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, ОБЛАДАЮЩЕЕ ЛЮБОЙ МАССОЙ, НЕ МОЖЕТ ДОСТИЧЬ СКОРОСТИ СВЕТА, НЕ ГОВОРЯ УЖЕ О ПРЕВОСХОЖДЕНИИ ЭТОЙ СКОРОСТИ. ЭТО ЗАКОН.
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.
Ничего особенного, не так ли?
Неправильно. Потому что, даже если бы вы пролетели 520 тысяч километров за две его секунды, прошла только одна ваша.
Это 520 тысяч километров в секунду, насколько вы помните.
Так как скорость света составляет 300 тысяч километров в секунду, то вы побили бы универсальный рекорд…
Но это запрещено. Не полицией, но природой. Запомните: ничто не может двигаться быстрее света. Уже в начале двадцатого века многочисленными экспериментами был установлен как данный факт, так и то, что в космическом пространстве свет всегда передвигается с данной скоростью (не большей и не меньшей). Ньютон никогда бы не смог объяснить это с помощью своего видения мира. Но Эйнштейн справился. С помощью своей теории.
В его теории движущихся тел, специальной теории относительности, время и расстояние должны замедляться и сжиматься таким образом, что, как ни смотри, ни один объект никогда не сможет пересечь пределы скорости света с любой точки зрения.
Время земного наблюдателя проходит в два раза быстрее вашего? Тогда проделанное вами расстояние является, с вашей точки зрения, половиной того, что видит наблюдатель.
Летя на скорости 87 % от скорости света, вы за секунду преодолеваете не 520 тысяч километров, а 260 тысяч. То, что кажется километром с Земли, на самом деле полкилометра для вас.
Ваша скорость всегда одинакова, кто бы ни измерял ее – вы или кто-то другой.
Скорости не зависят от наблюдателя. От него зависят только время и расстояния.
Если с прибавлением скорости далекие галактики покажутся вам гораздо ближе, это потому, что они стали гораздо ближе. Объективно. И это относится не только к расстояниям: сами объекты тоже сжимаются вместе со скоростью. Как видно тому, кто не движется вместе с объектом, любая ракета и все ее пассажиры сжимаются. Даже вы. Летя, подобно Супермену, на скорости 87 % от скорости света, с вытянутым вперед кулаком, вы сжались до половины вашего роста, измеренного рулеткой на Земле. А летящие с вами пассажиры не заметили бы этого, так как их рост тоже бы уменьшился…
И все это является следствием установления фиксированной, конечной и непревзойденной скорости света. Все это содержится в открытой Эйнштейном в 1905 году специальной теории относительности: теории, указывающей на законы природы для тех, кто решает путешествовать на (исключительно) высоких скоростях.
Странно? Да.
Противоречит здравому смыслу? Определенно.
Но это то, как работает природа.
Теперь как насчет гравитации? Мы намеренно полностью забыли о ней на некоторое время. Но, если мы хотим иметь реальное представление о Вселенной, придется вернуть ее обратно. Поэтому в настоящее время вы продолжаете стремительное перемещение по Вселенной, чья ткань, пространство-время, взаимодействует с ее энергетическим содержанием и огибает ее, создавая гравитацию.
Вернемся к вам.
Вы в космическом пространстве. Все по-прежнему застыло на месте.
Земля где-то далеко позади. Виденный вами космонавт уже давным-давно мертв и лежит в могиле. Вы мчитесь прямо к далеким галактикам, кажущимся теперь гораздо ближе.
Только помните, что время и пространство – теперь неотъемлемые части пространства-времени – ткани нашей Вселенной; что гравитация – эффект искривления этой ткани под воздействием содержащейся в ней энергии, независимо от ее формы; и что масса – это энергия.
Вы как раз становились все тяжелее и тяжелее, когда заморозили свое путешествие.
Давайте разморозим картинку.
Готовы?
Вы снова летите.
Ваше тело движется чрезвычайно быстро, а двигатели мощно выталкивают вас вперед. Так что вы становитесь все тяжелее, и, так как гравитация заняла свое место на картинке, ваша увеличивающаяся масса все сильнее и сильнее искривляет пространство-время вокруг.
Теперь вы обладает массой небольшой горы.[28]
Пролетающие мимо метеориты начинают скользить вниз по создаваемому вами склону и вскоре даже падать на вас.
Вам больно, когда они сталкиваются с вами, но так как вы становитесь все более тяжелым, не прибывая в объеме, и более плотным, чем прежде, то они разбиваются о вас на мелкие кусочки.
Накапливая все больше и больше энергии, вы становитесь массивнее Земли.
В зоне вашего влияния уже большие метеориты и даже маленькие планеты. Теперь они вращаются вокруг вас.