Полет к звездам - Виталий Александрович Бронштэн

Таково одно из интереснейших следствий теории относительности. Но это не только чисто теоретический вывод. Имеются и практические подтверждения этого невероятного, на первый взгляд, обстоятельства.

Известно явление распада мезонов - элементарных частиц с массой в 300 раз больше электрона. Наблюдения показали, что у мезонов, образующихся в космических лучах и обладающих большими скоростями, продолжительность существования возрастает именно так, как предсказывает теория относительности.

Почему же мы не замечаем замедления времени в жизни? Потому что при малых скоростях (сравнительно со скоростью света) разница во времени будет ничтожно мала. Даже на ракете, которая совершит полет по солнечной системе в течение года со средней скоростью 15 км/сек., часы разойдутся с земными лишь на 0,015 секунды. Но если скорость увеличить до 299900 км/сек., то когда на Земле пройдет 38 лет, на ракете пройдет год. Путешественники, вернувшись из своего недолгого, как им казалось, путешествия, застанут на Земле своих детей пожилыми людьми, а внуков - взрослыми. Сами же они состарятся только на год. Правда, чем ближе скорость движения к скорости света, тем труднее ее достигнуть. Но, в принципе, такие скорости достижимы. Значит, «путешествие в будущее» действительно возможно.

ВСЕЛЕННАЯ ИЗ ОКНА ЗВЕЗДОЛЕТА

После того, как будет выключен двигатель фотонной ракеты, ее пассажиры не смогут ощутить той огромной скорости, с которой ракета несет их в межзвездном пространстве. Вероятнее всего, астронавты будут наблюдать космическое пространство на экранах телевизоров, заменяющих окна ракеты. На первый взгляд кажется, что астронавты сразу заметят по смещению звезд, как быстро они мчатся в пространстве. Ведь ракета летит с такой скоростью, что за десять минут покрывает расстояние, отделяющее Землю от Солнца. На самом деле, даже близкая звезда, находящаяся на расстоянии в один световой год, за три часа полета сместится всего на одну угловую минуту, то есть на величину, едва различимую человеческим глазом. И все же у астронавтов будет возможность убедиться в своем стремительном полете, не просиживая долгих часов за наблюдениями и не делая кропотливых измерений, а сразу - по виду окружающего ракету звездного неба.

Хорошо известно, что капли дождя, падающие вертикально, при движении поезда будут оставлять на окнах вагонов косые следы. Это происходит потому, что скорость падения капель и скорость движения поезда складываются. Наклон следов от капель будет в сторону движения поезда.

Точно так же лучи света от звезды, падающие на движущуюся Землю, испытывают некоторый наклон, и мы видим звезду смещенной в сторону движения нашей планеты; Это явление называется аберрацией света.

Скорость Земли (30 км/сек.) невелика по сравнению со скоростью света, поэтому и аберрационное смещение звезд незначительно: оно достигает, самое большее, 20 секунд дуги.

Если ракета движется со скоростью, близкой к скорости света, то астронавты увидят необычную картину. Звезды, которые кажутся нам более или менее равномерно рассыпанными по всему небосводу, «сбегутся» в ту часть неба, куда движется ракета, и в этом направлении небо будет усеяно ими значительно гуще, чем в противоположном.

Но еще больше повлияет на вид звездного неба другое явление - эффект Допплера. При движении навстречу световым волнам частота их становится больше, то есть свет делается более фиолетовым, а при движении в противоположную сторону свет краснеет Если лучи падают не вдоль направления движения, а под некоторым углом, то изменение частоты световых волн будет тем меньше, чем ближе этот угол к прямому. Эффект Допплера хорошо изучен астрономами, которые с его помощью определяют скорость удаления или приближения далеких небесных тел.

Если скорость близка к скорости света, на этот эффект накладывается еще следующее явление. Относительно ракеты все звезды движутся практически со скоростью 250 000 км/сек., и, значит, для наших путешественников время на этих звездах течет медленнее. Медленнее колеблются электроны в атомах, а значит, с меньшей частотой излучаются световые волны. Отсюда следует, что даже свет звезд, расположенных в перпендикулярном направлении по отношению к трассе ракеты, окажется покрасневшим.

Общая картина необычного звездного неба, которая откроется перед космическими путешественниками, будет следующая. Сначала они увидят густо усеянную фиолетовыми звездами область вокруг точки, в направлении которой летит ракета. Затем, по мере удаления от этой точки, звезды встречаются на небе более редко. Цвет их меняется от синего до красного, затем их яркость резко уменьшается, и почти на половине неба позади ракеты совсем не видно звезд, за исключением, может быть, самых ярких, которые будут видны в виде слабых красных искорок.

Но еще более удивительные картины откроются перед астронавтами, если они смогут наблюдать в сверхмощные телескопы процессы, происходящие на отдаленных небесных телах.

Поскольку звезды движутся относительно ракеты со - скоростью 250 000 км/сек., они сократятся в направлении движения ракеты в 1,8 раза и будут выглядеть не шарами, а эллипсоидами. Если ось вращения звезды не совпадает с направлением движения ракеты, то, поворачиваясь вокруг оси, звезда будет менять свою форму, как бы «подставляя» под сплющивание разные точки своей поверхности. Если ракета будет пролегать над плоскостью какой-либо планетной системы, то круговые пути планет для астронавта будут сплюснутыми, эллиптическими. Планеты тоже превратятся в эллипсоиды, вращаясь так же странно, как звезды. Все процессы, текущие на небесных телах, замедлятся в 1,8 раза.

Как мы уже знаем, события, одновременные для наблюдателя на Земле, могут оказаться неодновременными для астронавта, летящего на ракете. Возможны даже такие случаи, как перестановка порядка событий во времени. Допустим, что на противоположных друг другу точках поверхности Солнца происходят два извержения протуберанцев, причем земные астрономы видят одно из них на две секунды раньше, чем другое. Но наблюдатель на ракете сочтет, наоборот, что второе извержение произошло раньше первого на две секунды, а вся картина явления для него будет происходить в 1,8 раза медленнее, чем для наблюдателя на Земле. Вспомнив при этом, что изменяется также яркость и цвет этих образований, легко понять, насколько необычные картины смогут увидеть будущие астронавты.

ПАРАДОКС ВРЕМЕНИ

Если астронавт будет изучать события, происходящие на покинутой им Земле, то он убедится, что и там все процессы, в том числе и жизнь людей, текут в 1,8 раза медленнее. Как же так? Казалось бы, что для наблюдателя на ракете процессы на Земле должны течь