Космическое омоложение

Космическое омоложение

Есть многое на свете, друг Горацио, о чем не снилось даже нашим мудрецам.

Шекспир

Исчез день

Четыре с половиной века назад Магеллан, португальский капитан на испанской службе, начал плавание с целью достичь Молуккских островов западным путем. Вопреки учению церкви он верил в шарообразность Земли и надеялся, что Американский материк можно обогнуть с юга. Он преодолел труднейшую часть пути, пересек Атлантический и Тихий океаны и, почти достигнув царства пряностей, погиб в стычке с жителями Филиппинских островов. Лишь двум кораблям из пяти начинавших плавание удалось достичь цели. Здесь они разделились. Один направился в обратный путь, но был захвачен португальцами. Другой, во главе с опытным моряком дель Кано, продолжал двигаться в западном направлении через Индийский океан. Обогнув Африку, он вскоре достиг островов Зеленого мыса, на которые эскадра заходила в начале пути. Здесь, по существу, закончилось первое кругосветное путешествие. Его завершили 18 человек из 265. И этим 18 морякам довелось стать первыми людьми на Земле, потерявшими в плавании… день.

Высадившиеся на берег моряки были поражены. Судовой календарь в этот день показывал среду, а люди на острове утверждали, что у них четверг. Тщательная проверка судового журнала «Виктории» не обнаружила ошибки. Записи велись правильно. Моряки были уверены, что ошибаются островитяне: ведь на берегу никто не ведет записей.

Так, завершив первое кругосветное плавание, моряки привезли в Европу новую тайну. Календарь на борту отстал на сутки от календаря на берегу. Во время плавания были потеряны не только люди и корабли, но и целые сутки…

Весть о загадочной потере взволновала весь цивилизованный мир. Понадобилась большая прозорливость и даже смелость, чтобы в то время связать потерю суток с вращением Земли. Корабли плыли почти три года, и потеря накапливалась постепенно и незаметно. В наши дни, в век реактивных самолетов, можно вылететь в западном направлении и, перемещаясь вместе с Солнцем, вернуться в исходную точку. На такой полет будут затрачены ровно сутки, но человек в самолете все время будет видеть Солнце в зените так, что по Солнцу его «время» будет неподвижно. Он не должен будет переворачивать календарь, так как в самолете день не сменится ночью, хотя часы на руке пилота покажут, что на кругосветное путешествие ушло 24 часа.

Сын старше отца

Оставшиеся в живых спутники Магеллана «помолодели» на сутки по сравнению с остальными жителями Земли. В то время этот факт взволновал массы людей, пожалуй, сильнее, чем нас волнует возможность омоложения при полетах на космических ракетах.

Конечно, между этим омоложением и географическим омоложением спутников Магеллана есть существенная разница. Омоложение при дальних космических полетах может оказаться действительно реальным, в то время как географическое омоложение имеет совершенно формальный характер. Ведь бабочка-однодневка, совершив кругосветный полет на реактивном самолете и вернувшись через сутки в точку отлета, умрет одновременно с такой же бабочкой, не покидавшей аэродрома.

Совершенно иначе будет с будущим космическим путешественником, летящим на сверхскоростной ракете. Из теории относительности следует, что в ракете, летящей со скоростью, близкой к скорости света, время будет течь заметно медленнее, чем время на Земле. Это значит, что часы на ракете будут идти медленнее, чем часы на Земле; пульс космонавта, если его измерить при помощи земных часов, будет биться медленнее, чем пульс его товарища, оставшегося на Земле. Словом, все процессы, в том числе и старение живого организма, будут соответственно замедлены.

Расчеты показывают, что при скорости ракеты в 240 тысяч километров в секунду, то есть при скорости, равной 80 процентам от скорости света, время в ракете замедлится настолько, что за каждый земной час на ракете будет протекать всего 36 минут. Бабочка-однодневка будет жить в такой ракете по земным часам около полутора суток (по часам, находящимся в ракете, она, конечно, проживет ровно сутки).

Если двадцатилетний космонавт пробудет в полете на такой ракете 30 лет, то, вернувшись на Землю пятидесятилетним человеком, он обнаружит, что его сверстники постарели на 50 лет и стали семидесятилетними стариками. Они израсходуют на 20 календарей больше. Сын космонавта, родившийся в день отлета отца, станет его сверстником; он встретит пятидесятилетнего отца в день своего пятидесятилетия.

Более того, если полет по часам космонавта продлится свыше 30 лет, то его сын окажется старше отца!!!

Как понять разницу между «космическим» и «географическим» омоложением?

Почему мы считаем первое реальным, а второе кажущимся?

Дело в том, что время в реактивном самолете течет практически с такой же скоростью, что и на Земле. Длительность жизни бабочки, скорость биения пульса человека, движение стрелок часов не зависят от видимого движения Солнца. Стоит ли Солнце неподвижно над летящим на запад реактивным самолетом или движется над полем аэродрома, скорость течения времени от этого не меняется. Все различие объясняется лишь тем, что мы условились срывать листок календаря в полночь, то есть ровно через двенадцать часов после того, как Солнце достигло высшей точки на небосводе. А из окна нашего самолета Солнце всегда видно в одинаковом положении, так что срывать листки календаря, по условию, нельзя. Парадокс состоит в том, что в этом самолете время течет, а счет суток, связанный с восходом и заходом Солнца, прекращается.

Если же условиться срывать листки календаря каждые 24 часа, руководствуясь не Солнцем, а часами, то все придет в норму. Парадокс исчезнет.

Можно привести еще один аргумент, не имеющий особого научного смысла, но зато обладающий большой наглядностью. Время не зависит от количества видимых восходов и заходов Солнца. Задвинув шторы или забравшись в подвал, мы не будем видеть смены дня и ночи. Но и в подвале мы не перестанем стареть. Остановив часы, нельзя остановить хода времени. Время течет независимо от воли и сознания человека. Оно течет в соответствии с законами природы, а эти законы таят в себе много неожиданностей.

Эти законы приводят к тому, что в сверхскоростной ракете время действительно течет медленнее, чем на Земле. Ракета улетает далеко от Солнца, и счет суток в ней придется вести по часам, летящим в ракете, а эти часы действительно будут идти медленнее, чем часы, оставшиеся на Земле.

Кто же моложе?

Тот факт, что время нельзя остановить, известен каждому из личного опыта. Но тот же жизненный опыт утверждает, что время всюду течет одинаково. Поэтому возможность построения машины времени кажется атрибутом фантастического романа, а не научным фактом.

Тем более что первое знакомство с теорией относительности сводится к подчеркиванию того наглядного и бесспорного факта, что две ракеты, движущиеся по инерции навстречу друг другу, совершенно равноправны. Из этой теории следует, что приборы в первой ракете покажут, что отстают часы во второй ракете, в то время как такие же приборы во второй ракете покажут, что отстают часы первой ракеты!

Значит, космонавт из первой ракеты будет считать, что он стареет быстрее, чем его товарищ, летящий на второй ракете. А этот товарищ будет столь же уверенно утверждать, что стареет быстрее именно он.

Кто же из них стареет быстрее? Кто действительно окажется старше, космонавт, возвратившийся из полета к далеким звездам, или его сверстники, оставшиеся на Земле?

Простое нагромождение этих вопросов может привести к выводу о непостижимости теории относительности, о том, что для ее понимания необходима специальная подготовка, а обычный человек должен принимать ее результаты на веру.

В течение долгого времени даже специалисты не могли освоиться с ее удивительными результатами.

Покойный поэт С. Я. Маршак выразил это следующим четверостишием:

Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Но Сатана недолго ждал реванша,

Пришел Эйнштейн — и стало все как раньше.

К счастью, это не так. Конечно, для овладения математической частью теории необходима специальная подготовка. Но получаемые ею результаты, ее физические выводы доступны каждому. Они кажутся парадоксальными только при поверхностном ознакомлении.

Теория относительности покоится на гранитном фундаменте опыта. А опыт говорит, что для того, чтобы обнаружить движение по инерции, необходимо хотя бы одно тело, не участвующее в этом движении. Даже если такое тело существует, то можно обнаружить только движение относительно этого тела, а не движение само по себе.

Космонавт, находясь в состоянии невесомости в сверхскоростной ракете, летящей к звездам, при закрытых иллюминаторах не может обнаружить этого движения. Здесь ему не помогут никакие приборы.

Этот факт, угаданный гениальной интуицией Эйнштейна, является обобщением всего многовекового опыта человечества. Он еще не проверен непосредственно, но уже космонавты, выполнившие орбитальные полеты вокруг Земли, могут подтвердить, что это утверждение близко к действительности. (Во время орбитального полета космический корабль движется под действием притяжения Земли по искривленной орбите, близкой к эллипсу. Такое движение можно обнаружить и внутри корабля при помощи точных приборов, например при помощи гироскопа.)

Это значит, что все без исключения процессы будут проходить совершенно одинаково на всех космических кораблях, движущихся по инерции с любыми скоростями в любых направлениях.

Если бы это было не так и существовал хотя бы один процесс, зависящий от скорости движения, то этим процессом можно было бы пользоваться для непосредственного измерения скорости. Весь опыт человеческой деятельности свидетельствует, что такого процесса нет и не может быть.

Именно из этого факта и из того, что скорость света тоже не зависит от того, с какой скоростью движется по инерции источник света, вытекают все возникшие у нас вопросы.

Ясен и ответ.

Если приборы на одной ракете отмечают, что другая ракета удаляется со скоростью 240 тысяч километров в секунду, то они отметят, что часы на удаляющейся ракете проходят только 36 минут за час, а метр на ней имеет в длину только 60 сантиметров. Совершенно то же отметят приборы на другой ракете. И то и другое верно. Если это было бы не так, то появился бы путь измерения абсолютной скорости, а это невозможно.

Нет ли здесь противоречия?

Нет, противоречия здесь нет. Для пояснения можно сослаться на двух людей, расходящихся по ровной дороге, По мере удаления каждому из них кажется, что другой становится меньше. Это можно подтвердить и измерением угловых размеров, например при помощи обыкновенного транспортира.

Однако можно возразить, сказав, что это только кажется, что, сойдясь вновь, путники обнаружат, что их размеры не изменились.

Конечно, пример не доказательство. Но интересно, что и в этом примере для установления истины путникам пришлось сойтись вместе.

Что же будет, если вновь сойдутся наши космические корабли? Пока они разлетаются, часы на них взаимно отстают. Что же покажут их часы при новой встрече?

Ответ гласит: это зависит от того, как они будут сближаться.

Космические корабли равноправны только, пока они движутся по инерции с выключенными двигателями. Но при этом они летят с постоянной скоростью по прямому пути, разлетаясь все дальше и дальше. Для того чтобы сблизиться, хотя бы один из них должен повернуть назад.

В этом все дело! Для поворота назад необходимо включить двигатели, погасить скорость и вновь разогнаться в обратном направлении. В течение этого маневра корабль уже движется не по инерции, а с ускорением. Состояние невесомости прекращается, и возникают перегрузки. Для того чтобы обнаружить их, не надо выглядывать наружу. Перегрузки ощущают и приборы и живые организмы. Ускорение в этом смысле абсолютно.

Все процессы в корабле, испытывающем ускорение, отличаются от процессов в корабле, летящем по инерции.

Теория относительности дает первый очевидный ответ на вопрос о том, что окажется при встрече.

Если оба корабля будут совершенно одинаково тормозиться и вновь ускоряться и затем встретятся (а это произойдет в той же точке, где они расстались), то часы на них будут показывать одинаковое время. Никакого противоречия не будет, никто из космонавтов не станет старше другого. Все будет (с первого взгляда), как в примере с путниками, расходящимися и вновь сходящимися на дороге.

Но только с первого взгляда. Потому что взаимное отставание часов было реальностью. Оно скомпенсировалось в результате одинакового взаимного опережения часов в процессе перехода кораблей на обратный курс. Для того чтобы это не казалось удивительным, теория относительности дает второй ответ.

Если тормозится и вновь разгоняется только один из кораблей, то, после того как он догонит первый, окажется, что часы на корабле, изменявшем свою скорость, отстали. При этом, конечно, все равно какой из них изменял свою скорость. Но отстанут именно те часы, которые подверглись перегрузкам.

Читатель, не торопись сказать: ясно, часы отстают из-за перегрузок. В этом есть доля правды, но не вся правда. Знания и опыт человека увеличиваются с возрастом, но не потому, что он становится старше, а потому, что он в это время работает и учится. Старение и умственное развитие идут одновременно, но между ними нет однозначной причинной связи. Можно до старости остаться невеждой.

Так же и перегрузки: они являются следствием ускорений, но не причиной изменения хода хороших часов. Именно ускорения одновременно вызывают и перегрузки и изменения хода часов. Больше того, ускорения вызывают не изменения в механизме часов, а влияют на само течение времени.

В машине времени

Для того чтобы ясно почувствовать суть дела, вообразим сперва, что мы, оставшись на Земле, наблюдаем за полетом ракеты при помощи телевизора, передатчик которого стоит на ракете, мчащейся со скоростью 240 тысяч километров в час. А затем представим себе, что мы сами летим в ракете и наблюдаем на экране телевизора за передачами с Земли.

В соответствии с программой полета ракета должна 25 лет (по земным часам) удаляться, затем быстро повернуть обратно и снова 25 лет (по земным часам) лететь домой.

Если бы мы могли установить в космосе верстовой столб на расстоянии, которое свет пробегает за год, то в момент, когда на экране нашего телевизора ракета пройдет рядом с этим столбом, наши земные часы отсчитают от момента старта два с четвертью года. Действительно, ракета будет лететь к этому столбу год с четвертью, а телевизионное изображение затратит на обратный путь ровно год. Через двадцать пять лет, когда в соответствии с программой ракета будет поворачивать обратно, на экраны нашего телевизора придет изображение событий, происходивших на ракете, когда она была от нас лишь на удалении около 16 световых лет.

Изображение работающих двигателей и процесса поворота ракеты мы увидим только через 45 лет после старта. Итак, для того, чтобы просмотреть события, происходившие на ракете в течение первой части полета, на Земле придется сидеть у телевизора 45 лет. Ведь радиосигналы затратят на путь от места поворота целых 20 лет. В это время ракета будет почти дома, на расстоянии всего в 5 световых лет от Земли.

За эти оставшиеся 5 лет мы в ускоренном темпе будем видеть на экране все, что происходило на ракете в течение 25 земных лет.

Итак, 45 лет мы будем смотреть «замедленное» изображение и 5 лет соответственно «ускоренное». Но все это не имеет никакого отношения к теории относительности. И «замедление» и «ускорение» — результат эффекта Доплера, не связанного с изменением течения времени.

Но на экране телевизора можно увидеть и реальное замедление времени. Подождав 45 лет, мы увидим, что к моменту поворота ракетные часы и календарь на ракете отсчитают только 15 лет.

Мы увидим также, что во время обратного полета ракетные часы и календарь снова отсчитают 15 лет. (Теперь эффект Доплера позволит нам проследить это всего за 5 лет.)

Так, оставаясь на Земле, мы можем мгновенье за мгновеньем следить за ракетными часами и убедиться в том, что за наши 50 лет по ним пройдет только 30.

Теперь сядем в ракету.

Если мы посмотрим на экран нашего телевизора, достигнув цели полета, то увидим, что на нем изображения земных часов и земного календаря показывают лишь 5 лет, прошедших с момента старта. Это и не удивительно, ведь ракета «убегает» от радиосигналов. Сигналы, вышедшие с Земли в более поздние моменты времени, еще находятся в пути.

Но, проделав необходимые расчеты и учтя кажущееся отставание (за счет эффекта Доплера), мы получим, что в момент наблюдения на Земле по земным часам прошли не те 5 лет, которые показывает телевизор, а 9 лет. Мы будем знать, что изображение часов за последние 4 года еще не догнало ракету, оно еще находится в пути.

Таким образом, пока ракета по инерции удаляется от Земли, ее пассажиры и люди, оставшиеся на Земле, проведя необходимые измерения и вычисления, придут к одинаковым результатам. Каждый получит, что часы другого идут в ³/₅ раза медленнее, чем его собственные.

Это результат равноправности тел, движущихся по инерции одно относительно другого. Это парадокс так называемой специальной теории относительности, но он не может привести к противоречию, так как, не подвергнувшись ускорению, то есть не выйдя из области применимости этой части теории относительности, нельзя поместить те и другие часы рядом в состояние относительного покоя и сравнить их показания.

Проследим же за тем, что будет дальше.

Выполнив свою задачу, капитан космического корабля включит двигатели, которые затормозят корабль и снова разгонят его в направлении к Земле. Во время работы двигателей корабль будет двигаться не по инерции, то есть не с постоянной скоростью, а с большим ускорением. При этом равноправность космического корабля и Земли нарушена. Процессы в корабле и на Земле будут течь совершенно различно. Космонавты смогут измерить ускорение корабля, не выглядывая наружу.

Эйнштейн еще в докосмическую эру говорил, что это различие ясно любому машинисту, подбрасывающему уголь в топку паровоза. Трогаясь с места или тормозя, движется с ускорением паровоз, и с полок вагонов падают чемоданы, а водонапорная башня, стоящая у полотна дороги, остается невредимой.

Если бы ускорение испытывала Земля, а не паровоз, продолжает Эйнштейн, то упала бы башня, а не чемодан. Значит, ускорение не относительно, а абсолютно.

В течение работы двигателей, когда космический корабль на огромном расстоянии от Земли испытывает длительное ускорение, мы, его пассажиры, сможем определить, что события на Земле развиваются в это время с огромной скоростью. Время на Земле (измеренное по часам космического корабля) уже не отстает, оно будет бежать, причем тем быстрее, чем дальше от Земли производится разворот корабля и чем большее ускорение он испытывает. При этом земные часы по измерениям в корабле не только наверстают отставание в шесть лет, накопленное во время полета корабля по инерции, но и сильно — на 26 лет обгонят часы космонавтов, так что к моменту выключения двигателей и началу обратного свободного полета по часам корабля окажется, что на Земле прошел 41 год (15 + 26). Из этих 41 года 9 лет прошло во время удаления корабля, а 32 года — во время разворота.

Конечно, люди на Земле при этом не заметят изменения хода земных часов. Ведь на них не может повлиять то, что космический корабль испытывал ускорение, изменяя направление своего полета.

Правда, и мы, пассажиры ракеты, на экране своего телевизора увидим бешеный бег земного времени не во время разворота ракеты, а позже, на обратном пути, когда ракета встретит радиосигналы, вышедшие с Земли во время разворота ракеты. Именно тогда 32 земных года промелькнут на экране ровно за то небольшое время, в течение которого были (много лет назад) включены ракетные двигатели.

Во время обратного пути, когда корабль вновь движется по инерции, снова будет наблюдаться взаимное отставание часов. За 15 лет, которые понадобятся нам для обратного пути, мы снова определим, что земные часы отсчитали всего 9 лет, то есть на 6 лет меньше, чем наши. Поэтому после приземления мы обнаружим, что на Земле прошло на 20 лет больше, чем на корабле, а жители Земли увидят, что мы постарели на 20 лет меньше, чем они (по часам корабля на нем пройдет 15 + 15 = 30 лет, а на Земле 9 + 32 + 9 = 50).

И космические путешественники и «земляне» увидят одно и то же. Никакого противоречия не будет. Но жители Земли, не испытавшие ускорений, будут считать, что время на корабле в течение всего полета текло медленнее (по 36 минут за земной час), а космонавты будут считать, что большая часть разности времен набежала в течение работы двигателей при повороте корабля. По наблюдениям космонавтов, именно на этом участке разность времен составила примерно 32 года, которые вместе со временем, прошедшим по их наблюдениям на Земле во время инерциального полета (2 раза по 9 лет), составят как раз 50 лет.

Пожалуй, самая удивительная черта теории относительности состоит в том, что все ее парадоксы кажущиеся. Ни один реальный опыт или опыт, который можно себе представить выполненным, не приводит к противоречию ни с теорией относительности, ни со здравым смыслом.

Было бы невероятно, если бы по возвращении космонавта его календарь отстал от земного, а земной календарь от календаря космонавта. Это было бы противоречием. Но это не только не вытекает из теории относительности, но и противоречит здравому смыслу.

Если же и космонавт и житель Земли зафиксируют одно и то же, хотя и неожиданное для них, расхождение в возрасте, то в этом нет ничего невозможного. Удивительные, но вполне реальные следствия огромных скоростей.

Фотонная ракета действительно может стать машиной времени. Чем ближе ее скорость к скорости света и чем дольше длится полет, тем дальше в будущее попадут космонавты, вернувшиеся на Землю.

Величественная перспектива! Но не следует забывать об одном огорчительном обстоятельстве. Наши посланцы, посетив отдаленные звездные миры, поведают о своих открытиях нашим потомкам, а не нам.

Машина времени работает только в одном направлении. Теория относительности не допускает путешествий в прошлое. Человек может остаться молодым и видеть старость своих внуков, но сын не может родиться раньше, чем родился его отец. Можно сказать, что теория относительности математически обосновывает действие принципа причинности, являющегося одним из краеугольных камней диалектического материализма. Время не может течь вспять, оно может лишь замедлять свой бег. Следствие не может возникнуть раньше, чем вызвавшая его причина.

Вождь великой относительности

…Теория относительности возникла в 1905 году. Наиболее поразительные предсказания этой теории уже подтверждены опытом. Правда, предсказания ее наиболее сложной части — общей теории относительности, созданной в 1916 году, подтверждены не в лаборатории, а в космическом масштабе при помощи астрономических наблюдений.

Вот эти предсказания:

Первое. Лучи света искривляют свой путь, проходя вблизи больших масс. Астрономы совершали далекие путешествия, чтобы сфотографировать звездное небо во время полного солнечного затмения, и обнаружили, что видимое положение звезд, свет которых проходит мимо Солнца, заметно смещается в соответствии с предсказанием.

Второе. Планеты обращаются вокруг Солнца не по неподвижным орбитам, потому что сами орбиты со временем поворачиваются, и тем сильнее, чем ближе орбита к Солнцу. Измерения с большой точностью подтвердили это для орбит Меркурия и Венеры.

Третье. Время вблизи крупных масс течет медленнее, чем вдали от них. Астрономы обнаружили, что спектр маленького спутника яркой звезды Сириус и спектры некоторых других звезд, называемых белыми карликами, смещены в сторону красного цвета по сравнению со спектрами остальных звезд, в том числе и Солнца.

Это может быть только результатом замедления хода времени на поверхности таких звезд, вещество которых обладает огромной плотностью.

Общая теория относительности и три ее замечательных предсказания были опубликованы Эйнштейном в 1916 году. Война помешала кому-либо приступить к проверке этих предсказаний.

Первое после войны полное солнечное затмение произошло 29 мая 1919 года. Английским астрономам удалось подготовить две экспедиции, задачей которых была проверка первого из предсказаний. Полоса затмения пересекла Атлантический океан от Экваториальной Африки до Южной Америки. Первая экспедиция во главе с инициатором наблюдений Эдингтоном высадилась на острове Принчипе в Гвинейском заливе и попала в полосу дождей, которые чуть не сорвали ее работу. Но в решающую минуту тучи разорвались и фотографии звезд на фоне солнечной короны были сделаны. Вторая обосновалась в Бразилии в деревне Собраль и работала в условиях палящей жары. Одна из бразильских газет поместила в связи с этим злопыхательскую статью, в которой, между прочим, говорилось:

«…Вместо того чтобы пытаться подтвердить немецкую теорию, члены экспедиции, находящиеся в столь близких отношениях с небом, позаботились бы лучше о дожде для этой страдающей от засухи страны».

Но экспедиция занималась своим делом и получила бесценные фотографии.

Обработка фотографий обеих экспедиций, бесспорно, подтвердила наличие предсказанного смещения.

Узнав об этом, Лорентц телеграммой поздравил Эйнштейна с первым подтверждением общей теории относительности. Эйнштейн сразу написал своей матери:

«Радостные новости сегодня! Лорентц телеграфировал мне, что английская экспедиция доказала отклонение лучей света вблизи Солнца».

Когда газеты оповестили о результатах экспедиции, по земному шару пробежала волна горячего энтузиазма и небывалого интереса к сложной и труднопонятной научной теории и ее творцу. Ведь физики всерьез считали, что теорию Эйнштейна как следует понимает не больше чем дюжина человек.

Популярность теории, которую большинство из поклонников Эйнштейна совсем не понимало, и поныне для многих является загадкой. Уже после смерти великого физика его друг и сотрудник Леопольд Инфельд высказал мнение, что большую роль здесь сыграла реакция на ужасы войны и связанного с ней расцвета шовинизма. Он писал:

«Новое явление предсказал немецкий ученый, а проверили его английские ученые. Физики и астрономы, принадлежавшие недавно к двум враждебным лагерям, снова работают вместе. Может быть, это и есть начало новой эры мира? Тяга людей к миру была, как мне кажется, главной причиной славы Эйнштейна».

Но дело, конечно, не в этом. Скорее причина в том, что теория Эйнштейна пронизана революционным духом. Она возвысилась над закосневшим зданием классической физики, свергая авторитеты и вознося знамя свободы творчества. Эта ее особенность являлась особенно притягательной для людей, возбужденных раскатами Великой Октябрьской революции, отзвуки которой прокатились по всем материкам земли.

Теория Эйнштейна быстро стала не только мощным фактором научного прогресса, но и объектом ожесточенной политической борьбы.

Вскоре после опубликования результатов работы английских астрономов в одной из немецких националистических газет была напечатана статья «Большевистская физика». В ней, в частности, говорилось:

«Поскольку профессор Эйнштейн признан новым Коперником, многие преподаватели университетов стали его поклонниками… В конечном счете незачем обвинять рабочих за то, что они следуют за Марксом, если германские профессора следуют за измышлениями Эйнштейна».

Люди, подобные автору этой статьи, старались уверить, что теория относительности и ее выводы — заблуждение. Она действительно противоречит классическому «профессорскому» мышлению, с которым в своем знаменитом труде «Материализм и эмпириокритицизм» воевал Ленин, но находится в полном согласии со здравым смыслом, покоящимся на многовековом опыте человечества.

Массы немецкого народа в то время еще не поддались угару национализма. Эйнштейн стал предметом всеобщего поклонения. Его адрес красовался во всех туристских справочниках.

Он стал легендой при жизни. Девочка из Британской Колумбии писала ему: «Я вам пишу, чтобы узнать, существуете ли вы в действительности».

Американские индейцы, загнанные в бесплодные резервации, влачившие жалкое существование в богатейшей капиталистической стране, почти лишенные образования, знали об Эйнштейне и его теории. В 1930 году, когда Эйнштейн посетил индейское племя в штате Аризона, индейцы присвоили ему титул вождя и нарекли Вождем Великой относительности.

«Еще не повешен»

Через три года в Германии вместе с Гитлером и в науке к власти пришли крайние реакционеры. Эйнштейна в это время, к счастью, уже не было на родине.

Вместе с евреями из немецких университетов изгонялись прогрессивные ученые других национальностей, в том числе немцы. Теория относительности была объявлена неарийской теорией, противоречащей немецкой физике. Ее преподавание было запрещено. Ссылки на нее в научных работах могли привести к увольнению.

Среди крупных немецких ученых лишь один — нобелевский лауреат Макс Лауэ высказывался за теорию относительности против особой немецкой физики.

Рассказывают, что, когда Лауэ прочел в Стокгольме лекцию о теории относительности, он по возвращении в Германию получил нагоняй от фашистского начальства. Поклонники компромиссов посоветовали Лауэ быть более осмотрительным, тогда ученый опубликовал новую статью о применимости теории относительности. «Вот это и должно быть моим ответом», — сказал он.

Отчасти за Лауэ следовали Гейзенберг и Планк, понимавшие, что отказ от теории относительности ведет к застою физики.

В Германии делались попытки сделать теорию относительности приемлемой для нацистов, умаляя роль Эйнштейна и приписывая ее создание арийским физикам. Конечно, судьба теории относительности в гитлеровской Германии не была единственным исключением. Из науки изгонялось все прогрессивное. В космогонии главенствовала арийская теория мирового льда, согласно которой сердцевина всех планет и звезд состоит из обычного льда. Наукой руководили фашистские бонзы, такие активные нацисты, как физик Штарк, нападавший на Гейзенберга и других физиков-теоретиков и назвавший их в газете белыми евреями, бесплодные физики старшего поколения Ленард и Шуман, механик и сотрудник гестапо Озенгер. Даже Гиммлер считал себя способным руководить наукой. Вот один из его проектов:

«Для будущих исследований погоды, которыми мы собираемся заняться после войны, я предлагаю заметить следующее: корни или луковицы растения „безвременник осенний“ в различные годы находятся на разных глубинах. Чем они находятся глубже, тем более суровой будет зима; чем ближе они к поверхности, тем зима будет мягче. На этот факт обратил мое внимание фюрер».

Триумфальное шествие теории относительности не приостановилось тем, что труды ее создателя были сожжены на сквере перед Берлинской оперой, а портрет ее создателя с подписью «Еще не повешен» был первым в изданном нацистами альбоме врагов гитлеровского режима. Список преступлений Эйнштейна начинался с главного «злодеяния» — создания теории относительности.

Не пострадала теория относительности и от того, что американские реакционные лиги и корпорации травили ее творца, обвиняя его в коммунизме, пацифизме и безбожии.

Астрономы всех национальностей совершают новые путешествия в погоне за солнечными затмениями, наблюдают планеты и звезды и все более убеждаются в том, что теория относительности правильно описывает окружающий нас мир.

Каждый день в своих исследованиях ученые наталкиваются на ее проявления, раскрывают новые богатства, многочисленные россыпи истины, заключенные в этой величественной системе.

По сей день идет экспериментальная проверка теории относительности.

Дефект массы

К сожалению, пока невозможно отправить космонавта в полет со скоростью, близкой к скорости света, поэтому еще нельзя непосредственно проверить вывод о замедлении жизненных процессов при таком полете. Значит ли это, что невозможно практически подтвердить вывод о том, что в движущихся телах время течет медленнее, чем в неподвижных, и тем медленнее, чем быстрее будет лететь ракета?

Если пока нельзя проверить идею о космическом омоложении, то есть другие надежные пути, убеждающие нас в правильности этого вывода теории Эйнштейна. Один из этих путей — проверка формул теории относительности на частицах космических лучей. Ведь они влетают в земную атмосферу с огромными скоростями. Среди них есть целый набор элементарных частиц, летящих с разными скоростями, достаточно близкими к скорости света. Можно изучить поведение этих микроскопических «ракет». Можно выяснить влияние скорости на их свойства. Такие же опыты успешно проводятся и с частицами, разогнанными почти до скорости света при помощи больших ускорителей.

Частицы больших энергий при подходящих условиях порождают неустойчивые частицы, а ученые знают, что время жизни неустойчивых микрочастиц, то-есть среднее время, за которое половина из наблюдаемых частиц распадется, породив другие частицы, есть постоянная величина, характерная для частиц данного типа. Это время ничем нельзя изменить, ни электрическим или магнитным полем, ни другими подобными воздействиями.

Но, измеряя время их жизни, время распада по лабораторным часам, ученые убедились, что оно зависит от скорости частиц. Быстрые мю-мезоны, например, более живучи, чем медленные. Они как бы испытывают космическое омоложение. Так в опытах с космическими частицами блестяще подтвердились формулы теории относительности.

Подтверждаются они и рядом других экспериментов. Современная физика без теории относительности так же немыслима, как здание без фундамента. Сегодняшняя техника во многих случаях тоже бессильна без этой теории. Она лежит в основе таких грандиозных инженерных сооружений, как ускорители заряженных частиц и ядерные реакторы.

Уже циклотрон — первый ускоритель, в котором ускоряемые частицы двигались по орбитам, близким к круговым, обнаружил коварные особенности скоростей, близких к скорости света. В циклотроне заряженные частицы движутся между полюсами большого постоянного магнита, периодически попадая в электрическое поле, заставляющее их еще немного ускорить свой бег. Период обращения частиц по орбите и период изменения электрического поля должны быть одинаковы, иначе поле перестанет ускорять частицы и начнет их тормозить. Именно это и происходило во всех циклотронах. Достигнув определенной скорости, частицы переставали ускоряться.

Причиной оказался эффект, предсказанный теорией относительности. При скоростях, близких к скорости света, масса уже не остается постоянной, как это бывает обычно, а увеличивается с возрастанием скорости. В результате период движения частицы в циклотроне изменяется и расходится с периодом ускоряющего электрического поля. Работа ускорителя нарушается. Так теория относительности впервые вмешалась в технику. Она определила предел энергии, достижимой без учета ее законов.

Выход из тупика указал советский ученый, академик В. И. Векслер. Он предложил несколько путей, которыми можно, несмотря на изменение массы частиц, сохранить совпадение периода их обращения с периодом ускоряющего поля и благодаря этому получать частицы с гораздо большей энергией.

Можно, например, вычислить при помощи теории относительности закон изменения периода частиц при изменении их массы и соответственно изменять период ускоряющего поля. Можно также скомпенсировать изменение массы частицы соответствующим изменением силы магнитного поля, удерживающего частицу на орбите, с тем чтобы период обращения частицы оставался постоянным, несмотря на изменение ее массы. Можно комбинировать оба эти метода.

Сейчас, в соответствии с предложением Векслера, построено много гигантских ускорителей, например известный ускоритель в городе Дубне. Работа этих машин является практическим подтверждением истинности теории относительности и ее удивительного вывода о том, что не только течение времени, но и масса всех тел зависит от их скорости.

Многовековая история науки установила глубочайшую связь между веществом и энергией. Теория относительности внесла дополнительную конкретизацию в это основное положение естествознания. Эйнштейн установил, что вещество и энергия, являющиеся двумя формами существования материи, связаны между собой. И вещество в форме частиц и энергия в форме квантов электромагнитного поля или в форме тепла, механических колебаний и других видов энергии являются объективной реальностью и одинаково испытывают действие поля тяготения. Опыт, как мы знаем, подтвердил, что лучи света, идущего от звезд, притягиваются к Солнцу.

Ядерные реакторы также подтверждают и практически используют этот вывод теории относительности.

В таких реакторах, как известно, происходит деление ядер урана. Если бы удалось собрать все осколки, получающиеся при делении ядер урана (в том числе и нейтроны), и взвесить их на сверхчувствительных весах, то оказалось бы, что они весят меньше, чем исходный уран. Разность частично улетела в пространство вместе с антинейтрино, а большей частью ушла на разгон осколков деления, а потом постепенно передалась окружающим атомам в виде тепла, которое используется для работы турбин.

Специалисты говорят: в ядерном реакторе используется дефект массы, то есть разность между массой исходных и конечных продуктов деления. Эта разность превращается на атомных электростанциях в электрическую энергию. Так атомное ядро в соответствии с теорией относительности служит человеку.

Взбесившиеся звезды

Теория относительности предсказала возможность космического омоложения. Она помогла и ответить на вопрос о том, доведется ли когда-нибудь человеку действительно испытать космическое омоложение. Сможет ли он по своему желанию путешествовать в будущее и какой мир привидится ему из окон машины будущего?

…Редкий человек не мечтает, не фантазирует, не заглядывает за пределы возможного. И при этом рождается нечто, что не существует, но должно существовать, если понадобилось людям. Это «нечто» приходит, когда знание настигает мечту.

А бывает, что разум вторгается за пределы фантазии, куда даже и ей трудно добраться. Тогда его находки поражают сильнее, чем самая смелая мечта…

Как-то разговор зашел о космических путешествиях. Душой его был известный ученый, человек, тонко понимающий шутку и ценящий силу этой острой приправы ума, любящий пошутить и сам. Сначала он молчал, прислушиваясь, а потом задумчиво заметил:

— Помню, как-то на отдыхе у меня с соседом возник спор о том, какой мир откроется глазам космонавтов. Под впечатлением этого разговора я взялся за карандаш и бумагу. Они, знаете, часто мирят мечту и действительность. И вот что мне увиделось.

Изумительный, призрачный мир откроется астронавтам. При скоростях ракеты, близких к скорости света, все звезды небосвода дружно «перекочуют» в область неба впереди корабля. Сзади «останутся» лишь немногие. Звезды и планеты, мимо которых пролетит корабль, будут казаться не круглыми, а вытянутыми в его сторону наподобие огурцов, поворачивающимися и меняющими свои очертания. Удивительный пейзаж привидится человеку не на миг, а, чтобы не ошибиться, минут на двадцать возле каждой звезды… Почему? В этом повинны такие законы природы, как аберрация и параллакс.

В простейшем виде аберрация проявляется, когда капли отвесного дождя прочерчивают наклонные линии по окну движущегося поезда. Зная скорость падения капель и измерив угол наклона их следов, можно даже определить скорость поезда. Влияние параллакса проще всего обнаружить, быстро взглянув на близкий предмет сперва одним, а затем другим глазом. При этом кажется, что предмет слегка повернулся.

А цвет звезд? Когда мимо нас проносится поезд — простите за надоевший пример, но он самый понятный, — голос его внезапно меняется, хотя на самом деле тон гудка остается постоянным. Это известный акустический эффект Доплера. Так и ближайшая звезда, мимо которой промелькнет ракета, будет «менять» свой цвет. Но этого мало. Звезды в передней части небосвода, кажущиеся нам красными, станут ярко-белыми, а некоторые перестанут быть видимыми, так как почти все их излучение перейдет в область рентгеновых и ультрафиолетовых лучей. Некоторые из звезд, оставшихся в «задней» части небосвода, тоже «исчезнут» из-за того, что их свет превратится в инфракрасные лучи и даже в радиоволны. Эти сюрпризы оказываются неотвратимыми следствиями оптического эффекта Доплера.

Но увидит ли все это пассажир фотонной ракеты? В состоянии ли он будет что-либо видеть? И… возможна ли вообще фотонная ракета?

Озадачив собеседников и весело рассмеявшись, Сергей Михайлович Рытов на секунду остановился, вынул ручку, чтобы пояснить свою мысль, а у присутствующих, наверно не в первый раз в течение рассказа, снова возникло сомнение: не шутка ли все это?

А если не шутка, то уместны ли эти вопросы сегодня, когда человек уже преодолел земное тяготение и по нескольку суток проводит в космическом полете, когда его первые ракеты уже совершили почетный круг вокруг Луны и Солнца, когда, наконец, полеты к далеким звездным мирам на повестке дня и ученые во всем мире думают о создании сверхскоростных фотонных ракет?

Уже известны десятки проектов космических кораблей, написаны толстые книги, пересыпанные расчетами, снабженные схемами, чертежами, рисунками завтрашних разведчиков космоса. И вдруг: возможны ли фотонные ракеты?

Уместны ли эти шутливые вопросы, ставящие под сомнение идею фотонных ракет, которым предстоит почти со скоростью света пересечь космические океаны, ракет, без которых полет к далеким звездным мирам просто невозможен для людей одного поколения, без которых, наконец, невозможно космическое омоложение?!

Каждый из слушавших профессора Рытова понимал, что ученого потянуло взяться за перо не просто желание узнать, какой космический пейзаж ожидает астронавтов, не стремление поспорить с авторами объемистых трудов о фотонных ракетах. Серьезное опасение за судьбу идеи фотонной ракеты заставило Сергея Михайловича поставить ее под обстрел формул и уравнений.

Вот почему слушатели, среди которых были и ученые с мировым именем, с интересом следили за нитью рассуждений рассказчика.

Смертоносные пылинки

Так увидит ли на самом деле пассажир фотонной ракеты все то, что рассказали ученому формулы?

Послушаем дальше.

— Несомненно, что корабль, летящий почти со световой скоростью, будет с такой же скоростью налетать на атомы межзвездного водорода и на частицы космической пыли, которые по сравнению с его скоростью практически неподвижны. И хотя их в мировом пространстве очень мало — на один кубический сантиметр приходится едва ли один атом водорода, — при такой скорости они будут с огромной силой налетать на межзвездный корабль, вызывая в его обшивке целый ряд микроскопических катастроф, перерастающих в ливень разрушений.

Протоны, эти миниатюрные снаряды, которые по своей силе могут быть сравнимы с атомными бомбами, конечно, в масштабах микромира, будут вдребезги разбивать атомы и даже ядра атомов металлического корпуса ракеты. Ведь теория относительности доказала, что нет никакой разницы между тем, какое из сталкивающихся тел движется по инерции относительно Земли или какого-либо третьего тела, а какое неподвижно относительно них. Важно лишь относительное движение. Именно поэтому неподвижные протоны будут разрушать ядра атомов оболочки корабля так же, как протоны, получаемые в крупнейших ускорителях, разрушают ядра атомов мишени. При этом будет выделяться мощное излучение, гораздо более опасное для организма человека, чем самые жесткие рентгеновы лучи.

Расчеты, проведенные на основе теории относительности, подсказали профессору Рытову, что для защиты от действия этого излучения придется сделать стенки корабля не менее двухметровой толщины!

Преграда ли это для людей, преодолевавших и не такие препятствия? Нет. Опасность облучения не делает невозможным полет на фотонной ракете, хотя и очень его осложняет.

Гораздо коварнее космическая пыль. Эти ничтожные частицы уже умерших или еще не рожденных миров представляют для фотонных ракет страшную опасность.

При гигантских скоростях полета пылинка с массой всего в тысячную долю грамма во время соударения с корпусом ракеты превратится в снаряд разрушительной силы. Подсчет показал, что при ударе одной подобной пылинки выделится такое количество тепла, которое способно превратить в пар 10 тонн железа. А ведь корпус ракеты, летящей со скоростью, близкой к скорости света, будет ежесекундно сталкиваться с пылинками, находящимися внутри цилиндра длиною около 300 тысяч километров!

Беспощадные выводы, подсказанные точными математическими расчетами, намного усложняют проблему создания фотонных ракет. Рассказ Рытова вызвал дискуссию, страстные споры, горячий обмен мнениями. Одни ученые высказывали первые соображения о материалах, из которых должна быть сделана обшивка ракеты, чтобы спасти проблему, другие предлагали расчищать от космической пыли пространство перед ракетой. В результате мнения сошлись на том, что хотя эта расчистка принципиально возможна, но потребует огромной дополнительной затраты энергии. Словом, решать проблему сверхскоростных ракет без учета таких «ничтожных» противников, как космические пылинки, нельзя.

Рассуждая о том, что может помешать фотонной ракете в ее полете, ученые не забыли обсудить и главный вопрос: каковы же технические перспективы создания такой ракеты? И пришли к довольно обескураживающим выводам. Расчеты были просты, но многозначительны. Решив положить в основу расчетов очень скромный вес ракеты — одну тонну и задав ракете скорость «всего» в 80 процентов от скорости света, ученые подсчитали, что энергия ракеты должна исчисляться пятнадцатизначной цифрой! А точнее — должна равняться 215 000 000 000 000 киловатт-часов.

Это энергия, которая вырабатывается на всем земном шаре за несколько месяцев! Но и ее недостаточно ракете.