Загадки мироздания

Предположим, что на одном из кораблей часы из-за замедления времени отстали на час. Следовательно, когда корабли снова встретятся, на часах одного из них должно быть, скажем, 2.15, а на часах другого — 3.15.

Но какие же именно часы в таком случае будут отставать? Ведь экипаж корабля А клянется, что медленнее шли часы на корабле В, а экипаж корабля В — что на корабле А. Поэтому и те и другие закономерно ожидают, что отставать на час будут часы другого корабля. Поскольку и те и другие одновременно правы быть не могут, то возникает неразрешимая дилемма, получившая название «парадокс часов».

На самом деле такого парадокса не существует. Если один из кораблей только что пролетел мимо другого с огромной скоростью и оба экипажа уверены, что именно на втором корабле часы шли медленнее, им никогда не удастся сравнить показания часов, поскольку корабли уже расстались навсегда. Часы с обоих кораблей нельзя будет поставить рядом и сравнить их показания.

Но допустим, что оба корабля все же сначала пролетели один мимо другого, а потом снова встретились и встали борт о борт, чтобы все же сравнить показания часов. Для того чтобы это могло случиться, необходимо выполнение определенного условия. Один из кораблей должен получить ускорение, то есть изменить свою скорость. Кораблю В для того, чтобы сделать это, потребуется развернуться по кривой линии, направить свой курс обратно к кораблю A, а затем притормозить до полной остановки в точке рядом с кораблем А.

Сам факт ускорения уже искажает симметричность ситуации. Корабль В изменяет свою скорость не только относительно корабля А, но и относительно всей Вселенной, всех звезд и галактик. Экипаж корабля В может пребывать при этом в уверенности, что их корабль как раз находится в покое, а вот корабль А каким-то образом придвигается к ним, но тогда ведь придется признать, что и вся Вселенная вокруг них пришла в движение. А вот экипаж корабля А видит движение только корабля B, а вся Вселенная остается при этом неподвижной для них.

И именно ускорение корабля В по отношению ко всей Вселенной (а не только к кораблю А) приводит к замедлению часов на корабле В, которое признает любой независимый наблюдатель. Когда корабли встретятся, то часы именно корабля В покажут 2.15, в то время как на часах корабля А будет 3.15.

Если же, с другой стороны, корабль В будет продолжать движение с неизменной скоростью, а корабль А, резко ускорившись, бросится вдогонку и настигнет корабль В, то благодаря этому ускорению любой независимый наблюдатель признает, что замедлился ход часов именно корабля А.

Эффект, при котором все наблюдатели согласны с тем, что замедление времени испытывает именно ускоряющийся объект, получил название «релятивистское расширение времени», и в космическом веке ему уже нашлось подходящее применение.

Ближайшая к нам звезда, альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,25 светового года, то есть 40 000 000 000 000 (40 триллионов) километров (см. главу 17). А поскольку скорость света — это максимально возможная скорость вообще, то можно сделать вывод, что путешествие до альфы Центавра в принципе не может занять менее 4,25 года.

На самом деле космический корабль никогда не сможет достичь скоростей, близких к скорости света, иначе, как посредством долгого постепенного ускорения, так что большую часть пути ему в любом случае придется пройти со скоростью гораздо меньше световой, а значит, и общее время пути до альфы Центавра будет значительно дольше, чем 4,25 года.

Но благодаря эффекту расширения времени получится не совсем так. Допустим, корабль будет двигаться с ускорением 1 g (тогда члены экипажа будут чувствовать привычный вес, равный земному, а «низом» для них станет корма корабля). Сочетание ускорения и высокой скорости приведет к замедлению времени на корабле, признаваемому всеми внешними наблюдателями.

На Земле за срок, проведенный кораблем в пути, может пройти десять лет, но для экипажа, в соответствии с корабельными часами, которые будут двигаться все медленнее по мере набора кораблем скорости, путь до альфы Центавра займет всего 3,5 года.

По мере того как скорость корабля, под действием постоянного ускорения, будет все больше возрастать и приближаться к световой (впрочем, достичь самой световой скорости так и не удастся), время для экипажа будет расширяться все больше и больше. Корабль сможет преодолевать удивительно огромные расстояния за сравнительно небольшое (с точки зрения экипажа) время.

Однако не будем забывать, что эффект расширения времени действует только на сам корабль; Земля при этом будет двигаться с той же скоростью, что и всегда, и время на ней будет течь по-прежнему. Поэтому для жителей Земли время перелета будет очень долгим.

Наглядным примером тому может послужить нижеприведенная таблица, где приводится расчет для космического корабля, удаляющегося от Земли с постоянным равномерным ускорением 1 g.

Так что наши космонавты всего за четверть века вполне могут добраться не только до других звезд, но и до других галактик.