ПАРАДОКС БЛИЗНЕЦОВ
В этом очерке мы попытаемся объяснить (к сожалению, крайне схематично), каким образом физики приходят к удивительному заключению, что время в неподвижной и движущейся системах отсчета, например на Земле и в ракете, улетающей от Земли, течет неодинаково. Пока же без объяснений примем этот фундаментальный вывод специальной теории относительности и покажем, что, хотя "здравый смысл" решительно восстает против этого утверждения, оно все же не содержит логических противоречий.
Итак, основное заключение теории относительности, относящееся к различному ходу времени в движущихся друг относительно друга системах отсчета: время в движущейся системе отсчета течет медленнее, чем время в неподвижной системе отсчета. Пример: радиоактивное ядро, летящее с большой скоростью относительно неподвижных приборов, установленных в лаборатории, живет дольше другого такого же ядра, неподвижного в лабораторной системе отсчета. Этот факт подтверждается ежедневно в сотнях экспериментов, проводимых во всем мире.
Повторим еще раз: "здравый смысл" очень хочет предположить, что что-то случилось не с самим временем, а с часами, в данном случае с радиоактивным ядром. В предыдущем очерке мы уже объяснили, что если замедляются любые часы: любое время распада различных частиц, любые колебания световой волны, связанной с испусканием света различными атомами и т. д., - то остается сказать, что замедляется само время. Заметим между прочим, что замедляются и биологические процессы, ведь в конечном счете они связаны с различными химическими реакциями, которые замедляются точно так же, как радиоактивные распады или частота колебаний световой волны (Период колебания световой волны, связанной с испусканием света различными атомами).
Действительно замедляется не что иное, как само время.
Представим себе улетающую от Земли ракету с пассажирами, лабораторными приборами и т. д. Поскольку абсолютно все процессы в ракете замедляются одинаково, пассажиры космического корабля не почувствуют никаких аномалий, связанных с необычным ходом времени. Они будут вставать, например, в 7 часов утра, ложиться в 12 ночи, в середине дня тратить час на обед и т. д. И стареть они будут совершенно нормально: за 10 лет тридцатилетний человек станет сорокалетним. И только если отслеживать происходящее в корабле по часам на Земле, мы обнаружим, что за 10 лет путешествия на ракете на Земле прошло, скажем, 20 лет. При всей парадоксальности этого вывода трудно немедленно указать на какое-нибудь логическое противоречие.
Кажущееся противоречие можно, однако, нащупать, если поместить в ракету одного из двух братьев-близнецов, а второго оставить на Земле. Из сказанного выше следует, что пока брат-путешественник проживет 10 лет, его брат на Земле состарится больше, скажем, на 20 лет. Если каждому из них отпущено строго определенное время жизни (конечно, эта гипотеза не вполне реалистична, но не так уж и дика — по отношению к близнецам), то к моменту смерти брата на Земле брат на ракете будет еще жив и даже относительно молод.
Парадокс состоит в том, что любые равномерно движущиеся друг относительно друга системы отсчета совершенно равноправны. Если мы до сих пор говорили о брате на Земле как о связанном с неподвижной системой отсчета, а о брате-путешественнике — с движущейся, мы с равным успехом можем считать «неподвижным» брата, находящегося в ракете, а брата на Земле — движущимся, удаляющимся от ракеты. Но тогда вывод об их относительном старении будет противоположным: брат на Земле будет стареть медленнее, чем на ракете, и к моменту смерти брата на ракете брат на Земле будет еще жив!
Какой же из братьев умрет раньше? Самое удивительное, что однозначно ответить на этот вопрос невозможно: по часам, связанным с Землей, раньше умрет брат на Земле, по часам, связанным с ракетой, — брат на ракете. Оба утверждения абсолютно правильны!
Несомненно, у человека, никогда ранее не слыхавшего о "парадоксе близнецов", возникает впечатление полного абсурда. Попробуем, однако, разобраться детальнее, в чем могло бы возникнуть действительное логическое противоречие. Суть дела состоит в том, что для обмена информацией о смерти каждого из братьев должно быть послано известие, скажем радиограмма, с Земли на ракету или наоборот. Между посылкой и получением этой радиограммы пройдет некоторое время, так как она движется с конечной скоростью — со скоростью света. Можно показать, что на Землю радиограмма придет лишь тогда, когда брат на Земле уже умрет, и аналогично — радиограмма, полученная на ракете. Ситуация в этом смысле остается симметричной, и противоречия не возникает.