Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

Экипаж видит мир надвигающимся со стороны Kepler-16b (если мы действительно дали им задание заменить плакат на рис. 5.14 на реалистичный) и затем «падающим» назад, по направлению к Солнцу, неподалеку от которого остался космодром. «Падающим» потому, что, когда случайная частица пыли проносится мимо ракеты и уходит назад, она движется с ускорением 1,5 g относительно ракеты – в общем, так, как падают тела на Земле, только быстрее; то же самое – падение – испытает чашка, которую кто-то на борту выпустит из рук, пока ее не остановит пол каюты (мы ведь и хотели обеспечить в ракете земные условия, только в полтора раза перестарались с ускорением). Но глядя на «падающие» предметы за бортом – которые не ударяются о пол, а уходят все дальше и дальше назад, – экипаж замечает нечто необычное. Удаляясь, предметы сначала ускоряются, но потом начинают замедляться и постепенно останавливаются вблизи некоторой воображаемой поверхности – где поэтому накапливается все бóльшая часть вещей, мимо которых ракета успела пролететь. Предметы (включая, разумеется, звезды, если таковые встретились по пути) зависают: приближаются к таинственной поверхности все медленнее и медленнее. Исходящий от них свет приходит сдвинутым в красную область спектра, потом в инфракрасную, затем в радиоволны, и в конце концов все то, что близко к поверхности, «тает» – исчезает с экранов всех средств наблюдения, которые только есть на борту; а все часы, которые туда тоже «свалились» в большом количестве (все, что так или иначе связано с периодически повторяющимися процессами), замедляются, причем все сильнее и сильнее по мере приближения к заветной поверхности.

Позади ускоряющейся ракеты возникает горизонт

Эта поверхность называется горизонтом событий, но для краткости чаще говорят просто «горизонт». Он располагается позади ракеты на расстоянии c2/(1,5 g) от нее, с точки зрения космонавтов, что вроде бы много в километрах (6,1 × 1012 км), но составляет всего лишь 0,646 светового года. Уточнение «с точки зрения космонавтов» – ключевое: ракета непрерывно ускоряется, и относительность все заметнее вступает в свои права. Если в момент старта ракеты вы зажжете лампу на указанном расстоянии c2/(1,5 g) от нее, то свет отправится по направлению к ракете и, очевидно, будет ее догонять. Стартовое преимущество, которое имеет ракета, будет «съедаться» светом, имеющим преимущество в скорости (он сразу летит со скоростью c, тогда как ракета начинает с нулевой скорости, а точно скорости света не достигнет никогда); в результате свет от лампы будет подбираться к ракете все ближе и ближе, с точки зрения наблюдателей на космодроме, но гандикап – расстояние c2/(1,5 g) – выбран так коварно, что свет так и не «дотронется» до ракеты, хотя будет буквально дышать ей в спину. Ахилл и черепаха все-таки реализуются практически по Зенону, пусть и с привлечением супердвигателя и околосветовых скоростей! Впрочем, из-за относительности есть и дополнительный сюрприз: с точки зрения экипажа, Ахилл совсем не фрустрирован тем, что никак не наступит на черепаху, которая уже совсем рядом, – с точки зрения экипажа, Ахилл (свет) вообще не отправился в путь! Вот что происходит. О том, что одновременно со стартом запланировано включение лампы, космонавтам сообщили перед стартом[98]. Они знают, что в момент старта эта вспышка находится в их «сейчас» (случается одновременно со стартом). Пока все просто, но по мере увеличения скорости у экипажа складывается все более отличное от «космодромного» представление о расстояниях и времени – включая представление об одновременности. Вспышка случилась в их безразличном, а это значит, что, с точки зрения каких-то других наблюдателей, она может/могла произойти раньше или позже старта ракеты. Через час после старта, набрав некоторую скорость, экипаж ракеты будет уже «другим» наблюдателем по сравнению с самими собой на старте, с другим представлением об одновременности – результатом некоторого гиперболического поворота от наблюдателей на космодроме. Экипаж проделает необходимые вычисления и обнаружит, что вспышка лампы оказалась в их текущем «сейчас» – через час после старта по часам командира. То же будет через час и одну минуту после старта; дополнительный гиперболический поворот, отвечающий дополнительно приобретенной скорости, оставит событие вспышки в текущем «сейчас» для экипажа. Исходное расстояние c2/(1,5 g) от источника света выбрано в зависимости от ускорения таким образом, что в картине мира космонавтов, постоянно подправляемой гиперболическими поворотами, событие вспышки остается в текущем «сейчас» на протяжении всего полета, причем всегда на расстоянии c2/(1,5 g) от ракеты. Космонавтам, если они не делают вычислений, буквально невдомек, что с точки зрения космодрома свет от лампы приблизился к ним на один световой день, потом на одну световую минуту, потом секунду (но никогда на нулевое расстояние!). Для них Ахилл так и замер на старте с приподнятой ногой для того, чтобы сделать первый шаг. Это и означает, что время там, на горизонте, с точки зрения экипажа остановилось.

Конечно, как только капитан отдаст команду нажать кнопку «стоп» и двигатель выключится, картина мира изменится: скорость перестанет увеличиваться и представления о длинах, промежутках времени и одновременности перестанут ежесекундно меняться, удерживая тем самым Ахилла позади; свет от лампы очень скоро догонит корабль, потом начнет приходить свет от еще более удаленных объектов, и все «перекосы» исчезнут. На следующей прогулке мы увидим, что во Вселенной имеются и более радикальные «перекосы», но уже без кнопки выключения.

Увидеть TRAPPIST-1 и…?.И все же: увидеть все семь планет, обращающихся вокруг TRAPPIST-1, можно всего-то через 4,3 года собственного времени, отправившись туда (по-прежнему на фотонной ракете и с идеальным аннигиляционным двигателем) со стартовой массой, превышающей полезную массу не в тысячи раз, а менее чем в сто – в 82,5, как показано в таблице 5.4. Надо только все время разгоняться – не останавливаться, не тормозить начиная с половины пути – вообще не тормозить, а продолжать разгоняться и пролететь мимо пункта назначения на очень приличной скорости: увидеть TRAPPIST-1 мимолетно.

А потом что делать? (Ведь антивещество на борту все исчерпано.)

Таблица 5.4. Путешествия с постоянным разгоном на фотонно-аннигиляционной ракете

Признания и литературные комментарии

Как я уже признавался, вместо «наблюдатель» надо говорить «система отсчета». «Развертка» пространственных событий в пространство-время, мыслимое как четырехмерное пространство, называется пространством Минковского, а