К этому выводу Эйнштейн пришел на основании логических рассуждений,4 основанных на известных ему экспериментах, связанных с изучением электромагнитных процессов. Особенно высоко ценил великий теоретик эксперимент голландского астронома де Ситтера, основанный на наблюдениях двойных звезд. Проведенные им исследования показали, что скорость света не зависит от скорости перемещения звезды, испускающей этот свет. Затем этот же факт неоднократно подтверждался и в других опытах.
Итак, скорость света постоянна. Так что же тогда меняется в этом изменчивом мире? Очень многое, в том числе и скорость… течения времени!
Чтобы понять, как это может быть, давайте вслед за Эйнштейном проведем мысленный эксперимент. Снова обратимся к двум лабораториям? одна из которых расположена в чистом поле, а другая в вагоне движущегося поезда.
Пусть на передней и задней стенках вагона имеется по лампочке. Физик-наблюдатель движущейся лаборатории находится посредине вагона, как раз между лампочками, на равном расстоянии от каждого источника света.
Эксперимент построен так, что вспышки света от этих лампочек достигают «поездного» и «полевого» физиков строго одновременно, а именно в тот момент, когда они поравняются друг с другом. Какие выводы должен сделать из этого наблюдения каждый из экспериментаторов?
Физик в вагоне может рассуждать так: «Поскольку сигналы были посланы источниками, находящимися от меня на равных расстояниях и пришли одновременно, значит, и испущены они были строго одновременно».
Физик в полевой лаборатории имеет полное право прокомментировать описываемое событие несколько иным образом: «Когда середина вагона поравнялась со мной, обе лампочки были от меня на одинаковом расстоянии. Но свет был испущен несколько ранее момента, когда меня достиг — ведь как- никак световые лучи имеют пусть и огромную, но конечную скорость. Отсюда логично предположить, что в момент испускания света передняя стенка вагона была ко мне ближе, чем задняя. А так как свет от обоих источников распространяется с одинаковой скоростью, получается, что лампочка на задней стенке вспыхнула раньше, чем на передней…»
В итоге вслед за нашими физиками мы должны будем прийти к выводу: одновременно или неодновременно случилось некое событие, зависит от того, с какой точки зрения мы будем их рассматривать. Если с точки зрения двигавшегося физика, то лампочки вспыхнули одновременно; если с точки зрения физика, находившегося неподвижно, то нет.
А это, в свою очередь, неумолимо приводит нас к некому логическому парадоксу (по крайней мере таковым он кажется на первый взгляд): время в разных системах отсчета течет неодинаково. Время оказывается зависящим от скорости! Оно не абсолютно, а относительно… С точки зрения теории относительности нельзя сказать просто «сейчас столько-то времени». Надо обязательно добавлять, в какой именно системе координат.
Парадокс близнецов
Из чисто логических построений Эйнштейна вскоре последовали и практические расчеты зависимости течения времени от скорости движения. Позвольте здесь опустить математические выкладки (как помните, их не очень жаловал и сам Эйнштейн) и сообщить вам сразу конечный результат. В движущейся системе координат время замедляется по отношению к неподвижной системе в зависимости от близости скорости движения нашего объекта к скорости света.
Это уже дает нам по крайней мере одну принципиальную возможность построить машину времени. Садитесь в ракету, отправляйтесь в длительное путешествие, разогнавшись до скорости, близкой к световой, и вы вернетесь на Землю значительно более молодым, чем ваши современники, провожавшие вас в полет.
В «Популярной физике» Дж. Орира даже приводится точный расчет, насколько вы будете моложе. Если один из близнецов в возрасте 20 лет отправится в космическое путешествие к звезде Арктур на корабле, летящем со скоростью 0,99 скорости света, то, преодолев два раза расстояние в 40 световых лет (до звезды и обратно), он вернется на Землю через 11,4 года по корабельному времени. На Земле же за это время пройдет 80,8 года. Так что брат, оставшийся на планете, должен очень постараться, чтобы дождаться возвращения межзвездного путешественника. Ведь ему к моменту возвращения корабля стукнет 108,8 года! Космический путешественник окажется моложе его на целую жизнь — 69,4 года!
Так что летайте субсветовыми звездолетами! Вы сэкономите себе массу времени! И был совершенно прав известный писатель В. Войнович, когда в одной из своих книг послал своего героя преодолевать 100- летний промежуток именно таким образом. Отправил его звездолетом в путешествие, а когда тот вернулся, на Земле прошло ровно столетие.
«Ну, фантасты способны еще и не на такие чудеса, — вполне справедливо скажете вы. — А вот нам-то, ныне живущим, какой прок от подобных машин времени? Субсветовых звездолетов пока нет, и рассчитывать, что они появятся при нашей жизни, знаете, как-то не приходится…»
Что верно, то верно. И потому на сегодняшний день единственные люди, которые могут воспользоваться выводами из теории Эйнштейна в своих практических целях, — это астрономы.
Расстояния во Вселенной не случайно измеряются световыми годами. Световой год — это тот путь, который световой луч может преодолеть, пока на Земле пройдет год. Стало быть, глядя на звезды, мы видим их не такими, какие они есть в настоящее время, а такими, какими они были 40, 50 и более световых лет назад.
«…Как свет умерших звезд доходит», — сказал В. Маяковский. Сегодня мы видим свет небесных объектов, которых на самом деле уже нет. А самое главное, таким образом мы можем заглянуть в собственное прошлое и прогнозировать отдаленное будущее!
Здесь на помощь ученым приходит метод аналогии. Суть его ее стоит в том, что; наше Солнце — довольно обыденное светило из разряда желтых карликов. Таких на небосклоне — пруд пруди! А значит, наблюдая за ними, определяя их видимый возраст — а это астрономы делать уже научились, — можно получать как бы мгновенные фотографии разных периодов существования нашей звезды. Вот это снимок. Солнца-младенца, вот это — юноши, а вот и старца… Сравнительно недавно, в марте 1987 года, ученым удалось «засечь» момент рождения сверхновой звезды, которую так и нарекли — Сверхновая 1987А.
А вот вам еще один пример. Группа американских астрономов недавно обнаружила столь отдаленный космический объект (квазар), что возможно науке придется пересмотреть саму теорию образования Вселенной. Ведь согласно нынешней точке зрения обнаруженный объект не имеет права на существование.
На сегодняшний день считается, что наша Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва 15–20 млрд. лет тому назад. Поначалу материя распространялась во все стороны равномерно, а потом стала сгущать в галактики и квазары. Так вот астрономы Паломарской обсерватории в Калифорнии, обнаружившие новый квазар, определили его расстояние до Земли в 14 млрд. световых лет.
Однако если объект отдален от нас расстоянием в 14 млрд. световых лет, то это равносильно тому, что мы наблюдаем его таким, каким он был 14 млрд. лет тому назад, т. е. в период ранней юности Вселенной. Беда однако состоит в том, что согласно нынешней теории на столь раннем этапе существования Вселенной квазары еще не должны были образоваться.
Впрочем, сотрудник Принстонского университета Дональд Шнайдер, тоже принимавший участие в этой работе, полагает, что квазар, открытый его коллегами, возможно является единичной аспирацией, т. е. говоря попросту, оптическим обманом. В этом случае теорию образования Вселенной пересматривать не придется.
— Однако нельзя исключить и такую возможность, — говорит Шнайдер — что подобных объектов множество, только мы до сих пор не имели возможности их обнаружить. И если нам удастся найти еще с десяток подобных квазаров, тогда волей-неволей нынешние теории придется подвергнуть пересмотру…
