Пусть теперь мчится наш фантастический поезд. Где-то в пути включается источник света — тот самый, что находится в середине экспериментального вагона.
Напомним, что поезд движется прямолинейно и равномерно, а потому все явления внутри поезда должны происходить совершенно так же, как если бы поезд стоял на станции. Следовательно, лучи света одновременно (за девять сек.) достигнут дверей вагона, которые одновременно откроются.
Именно это увидят пассажиры фантастического поезда. Совсем другая картина предстанет стрелочнику, которому удалось пронаблюдать эксперимент.
По отношению к стрелочнику лучи света движутся с той же скоростью, что и относительно вагона (300 000 км/сек), — ведь в этом и заключается принцип постоянства скорости света. Но задняя дверь вагона несется навстречу лучу света, а переднюю дверь, наоборот, ему приходится догонять. Следовательно, «правый» луч быстрее достигнет задней двери вагона, чем левый луч — передней. В результате стрелочник увидит (это нетрудно подсчитать), что двери вагона открылись не одновременно — задняя дверь через 5 сек., а передняя дверь через 45 сек.! Таким образом, два события (открытие дверей) пассажирам поезда кажутся одновременными, а стрелочнику — разделенными промежутком времени в 40 секунд.
Бессмысленно ставить вопрос, кто из них прав. Ответ может быть только один: каждый прав по-своему. Убеждение, что два события, наблюдаемые нами как одновременные, и всем другим наблюдателям непременно покажутся одновременными, не больше, как предрассудок. Понятие одновременности — относительно. На движущихся относительно друг друга телах время течет по-разному.
Не подумайте, что парадоксальные выводы, к которым мы пришли, вызваны фантастическими свойствами нашего воображаемого поезда.
Все останется верным и для любого поезда, в том числе и того, в котором вы ездите на дачу. Но только из-за небольших размеров поезда и медлительности его движения эффекты теории относительности здесь менее заметны.
Нам остается убедиться в том, что в поезде время всегда течет медленнее, чем на станции. Для этой цели представим себе, что на полу «экспериментального вагона» укреплена электрическая лампочка, а прямо над ней, на потолке, — небольшое зеркало. Включив лампочку, мы заставим луч света долететь до зеркала, отразиться от него и вернуться обратно. Пассажир поезда сможет при этом констатировать, что луч света прошел путь, равный удвоенной высоте вагона. Однако стрелочник, следивший за этим экспериментом, с ним не согласится.
Для стрелочника эксперимент выглядит совсем иначе. Он видит, что движутся и лампочка, и зеркало, и весь вагон. Поэтому луч света, покинувший лампочку, должен лететь не вертикально вверх, а несколько косо, чтобы попасть на зеркало, которое для луча является своеобразной движущейся мишенью.
Подобно этому и отраженный луч пойдет не вертикально вниз, а по некоторой наклонной, чтобы снова вернуться к движущейся лампочке.
Так как скорости лампочки и зеркала одинаковы, луч, с точки зрения стрелочника, прочертит две стороны равнобедренного треугольника, высота которого равна высоте вагона.
Мы надеемся, что у читателя уже не возникнет вопрос, по какой же траектории на самом деле движется луч света. Но тогда нетрудно сообразить, что рассматриваемый эксперимент протекает для пассажира и для стрелочника с разной длительностью. При одной и той же скорости своего движения луч света, с точки зрения стрелочника, проходит больший путь, чем по мнению пассажира. Сумма двух сторон равнобедренного треугольника больше удвоенной соответствующей высоты. А это означает, что один и тот же процесс — посылка луча от лампочки к зеркалу и обратно, — с точки зрения пассажира, протекает за меньший промежуток времени, чем с точки зрения стрелочника. Следовательно, для движущихся тел время течет медленнее, чем для тел покоящихся. Мы не хотим затруднять читателя подсчетами величины этого «расхождения времени». Очевидно, оно зависит от скорости движения данного тела. Чем быстрее движется поезд, тем на большее расстояние сместится лампочка за время полета светового луча между полом и потолком При этом растягивается основание рассмотренного выше треугольника и увеличиваются боковые стороны.
Теоретически говоря, это «растяжение» треугольника может быть любым, так как стороны треугольника с приближением скорости тела к скорости света неограниченно увеличиваются. Следовательно, и разница в течение времени на покоящемся и движущемся теле может быть сколь угодно большой.
Теперь читателю должен быть ясен «секрет», с помощью которого возможно победить время. Он заключается в движении с очень большой, «околосветовой», скоростью. При таком движении для путешественников время будет течь замедленно, причем с любой степенью замедления. Тем самым перед человечеством как будто открываются реальные возможности достичь другие планетные системы не за сотни и тысячи лет, а за любой, сколь угодно короткий срок — месяцы, недели или даже дни!
Не слишком ли оторваны от жизни все наши рассуждения? Ведь при тех скоростях передвижения, с которыми приходится иметь дело в земной обстановке, эффект замедления времени практически неощутим. Для пассажира, отправившегося из Москвы в Ленинград на «Красной стреле», время будет течь всего на ничтожную долю процента медленнее, чем для его родных, оставшихся в столице. Выйдя на перрон Московского вокзала в Ленинграде, он не сумеет заметить отставание своих часов: их показание разойдется с точным ленинградским временем на неощутимую долю секунды.
Несравненно быстрее курьерского поезда движутся искусственные спутники Земли. Но и для них эффект замедления времени ничтожно мал. За целый год часы на каком-нибудь из спутников отстанут от земных часов всего на одну сотую секунды.
Парадоксы времени становятся существенными только при скоростях, близких к скорости света. Однако даже при необычайно бурном развитии современной техники «околосветовые» скорости кажутся почти недостижимыми.
Таким образом для межзвездных космических кораблей необходим двигатель принципиально новый, с чрезвычайно высоким, почти стопроцентным коэффициентом полезного действия. Замечательно, что основные черты его устройства понятны уже нашим современникам, — речь идет об аннигиляционном двигателе фотонных ракет.
Разберемся в смысле этих сложных терминов.
Свет, как известно, излучается порциями, которые физики называют фотонами. Каждый фотон обладает определенным запасом энергии, которую теряет светящееся тело.
Ракета выбрасывает газы, прожектор — потоки света. Между ними есть большое сходство, и не только внешнее, но и по существу.
Представьте себе, что вы, сидя в автомобиле, включили его фары. Фотоны, вылетевшие из нитей двух лампочек, ударились в параболический рефлектор фар и, отразившись от него, параллельным пучком направились вперед, в ту сторону, куда поедет автомобиль. При ударе о рефлекторы бесчисленное Множество фотонов оказали на них давление. Под действием этой силы автомобиль должен сдвинуться «задним ходом», и если этого не происходит, то по причинам отнюдь не принципиального характера. Просто давление света автомобильных фар слишком мало, чтобы преодолеть огромные по сравнению с ними силы трения. Но, если бы вместо обычных лампочек можно было поместить в фары автомобиля сверхмощные источники света, он превратился бы в реактивный автомобиль и с огромной скоростью понесся бы «задним ходом».