Физика времени

Кто-то остроумно заметил, что в общей теории относительности меньше относительного, чем в специальной теории относительности. И в самом деле: в специальной теории эффекты, связанные со скоростью (когда она постоянна) оказываются относительными и взаимными. Мы видели, например, что каждому из двух наблюдателей, движущихся друг относительно друга с постоянной скоростью, другой кажется медлительным и все, что с ним происходит, представляется замедленным во времени. «Ваши часы отстают», — говорит один из них другому, но то же может услышать и в ответ. Движущиеся часы отстают, но я считаю движущимся другого, а этот другой — меня.

В обшей теории относительности все иначе. Когда имеются поля тяготения или движение является ускоренным (а это, как мы уже знаем, одно и то же), появляются эффекты не относительные, а абсолютные, и взаимность исчезает. Часы на последнем этаже дома идут быстрее, чем на первом. «Ваши часы отстают», — говорят сверху вниз. И им отвечают: «Да, ваши часы идут быстрее». Различие в ходе часов здесь уже не относительное, а абсолютное: с любой точки зрения верхние часы идут быстрее нижних.

Об эффекте замедления времени мы говорили в предыдущей главе. А сейчас нам предстоит познакомиться с интересным проявлением этого эффекта — так называемым парадоксом часов, вокруг которого в свое время было немало споров, и их отголоски слышны иногда и до сих пор. В этом парадоксе особенно ярко проявляется отличие абсолютного от относительного в свойствах времени.

Снаряд Жюля Верна

В 1911 году, когда специальная теория относительности уже горячо обсуждалась в науке, а общей теории относительности еще не существовало, французский физик Поль Ланжевен заметил, что путешественник, летящий в снаряде Жюля Верна — ракете — со скоростью, близкой к скорости света, должен постареть меньше, чем его брат-близнец на Земле. Он исходил из того факта, что движущиеся часы отстают от покоящихся.

На это Анри Бергсон, известный французский философ, немедленно возразил, что такое заключение находится в явном противоречии с принципом относительности. Ведь, согласно этому принципу, путешественник и его брат-близнец находятся, как кажется, в равных условиях: можно говорить, что первый движется относительно второго, а можно сказать, что второй, оставшийся на Земле, движется относительно первого. Так кто же из близнецов окажется старше, а кто моложе, когда они снова встретятся?

В этом и состоит парадокс часов, или, как тоже говорят, парадокс близнецов. Слово парадокс (означающее по-гречески неожиданный, странный) служит для обозначения чего-то, что логически как будто непротиворечиво, но резко расходится с тем, что общепринято или со здравым смыслом. Бергсон, а за ним и некоторые другие физики и философы не без остроумия критиковали то, что казалось им абсурдным. Одно из двух, — говорили они, — либо возраст близнецов должен быть в точности одинаков при встрече, либо теорию относительности нужно отбросить. Так, по их мнению, должен быть разрешен этот парадокс. И нужно сказать, что по тогдашнему состоянию науки они не делали никакой ошибки. Они и в самом деле нашли противоречие в рассуждении Ланжевена.

Ускорения и перегрузки

Разрешение парадокса принесла общая теория относительности, которая появилась лишь через пять лет после первого обмена замечаниями между Ланжевеном и Бергсоном. На ее основе может быть получен точный ответ на вопрос, кто из близнецов окажется старше при встрече после космического путешествия одного из них.

Но важное соображение можно высказать, и не прибегая к самой этой теории. Для этого стоит поточнее сформулировать интересующий нас вопрос.

Итак, путешественник отправляется в свой космический полет и при старте сверяет часы с часами на космодроме. Он удаляется от Земли с большой скоростью, достигает заданной точки в космосе, а затем поворачивает обратно, летит к Земле и совершает посадку. После посадки он сравнивает показания своих часов с показаниями земных часов. Покажут ли те и другие часы одинаковое время или одни часы отстанут от других? Обратим внимание на то обстоятельство, что путешественник-космонавт проделал замкнутый путь по маршруту Земля — космос — Земля. При этом его движение никак не могло быть все время равномерным и прямолинейным. Ему нужно было испытать ускорение при работе двигателя на старте, в начале пути, а в конце пути он испытал торможение при посадке.

Но и помимо этого он испытал действие ускорения, когда, включив свой ракетный двигатель, совершал разворот у дальней точки пути. Все эти ускорения путешественник реально ощущал, переживал их как перегрузки, о которых нам рассказывают настоящие, а не воображаемые, летчики и космонавты. Перегрузки эти бывают иногда значительными и космонавты вспоминают о них с вполне понятным чувством как о нелегком испытании.