Как устроен этот мир

Общая теория относительности утверждает, что время течет по-разному в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга с ускорением. Чем больше ускорение, тем больше сокращается время. Иллюстрацией этому служит знамeнumый парадокс близнецов. Два генетически нeoтлuчuмыx близнеца расстаются: один отправляется в космос, а другой остается на Земле. Когда первый возвращается, он еще молод, в то время как его брат - старик. Время объективно текло для них по-разному. Ускорение способствовало молодости.

Недавно это положение, хотя его никто не оспаривает, решили зачем-то экспериментально проверить сотрудники телевизионной программы Би-Би-Си "Горизонт". Для этого они слетали за океан и обратно с невероятно точным хронометром в руках, который отсчитывает время на основе длины волны, испускаемой атомом цезия. С ними были ученые из Британской Национальной физической лаборатории. Целью телевизионщиков было преодолеть общественное недоверие к теории относительности. Ученые ставили себе более скромную, но практическую задачу: опытным путем уточнить запаздывание навигационных сигналов со спутников. Как и следовалo ожидать, теория оказалась верна: полетавший хронометр отстал на 40 наносекунд сравнительно с оставшимся на земле. Прокомментировать эту экспедицию мы попросили профессора Алексея Андреевича Ансельма.

- Я думаю, здесь присутствует элемент популяризации чего-то другого... Летать с хронометром в Канаду, право же, не стоило. Это явление ежедневно наблюдается в сотнях лабораторий мира. Состоит оно вот в чем. Имеются элементарные частицы с определенным временем жизни. Скажем, какой-нибудь мю-мезон, живущий ровно одну микросекунду. Столько они живут, если неподвижны. Срок жизни мю-мезона предсказан теоретически. А на практике мы обычно получаем эти мю-мезоны быстро двигающимися. И тут выясняется, что идентичные мю-мезоны, более похожие друг на друга, чем любые близнецы, живут разное время жизни: тот, который двигается быстрее, живет дольше. Количественно это удлинение времени жизни совершенно точно описывается формулой Эйнштейна, которую он вывел много десятилетий тому назад. И то, что время жизни у частиц оказывается разным, это и есть экспериментальная проверка положения Эйнштейна об удлинении времени в движущейся системе координат.

- И, как я вижу, проверка совершенно рутинная...

- Она совершенно рутинная, да. Поэтому вряд ли нужно было проверять это вместо мю-мезонов на каких-то макроскопических часах. Ничего нового в фундаментальную науку это не привносит. Таков один уровень понимания вопроса, и мне кажется, что никакого парадокса здесь еще нет: что предсказывает теория, то подтверждает эксперимент. Теперь возьмем двух генетически совершенно идентичных близнецов. Один из них отправился в космос, летал очень долго, прилетел, и вдруг обнаруживает, что для его брата, который оставался на Земле, прошло, скажем, тридцать лет, в то время как для него - год. Парадокс здесь вот в чем. Летавший близнец может сказать: "Я летал по отношению к брату не в большей мере, чем он - по отношению ко мне. Движение относительно. Ничего неподвижного в пространстве нет. Вот я и говорю: он, мой близнец, улетел от меня вместе со всей Землей, а потом прилетел обратно, - почему же состарился он, а не я?" Чтобы разрешить парадокс, необходимо точно указать, где асимметрия в этой задаче: почему летавший - действительно летал. Асимметрия вот в чем: летавший близнец, чтобы эту задачу замкнуть, должен был в какой-то момент времени развернуться и полететь обратно. Все то время, что он летел туда, любое сколь угодно длинное время, - если, конечно, он летел со скоростью близкой к постоянной, - он старел совершенно так же, как его брат, оставшийся на Земле. Две инерциальные системы координат абсолютно равноправны. Но вот когда он поворачивал, ему пришлось включить ускорение.

- Вы, очевидно, говорите об отрицательном ускорении? Ускорение ведь есть изменение скорости не только по величине, но и по направлению...

- Совершенно верно, я именно это самое и имел в виду, конечно... Так вот, он меняет направление скорости на обратное. Если он летел с большой скоростью, то в момент разворота, в момент замедления (отрицательного ускорения), которое у него могло отнять часы, его брат на Земле постарел на месяцы или годы. Ускорение - вот что существенно с точки зрения общей теории относительности. Тот, кто движется с ускорением, покидает инерциальную систему отсчета... Когда он замедлялся и ускорялся, в пространстве словно бы включалось некоторое гравитационное поле, поле тяготения. И оно тем больше, чем дальше друг от друга точки, одна из которых ускоряется.

- То есть расстояние все-таки играет роль?