Ученые, однако, все более проникают в суть вещей, явлений и понятий, которые лежат далеко за пределами самоочевидного жизненного опыта. Один из таких поисков привел физиков в начале нашего века к признанию относительности времени. Относительность времени и вытекающий из неё «парадокс времени» — лишь частный вывод из теории относительности, разработанный Эйнштейном, Пуанкаре и другими учеными.

Проведем небольшой опыт, инструментами которого служат воображение и логика. С Земли со скоростью 295 тысяч километров в секунду запущена ракета. С включенного на ракете прожектора вперед послан луч света. Известно, что свет движется примерно со скоростью 300 тысяч километров в секунду. С какой же скоростью свет обгоняет нашу ракету? Правила арифметики легко позволят найти ответ: свет удаляется от ракеты на пять тысяч километров в секунду. Можно сказать: свет движется относительно ракеты со скоростью пять тысяч километров в секунду.

– Но как же так? — могут нам возразить. — Скорость света всегда постоянна. Измерения производились не раз Майкельсоном и другими выдающимися экспериментаторами. Измеряли скорость луча бегущего навстречу вращению Земли, и скорость луча, бегущего по ходу вращения планеты, и показания точно совпадали, так, будто Земля оставалась неподвижной. Точность наблюдений исключала ошибку. Это, конечно, не слишком понятно, ибо вращение Земли должно в одном случае увеличивать скорость света, в другом – уменьшать ее. Но опыт есть опыт — скорость света всегда постоянная. Поэтому арифметика чего-то недоучла.

Свидетельство наблюдателя, который измерял скорость света, обгоняющего ракету, с борта ракеты, еще больше запутывает дело. По его словам, свет убегал от ракеты со скоростью 300 тысяч километров в секунду! Проверка приборов на ракете подтверждает правоту наблюдателя.

Нелепость! И логика подсовывает, на первый взгляд, совершенно дерзское объяснение. «А не было ли так, – говорит она, что секунда на ракете не равнялась земной секунде? Если это действительно так, то посмотрите, как легко устраняются все, вроде бы неустранимые противоречия».

Но что же подтверждает такую догадку? И почему в таком случае человек в ракете не замечает, что с увеличением скорости секунды растягиваются?

Представим себе, что вдруг исчезли все материальные процессы, по которым можно было бы измерять время. Прекратилось бы вращение Земли вокруг своей оси, замер бы распад радиоактивных элементов. И так далее и тому подобное. И время как бы перестало существовать для нас. Не было бы ни прошлого, ни будущего, мгновение застыло бы.

Картина поистине невероятная — ведь материальные процессы исчезнуть не могут, как не может исчезнуть и самая материя. Такая картина дает наглядное представление об абсурдности самой мысли, будто время можно оторвать от материи, представить его в виде голого, неосязаемого «нечто».

Не здесь ли лежит ключ к «парадоксу времени»? Давайте поищем.

Мы знаем, что чем большую скорость мы желаем сообщить телу, тем больше энергии мы должны затратить. Закон взаимосвязи энергии и массы подсказывает, что, ускоряя тело, мы одновременно утяжеляем его.

Итак, нагретый утюг тяжелее холодного, вес мчащегося автомобиля увеличивается, зажжённая лампочка массивней потушенной. Но вряд ли скоро удастся взвесить эту разницу в массе – уж слишком она ничтожна. Даже масса первой лунной ракеты, которой было сообщено громадное количество энергии, увеличилась всего на один миллиграмм. Иное дело космические полеты с субсветовыми скоростями. Для достижения скоростей, даже отдаленно близких к скорости света, нужно израсходовать фантастическое количество энергии. Это уже вызовет значительный прирост массы.

Ход любых часов — равномерный периодический процесс. Ракета близится к световому порогу. Каждая частника материи постепенно как бы наливается массой. И все без исключения ритмичные процессы замедляются. Медленней пульсирует сердце, проталкивая по сосудах отяжелевшую кровь; ленивей колеблются атомы в кристаллической решетке, всё замирает, как в ускоренной съемке.

Но астронавты не замечают этого. Каждый день врач меряет пульс астронавтов: 70 — 75 ударов в минуту — норма! А по земным часам было бы 5 — 6 ударов пульса в минуту. Но ведь на ракете все процессы замедлились равномерно! И число сердцебиений уменьшилось в столько же раз, во сколько замедлился ход часов — попробуй, установи, что ты находишься во власти «парадокса времени»!

Есть и опытная проверка. В распоряжении науки находятся микрочастицы – крохотные «снаряды», летящие почти со скоростью света. И вот что показывают наблюдения над ними.

Наша планета движется под проливным дождем космического излучения. Сталкиваясь в верхних этажах атмосферы с атомами газов, космические частицы распадаются — возникают новые частицы. Среди прочих «осколков» образуются и такие микрочастицы, как мю-мезоны. Их век ничтожен – «покоящиеся» мю-мезоны живут примерно две миллионные доли секунды. Зная время их жизни и скорость полета в атмосфере, легко высчитать путь их пробега. Получается, что они должны улететь от своей колыбели не далее чем на 600 метров. Рождаются мю-мезоны примерно на высоте 30 километров. Выходит, что коснуться Земли они ни при каких условиях не могут. И тем не менее Земли они достигают...

Объяснение может быть одно: для летящих мю-мезонов течение времени замедляется. И опытный подсчет этого замедления полностью соответствует теоретическим выкладкам теории относительности.

На Земле физикам-экспериментаторам приходится иметь дело и с мю-мезонами, и с многими другими частицами, обладающими высокими скоростями движения. Для опытов их выпускают на трек — разгоняют в гигантской «баранке» ускорителя. И оказывается, при ее строительстве инженерам-проектировщикам и конструкторам пришлось учитывать «парадокс времени»!

Так, далекая от повседневной жизни теория властно врывается в кабинеты инженеров-практиков. И это первые ласточки из странного мира парадоксов современной физики. Ведь мы ничего не сказали о том, что при околосветовых скоростях линейные размеры тел сокращаются. Следствия этих парадоксов тоже перестают быть достоянием бесед пера с бумагой. Ибо велика сложность природы, но не менее велика и сила человеческого разума, познающего ее законы.

Д. Биленкин.

888888888888888888888888888888888888

Д. Біленкін. Чи можна обігнати час? (статья)

-

Молодиі комунар (Кіровоград) (Молодой коммунар (Кировоград). — 1961. — 7 апреля (№ 42). — С. 4.

Молодиі комунар (Кіровоград) (Молодой коммунар (Кировоград). — 1961. — 12 апреля (№ 44). — С. 4.

-----

Тридцятирічний капітан поцілував однорічного сина і захлопнув за собою люк. У земному небі зірколіт прокреслив прощальний слід. Доганяючи промінь світла, корабель помчав до невідомої і далекої зірки.

Йшов час. Спогади про сміливих дослідників встигли зітертися, померкнути. Але ось на небосхилі затеплилася нова зірочка; це зірколіт повертався на батьківщину. В космопорту сорокарічного капітана зустрів старезний дід — його син...

Сюжет науково-фантастичного роману? Звичайно. Але що в ньому належить безумовно вимислу, а що науці?

У сталість, абсолютність часу вірили найвидатніші уми дев`ятнадцятого століття. І як було не вірити, якщо здавалося, що завжди, в будь-яких умовах хвилина, яка минула, точно дорівнює хвилині теперішній? Людина двадцятого століття і сивобородий ассірієць були однієї думки про властивості часу. Істина, що потік часу рівномірно і безупинно тече від минулого до майбутнього, не викликала сумніву. Дуже добре вона узгоджувалась з повсякденним досвідом, легко було переконатися, що ніякими силами ні людина, ні земна природа не можуть ні стиснути час, ні його ходу.

Вчені, проте, все більше проникають у суть речей, явищ і понять, які лежать далеко за межами самоочевидного життєвого досвіду. Один з таких пошуків привів фізиків на початку нашого століття до визнання відносності часу. Відносність часу і «парадокс часу», який з нього витікає — лише частковий висновок з теорії відносності, розроблений Ейнштейном, Пуанкаре та іншими вченими.

Проведемо невеликий дослід, інструментами якого служать уява і логіка. Із Землі з швидкістю 295 тисяч кілометрів на секунду запущена ракета. З увімкненого на ракеті прожектора вперед послали промінь світла. Відомо, що світло рухається приблизно з швидкістю 300 тисяч кілометрів на секунду. З якою ж швидкістю світло обганяє нашу ракету? Правила арифметики легко дозволять знайти відповідь: світло віддаляється від ракети на 5 тисяч кілометрів за секунду. Можна сказати: світло рухається відносно ракети з швидкістю 5 тисяч кілометрів на секунду.

— Але як же так? — можуть нам заперечити. — Швидкість світла завжди стала. Виміри проводились не раз Майкельсоном та іншими видатними експериментаторами. Вимірювали швидкість променю, який біжить назустріч обертанню Землі, і швидкість променю, який біжить по ходу обертання планети,і покази точно співпали, так, ніби Земля залишалась нерухомою. Точність спостережень виключала помилку. Це, звичайно, не дуже зрозуміло, бо обертання Землі повинно в одному випадку збільшувати швидкість світла, в іншому — зменшувати її. Але дослід є дослід — швидкість світла завжди постійна. Тому арифметика чогось не врахувала.

Свідчення спостерігача, який вимірював швидкість світла, що обганяє ракету, ще більше заплутує справу. За його словами, світло тікає від ракети з швидкістю 300 тисяч кілометрів на секунду! Перевірка приладів на ракеті підтверджує правоту спостерігача.

(Закінчення буде)

Нісенітниця! І логіка підсовує, на перший погляд, цілком сміливе пояснення. «Хіба не було так, — говорить вона, — що секунда на ракеті не дорівнювала земній секунді? Якщо це справді так, то подивіться, як легко усуваються всі, здавалося б неминучі протиріччя».

Але що ж підтверджує таку догадку? І чому в такому випадку людина в ракеті не помічає, що із збільшенням швидкості секунди розтягуються?

Уявімо собі, що раптом зникли всі матеріальні процеси, за якими можна було б виміряти час. Зупинилося б обертання Землі навколо своєї осі, завмер би розпад радіоактивних елементів і т. д. і т. п. 1 час ніби перестав би існувати для нас. Не було б ні минулого, ні майбутнього, і мить завмерла б. Картина воістину неймовірна — адже матеріальні процеси зникнути не можуть, як не може зникнути і сама матерія. Така картина дає наочне уявлення про абсурдність самої думки, ніби час можна відірвати від матерії, уявити його у вигляді голого, невловимого «дещо».

Чи не тут лежить ключ до «парадоксу часу»? Давайте пошукаємо.

Один із наріжних законів природи — це ейнштейнівський закон взаємозв’язку маси і енергії: «Енергія дорівнює масі, помноженій на квадрат швидкості світла». Дослідним доказом справедливості цього закону служать і полум’я вогнища, і термоядерна плазма Сонця. І в тому, і в іншому випадку частина маси переходить в енергію.

Але закон можна прочитати і по-іншому: «Маса дорівнює енергії, поділеній на квадрат швидкості світла». Тобто, чим більше ми будемо надавати тілу енергії, тим більшою стане маса.

Отже, нагрітий утюг важчий від холодного, вага автомобіля, який мчить, збільшується, запалена лампочка масивніша від погашеної.

Але навряд чи скоро вдасться зважити цю різницю в масі — до того вона незначна. Навіть маса першої ракети, запущеної до Місяця, якій надали величезну кількість енергії, збільшилась всього на один міліграм. Інша справа космічні польоти з субсвітловими швидкостями. Для досягнення швидкостей, навіть віддалено близьких до швидкості світла, потрібно витратити фантастичну кількість енергії. Це вже викличе значний приріст маси.

Хід будь-якого годинника — рівномірний періодичний процес. Ракета наближається до світлового порога. Кожна частника матерії поступово ніби наливається массою і всі без виключення ритмічні процеси уповільнюються. Повільніше пульсує серце, проштовхуючи по судинах обважнілу кров; лінивіше коливаються атоми в кристалічній решітці, все завмирає, ніби на прискореній зйомці.

Але астронавти не помічають цього. Щодня лікар міряє пульс астронавтів: 70 — 75 ударів за хвилину — норма! А за земним годинником було б п’ять — шість ударів пульсу за хвилину. Але ж на ракеті всі процеси уповільнились рівномірно! І серцебиття уповільнилось у стільки ж разів, у скільки уповільнився хід годинника — спробуй, встанови, що ти знаходишся під владою «парадокса часу»!

Є і дослідна перевірка. У розпорядженні науки є мікрочастинки — маленькі «снаряди», які летять майже з швидкістю світла. І ось що показують спостереження над ними.

Наша планета рухається під зливним дощем космічного випромінювання. Стикаючись у верхніх шарах атмосфери з атомами газу, космічні частинки розпадаються — виникають нові частинки. Серед інших «осколків» утворюються і такі мікрочастинки, як мю-мезони. Іхній вік мізерний — мю-мезони, які «покояться», живуть приблизно дві мільйонні долі секунди. Знаючи час їхнього життя і швидкість польоту в атмосфері, легко вирахувати шлях їхнього пробігу. Виходить, що вони повинні своєї колиски не далі, ніж на 600 метрів. Народжуються мю-мезони приблизно на висоті 30 кілометрів. Виходить, до Землі вони ні за яких умов не можуть. І все-таки Землі вони досягають...

Пояснення може бути одне: для мю-мезонів, які летять, рух часу уповільнюється. І дослідний підрахунок цього уповільнення повністю відповідає теоретичним викладкам теорії відносності.

На Землі фізикам-експериментаторам доводиться мати справу і з мю-мезонами, і з багатьма іншими частинками, які володіють високими швидкостями руху. Для дослідів їх випускають на трек — розганяють у гігантській «баранці» прискорювача. І виявляється: при її будові інженерам і конструкторам довелось враховувати «парадокс часу»!

Таким чином, далека від повсякденного життя теорія владно вривається в кабінети інженерів-практиків. І це перші ластівки із дивного світу парадоксів сучасної фізики. Адже ми нічого не сказали про те, що при світлових швидкостях лінійні розміри тіл скорочуються. Наслідки цих парадоксів теж перстають бути надбанням бесід пера з папером. Бо велика складність природи, але не менш велика й сила людського розуму, який пізнає її закони.

Д. Біленкін.