Неважно, кто вдохновил вас на космические путешествия – НАСА, Звёздный путь или Эйнштейн, они содержат в себе удивительные возможности. Многие из нас мечтали о том, чтобы на ракете или путём телепортирующего луча попасть в космос и летать между планетами или звёздами, но нам всё же приходится иметь дело с законами физики… а также с нашими семьями по возвращению домой. Именно это беспокоит нашего читателя, рассказывающего следующую историю:
Иногда, обычно по пятницам после работы, мой друг Скотти при помощи луча телепортации перемещает меня на Энтерпрайз на прогулку вокруг Солнца по орбите Земли. Прогулка занимает порядка 2 часов, поэтому наша скорость должна быть довольно близкой к скорости света, но не превышать её. Во время прогулки я выпиваю пару бутылочек пива, так что к тому времени, как Скотти перемещает меня обратно на порог дома, жена не верит мне, когда я говорю ей, что я не был в местном пабе.
Довольно убедительная история. Давайте проверим, удовлетворяет ли путешествие читателя законам физики.
Чтобы облететь вокруг Солнца по орбите Земли, вам нужно пройти 940 млн км. Чтобы проделать его за пару часов, вам нужно путешествовать со средней скоростью в 44% от скорости света – это позволяет теория относительности Эйнштейна. Вам не нужны червоточины, варп-двигатель, ничего кроме обычных ракет. И огромного количества энергии.
В сериале Звёздный путь перемещение с досветовыми скоростями обеспечивали при помощи импульсных двигателей. Варп-двигатель хорошо подходит для перемещения на огромные расстояния, но для точных манёвров он не приспособлен; вам совершенно не захочется, выйдя из варп-режима, оказаться внутри планеты или звезды. Импульсные двигатели не искривляют ткань пространства-времени, они просто работают по принципу третьего закона Ньютона: выбрасываете атомы, плазму или свет в направлении, противоположном движению, и ускоряетесь в нужном вам направлении. Именно так работали абсолютно все ракеты, изобретённые человечеством.
Предположим, что телепортационные переносчики сработали, и Энтерпрайз не замедлял хода, когда подбирал вас, тогда дополнительное ускорение потребуется только для вашей, сравнительно незначительной, массы, в районе 80 кг. Чтобы разогнать вас до 44% от скорости света, потребуется порядка 100 ПДж энергии – столько, сколько было испущено при самом мощном взрыве, когда-либо произведённом на территории США: взрыве бомбы B41.
Оказавшись на борту Энтерпрайза, вы столкнётесь с ещё большей проблемой: поддержанием вашей скорости на орбите Земли. «Погодите-ка, – скажете мне вы, – ведь пока я поддерживаю одну и ту же скорость, разве первый закон Ньютона, насчёт движущегося объекта, который остаётся в движении, не позволит мне этого сделать?» Да, пока вас устраивает одно направление движения – по касательной к орбите Земли. Добро пожаловать в межпланетное пространство, а вскоре и в межзвёздное. У вас уйдёт всего несколько часов на то, на что у Вояджеров заняло десятилетия: на выход из Солнечной системы.
Вместо этого вы хотите продолжать двигаться по орбите Земли, а значит, вам нужно будет организовать огромную центростремительную силу для того, чтобы оставаться на орбите. На таких гигантских скоростях вам потребуется постоянная тяга в 140 тераньютонов только для того, чтобы удержать Энтерпрайз, весящий порядка миллиона тонн, на стабильной орбите для нужной вам скорости. Даже если бы ваш импульсный двигатель работал на аннигиляции материи и антиматерии, вам потребовалось бы сжечь порядка 100 000 тонн массы, превратив её в чистую энергию согласно формуле E = mc2, чтобы сделать один оборот вокруг Солнца на скорости в 44% от скорости света.
Допустим, вы это сделали. Допустим, ваш друг Скотти решил, что вы достойны такого огромного расхода энергии, и вы обернулись вокруг Солнца за два часа. Но это тут, на Земле прошло два часа, а вы обнаружите, что с вашей точки зрения полёт прошёл немного быстрее. Из-за того, что вы двигаетесь близко к световой скорости, ваши часы – как биологические, так и наручные, часы в смартфоне и любые другие механические устройства – будут идти медленнее.
Этот эффект означает, что для вас это путешествие займёт 108 минут, то есть на 12 минут меньше, чем измерит оставшаяся дома ваша семья. Если бы вы двигались в два раза быстрее, на 88% от скорости света, то всё путешествие заняло бы у вас всего 56 минут. Чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее идёт ваше время.
Но как это возможно? Разве вы в обоих случаях не прошли одинаковое расстояние?
Только с точки зрения Земли. С вашей точки зрения не только растягивается время, но и сокращаются длин. Чем быстрее вы двигаетесь (чем ближе к скорости света), тем больше пространство сжимается в направлении вашего движения. Эти преобразования должны происходить для того, чтобы сохранять постоянство скорости света – она одна во всех системах отсчёта. Если время идёт по-другому, то размерности пространства тоже должны меняться, чтобы всё совпадало. Это ключ к СТО, и на досветовых скоростях это работает вне зависимости от того, куда вы направитесь.
Так что насчёт того, поверит вам ваша супруга или нет? Вот некоторые советы:
• Не пытайтесь убедить её, что вас не было меньше двух часов. Уважайте её систему отсчёта – она была не в вашей.
• Наслаждайтесь пивом, но не пытайтесь доказать ей, что не были в пабе только из-за того, что вы не были в местном пабе.
• Ваша технология XXI века должна работать в любой системе отсчёта – так что сделайте уже пару фотографий!
Вернувшись домой, вы поймёте, что получили ни с чем не сравнимый опыт, и что вы на 12 минут моложе, чем были бы, если бы не совершали этого путешествия. Расположившись на диване, вы снова окажетесь в том же месте пространства и времени, но приведшие туда вас пути будут очень разными. Вы отправились в космос, проделали путь в 940 млн км через пространство, и для компенсации этого путь отнял у вас меньше времени. У вас двоих будут одни и те же начальная и конечная точки, но пути будут очень разные: её путешествие будет больше по времени, ваше – по расстоянию. А постоянной для вас обоих будет лишь скорость света, и она будет такой в любое мгновение вашего путешествия.
Оценил 31 человек
32 кармы