+7 900 635-97-97

Что такое время? Люди часто задаются этим вопросом — и хотя он кажется скорее философским, на самом деле, о времени нам известно многое, и физик-теоретик Иван Сурнин расскажет о том, как можно ответить на этот вопрос.


 

Физик о том, что такое время

В основе знаний о времени лежат идеи самого конца XIX — начала XX века, сформулированные в работе Альберта Эйнштейна 1905 года «К электродинамике движущихся тел». Знаменитая специальная теория относительности (СТО), о которой шла речь в этой работе, когда-то перевернула все сложившиеся к тому моменту представления о пространстве и времени, а затем была экспериментально подтверждена невероятное количество раз.

Выводы из этой теории контринтуитивны и выглядят, на первый взгляд, парадоксально. Вот представьте: вы возвращаетесь на Землю после долгого космического путешествия. Лететь вы на протяжении пути должны, разумеется, быстро — иначе всей жизни не хватит на то, чтобы долететь хоть куда-то. И прилетев обратно, вы, возможно, с ужасом обнаружите, что Земли уже нет, Солнца тоже, а на его месте горит маленькая яркая звезда, которую когда-то жившие на планете люди назвали бы белым карликом.

Отсюда можно было бы сделать только один вывод: прошло несколько миллиардов лет, Солнце исчезло вместе со всеми планетами системы в ходе своей эволюции к белому карлику, который теперь будет медленно остывать на протяжении многих миллиардов лет.

Но как же так, ведь по вашим «часам» прошло всего лишь каких-то несколько лет? И тут ничего не поделать, таков фундаментальный закон природы: время течет по-разному для тел, которые двигаются с разной скоростью. Откуда этот закон взялся, не знает никто, но проверен он с большой точностью — и пока что отклонения от него не найдены.
Звучит всё это очень спорно, и, возможно, кому-то из вас захочется проверить явление самостоятельно. И для этого, к счастью, необязательно лицезреть гибель мира — достаточно кое-что знать.

Наша планета непрерывно облучается разного рода частицами, летящими из космоса, — например, от Солнца. Летят они очень быстро и, налетая на Землю, сталкиваются с частицами верхних слоев атмосферы, порождая целые ливни из частиц, рожденных в результате этого столкновения. А вот шанс долететь до поверхности планеты есть только у мюонов — частиц, похожих на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее.

Только вот есть проблема: даже они живут не настолько долго, чтобы успеть долететь до нас. Но есть надежда: летят они очень быстро — возможно, время для них замедлится, и они все-таки долетят? Если так и законы СТО действительно работают, то мы все-таки сможем их пронаблюдать, находясь на поверхности Земли!

Эксперимент!
Что для этого потребуется:

  • сухой лед (можно легко заказать в интернете);
  • изопропиловый спирт (продается, например, в магазинах электронных компонентов и приборов);
  • черная сковорода;
  • пластиковый стаканчик (чем больше, тем лучше, но достаточно 0,5 л);
  • черный пластилин;
  • ватные диски;
  • кухонные прихватки, нитриловые перчатки (продаются в аптеке);
  • защитные очки;
  • фонарик.

Порядок действий следующий:

  1. Сначала берем ватный диск и слегка промачиваем его в изопропаноле — так, чтобы спирт стекал. При работе с изопропанолом рекомендуется надеть очки и нитриловые перчатки. Еще у него сильный запах, поэтому желательно, чтобы помещение могло проветриваться.
  2. С помощью пластилина (или чего-то другого) прикрепляем этот промоченный диск ко дну стаканчика изнутри.
  3. Теперь надо прилепить пластилин равномерно по краю стакана и приклеить стакан дном вверх к сковороде. Пластилин нужен не только для того, чтобы стакан держался на сковородке, но и чтобы внутренность стакана оставалась герметичной. Поэтому очень важно, чтобы не было никаких дырок между стаканом и сковородой.
  4. Ставим сковороду на сухой лед. При работе с ним наденьте прихватки, так как без них можно получить ожог. Желательно проветривать помещение, потому что сухой лед, испаряясь, увеличивает концентрацию углекислого газа в воздухе. Но несильно. У сухого льда очень низкая температура, поэтому он сильно охладит сковороду. Спирт, испаряясь с ватного диска, будет «спускаться» вниз (так как он тяжелее воздуха) и охлаждаться. Образуется так называемый переохлажденный пар — это метастабильное состояние. Его особенность состоит в том, что малейшее возмущение (изменение) среды приводит к конденсации, то есть переходу в жидкое состояние. Этим возмущением и будут пролетающие мюоны. Пролетая сквозь пар, они будут «возмущать» его на протяжении своей траектории. И мы увидим это как появление тонкой белой «нитки» — трека частицы, которая затем начнет сразу же опадать.
  5. Треки очень тонкие, и их может быть плохо видно. Поэтому рекомендуется делать опыт в темноте, предварительно использовав фонарик так, чтобы он светил на вашу конструкцию сбоку и освещал треки. Чтобы увеличить концентрацию изопропанолового пара, можно положить на дно сверху тряпочку, смоченную горячей водой. Это стимулирует испарение изопропилового спирта с ватки и сделает треки более заметными.

Вот и всё. Таким образом, вы будете непосредственно наблюдать частицы, родившиеся в верхних слоях атмосферы. Они никак не смогли бы долететь до нас, если бы время для них не текло медленнее.

Кстати, с помощью хорошей камеры Вильсона — именно так называется созданное вами устройство — можно много чего увидеть и понять об окружающем мире.

 

Рекомендуем почитать: