Глава 4 Как никогда не стареть

Впрочем, то, что вы только что испытали, не было чистым полетом фантазии.

Вы действительно получили общее представление о том, как будет выглядеть Вселенная, если перемещаться по ней нереально быстро. Ученые назвали скорости, за которыми испытанные вами странные эффекты больше нельзя игнорировать, релятивистскими, или околосветовыми, скоростями, и все, что вы только что воображали, повиновалось законам природы в их современном понимании, с релятивистской точки зрения.

Конечно, человек никогда не достигал таких скоростей, но окружающим нас частицам это действительно удавалось. На самом деле, они движутся так все время. Но тогда, в далеком 1905 году, когда Эйнштейн озвучил свои удивительные идеи, было затруднительно проверить поведение частиц на практике.

Прошло практически 66 лет после опубликования специальной теории относительности, когда двое американских ученых, Джозеф Хафеле и Ричард Китинг, провели эксперимент, продемонстрировавший странный эффект замедления времени, предсказанный Эйнштейном.

Мы – в 1971 году.

Хафеле и Китинг приобрели трое лучших на то время атомных часов. После синхронизации они продолжают работать на чрезвычайном уровне точности: отставая не более одной миллиардной секунды в течение миллионов лет. Действительно, весьма надежные часы.

Так вот, у Хафеле и Китинга было трое таких часов. Работающих синхронно.

И они взяли их с собой в аэропорт.

Одни часы оставили на земле, в аэропорту, а для двух других забронировали отдельные места на двух самолетах, выполнявших регулярные коммерческие авиарейсы.

Воображая себе реакцию других пассажиров самолетов, я начинаю невольно улыбаться…

Как бы то ни было, оба самолета отправились в полет. Один полетел на восток, а другой – на запад. Облетев, таким образом, вокруг Земли, часы в конечном итоге приземлились в аэропорту вылета, чтобы присоединиться к оставшемуся на земле собрату. Поскольку Земля оборачивается вокруг своей оси с запада на восток, то между полетами в обоих направлениях существует небольшая разница в общей скорости самолетов относительно Земли.

Теперь, если бы природа вела себя так, как полагает наша интуиция, то трое атомных часов должны были оставаться синхронизированными независимо от движения самолетов. Секунда на то и секунда, и на универсальных часах на тумбочке у кровати господа бога одна секунда должна тикать ровно одну секунду. Все часы, которые вы когда-либо видели или использовали, будь то механические часы или нет, полностью согласны с вами в этом вопросе. И так оно и есть. За исключением случаев… нет, не так. Природу не слишком заботит то, что считает наша интуиция, и здесь эта интуиция как раз не права. Обычные часы просто недостаточно точны, чтобы сообщить нам о разнице. Наша интуиция может ошибаться, но теория Эйнштейна – нет.

После приземления двух самолетов в аэропорту Хафеле и Китинг обнаружили, что трое атомных часов больше не идут синхронно.

Часы, путешествовавшие в летевшем на восток самолете, отставали на 59 миллиардных долей секунды по сравнению с оставшимися в аэропорту часами. Часы, совершившие перелет на запад, забегали на 273 миллиардные доли секунды вперед.

Если бы часы оставались стоять рядом друг с другом, такого несоответствия пришлось бы дожидаться более 300 миллионов лет.

* * *

Согласно сделанным Хафеле и Китингом выводам существуют две причины возникшей разницы.

Первая связана со скоростью, со специальной теорией относительности: как догадался Эйнштейн, относительные скорости трех часов действительно должны приводить к некоторым крошечным, но измеримым эффектам замедления времени.

Вторая причина, хотя и не имеет ничего общего со скоростью, зато касается гравитации и общей теории относительности Эйнштейна. Так же как катящийся тяжелый мяч прогибает резиновую поверхность больше обычного, так и воздействие Земли на пространство-время, как утверждал Эйнштейн, должно быть более выражено вблизи ее поверхности, чем высоко в небе, где летают самолеты, а следовательно, влиять на протекание времени на различных высотах.

Эти две независимые друг от друга причины были рассчитаны еще до проведения эксперимента Хафеле и Китинга.

И суммированы.

В целом теории Эйнштейна предсказали, что в сравнении с оставленными на земле часами часы, полетевшие на восток, отстанут в конечном итоге вплоть до 60 миллиардных долей секунды, а летящие на запад забегут на 275 миллиардных долей секунды вперед.

Эксперимент доказал его правоту.

Возможно, вас это не так впечатлит, потому что разница во времени крошечная. Но она есть. И помните, что самолет не летает так быстро, а Земля не столь большой космический объект. Если лететь быстрее и (или) приближаться к гравитационно гораздо более мощному объекту в космосе, разница во времени может стать огромной, что вы уже испытали во сне, летя в самолете с околосветовой скоростью.

ВО ВСЕЛЕННОЙ ВРЕМЯ И РАССТОЯНИЕ НЕ ЯВЛЯЮТСЯ УНИВЕРСАЛЬНЫМИ ПОНЯТИЯМИ. ОНИ ЗАВИСЯТ ОТ НАБЛЮДАТЕЛЯ, ОТ ТОГО, КТО ИХ НА СЕБЕ ИСПЫТЫВАЕТ И КТО НА НИХ СМОТРИТ.

Само собой разумеется, верность эксперимента Хафеле и Китинга с 1971 года была доказана, подтвердив результат с увеличенным уровнем точности. Так что пространство-время действительно означает то, что означает, – сочетание пространства и времени. Во Вселенной отсчитываемое часами время зависит от того, кто смотрит на их стрелки: от того, где вы и что находится рядом (немного гравитации), и от вашей скорости. В начале двадцатого века эта мысль звучала очень абстрактно. Сегодня она – экспериментально доказанный факт. Нам всем придется принять ее.

Во Вселенной время и расстояние не являются универсальными понятиями. Они зависят от наблюдателя, от того, кто их на себе испытывает и кто на них смотрит. Оба понятия относительны. В противном случае скорость света не будет ни фиксированной, ни ограниченной.

И что человечество извлекло из данного знания? Изменит ли оно нашу повседневную жизнь? Часть его, связанная именно со скоростью, – да, намного. Мало того что наши технологии сплошь и рядом используют быстро движущиеся частицы для передачи информации всеми возможными способами, специальная теория относительности, таким образом, помогает нам понять, как работает вся материя, из которой мы созданы. Как вы скоро увидите, электроны внутри составляющих ваше тело атомов и почти все остальное в микромире действительно двигаются очень быстро.

Однако, что касается гравитации и пространства-времени, как бы удивительно это ни звучало, только одно созданное до сих пор популярное устройство использует их взаимосвязь: GPS. Каждый раз, сверяя ваше местоположение с GPS, будь то в смартфоне или в автомобиле, вы используете тот факт, что пространство и время искривлены вокруг Земли. Чем ближе вы к поверхности, тем круче кривая – не только в пространстве, но и во времени.

В спутники встроены часы, обменивающиеся информацией с GPS-устройством для его локализации. Если коррекции, учитывающей разницу во времени между Землей и спутником, не происходит, то местоположение сразу же собьется. Оно будет смещаться на десять километров в день. GPS станет бесполезен. Именно благодаря специальной и общей теории относительности Эйнштейна GPS работает.

Хорошо. В этом вся суть. Такого понятия, как одинаково идущие во всей Вселенной часы, не существует.

Итак, летевший в ваших фантазиях на скорости 99,999999999 % от скорости света самолет невероятно быстро переместился сквозь пространство по сравнению с Землей и всеми ее обитателями, вы совершили посадку в 2415 году и можете считать себя счастливчиком.

Если бы вы летели еще быстрее, то приземлились бы еще дальше в будущем. Насколько дальше? Это опять же зависит от скорости.

Но есть предел, потому что ничто не может двигаться быстрее света.

Путешествовать так же быстро, как свет, может в один прекрасный день стать возможным, но вам нужно будет принести огромную жертву: избавиться от веса. Причем всего веса. Свет не может переносить какую-либо массу и поэтому перемещается так быстро. Свет распространяет свет.

А что происходит с материей, задаетесь вы справедливым вопросом.

Вы испытали это на себе: разогнавшись слишком сильно, все, имеющее массу, становится еще более массивным. Так что, чтобы достичь скорости света, для начала нужно не иметь массы.

Тем не менее что могло случится, если бы вы были в состоянии превратить себя в некое безмассовое существо? Как тогда будет течь время? Каким бы шокирующим это ни могло показаться, ответ – никак. Отсчет любых часов (даже если вы окажетесь не имеющим всякой массы) просто остановится.

На скорости света время замирает.

Полностью.

И это является причиной, почему свет, прошедший всю Вселенную, прежде чем достигнуть нас, точно такой же, как в момент своего излучения. В отличие от почтовой открытки, оборванной, потрепанной и ничем не напоминающей оригинал спустя 13,8 миллиарда лет, образы, переносимые светом по всему космосу, не подвержены бегу времени. Собирая излучение из самых дальних уголков нашей видимой Вселенной, мы получаем ее снимки того времени.[29]

Так что состоящему из массы вам не остается иного выбора, кроме как подвергаться воздействию времени. Вы ничего не можете с ним поделать. Чтобы стать вечным, нужно превратить себя в свет, что сделать невозможно. Тем не менее если бы вы смогли, то ваше время бы вообще остановилось. И вы стали бы бессмертным, сами не подозревая того.

Тем не менее, несмотря на невозможность обрести бессмертие, даже обладая массой (не в обиду будь сказано), можно достигнуть будущего, недостижимого для ваших соседей. Для этого просто нужно перемещаться так же быстро, как ваш самолет. Или переселиться на гравитационно гораздо более мощную планету, чем Земля.

В завершение темы скажу: я знаю, что некоторым из вас по той или иной причине не нравится мысль о старости и вам очень хотелось бы оставаться молодыми так долго, насколько это возможно, или по крайней мере гораздо дольше, чем сосед. Специально таким читателям я адресую следующее предупреждение: нет смысла пытаться стать спринтером, пилотом «Формулы-1» или самолета ВВС Великобритании. Нет смысла пытаться сесть на него, чтобы достичь 99,999999999 % от скорости света.

Почему?

Потому что ваши часы, с вашей точки зрения, никогда не изменятся.

Для ваших глаз, равно как и образующих ваше тело клеток, секунда всегда и в любом случае останется секундой, день за днем, год за годом и т. д. Ваше личное время и старение не будут замедляться, вам не удастся прожить дольше, клетки будут преспокойно расти и распадаться с точно такой же скоростью, как и у всех путешествующих с вами. Полеты на космических скоростях или жизнь на гораздо более плотной далекой планете не позволят вам прожить дольше, потому что для вас двадцать четыре часа в сутки были (и будут) двадцатью четырьмя часами. Однако другие люди могут увидеть вас живущим дольше них.

Ускорение настоящего для быстрого достижения чьего-то будущего теоретически возможно (и даже может когда-нибудь воплотиться практически),[30] но прожить дольше, путешествуя в космическом пространстве, нельзя.

С помощью специальной и общей теорий относительности Эйнштейна вы обнаружили действительно странный окружающий нас мир, доступный нам через органы чувств, тот мир, в котором мы ежедневно проживаем свою жизнь. Но то, что вы видели до сих пор, ни капли не более странно, чем то, с чем вы встретитесь по благополучном возвращении домой.

После мегамира и мира сверхскоростей настало время посетить микромир.

И я боюсь, что даже если вы раньше не верили в волшебство, то, возможно, самое время начать.