мне эта фраза не разонравилась; не из-за того, что она неверная, а из-за того, что она неполная. К сказанному надо как минимум добавить, каким же образом из чисел, задающих поле, получаются изменения в состоянии каких-то пробных объектов. И правила, по которым поле создается, тоже не будут лишними. Две главные новости про Агента – отвечающее за гравитацию поле, существование которого смутно предугадывал Ньютон, – таковы:

1. У него десять (!) компонент, т. е. десять чисел в каждой точке пространства-времени. Ньютон был бы, вероятно, удивлен таким изобилием; но двести лет после публикации «Начал» определенно не были потрачены впустую, и подобные «многосоставные» сущности стали появляться естественным образом при изучении природы.

2. Столько чисел требуется как раз для того, чтобы Агент имел все полномочия, которые требуются, чтобы полностью отвечать за геометрию четырехмерного пространства-времени.

Агент замыкает взаимоотношения пространства-времени и материи в единое целое. Он сам определяет параллельный перенос в пространстве-времени; при этом он достаточно внимателен, чтобы ни в чем не противоречить тому, что способны сделать наши старые знакомые локальные наблюдатели (а их главное достижение – лестница Шильда). Организовав параллельный перенос, а значит, и уравнения для геодезических, Агент определяет, как полетят разбросанные по космосу гайки: именно через него теперь «пространство-время говорит материи, как ей двигаться». Одновременно он вступает в отношения с материей: когда она «говорит пространству-времени, как ему искривляться», Агенту приходится внимательно ее, материю, слушать (эти отношения – самая сложная часть истории, которая разворачивается на этой прогулке). Агент обслуживает обе части канонического тезиса в главе «прогулка 6».

Я хочу представить этого «десятирукого» персонажа, но сделать это, с одной стороны, необременительно, а с другой стороны, так, чтобы была видна его связь с пространством-временем. Приоритет я отдаю второму, из-за чего Агент может показаться несколько назойливым. Как бы то ни было, все десять его компонент перечисляются не как «первая», «вторая», …, «десятая», а в виде треугольника