Куда течет река времени - Новиков Игорь Дмитриевич

Ну хорошо, скажет читатель, это все касается мельчайших частиц вещества. А наблюдается ли где-либо в природе заметное замедление времени при движении макроскопических тел?

Да, и такие явления известны. Они наблюдаются астрономами. В конце 70-х годов группа американских астрономов во главе с Б. Маргоном обнаружила сверхбыстрые выбросы струй газовых масс из двойной звездной системы, носящей название SS 433. Звезды в такой системе обращаются вокруг общего центра масс, связанные силой взаимного тяготения. Система находится от нас на расстоянии около десяти тысяч световых лет. (Один световой год — расстояние, проходимое светом за год и равное приблизительно десяти тысячам миллиардов километров.) Вследствие сложных процессов, о которых мы здесь говорить не будем, из системы истекают в противоположные стороны две мощных газовых струи со скоростями около восьмидесяти тысяч километров в секунду каждая. Это почти треть скорости света! Чтобы представить мощность потоков в SS 433, приведем такую цифру: за секунду в струях выбрасывается миллиард миллиардов тонн газа.

При столь большой скорости согласно формулам теории относительности время в газовых струях должно течь на несколько процентов медленнее, чем у нас. Конечно, это не такое сильное замедление времени, которое было в случае быстрых элементарных частиц, но оно все же заметно и, конечно, с легкостью может быть измерено. Струи истекающего газа состоят главным образом из нагретого водорода. В земных лабораториях нагретый водород излучает электромагнитные волны строго определенной частоты. Если изучать излучение водорода с помощью спектроскопа, то видно, что водородный газ светит в отдельных линиях определенного цвета, соответствующего частотам колебаний испускающих свет электронов.

При замедлении времени в быстролетящих струях должна уменьшаться частота испускаемых водородом спектральных линий, свет должен краснеть. Это в действительности и наблюдается.

Заметим, что изменение частоты света, то есть его цвета, происходит при движении источника относительно наблюдателя и по другой причине, не связанной специально с теорией относительности. Это известный всем со школьной скамьи эффект Доплера: когда источник движется на нас, то частота световых волн, воспринимаемых нами, увеличивается, цвет света становится более фиолетовым. При удалении источника свет краснеет. Разумеется, эти эффекты никак не связаны с замедлением течения времени.

В случае рассматриваемой здесь звездной системы SS 433 эффект Доплера также наблюдается. Но система эта так устроена, что направление выброса струй все время меняется в пространстве с периодом в 164 дня. Дважды за этот период выброс струй происходит точно поперек нашего луча зрения, в картинной плоскости. В эти моменты газ в струях не приближается к нам и не удаляется от нас и никакого изменения частоты из-за обычного эффекта Доплера не происходит. (Мы не рассматриваем здесь сравнительно небольшую скорость движения всей системы SS 433 по отношению к нам.) Вот в эти моменты и наблюдается астрономами покраснение спектральных линий водорода, вызванное в чистом виде замедлением времени из-за быстрого движения.

Скажем еще, что замедление времени из-за достаточно быстрого движения было измерено с помощью очень точных атомных часов, помещенных на обычном рейсовом пассажирском реактивном самолете. Правда, при этом приходилось учитывать и другие эффекты, влияющие на ход часов.

Можно подвести итог. Как бы ни казался парадоксальным вывод А. Эйнштейна о том, что на быстро движущемся теле время течет медленнее с точки зрения внешнего наблюдателя (относительно которого происходит движение), этот вывод надежно проверен прямыми экспериментами, и никаких сомнений в нем быть не может.

Итак, время относительно. Абсолютного времени не существует.

Мы уже видели, что скорость света играет в теории Эйнштейна особую роль. С этой скоростью распространяются в пустоте все электромагнитные колебания любой частоты: и самые низкочастотные радиоволны, и видимый свет, и высокочастотные рентгеновские лучи, и ультражесткое гамма-излучение. По отношению к любому наблюдателю эта скорость остается одной и той же.

Теория утверждает, что скорость света самая большая из всех возможных в природе скоростей. Как метко выразился советский астрофизик А. Чернин: «Это абсолютный рекорд скорости».

Но что мешает нам разогнать тело до скорости больше скорости света?

Давайте проследим, что будет происходить с телом, если на него будет действовать постоянная сила, разгоняющая его до все большей и большей скорости. И. Ньютон считал, что если сила будет действовать достаточно долго, то тело приобретет сколь угодно большую скорость. Но по теории Эйнштейна с ростом скорости будет расти и масса тела, служащая мерой инерции, то есть мерой «сопротивляемости» тела действующей силе. Этот рост массы является следствием замечательного открытия Эйнштейном эквивалентности массы и энергии. С ростом скорости растет и кинетическая энергия тела, а значит, растет и его масса. Рост массы тела приводит к тому, что действующей на него силе все труднее увеличивать скорость. С приближением же ее к световой его масса растет неограниченно, стремится к бесконечности, и поэтому никакая сила не может заставить скорость тела перевалить световой барьер. Световая скорость является предельной для распространения любых полей и вообще для передачи любой информации.

Познакомимся теперь с еще одной особенностью времени, открытой А. Эйнштейном. Представим себе поезд, движущийся с очень большой скоростью. Один физик стоит посередине длинного открытого вагона-платформы в составе этого поезда. Другой физик стоит на земле, и поезд проносится мимо него. На передней и задней стенках вагона-платформы укреплены лампочки, которые можно зажигать. Устроим эксперимент с зажиганием лампочек так, что свет от обеих лампочек одновременно достигает «поездного» физика, как раз когда он проносится мимо «наземного» физика. И «поездной» и «наземный» физики видят обе вспышки одновременно. Какие выводы они сделают о моментах зажигания лампочек?

«Поездной» физик скажет: «Я стою посередине платформы, расстояние до обеих лампочек одинаково. Увидел я вспышки одновременно, и так как скорость света всегда одинакова и равна с, то, очевидно, лампочки вспыхнули одновременно».

Заключение «земного» физика будет иным: «Я увидел вспышки одновременно, когда рядом со мной была середина платформы с «поездным» физиком и лампочки в этот момент находились от меня на одинаковом расстоянии. Но свету надо некоторое время, чтобы дойти от лампочек до меня, а поезд движется. И значит, когда свет покидал лампочки, задняя (по ходу поезда) лампочка была от меня дальше, чем передняя. Поэтому свет прошел от них неравный путь, от задней он прошел больший путь. Скорость света всегда постоянна и равна с. Я увидел обе вспышки одновременно, поэтому от задней лампочки свет должен быть испущен раньше, чем от передней. Вспышки произошли неодновременно».

Мы видим: то, что происходит одновременно на быстро движущемся теле, неодновременно для физика на земле.

Казалось бы, такое простое и ясное понятие, как одновременность двух событий, оказывается вовсе не столь очевидным. Нет абсолютной одновременности. Это понятие относительно и зависит от движения тела — «лаборатории», по отношению к которой рассматриваются события, как говорят физики — зависит от системы отсчета.

Если события одновременные в некоторой системе отсчета происходят недалеко друг от друга в пространстве, то даже сравнительно быстрые движения делают их неодновременными лишь на ничтожный промежуток времени. Поэтому в обыденной жизни нам кажется, что одновременность абсолютна, очевидна, ни от каких, движений не зависит. И утверждение, например, что ^одновременно с моментом, когда часы на площади показывали двенадцать часов, от перрона отошел поезд, звучит в практическом смысле одинаково и абсолютно понятно и для наблюдателя — человека, стоящего невдалеке на платформе вокзала, и для едущего на автомашине на привокзальной площади. Иное дело для событий, далеко разнесенных в пространстве и по отношению к быстро движущимся друг относительно друга наблюдателям. Так, уже приводившееся нами ранее утверждение, сделанное человеком на Земле: «Сегодня в полдень в Галактике в созвездии Треугольник взорвалась сверхновая звезда», — может оказаться совершенно неверным для космонавта на быстро летящей фотонной ракете.