Ғарыш уақыты туралы 36 қызықты мәліметтер

Уақыт адамзат тәжірибесінің ең іргелі әрі сонымен бірге ең жұмбақ санаттарының бірі болып саналады – біз оның ішінде өмір сүреміз, оны өлшейміз және оның ағысын сезінеміз, алайда оған толық әрі түпкілікті анықтама беруге не философияның, не физиканың шамасы жеткен жоқ. Мыңдаған жылдар бойы адамдар уақытты абсолютті әрі өзгермейтін нәрсе ретінде қабылдап келді – ол барлық жерде бірдей, бәрі үшін ортақ, өткеннен болашаққа қарай тұрақты жылдамдықпен ағатын құбылыс деп есептелді. Бұл интуитивті түсінік XX ғасырдың басында күйреді, сол кезде Альберт Эйнштейн уақыт әмбебап тұрақты шама емес екенін, оның қозғалыс жылдамдығына және гравитациялық өрістің күшіне тәуелді екенін көрсетті. Ғарыш масштабында бұл ашылым ерекше маңызға ие болады – Әлем шамамен он төрт миллиард жыл бойы өмір сүріп келеді, ал ондағы уақыттық үдерістер күнделікті интуицияны толық жоққа шығаратын заңдарға бағынады. Ғарыштық уақыт – бұл жай ғана өте үлкен сандар емес, бұл шындықтың мүлде өзгеше өлшемі, онда уақыттың табиғаты икемді, салыстырмалы және таңғаларлықтай тосын сипатқа ие болады. Ғарыштық уақыт туралы отыз алты дерек адам санасы түсіне алатын шекараларға дейінгі саяхатқа шақырады.

1. Бақыланатын Әлемнің жасы шамамен 13,8 миллиард жылды құрайды – бұл көрсеткіш реликттік сәулеленуді және кеңістіктің кеңею жылдамдығын өлшеу нәтижесінде алынған. Масштабты түсіну үшін: егер Әлем тарихының барлығын бір күнтізбелік жылға сыйдырсақ, онда адамзат өркениетінің бүкіл өмірі 31 желтоқсанның соңғы бірнеше секундына ғана сәйкес келеді.
2. Үлкен жарылыс тек материя мен энергияны ғана пайда қылған жоқ – ол кеңістік пен уақыттың өзін қалыптастырды. Бұл оқиғаға дейін «бұрын» деген ұғым әдеттегі мағынасында болмаған, өйткені уақыт физикалық категория ретінде Әлеммен бірге пайда болды. «Үлкен жарылыстан бұрын не болды?» деген сұрақ физикалық тұрғыдан «Солтүстік полюстен солтүстікке қарай не бар?» деген сұрақ сияқты мағынасыз.
3. 1905 жылы жарияланған Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясы уақыт әртүрлі жылдамдықпен қозғалған нысандар үшін әртүрлі өтетінін дәлелдеді. Дене неғұрлым жылдам қозғалған сайын, оның санақ жүйесіндегі сағаттар соғұрлым баяу жүреді – бұл құбылыс қозғалыс кезіндегі уақыттың баяулауы немесе уақыт дилатациясы деп аталады.
4. Уақыттың баяулауы тек теориялық тұжырым емес, өлшенетін нақты құбылыс. Сағатына шамамен 900 километр жылдамдықпен ұшатын ұшақтардың бортындағы атомдық сағаттар жердегі дәл сондай сағаттардан әрбір ұшу сағаты сайын бірнеше наносекундқа қалып қояды – күнделікті өмір үшін бұл өте кішкентай айырмашылық, бірақ ол мыңдаған тәжірибелермен дәлелденген.
5. «Егіздер парадоксы» деп аталатын әйгілі ой тәжірибесі салыстырмалы уақыт баяулауының мәнін айқын көрсетеді. Егер екі егіздің бірі жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен саяхатқа аттанып, ал екіншісі Жерде қалса, онда саяхатшы қайта оралғанда қалған егізден жас болып шығады – бұл тек метафора емес, нақты биологиялық жас айырмашылығы.
6. 1915 жылы ұсынылған жалпы салыстырмалылық теориясы уақытқа қатысты тағы бір құбылысты қосты – гравитациялық уақыт баяулауы. Кеңістік-уақытты қатты иетін аса массивті нысандардың маңында сағаттар алыстағы кеңістікпен салыстырғанда баяу жүреді. Гравитациялық өріс неғұрлым күшті болса, бұл әсер соғұрлым айқын байқалады.
7. Гравитациялық уақыт баяулауы GPS спутниктік навигация жүйесінің жұмысына дәл қазір әсер етіп отыр. Спутниктер Жер бетімен салыстырғанда әлсіздеу гравитациялық өрісте орналасқандықтан, олардың борттық сағаттары тәулігіне шамамен 45 микросекундқа жылдамырақ жүреді – бұл айырмашылық арнайы бағдарламалық түрде түзетіліп отыр, әйтпесе навигациялық қателіктер күніне бірнеше километрге дейін жиналар еді.
8. Нейтрон жұлдызының бетінде – массасы Күннен бір жарым-екі есе үлкен, бірақ көлемі бір қаланың шамасындай ғана нысанда – уақыт ашық ғарыштағы уақытпен салыстырғанда шамамен 30 пайыз баяу өтеді. Егер бақылаушы мұндай жұлдыздың бетінде субъективті бір жыл өткізсе, Жерге оралғанда Жерде шамамен он төрт ай өткенін көреді.
9. Қара құрдымның оқиға көкжиегіне жақын жерде уақыттың баяулауы шектен тыс деңгейге жетеді. Алыстағы бақылаушы үшін қара құрдымға құлап бара жатқан нысан барған сайын баяулап, ешқашан көкжиекті толық кесіп өтпейтіндей көрінеді – ол сол жерде «қатып қалғандай» болады, ал құлап бара жатқан нысанның өз көзқарасы бойынша шекарадан өту белгілі бір уақыт ішінде жүзеге асады.
10. Қара құрдымның оқиға көкжиегі – қайтып оралу мүмкін емес шекара, бұл жерден қашып шығу жылдамдығы жарық жылдамдығынан асып кетеді. Бұл шекараның ішінде уақыт сол жерде тұрған кез келген нысан үшін жүре береді, бірақ ол жерден ешқандай ақпарат сыртқа шыға алмайды, сондықтан қара құрдымның «ішкі уақыты» сыртқы бақылаушы үшін принципті түрде байқалмайды.
11. Қара құрдымның ортасындағы сингулярлық – материя тығыздығы шексіздікке ұмтылатын нүкте – жалпы салыстырмалылық теориясының теңдеулері жұмысын тоқтататын аймақ болып саналады. Физиктер дәл осы жерде кеңістік-уақыт табиғатын шектік жағдайларда сипаттай алатын кванттық гравитация теориясы қажет деп есептейді.
12. Жарық жылы – жарықтың бір Жер жылы ішінде жүріп өтетін қашықтығы – шамамен 9,46 триллион километрге тең. Бұл уақыт емес, қашықтық бірлігі, бірақ ол кеңістік пен уақытты тығыз байланыстырады, өйткені бізге алыстағы нысандардан келетін жарық өткен шақ туралы ақпарат жеткізеді – біз жұлдыздарды қазіргі күйінде емес, миллиондаған жыл бұрынғы күйінде көреміз.
13. Андромедаға – Құс жолына ең жақын ірі галактикаға – қараған кезде біз оны шамамен 2,5 миллион жыл бұрын қандай болған күйінде көреміз. Қазір біздің көзімізге және телескоптарға жетіп отырған жарық сол уақытта галактикадан шыққан – дәл сол кезеңде Жер бетінде Homo тұқымының алғашқы өкілдері пайда бола бастаған еді. Алыстағы нысандарды бақылау – бұл өткенді бақылаудың нақты көрінісі.
14. Бақыланатын Әлем бөлшектер көкжиегі деп аталатын шекарамен шектеледі – бұл жарық Әлем өмір сүрген уақыт ішінде бізге жетіп үлгерген ең алыс қашықтық. Бұл көкжиектің ар жағында нысандар болуы мүмкін, бірақ олардың ақпараты бізге әлі жеткен жоқ және Әлемнің кеңеюі қазіргі жылдамдықпен жалғаса берсе, ешқашан жетпеуі де мүмкін.
15. Әлемнің кеңеюі қара энергия деп аталатын жұмбақ құбылыстың әсерінен үдей түсуде – ол бүкіл Әлем энергиясының шамамен 68 пайызын құрайды. Кеңею жылдамдаған сайын көбірек нысандар бақылау көкжиегінен асып кетеді және мәңгілікке көрінбей қалады – алыс болашақтағы Әлем барған сайын бос әрі суық бола түседі.
16. Планк уақыты – шамамен 5,4 × 10⁻⁴⁴ секунд – қазіргі физикалық теориялар тұрғысынан мағынасы бар ең қысқа уақыт аралығы болып есептеледі. Бұдан да кіші масштабта уақыт ұғымының өзі мағынасын жоғалтады – кеңістік-уақыт «кванттық көбікке» айналып, әдеттегі координаталар мәнін жоғалтады.
17. Уақыт жебесі – өткеннен болашаққа қарай бағытталған қайтымсыздық – термодинамиканың екінші заңымен және энтропияның өсуімен байланысты. Физиканың іргелі заңдары уақытты кері айналдыруға қатысты симметриялы болғанымен, макроскопиялық үдерістер – бұзылу, энергияның шашырауы, араласу – тек бір бағытта жүреді, сол арқылы уақыттың «жебесін» анықтайды.
18. Пульсарлар – өте жылдам айналатын нейтрон жұлдыздары, олар қатаң периодтық радиоимпульстар шығарады – ғарыштағы ең дәл «сағаттардың» бірі болып саналады. Кейбір пульсарлардың айналу кезеңі атомдық сағаттармен салыстыруға болатын дәлдікпен тұрақты сақталады және жалпы салыстырмалылық теориясының болжамдарын тексеру үшін пайдаланылады.
19. Қос пульсарлар – бір-біріне жақын орбитада айналатын екі нейтрон жұлдызынан тұратын жүйелер – күшті гравитациялық өрістегі уақыт баяулауын тікелей өлшеуге мүмкіндік берді. Мұндай жүйелерді бақылау салыстырмалылық теориясының болжамдарын пайыздың үлестеріне дейінгі дәлдікпен растады.
20. Гравитациялық толқындар – 2015 жылы LIGO детекторы алғаш тіркеген кеңістік-уақыт толқындары – миллиардтаған жыл бұрын болған қара құрдымдар мен нейтрон жұлдыздарының бірігуі туралы ақпарат тасиды. Әрбір осындай құбылыс – кеңістік-уақыт матасының өзіндегі бұрмалану арқылы жеткізілген өткеннің нақты «хабары».
21. Реликттік сәулелену – бүкіл Әлемді толтырып тұрған микротолқынды фон – Үлкен жарылыстан кейін шамамен 380 мың жыл өткендегі ғарыштың күйінің «суреті». Бұл бақылаушыға жетуі мүмкін ең ерте электромагниттік сәулелену, өйткені оған дейінгі кезеңде ыстық плазма фотондар үшін мөлдір болмаған.
22. Әлемнің «Үлкен тоңу» деп аталатын ықтимал соңғы кезеңі триллиондаған жылдардан кейін болуы мүмкін – сол кезде барлық жұлдыздар сөнеді, қара құрдымдар Хокинг сәулеленуі арқылы буланып кетеді, ал қалған бөлшектер шексіз кеңейіп жатқан кеңістікте таралып кетеді. Энтропияның ең жоғары күйі «жылулық өлім» деп аталады.
23. Хокинг сәулеленуі – 1974 жылы Стивен Хокинг болжаған кванттық құбылыс – қара құрдымдардың баяу түрде массасын жоғалтып, буланып кететінін көрсетеді. Күн массасына тең қара құрдым толық буланып кетуі үшін шамамен 10⁶⁷ жыл қажет болады – бұл қазіргі Әлем жасынан әлдеқайда үлкен уақыт.
24. Қазіргі физикадағы ең маңызды мақсаттардың бірі – жалпы салыстырмалылық теориясын кванттық механикамен біріктіретін кванттық гравитация теориясын құру. Мұндай теория уақыттың дискретті болуы мүмкін екенін – ең кіші «уақыт кванты» бар екенін – болжайды.
25. Ілмекті кванттық гравитация теориясы мен суперішектер теориясы – кванттық гравитация теориясына негізгі үміткерлердің екеуі – кеңістік-уақыт табиғатын әртүрлі түсіндіреді. Екеуі де Планк масштабында кеңістік-уақыт тегіс төртөлшемді құрылым болуын тоқтататынын болжайды.
26. Физика философиясындағы «блоктық Әлем» тұжырымдамасы өткен, қазіргі және болашақ бір мезгілде бар деп пайымдайды – олар төртөлшемді кеңістік-уақыт нысанының әртүрлі бөліктері ретінде қарастырылады. Бұл көзқарас бойынша «болды», «бар» және «болады» деген бөлініс – саналы тіршілік иелерінің қабылдау тәсілінен туған субъективті иллюзия.
27. Бір мезгілділіктің салыстырмалылық теориясы «қазір» ұғымының өзі ғарыштық қашықтықтарда абсолютті мағынадан айырылатынын көрсетеді. Бір бақылаушы үшін бір мезгілде болған екі оқиға басқа бақылаушы үшін әртүрлі уақытта болуы мүмкін.
28. Космологиялық принцип Әлем үлкен масштабта біртекті әрі изотропты деп болжайды. Бұл кеңістікте ерекше нүкте де, ғарыштық уақытта ерекше сәт те жоқ дегенді білдіреді – Әлемнің орталығы да, бүкіл бөліктері үшін бірдей «қазірі» де жоқ.
29. Инфляция кезеңі – аса жылдам экспоненциалды кеңею кезеңі – Үлкен жарылыстан кейін шамамен 10⁻³⁶ мен 10⁻³² секунд аралығында болған. Осы өте қысқа уақыт ішінде Әлем бірнеше рет үлкейіп, кванттық флуктуацияларды болашақ галактикалардың тұқымына айналдырды.
30. Күн жүйесінің жасы шамамен 4,6 миллиард жыл – бұл бақыланатын Әлем жасының шамамен үштен бір бөлігі. Бұл біздің Күн пайда болғанға дейін бірнеше ұрпақ жұлдыздардың өмір сүргенін білдіреді, олардың ішінде ауыр элементтер – көміртек, оттек, темір – түзілген.
31. Бақыланатын Әлемдегі ең көне жұлдыздар Үлкен жарылыстан кейін шамамен 200–300 миллион жыл өткен соң пайда болған. Олардың кейбірі әлі де бар – өте әлсіз жарық шығаратын қызыл ергежейлі жұлдыздар триллиондаған жыл өмір сүре алады.
32. Біздің планетамыз қалыптасқан жұлдызаралық шаң мен газ кем дегенде бір супержаңа жұлдыздың жарылысы арқылы өткен. Адам қанының құрамындағы темір атомдары мен сүйектердегі кальций атомдары миллиардтаған жыл бұрын жұлдыз ядроларында түзілген.
33. «Ғарыштық жыл» немесе галактикалық жыл ұғымы Күн жүйесінің Галактика ортасын бір толық айналып шығу кезеңін білдіреді – ол шамамен 225–250 миллион Жер жылына тең. Жер пайда болғаннан бері біздің жүйе шамамен жиырма осындай айналым жасаған.
34. Квазарлар – мыңдаған галактикалардың жарығынан да күшті жарқырайтын алыстағы галактикалардың белсенді ядролары – негізінен Әлемнің ерте кезеңдерінде байқалады. Бұл олардың дәуірі әлдеқашан өткенін көрсетеді.
35. Кейбір физикалық теориялар мультиғалам ұғымын қарастырады – онда әртүрлі физикалық тұрақтылар мен уақыт заңдары бар көптеген жеке Әлемдер болуы мүмкін.
36. Салыстырмалылық физикасында бақылаушы тек пассивті көрермен емес, өлшеудің белсенді элементі болып саналады – оның жылдамдығы мен гравитациялық өрістегі орны уақыттың қалай өтетінін анықтайды.

Ғарыштық уақыт бізге үйреншікті шындықтың әлдеқайда күрделі әрі таңғаларлық құрылымның бір ғана көрінісі екенін көрсетеді. Эйнштейн уақыт туралы түсінікті жүз жылдан астам бұрын өзгертті, бірақ бұл өзгерістің дүниетанымдық салдары әлі толық игерілген жоқ. Ғарыш туралы жаңа ашылымдар – гравитациялық толқындар, қара құрдымдардың бейнелері, Әлем жасының нақтылануы – уақыттың тек оқиғалардың фоны емес, олардың белсенді қатысушысы екенін көрсетеді. Уақыттың өзі пайда болғаны, эволюцияға ұшырағаны және бір күні аяқталуы мүмкін екені туралы түсінік адамзат ойының ең таңғаларлық жетістіктерінің бірі болып қала береді.