Полет к звездам

Если ракета движется со скоростью, близкой к скорости света, то астронавты увидят необычную картину. Звезды, которые кажутся нам более или менее равномерно рассыпанными по всему небосводу, «сбегутся» в ту часть неба, куда движется ракета, и в этом направлении небо будет усеяно ими значительно гуще, чем в противоположном.

Но еще больше повлияет на вид звездного неба другое явление - эффект Допплера. При движении навстречу световым волнам частота их становится больше, то есть свет делается более фиолетовым, а при движении в противоположную сторону свет краснеет Если лучи падают не вдоль направления движения, а под некоторым углом, то изменение частоты световых волн будет тем меньше, чем ближе этот угол к прямому. Эффект Допплера хорошо изучен астрономами, которые с его помощью определяют скорость удаления или приближения далеких небесных тел.

Если скорость близка к скорости света, на этот эффект накладывается еще следующее явление. Относительно ракеты все звезды движутся практически со скоростью 250 000 км/сек., и, значит, для наших путешественников время на этих звездах течет медленнее. Медленнее колеблются электроны в атомах, а значит, с меньшей частотой излучаются световые волны. Отсюда следует, что даже свет звезд, расположенных в перпендикулярном направлении по отношению к трассе ракеты, окажется покрасневшим.

Общая картина необычного звездного неба, которая откроется перед космическими путешественниками, будет следующая. Сначала они увидят густо усеянную фиолетовыми звездами область вокруг точки, в направлении которой летит ракета. Затем, по мере удаления от этой точки, звезды встречаются на небе более редко. Цвет их меняется от синего до красного, затем их яркость резко уменьшается, и почти на половине неба позади ракеты совсем не видно звезд, за исключением, может быть, самых ярких, которые будут видны в виде слабых красных искорок.

Но еще более удивительные картины откроются перед астронавтами, если они смогут наблюдать в сверхмощные телескопы процессы, происходящие на отдаленных небесных телах.

Поскольку звезды движутся относительно ракеты со - скоростью 250 000 км/сек., они сократятся в направлении движения ракеты в 1,8 раза и будут выглядеть не шарами, а эллипсоидами. Если ось вращения звезды не совпадает с направлением движения ракеты, то, поворачиваясь вокруг оси, звезда будет менять свою форму, как бы «подставляя» под сплющивание разные точки своей поверхности. Если ракета будет пролегать над плоскостью какой-либо планетной системы, то круговые пути планет для астронавта будут сплюснутыми, эллиптическими. Планеты тоже превратятся в эллипсоиды, вращаясь так же странно, как звезды. Все процессы, текущие на небесных телах, замедлятся в 1,8 раза.

Как мы уже знаем, события, одновременные для наблюдателя на Земле, могут оказаться неодновременными для астронавта, летящего на ракете. Возможны даже такие случаи, как перестановка порядка событий во времени. Допустим, что на противоположных друг другу точках поверхности Солнца происходят два извержения протуберанцев, причем земные астрономы видят одно из них на две секунды раньше, чем другое. Но наблюдатель на ракете сочтет, наоборот, что второе извержение произошло раньше первого на две секунды, а вся картина явления для него будет происходить в 1,8 раза медленнее, чем для наблюдателя на Земле. Вспомнив при этом, что изменяется также яркость и цвет этих образований, легко понять, насколько необычные картины смогут увидеть будущие астронавты.

ПАРАДОКС ВРЕМЕНИ

Если астронавт будет изучать события, происходящие на покинутой им Земле, то он убедится, что и там все процессы, в том числе и жизнь людей, текут в 1,8 раза медленнее. Как же так? Казалось бы, что для наблюдателя на ракете процессы на Земле должны течь быстрее по отношению к процессам, текущим на ракете.

Но этого не происходит. Если ракета летит равномерно и прямолинейно относительно Земли, тогда относительно ракеты Земля будет двигаться с той же скоростью в противоположную сторону. Следовательно, наблюдатели на Земле и на ракете полностью равноправны. И хотя для земного наблюдателя время на ракете течет медленнее, для астронавта медленнее будет течь земное время. Может показаться, что тогда нельзя избежать противоречия. Когда ракета вернется на Землю, кто окажется прожившим меньше времени: космический путешественник или житель Земли?

На самом деле никакого противоречия нет. Просто в наших рассуждениях упущено одно важное обстоятельство. Чтобы вернуться на Землю, астронавты непременно должны включить двигатели ракеты, развернуть ее и направить к Земле. Во время действия двигателей ракета движется ускоренно и не является инерциальной системой. Законы специальной теории относительности в это время для нее неприменимы.

Земной наблюдатель не испытывал никаких ускорений, его система инерциальна все время, и законы специальной теории относительности в ней справедливы, поэтому его вывод о том, что по возвращении межзвездные путешественники окажутся моложе своих сверстников на Земле, правилен.