Юный техник, 2000 № 01

Сейчас, когда мы входи к в новый век, мы вновь задаем себе фундаментальный вопрос о том, что такое время и что мы о нем знаем.

К счастью, в наше время теория относительности дает точный ответ на эти вопросы. Считается, что время — это физический фактор, который отвечает за длительность всех процессов во Вселенной.

Но до сих пор считалось, что повлиять на этот фактор мы не можем, и споры шли только о том, является ли время непрерывным или же состоит из отдельных моментов, то есть квантов времени.

Последние эксперименты показали, что время действительно нужно измерять отдельными квантами и длительность самого минимального из них не должна превышать 10^-43 секунды, что доказывается также квантовой физикой.

Время в нашей Вселенной рассматривается как фактор ее расширения, а температура, например, рассматривается как фактор уровня кинетической энергии частиц определенной среды, а в конечном итоге насколько данная среда нагрета или охлаждена.

Считается, что наша Вселенная раньше была сжата в очень малой области до больших плотностей и поэтому вещество в ней было нагрето до огромных температур и энергий, таким образом, развивались интенсивные процессы взаимодействия в этом первоначальном веществе, которые привели к Большому Взрыву. В результате Большого Взрыва наша Вселенная стала расширяться, что было доказано в 20-х годах американским астрофизиком Эдвином Хабблом при исследовании им спектра излучений галактик. Таким образом, с каждым моментом времени расширяется и Вселенная.

Можно рассмотреть процесс расширения по стадиям пространства-времени, когда изменяется не только пространство, но и течение времени. И тогда перед нами встает интересный вопрос, который задает теория относительности. Этот вопрос касается уникальных объектов во Вселенной — черных дыр. Черные дыры представляют собой очень плотные образования, которые имеют маленький размер. Именно поэтому они обладают большим гравитационным полем, которое позволяет им захватывать все окружающее их вещество и даже свет, а также все другие виды излучений. Черные дыры образуются при сильном сжатии вещества массивных звезд в конце их эволюции.

Однако современной квантовой физикой доказано, что элементарные черные дыры могут быть и очень маленькими, с массой порядка 10^-8 кг и размером в 10^-35 м.

Если теперь вспомнить о том, что время — это фактор расширения Вселенной, то так как черные дыры захватывают все окружающее их вещество и даже свет (а также все другие виды излучений), получается, что расширения Вселенной в этой области не происходит, а это значит, что в области черных дыр время должно замедляться; и, наоборот, при распаде этих объектов время должно ускоряться.

Такие интригующие возможности, которые дает нам теория относительности, не должны быть упущены. Именно такая мысль навела автора этой статьи на начало развития серии экспериментов, которые были проведены в НИИ «КВАНТ-2».

Суть этих экспериментов заключалась в том, чтобы получить элементарную черную дыру в лабораторных условиях и доказать, что с помощью этого объекта действительно можно изменять — замедлять и ускорять — время. Для этого нам нужно было встречными электромагнитными полями сжать область плазмы, полученной в результате аннигиляции встречных пучков электронов и позитронов.

При таких условиях мы можем смоделировать процессы, которые идут на звездах, ведь, учитывая знаменитую формулу Альберта Эйнштейна Е = МС², можно заменить большие массы вещества на большие энергии.

Действительно, в точке с диаметром порядка 10^-4 — 10^-5 мм, где происходило столкновение встречных пучков электронов и позитронов, разогнанных до 2 МэВ, напряженность электрического поля составляла 10⁸ В/м при плотности пучков 10⁶ — 10⁸ А/см², а магнитная индукция составляла 8 Тл.

Такие условия привели к тому, что в этой точке электрон-позитронная плазма нагревалась до температур в 2,6 миллиарда градусов, что соответствовало 14-й секунде с момента расширения Вселенной. На область полученной плазмы действуют в основном три силы. Гравитационные силы частиц стремятся сжать область плазмы, в то время как силы давления гамма-излучения, возникающего в результате реакции аннигиляции электронов и позитронов, стремятся расширить область плазмы. Электромагнитные силы действуют между частицами плазмы, но так как все частицы в точке взаимодействия пучков электронов и позитронов хаотически перемешиваются, то эти силы в целом на область плазмы не влияют.