В новом выпуске подкаста «Into the Impossible» астрофизик Брайан Китинг беседует с физиком и популяризатором науки Чэдом Орзелом. В центре дискуссии — история и природа времени, от древних мегалитов до квантовых стандартов, а также философские и технологические вызовы, которые ставит перед человечеством необходимость измерять неуловимое.
📖 История хронометрии: от Стоунхенджа до атомов 1:40
Книга Чэда Орзела «Краткая история хронометрии» (A Brief History of Timekeeping) охватывает колоссальный временной диапазон: от неолитических памятников, таких как Стоунхендж, до современных атомных часов . Название работы неизбежно отсылает к бестселлеру Стивена Хокинга, и Орзел подтверждает эту связь. По его словам, заголовок отражает суть книги — это исследование науки и технологий, позволяющих отслеживать время на протяжении тысяч лет .
Интересные факты о создании книги:
- Обложка книги украшена сложным механизмом шестерёнок; в первой версии дизайна заголовок был расположен так, что читался как «History Brief of Timekeeping», из-за чего изображение пришлось повернуть .
- Брайан Китинг напомнил забавную историю о Стивене Хокинге: на вопрос, зачем он написал свою «Краткую историю времени», которую почти никто не дочитал до конца, учёный ответил, что ему нужно было оплатить обучение дочери в колледже .
- Орзел, работающий в Union College, признался, что для него финансовый вопрос не стоял так остро, но написание книги стало способом систематизировать его курс лекций .
🔭 Галилей, спутники Юпитера и проблема долготы 5:27
Одним из ключевых эпизодов в истории навигации стала попытка Галилео Галилея решить проблему определения долготы в открытом море. В отличие от широты, которую легко вычислить по высоте Солнца или Полярной звезды , долгота требует знания точного времени в двух разных точках одновременно — в текущем месте и в порту отбытия .
По словам Чэда Орзела, предложенный Галилеем метод заключался в следующем:
- Использование спутников Юпитера как «небесных часов». Затмения этих спутников происходят с предсказуемой регулярностью .
- Создание специального шлема с двумя телескопами (напоминающего современные устройства виртуальной реальности), чтобы наблюдатель на качающемся корабле мог зафиксировать момент затмения .
- Однако метод оказался непригоден для морских путешествий: точность наведения на Юпитер с палубы корабля была недостижима, а сами спутники видны не круглый год .
Интересно, что хотя Галилею часто приписывают изобретение маятниковых часов, фактически работающий прототип создал Христиан Гюйгенс спустя десятилетия после смерти итальянского учёного . Гюйгенс сотрудничал с часовщиком Соломоном Костером, о внешности которого, в отличие от знаменитых учёных того времени, не сохранилось ни одного изображения .
⏰ Что такое время: операциональное определение 8:30
На вопрос Брайана Китинга о том, почему мы принимаем тавтологичное определение «время — это то, что измеряют часы», Чэд Орзел отвечает через концепцию «тиканья».
Основные тезисы Орзела о природе времени:
- Часы — это любое устройство, совершающее регулярное повторяющееся действие, которое можно подсчитать .
- В отличие от пространства, где мы можем двигаться в любом направлении, время ощущается нами исключительно как движение из прошлого в будущее .
- Эта необратимость и линейность позволяют использовать упрощённое, операциональное определение времени, которое было бы неудовлетворительным для длины или массы .
Исторически первым «тиканьем» для человечества стали астрономические циклы: движение Солнца (день), смена фаз Луны (месяц) и смена сезонов (год) . Аграрные нужды цивилизаций требовали предсказания периодов посадки культур, что и стало главным стимулом для развития древней астрономии .
🌌 Относительность и «самая счастливая мысль» Эйнштейна 15:45
Революция 1905 года, произведённая Альбертом Эйнштейном, разрушила представление об абсолютном времени. Орзел ссылается на работу Анри Пуанкаре «Измерение времени», где утверждается, что всё, что мы делаем при измерении времени — это вопрос соглашения и удобства .
Ключевые выводы теории относительности в контексте времени:
- Синхронизация: Невозможно говорить о времени в двух разных местах, не обсудив способ синхронизации часов .
- Скорость света: Чтобы скорость света оставалась неизменной для всех наблюдателей, время обязано течь с разной скоростью для людей, движущихся относительно друг друга .
- Гравитация: Эйнштейн назвал «самой счастливой мыслью в жизни» осознание того, что человек в свободном падении не чувствует собственного веса . Это привело к пониманию связи между ускорением и гравитацией.
В 1950-х годах в Гарварде был проведён эксперимент, подтвердивший, что гравитация замедляет время: частота света, запущенного вверх по лестничному пролёту физического корпуса, изменилась в полном соответствии с предсказаниями общей теории относительности .
🤖 Образование в эпоху ИИ и постковидный мир 21:20
Брайан Китинг и Чэд Орзел обсудили будущее профессии профессора. Китинг выразил опасение, что ИИ-аватары (например, виртуальный Эдвин Хаббл) могут заменить живых преподавателей . Однако Орзел считает, что пандемия COVID-19 доказала незаменимость личного присутствия.
Мнение Чэда Орзела об онлайн-обучении:
- Дистанционный формат лишает процесс обучения гибкости и возможности «считывать аудиторию» .
- Студенты во время локдаунов продемонстрировали удивительную готовность соблюдать любые ограничения (маски, социальное дистанцирование), лишь бы иметь возможность учиться очно .
- Технологии VR пока не способны заменить живое человеческое взаимодействие, необходимое для образовательного прогресса .
В качестве перспективной модели образования собеседники обсудили методику Эрика Мазура из Гарварда — «перевёрнутый класс» (flipped classroom), где студенты изучают теорию дома, а в аудитории занимаются дебатами и совместным решением задач .
🚀 Время на Марсе и межпланетные стандарты 27:23
В контексте планов Илона Маска по колонизации Марса возникает вопрос: как координировать время между планетами, если задержка сигнала составляет от 4 до 20 минут? . Чэд Орзел полагает, что человечеству придётся полностью отказаться от привязки времени к вращению Земли.
По мнению гостя, стандартом будущего станет:
- Использование секунды СИ, определённой через 9 192 631 770 колебаний излучения атома цезия-133 .
- Переход на «метрическое» время: килосекунды и мегасекунды, как это описано в научно-фантастическом романе Вернора Винджа «Глубина в небе» .
- Полная декупликация (отсоединение) системы учета времени от планетарных суток .
🧪 Будущее физики: атомные часы как детекторы 32:04
Современные атомные часы достигли такой точности, что могут замечать разницу в ходе времени при подъёме устройства всего на 30 сантиметров (один фут) над уровнем земли . Чэд Орзел видит в этом огромный потенциал для фундаментальной науки.
Перспективы использования сверхточных часов:
- Геодезия: Измерение гравитационного профиля Земли с беспрецедентной точностью .
- Гравитационные волны: Сеть спутников с атомными часами могла бы детектировать рябь пространства-времени, фиксируя микроскопические изменения темпа хода времени .
- Изменение констант: Сравнение часов на разных атомах (например, алюминия и цезия) позволит проверить, остаются ли фундаментальные константы, такие как постоянная тонкой структуры, неизменными на протяжении миллиардов лет . Некоторые теории струн предсказывают, что эти значения могут медленно дрейфовать .
🌀 Психология времени: цикл против линии 36:55
Чэд Орзел отмечает глубокое психологическое различие в восприятии пространства и времени. Если в пространстве мы вольны выбирать направление, то во времени мы — вечные пленники «сейчас», движущиеся только вперед .
В культуре это порождает конфликт двух концепций:
- Линейное время: Характерно для западной (христианской) традиции — от сотворения мира (Альфа) до Апокалипсиса (Омега) .
- Циклическое время: Свойственно восточным культурам и календарю Майя, где всё возвращается на круги своя через огромные циклы .
Физик считает, что именно это напряжение между повторяемостью сезонов и необратимостью человеческого старения делает время столь притягательным и пугающим объектом для философии и науки .
💡 Главный сюрприз в истории времени 46:45
В завершение беседы Чэд Орзел поделился фактом, который больше всего поразил его при написании книги. Вопреки распространенному мнению, песочные часы — это не древняя технология, существующая тысячи лет.
Оба важнейших изобретения появились почти одновременно:
- Первое подтверждённое изображение песочных часов обнаружено на фреске в церкви Сиены (Италия), датируемой началом 1300-х годов .
- Примерно в то же время в европейских церквях начали массово появляться первые механические часы .
- Имена изобретателей обоих устройств остались неизвестны истории — это результат работы «анонимных умельцев», чьи технологии оказались настолько успешными, что быстро стали повсеместными .
