Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Через полсекунды на ваших часах космонавт снова оказывается на Земле, спустя пару секунд он умирает, вырастают его дети и дети его детей, на Земле пролетают тысячи дней, ночей и лет, и вы теперь слишком далеко, чтобы разглядеть что-нибудь еще.

Для вас проходит еще несколько секунд.

Вы продолжаете ускоряться.

Сейчас больше нет смысла возвращаться на Землю. Вы приземлитесь в будущем настолько отдаленном, что, вероятно, ощутите себя ископаемым и, безусловно, будете считаться таковым.

Вся Вселенная перед вами продолжает становиться все более близкой и плоской.

Сбоку по-прежнему ничего не меняется. Искажения происходят только впереди, по направлению вашего движения.

Вы все еще разгоняетесь.

Вы все ближе и ближе к скорости света, но что-то опять идет не так: хотя ваши ракеты по-прежнему успешно несут вас все быстрее и быстрее сквозь пространство и время, ваша скорость за последнее время не сильно увеличилась.

Более того, энергия ваших ракет, кажется, превращается в… массу.

Да, вы уверены в этом. Вы становитесь тяжелее с каждой минутой.

Годы мучительных диет разрушены ракетами.

Кто бы мог подумать?

– СТОП! – кричите вы, раздраженные этим более остального, и все застывает.

Сейчас вы где-то там, наверху, далеко в космосе, вероятно, в миллионах лет в будущем, но замерли на месте. Легко и непринужденно, как и вся Вселенная. Ничто не движется.

Можно на минуту расслабиться.

Ладно.

Давайте вместе поразмышляем о трех противоречащих здравому смыслу аспектах совершенного вами сверхскоростного путешествия.

Во-первых, время текло по-разному для вас и живущих на Земле, в том числе для космонавта (чье время так близко к времени огромных часов, зависших в небе над домом двоюродной бабушки, что их можно считать здесь идентичными). Обычные механические часы, которые и вы, и космонавт носили на руке, тикали совсем не с одинаковой скоростью, и чем быстрее вы летели, тем более заметно было различие. Это первое изменение. Странно, я согласен, но так и есть.

Вторая испытанная вами вещь – то, что расстояние до объектов впереди вас сжималось: то, что казалось очень далеким, пока вы не двигались быстро, становилось очень близким, как только вы начинали так перемещаться. Что также странно, соглашусь с вами. Но тем не менее тоже факт. Он называется релятивистским сокращением длины движущегося тела или масштаба.[26]

И третье – то, что вы становились все тяжелее и тяжелее. Что, мягко говоря, раздражает, хотя, возможно, не столь же неожиданно, как два других аспекта, принимая во внимание, что теперь вы знаете, что E = mc2 – так что давайте, не откладывая в долгий ящик, рассмотрим этот особый побочный продукт быстрого перемещения.

Ничто, обладающее любой массой, не может достичь скорости света, не говоря уже о превосхождении этой скорости. Это закон. Так что чем быстрее движется что-то, имеющее массу, тем труднее становится его ускорить. Чтобы понять, что означает это на практике, представьте себя летящим так быстро, что добавление всего 1 километра в час к скорости на вашем спидометре будет означать достижение скорости света.

Затем вы достаете из кармана теннисный мяч и бросаете его впереди вас. Для определенности уточним, что вы бросите его со скоростью 20 километров в час.

На Земле это было бы легко. Но именно сейчас – нет. И по существу невозможно. Ничто не может двигаться быстрее света. Так что если вы летите со скоростью, лишь на 1 километр в час отстающей от скорости света, то мяч физически не мог лететь на 20 километров в час быстрее.

Ничто не мешает вам бросить мяч, это правда, – но если мяч не может двигаться быстрее скорости света, то ясно, что придется сделать что-то еще, чтобы зашвырнуть его в пустоту перед вами. И ответ дается нашим старым другом E = mc2 – дополнительная энергия, придаваемая мячу при броске, превращается в массу, так как не может превратиться в скорость.[27]

Вы уже знаете, что массу можно превратить в энергию (внутри звезд, например), а здесь вы имеете пример противоположного явления: энергия превращается в массу. И вот объяснение: вы только что узнали благодаря специальной теории относительности Эйнштейна, почему вы становились все тяжелее до вашего крика и застывания всего вокруг.

Теперь давайте обратимся к двум другим проблемам вашего высокоскоростного путешествия: замедлению времени и сокращению длины.

Большинство людей (включая меня) одновременно озадачиваются и увлекаются фактом, что универсального времени не существует. Здравый смысл, отточенный миллионами лет эволюции на поверхности нашей крошечной планеты, интуитивно восстает против такой идеи. Но, даже если мы можем видеть воздействие времени на нас и вокруг нас, это довольно абстрактное понятие – нематериальный поток чего-то полностью невидимого. Таким образом, несмотря на странность идеи, мы точно можем привыкнуть к мысли, что со временем не так все гладко, как представлялось до сих пор.

Пространство – совсем другое дело, с ним мы считаем себя знакомыми. Но это ошибка. Мы не знаем его.

Метр – это всегда метр, должно быть, думаете вы?

И снова ошибаетесь. В зависимости от того, как посмотреть.

Пространство и время связаны друг с другом: если меняется время, расстоянию тоже придется измениться.

Почему должно происходить именно так, спросите вы?

Почему расстояния и длины обязаны сокращаться, когда время замедляется?

Ответ на этот вопрос заключается в существовании абсолютного, нерушимого предела скорости природы: скорости света.

Если бы расстояния не сжимались, то вы бы уже нарушили этот предел.

В космическом пространстве свет распространяется со скоростью около 300 тысяч километров в секунду.

Наблюдатель на Земле, заметивший вас летящим на скорости 87 % от скорости света, увидит вас на скорости 260 тысяч километров в его секунду.

Летя на такой скорости, вы, впрочем, должны помнить, что секунды, переживаемые сейчас вами, отличаются от его восприятия времени. На скорости 87 % от скорости света одна ваша секунда приравнивается к двум секундам на Земле – и за эти две секунды наблюдатель видит, что вы пролетели 520 тысяч километров. Это видимое им расстояние в два раза больше расстояния, покрываемого вами за одну секунду.