Как стать астронавтом? Все, что вам следует знать, прежде чем вы покинете Землю

Одним из самых важных открытий Эйнштейна было то, что скорость света всегда постоянна, независимо от того, как быстро вы движетесь, везде во Вселенной (черные дыры остаются загадкой для некоторых законов физики, но это тема для другой книги, написанной настоящим физиком, а не летчиком-истребителем).

Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, рассмотрим два поезда, движущиеся навстречу друг другу со скоростью 50 км/ч. Если вы едете на одном из них, то кажется, что другой поезд двигается со скоростью 100 км/ч в вашем направлении. Однако, если вы светите лучом света на кого-то в другом поезде, вы будете измерять его скорость, а она будет 300 000 км/с, и когда этот луч света от вашего фонарика попадет в него, он также измерит ее как 300 000 км/с. Он не будет воспринимать свет, как если бы он двигался со скоростью 100 км/ч. Независимо от того, где вы находитесь или с какой скоростью двигаетесь, свет всегда движется с одной и той же скоростью. Даже если оба поезда двигались бы со скоростью равной 99 % скорости света, пассажир на другом поезде все равно воспринимал бы ваш световой луч, как попадающий в него на нормальной скорости света. Странно, но это правда.

Постоянная скорость света является одной из основ физики, потому что это имеет большое значение для того, как работает Вселенная. Скорость света является абсолютным пределом скорости, ничто не может двигаться быстрее.

Другая основа – текучая природа времени. Допустим, вы находитесь на Земле со своим приятелем и синхронизируете свои наручные часы. Он взлетает и облетает галактику со скоростью, близкой к скорости света. Когда он вернется, и вы сравните часы, ваши будут немного спешить по сравнению с его часами, которые будут опаздывать. Его часы отсчитали гораздо меньше времени, чем ваши. Он не только кажется, но и на самом деле намного моложе вас благодаря своим высокоскоростным галактическим путешествиям. В фильме «Интерстеллар» есть сцена, где экипаж спускается на планету рядом с черной дырой в очень сильном гравитационном поле, которое по физике эквивалентно ускорению. По их ощущениям они находятся там всего несколько часов, но когда возвращаются к своему товарищу по экипажу, вращающемуся далеко от черной дыры, обнаруживают, что он стал на несколько десятков лет старше из-за этой относительности.

Что именно вызывает это странное замедление времени? Эйнштейн предложил две различные теории – специальную и общую теорию относительности. Это чрезмерное упрощение, но специальная теория относительности основывается на скорости. Однако общая теория относительности основывается на ускорении, которое также может быть измерено наличием гравитационного поля. Эти теории приводят к выводу, что скорость света постоянна – возможно, это не слишком понятно, но поверьте мне, это правда.

Руководствуясь теориями Эйнштейна, можно сделать несколько противоречивых выводов о моем пребывании на орбите. Когда я вращался со скоростью 28 000 км/ч относительно поверхности Земли, для меня, по сравнению с землянами, время немного замедлилось, если принимать во внимание специальную теорию относительности. Однако я находился на высоте примерно 400 километров, где земная гравитация (она же ускорение) немного меньше, чем на поверхности планеты. Благодаря этому уменьшению гравитационного поля время для меня текло чуть быстрее, чем для людей, находящихся на поверхности Земли. Однако во время старта и посадки я находился под действием сильного ускорения, что замедляло время.

Итак, суммируя все эти эффекты, можно прийти к следующему выводу: замедление времени из-за моей более высокой скорости, ускорение из-за чуть меньшей гравитации на орбите и очень короткое замедление при ускорении во время запуска и посадки, в период с 23 ноября 2014 года по 11 июня 2015 года, привели к тому, что я действительно постарел чуть меньше, чем все, кто читает эту книгу (если только вас не зовут Антон или Саманта). По словам моего друга-физика из НАСА, всего лишь на 0,007 секунды, но эй, я согласен и на это!

Обратный вход в атмосферу

45. Катание на американских горках Обратный вход в атмосферу – это не для слабаков

Есть несколько ключевых вещей, которые каждый космический корабль должен выполнить, если его экипаж хочет сойти с орбиты и вернуться на Землю. Наиболее очевидным является изменение траектории полета, чтобы приблизиться к атмосфере, где сопротивление воздуха захватит его и безжалостно опустит на поверхность планеты. Следующий шаг – необходимо выдержать огромные температуры при повторном входе в верхние слои атмосферы. Изменение угла траектории полета в самолете – вещь относительно простая: вы надавливаете на ручку, перемещая ее «от себя», и давление воздуха на руль высоты сдвинет нос самолета вниз, и деревья станут большими. Потяните ручку назад, т. е. «на себя», и деревья станут меньше.