Айзек Азимов - Вид с высоты
Может показаться, что в последнюю фразу вкралась опечатка: вы подумаете, что я хотел сказать «неустойчива», — но нет! И одна десятимиллиардная секунды может быть очень долгим промежутком времени; все зависит от того, что с чем сравнивать. По сравнению с одной секстильонной (10-23) одна десятимиллиардная (10-10) секунды — это целая вечность. Разница между этими двумя интервалами времени такая же, как между одним днем и 30 миллиардами лет.
Может быть, вы и поверите мне на слово, но все же вы не сможете преодолеть чувство некоторой неуверенности. Трудно представить себе отчетливо мир долей секунды, а тем более ничтожно малых долей секунды. Сказать «одна секстильонная секунды» так же легко, как сказать «одна десятимиллиардная», но, как ни легко жонглировать символами, обозначающими подобные интервалы времени, мысленно воспроизвести их оказывается невозможно (или кажется, что невозможно).
Моя идея как раз и связана с попыткой сделать эти доли секунды более доступными воображению. Натолкнул меня на эту мысль способ, используемый в другой сфере измерений, тоже непривычный для нас, тоже лежащий вне привычных понятий — в сфере измерений астрономических расстояний.
Нет ничего странного в словах: «Вега — очень близкая к нам звезда. Она находится всего в 250 триллионах (2,5 · 1014) километров от Земли».
Многие из читающих научную фантастику привыкли к мысли, что в космосе 250 триллионов километров — расстояние совсем не большое. Основная масса звезд в нашей Галактике удалена от солнечной системы примерно на 300 квадрильонов (3 · 1017) километров, а ближайшая к нашей другая большая галактика — на 15 квинтильонов (1019) километров.
Триллион, квадрильон, квинтильон — это все обыкновенные слова, обозначающие полноправные числа; совсем не трудно сказать, какое из них больше и насколько, когда нужно лишь манипулировать символами. Однако представить себе реально, что они означают, — это совсем другое дело.
Весь фокус заключается в том, чтобы воспользовавшись скоростью света, довести эти числа до «карманного» размера. Сами расстояния от этого нисколько не уменьшатся, но без этих многочисленных нулей «-иллионов» они будут легче восприниматься.
Скорость света в пустоте равна 299 779 километрам в секунду. Таким образом, можно определить «световую секунду» как расстояние, которое свет проходит в пустоте за одну секунду; такая единица расстояния равна 299 779 километрам.
Отсюда уже нетрудно основать систему мер. «Световая минута» будет равна 60 световым секундам; «световой час» — 60 световым минутам и так далее, вплоть до хорошо знакомого нам «светового года» — расстояния, которое свет (в пустоте) проходит за год. Это расстояние равно 9 460 000 000 000 километров. Округленно можно считать световой год равным 9,5 триллиона (9,5 · 1012) километров.
Можно перейти и к «световым векам» и к «световым тысячелетиям», но это едва ли кому-нибудь нужно. При измерениях астрономических расстояний чаще всего пользуются световым годом. (Есть еще «парсек», который равен 3,26 светового года, или приблизительно 30 триллионам километров, но эту единицу получают, исходя из другого принципа, и нам она не понадобится.)
Используя в качестве единицы измерения световой год, мы можем говорить, что Вега удалена от нас на 27 световых лет; это совсем немного, если учесть, что большинство звезд нашей Галактики удалено от нашей солнечной системы на 35 000 световых лет, а расстояние от нас до ближайшей другой большой галактики составляет 2 100 000 световых лет. Разницу между 27 и 35 000 (или 2 миллионами) легче представить, чем разницу, скажем, между 250 триллионами и 300 квадрильонами (или 15 квинтильонами), хотя пропорции в обоих случаях одни и те же.
Более того, применение скорости света в качестве единицы расстояния, оказывается, обладает еще тем достоинством, что позволяет несколько проще сформулировать связь между пространством и временем.
Пусть, например, экспедиция, прибывшая на спутник Юпитера Ганимед, в какой-то момент находится в 800 миллионах километров от Земли. (Расстояние до Ганимеда, конечно, меняется со временем, так как и Земля и Ганимед движутся по своим орбитам.) Расстояние от нас до экспедиции можно определить как 44,8 световой минуты.
В чем преимущество такого способа выражать расстояние? Во-первых, с числом 44,8 легче оперировать, чем с числом 800 000 000. Во-вторых, допустим, экспедиция поддерживает радиосвязь с Землей; радиограмма, посланная с Ганимеда на Землю (или наоборот), придет через 44,8 минуты. Таким образом, световые единицы дают и расстояние и время, нужное для связи.
(На самом деле в мире, где межпланетные путешествия станут обычным делом, астронавты, я думаю, будут измерять расстояния не в «световых минутах», а скорее в «радиоминутах».)
Затем, когда (и если) придет время межзвездных путешествий, а с ним и необходимость в скоростях, близких к скорости света, пригодится и еще одно преимущество световых единиц. Коль скоро релятивистское замедление времени в самом деле существует и для путешественника, движущегося с очень высокой скоростью, время течет медленнее, то путешествие на Вегу, видимо, займет у него всего месяц или неделю. Тем же, кто останется дома, на Земле, путешествие на Вегу, удаленную на 27 световых лет, покажется длящимся не менее 27 лет. Путешественник, возвратившийся из такой экспедиции (какой бы короткой она ему ни показалась), обнаружит, что его друзья постарели по меньшей мере на 54 года. Такое же путешествие к туманности Андромеды займет по земному (или «объективному» времени) не меньше 2 100 000 лет, так как Андромеда находится от нашей планеты на расстоянии 2 100 000 световых лет. Тут снова мы сразу оцениваем и расстояние и время.
* * *
Моя идея состоит в том, что этот же принцип можно применить к области сверхкратких промежутков времени.
Вместо огромных расстояний, которые свет покрывает за обыкновенные единицы времени, почему бы не поразмыслить о невероятно кратких мгновениях, за которые свет покрывает обыкновенные расстояния?
Если уж мы решили говорить о «световой секунде», равной расстоянию, которое свет (в пустоте) покрывает за секунду (299 779 километров), то почему не говорить о «световом километре», равном времени, за которое свет (в пустоте) покроет расстояние в один километр, 1/299 779 секунды?
В самом деле, почему бы и нет? Единственное неудобство заключается в том, что 299 779 — не круглое число. Однако по любопытному совпадению, о котором и не грезили создатели метрической системы мер, скорость света очень близка к 300 000 километров в секунду, так что «световой километр» можно принять равным 1/300 000 секунды. Получится даже более круглое число, если заметить, что 31/3 светового километра равны почти точно 0,00001, или 10-5 секунды.
Кроме того, чтобы получить более мелкие единицы времени, нужно лишь задаваться все более и более мелкими единицами расстояния, которое должен пройти свет.
Так, 1 километр (105 сантиметров) равен миллиону миллиметров, а 1 миллиметр (10-1 сантиметров) равен миллиону миллимикронов. Сделав еще один шаг в этом направлении, мы сможем сказать, что 1 миллимикрон (10-7 сантиметров) равен миллиону ферми. Название «ферми» было предложено (но пока еще, насколько мне известно, официально не утверждено) для единицы длины, равной одной миллионной миллимикрона, или 10-13 сантиметров. Эта единица названа в честь покойного Энрико Ферми, и я буду пользоваться ею в дальнейшем.
Итак, мы можем составить табличку световых единиц для самых кратких мгновений начиная со светового километра.
1 световой километр = 1 000 000 световых миллиметров
1 световой миллиметр = 1 000 000 световых миллимикронов
1 световой миллимикрон = 1 000 000 световых ферми
Чтобы перевести эти единицы в обычные единицы времени (1 световой километр = 1/300 000 секунды), нужно просто составить еще одну короткую табличку:
3 световых километра = 10-5 секунд (одной стотысячной секунды)
3 световых миллиметра = 10-11 секунд (одной стомиллиардной секунды)
3 световых миллимикрона = 10-17 секунд (одной квадрильонной секунды)
3 световых ферми = 10-23 секунд (одной стосекстильонной секунды)
Но зачем останавливаться на световом ферми? Можно дробить время все мельче и мельче, снова и снова деля результат на миллион.
Однако вернемся вновь к единице ферми. Она равна 10-13 сантиметров, то есть одной десятитриллионной сантиметра. Что интересно именно в этой конкретной величине и почему она названа по имени знаменитого физика-атомщика? Дело в том, что 10-13 сантиметров, кроме всего прочего, еще и приблизительный размер различных субатомных частиц.
Итак, световой ферми — это время, за которое луч света проходит из конца в конец, например, протона. Световой ферми — время, необходимое самому быстрому из известных движений, чтобы покрыть наименьшее из мыслимых расстояний. Пока не придет день, когда мы откроем что-нибудь, что движется быстрее света и имеет размеры меньшие, чем элементарные частицы, нам едва ли придется столкнуться с периодом времени более кратким, чем световой ферми. Ныне световой ферми — самая малая доля секунды.
