Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [136]

, что традиционно переводится как «голая сингулярность», но выразительнее, да и точнее – «обнаженная»). Вероятно, обнаженные сингулярности не могут появляться во Вселенной; Пенроуз выдвинул эту идею (известную как «принцип космической цензуры» – в смысле «космической благопристойности») и привел веские соображения в ее поддержку, но совсем строгого ее доказательства все-таки нет.

Как мы видели на двух последних прогулках, язык искривленной геометрии оказался очень продуктивным для описания гравитации; но вообще-то метрика (десятикомпонентный Агент) – не единственный и не самый общий способ описывать геометрии. Выбор в пользу метрики и только метрики сделал Эйнштейн, в результате чего и получилась общая теория относительности – теория гравитации, описываемой через метрику. С тех пор изучались и до некоторой степени продолжают изучаться другие варианты (неквантовых) теорий гравитации, иногда вовлекающие дополнительные сущности. От всех таких неэйнштейновских теорий требуется, конечно, объяснить все то, что объясняет эйнштейновская; если, кроме того, появятся экспериментальные факты, которые какая-то из альтернативных теорий сможет объяснить лучше, то выбор будет сделан в пользу этой новой теории, а за общей теорией относительности останется статус «промежуточной» теории, открывшей идею кривизны, но оказавшейся не вполне точной. Даже если такое произойдет, значение и роль эйнштейновской теории в понимании гравитации и движения едва ли станут менее значительными.

Движение на прогулке 7

Материя создает геометрию пространства-времени, т. е. гравитацию, согласно уравнениям Эйнштейна, в которых материя представлена несколькими своими атрибутами, в том числе энергией и количеством движения. Однородное и одинаковое по всем направлениям заполнение пространства пылью порождает расширяющуюся (или, в других условиях, сжимающуюся) вселенную. Расширение Вселенной, в которой мы живем, проявляет себя как необычный вид движения, которое наблюдается для любой пары далеких объектов, но у которого нет единой скорости: объекты удаляются друг от друга тем быстрее, чем больше расстояние между ними. Возрастание скорости удаления до скорости света и выше приводит к ограничениям на размер наблюдаемой Вселенной. Экспериментально обнаруженное ускорение этого расширения заставляет предположить существование темной энергии. Во вселенных с другими геометриями материя может демонстрировать не расширение, а другие виды движения вроде закручивания, распространяющегося и на свет. Управление геометрией не исключает в принципе существования «пузыря», на стенках которого сконцентрирована высокая кривизна, из-за чего он передвигается быстрее скорости света.

Движение пробных тел служит для определения массы и количества вращения черных дыр. Звезды, обращающиеся вокруг черной дыры Стрелец A^*, послужили такими пробными телами в центре нашей Галактики. Теоретическое знание говорит, что внутри эргосферы вращающихся черных дыр все тела приходят в движение вокруг черной дыры, которому принципиально нельзя воспрепятствовать. Там же, в эргосфере, возможны траектории движения, позволяющие извлекать энергию вращения из черной дыры: после разделения движущегося тела одна его часть исчезает в черной дыре, а другая вылетает наружу, забрав часть энергии вращения черной дыры. Движение двух сближающихся черных дыр (или других компактных объектов) вызывает передачу энергии гравитационному полю, возмущение в котором распространяется со скоростью света в виде гравитационных волн; относительно недавнее их детектирование позволяет нам получать недоступные ранее сведения о функционировании и устройстве Вселенной.

Часть 3 Окрестные прогулки

Отложенная прогулка 8 Движение рядом

Рядом с нами – в мире соразмерного нам масштаба – движется многое, включая животных, населяющих леса, тундру, степи, саванны, полупустыни и пустыни, горы и полярные области; птиц, в том числе перелетных, а также водоплавающих и нелетающих; жуков; пчел, ос и шершней; бабочек, стрекоз, мух; комаров и другого гнуса; пауков; головастиков в лужах и тихих водоемах. Постоянно, эпизодически или при необходимости движутся поезда, грузовые и пассажирские, включая подземные; движутся самолеты, вертолеты и дроны разной степени технической оснащенности; планеры и дельтапланы; роторы вертолетов, рули высоты самолетов, закрылки, элероны, предкрылки и интерцепторы на крыльях; движутся эскалаторы в метро и скрытые под ними шестерни; ленты транспортеров; детали и механизмы станков на фабриках и заводах; лифты в многоквартирных домах, гостиницах и торговых центрах; двери на петлях и раздвижные двери; поворачивающиеся дверные ручки; ключи в замках и личинки замков; открывающиеся окна и форточки; ножи кухонных комбайнов и кофемолок; роторы в пылесосах и роботы-пылесосы, ползающие по полу; барабаны в стиральных машинах; вентиляторы в компьютерах и других системах охлаждения и климатического контроля; стрелки, маятники и шестеренки в механических часах; облака в воздухе и воздух в виде ветра различной силы, вплоть до ураганов, а также в туннелях метро впереди поездов; аттракционы в парках; фуникулеры и горнолыжные подъемники различных типов; велосипеды, скутеры, сегвеи, мопеды и мотоциклы; трамваи, троллейбусы и автобусы; грузовые и легковые автомобили, внутри каждого из которых находятся в постоянном движении или время от времени приходят в движение коленчатый вал, карданный вал, распределительные, балансирные и приводные валы; маховик, поршни, клапаны, шатуны, коромысла, компенсаторы, ШРУСы, дифференциалы; вакуумные насосы, насос охлаждающей жидкости, топливный и масляный насосы; вентиляторы охлаждения двигателя и кондиционера, заслонки и клапаны термостатов; диски сцепления, шестерни и подшипники коробки передач, полуоси колес; приводы управления, стояночного тормоза, блока АБС, стеклоподъемников, замков дверей, регулировки кресел; электродвигатель стеклоочистителей и сами стеклоочистители, электродвигатель омывателя; тормозные диски, цилиндры в суппортах; рычаги, пружины и амортизаторы подвески; рейка рулевого управления, электро- или гидроусилитель, шарниры рулевой тяги; стрелки на приборах. Движутся лодки, катера, яхты, паромы, баржи, круизные лайнеры, сухогрузы, танкеры, еще не упоминавшиеся морские животные, а также рыбы в реках, протоках, заводях, прудах, водохранилищах, озерах, морях и океанах; движется вода в водопроводах и мощных гидрантах, в фонтанах и трубах отопления, в водостоках и канализации; в родниках, ручьях и текущих в океан реках с их притоками; в трансокеанских течениях, в Гольфстриме к северу и югу от экватора; в цунами, тайфунах, артезианских колодцах, извержениях, дождях, водоворотах, паводках, разливах, донных волнах, водоразделах, водопусках, гейзерах, водопадах, омутах, мальстрёмах, наводнениях, потопах, ливнях; движутся приводимые в действие водой, ветром или паром турбины и генераторы на электростанциях, разделяющие заряды для передачи и хранения энергии в электрической форме.