Куда течет река времени

По прошествии пары недель мне казалось, что я разобрался досконально в нужных разделах, и я пришел к руководителю. Тот выслушал меня и сказал: «Прекрасно, вот теперь и считайте». Хорошенькое дело — «считайте». Оказалось, что я не представляю даже, с чего начать! Но мой наставник был прекрасным педагогом. Он сразу уловил затруднения и в немногих словах подсказал, с чего начать рассчитывать эффекты, связанные с движением системы «космический корабль». И я начал понемногу считать.
Через некоторое время М. Зельманов порекомендовал мне уже достаточно сложную книгу В. Фока «Теория пространства, времени и тяготения». После этого мне многое стало ясно, работа пошла быстрее, и все расчеты удалось закончить в срок. Спустя несколько лет эта моя первая работа по теоретической физике была опубликована. Большая часть ее имела методический характер, но в ней содержались и оригинальные выводы.
Каковы же были результаты расчетов? Прежде всего нас интересовало, какой же во время полета космонавта он будет видеть окружающую Вселенную из иллюминатора своего корабля — этой «лаборатории», несущейся сквозь пространство и время.
С двумя эффектами должен столкнуться космонавт. Первый — уже знакомый нам эффект Доплера, вызывающий «голубение» света, когда мы движемся навстречу его источнику, и «покраснение» — когда удаляемся от него.
Но это еще не все. При стремительном полете меняется и направление, по которому видны далекие звезды. Почему так происходит? Вспомним о какой-нибудь своей поездке в поезде. Когда поезда стоят и за окном идет дождь, а ветра нет, то капли дождя оставляют вертикальные следы на стекле окна вагона. Если же поезд двигается, то капли будут оставлять наклонные следы, причем наклон их будет в сторону движения поезда.
Подобная картина наблюдается и со светом. Для движущегося наблюдателя лучи света становятся наклонными в сторону его движения. Поэтому космонавт увидит звезды как бы сместившимися на небе к точке, в которую направлено его движение. Явление это называется аберрацией света, и, конечно, при скорости космического корабля, близкой к скорости света, смещение видимого положения звезд на небе будет очень сильным.
Я рассчитал, как будет выглядеть звездное небо для космонавтов на корабле, летящем со скоростью 250 000 км/с. На рисунке 2 показано, что откроется глазам экипажа. Для наблюдателей в ракете звезды на небе как бы сбегутся к той точке, в направлении которой летит корабль. Здесь небо будет усеяно ими гораздо гуще, чем сзади, где почти совсем не будет видно звезд.
Вспомним, что и цвет звезд должен измениться из-за эффекта Доплера. В направлении движения будут видны россыпи звезд, цвет которых голубоватый, а яркость их увеличена. В противоположном направлении на небе звезд почти не будет, за исключением редких слабеньких красных искорок.
Ну а что же с путешествием в будущее? В разобранном мной тогда примере космонавты отправляются к ближайшей к Солнцу звезде — Проксиме Центавра, находящейся от нас на расстоянии сорока тысяч миллиардов километров. В течение первых 4,5 месяца полета ракета разгоняется. Предполагается такая работа двигателей ракеты, что космонавты чувствуют утроенную перегрузку по сравнению с силой тяжести на Земле. К концу разгона скорость корабля составляет 250 000 км/с. Затем двигатели выключаются и корабль летит по инерции, а космонавты могут любоваться описанной выше необычной картиной звездного неба.
При подлете к Проксиме Центавра включаются тормозные двигатели и корабль, тормозясь, останавливается. Затем он разгоняется в обратную сторону и возвращается на Землю. Весь полет по часам, оставшимся на Земле, займет около двенадцати лет, а по часам на космическом корабле — всего около семи лет. По возвращении космонавты окажутся заброшенными в будущее Земли на пять лет! Так работает «космическая машина времени».
 
Как видит читатель, даже при очень больших скоростях и сравнительно длительных путешествиях в космосе перенос во времени не столь велик. Но все же он есть (точнее, обязательно будет при будущих межзвездных перелетах). С принципиальной точки зрения, всегда, при любом, даже медленном, движении в пространстве происходит и перенос во времени. Только этот перенос обычно совсем ничтожен. Например, экипаж нашей космической станции «Салют», который в 1988 году в течение года двигался по околоземной орбите со скоростью восемь километров в секунду, по возвращении на Землю оказался перенесенным в будущее всего на одну сотую долю секунды.
При будущих межзвездных перелетах можно будет разгонять фотонные ракеты до скоростей, очень близких к скорости света. Гораздо более близких, чем в разобранном выше примере полета к Проксиме Центавра, где скорость составляла около восьмидесяти процентов скорости света. При еще больших скоростях перенос в будущее после возвращения окажется уже совсем серьезным. Так, представим себе, что путешественники отправляются на фотонной ракете к центру нашей звездной системы — Галактики (это путешествие и в пространстве, и во времени). Первую половину пути «туда» ракета все время разгоняется так, что космонавты ощущают двойную перегрузку по сравнению с силой тяжести на Земле, а вторую половину пути ракета тормозится, гася свою огромную скорость с такой же перегрузкой. Затем все повторяется в обратном направлении при движении к Земле. Путешествие в целом займет, по земным часам, около шестидесяти тысяч лет, на Земле сменятся многие и многие поколения людей, а по часам на ракете пройдет всего… сорок лет! Этот срок лежит, конечно, в пределах активной трудовой жизни человека, и на Землю могут вернуться те же космонавты, что и улетели с нее. Но они окажутся заброшенными в далекое будущее Земли.
Что они встретят на Земле? Об этом знают только фантасты. Возникнет множество не столько даже научных проблем, сколько проблем социальных и психологических, о которых мы здесь ничего не можем сказать. О том, что испытывают люди, заброшенные во времени так далеко от своей привычной эпохи, в которой они родились и воспитывались, очень ярко описано в романе польского писателя-фантаста С. Лема «Возвращение со звезд».
Еще одну особенность межзвездных путешествий необходимо подчеркнуть. На первый взгляд кажется, что человек является своеобразным пленником пространства. Действительно, казалось бы, он не может улететь достаточно далеко от того места, где родился, он как бы «прикован» к этому месту цепью времени. Ведь двигаться со скоростью большей, чем скорость света, нельзя. Значит, можно за жизнь человека, скажем, в сто лет, улететь не дальше, чем на сто световых лет от Земли. Это в пределах лишь ближайших к нам звезд.
Но, конечно, в этих наивных рассуждениях допущена существенная ошибка — не учтено замедление времени у космонавтов. Если учесть это замедление, то, как мы видели выше, можно улететь очень и очень далеко и посетить далекие уголки Вселенной.
Не правда ли, удивительные перспективы?!
Но пытливая мысль летит гораздо дальше. Обязательно ли ломиться сквозь пространство, чтобы достигнуть далеких областей, совершая длительные и утомительные межзвездные перелеты? Не существует ли какого-либо обходного пути?
Терпение, читатель, мы еще об этом поговорим. Здесь же я только скажу, что недавно, когда я выступал на семинаре в Институте теоретической и экспериментальной физики с докладом о таких обходных путях, ко мне подошел известный советский физик-теоретик член-корреспондент АН СССР Л. Окунь и сказал: «Знаете, много лет назад я вместе с одним нашим известнейшим физиком прогуливался ясной звездной ночью и, глядя на немигающие звезды, заметил — должен же быть какой-то путь достижения этих звезд, кроме тривиального долгого полета к ним сквозь пространство. Мой спутник взглянул на меня скептически и проронил: «Бросьте необоснованно фантазировать, это возможно лишь в сказках». И вот теперь, — с радостью заключил Л. Окунь, — мы открываем такие возможности. Пока только в теории, но открываем!»