Полет к звездам - Виталий Александрович Бронштэн

Виталий Александрович Бронштэн, Игорь Дмитриевич Новиков

Полет к звездам

Фантастический очерк

Журнал «Наука и жизнь», № 4, 1960 г.

ДАН СТАРТ первому звездолету, направляющемуся за пределы солнечной системы - к планетной системе звезды Проксимы Центавра. Медленно набирая скорость, звездолет переходит с околосолнечной орбиты на гиперболическую траекторию. Проходит две недели, и он покидает пределы солнечной системы. Скорость звездолета все растет, она уже достигла 250 тысяч километров в секунду (5/6 скорости света). Моторы выключены. Космический корабль летит по инерции.

Перед астронавтами возникают совершенно необычные картины: все звезды как бы сбежались в одну сторону - туда, куда движется звездолет. Причудливо изменился их цвет, а многие и вовсе перестали быть видны. Вот навели сверхмощный телескоп на одну из ближайших звезд. И что же! Она кажется не шарообразной, а сплюснутой в направлении полета!

Так выглядят и другие звезды.

И вот достигнута система Проксимы Центавра, проведены ценнейшие научные исследования, звездолет летит обратно. Приближается Солнце, становится различимой простым глазом родная планета.

Наконец путешественники на Земле! Их встречают родные, друзья, знакомые.

- Как долго мы не видели Земли! - восклицает командир корабля. - Прошло более девяти лет!

- А мы вас не видели на четыре с лишним года больше, чем вы не видели нас, - говорят встречающие.

И никто не удивляется этим словам. Все знают, в чем дело. А знаете ли это вы, читатель?

В КОСМОС - НА ЛУЧАХ СВЕТА

Если бы люди захотели отправиться на Проксиму Центавра на «обычной» межпланетной ракете, для этого потребовались бы сотни тысяч лет. Чтобы совершить межзвездный перелет туда и обратно даже за несколько десятков лет, нужна скорость, близкая к скорости света. Можно ли придать летательному аппарату такую скорость? Да, это возможно с помощью так называемой фотонной ракеты.

В ней вместо газа реактивное ускорение создает поток фотонов - частиц света, которые обладают определенной массой. Они образуются в результате превращения различных элементарных частиц материи. Кроме протонов и электронов, современная физика открыла и другие, редко встречающиеся в природе частицы: позитрон, имеющий массу протона, но заряженный положительно, и антипротон, имеющий массу протона, но заряженный отрицательно. Их называют античастицами. При соединении частиц с такими же античастицами и образуются фотоны. Технические проблемы, связанные с созданием фотонных ракет, еще не решены. Но предположим, что фотонный двигатель построен и может сообщить ракете скорость, близкую к скорости света. Почему же космонавты, вернувшись из многолетнего путешествия к Проксиме Центавра, в счете времени разойдутся с жителями Земли на несколько лет? Причину этого явления раскрывает нам теория относительности.

МОЖНО ЛИ ЛЕТЕТЬ БЫСТРЕЕ СВЕТА?

Известно, что механическое движение относительно. Люди, например, никак не ощущают прямолинейного и равномерного движения парохода, находясь в его каюте. Более того, никакими механическими опытами нельзя обнаружить это движение. Такие тела, движущиеся прямолинейно и равномерно, принято называть инерциальными системами.

Но казалось, что дело обстоит иначе, когда мы от механики переходим к электродинамике. И теоретически и экспериментально было доказано, что свет, который представляет собой электромагнитные волны, распространяется в пустоте со скоростью 300 000 километров в секунду (км/сек.). Казалось, что если наблюдатель будет двигаться навстречу световым лучам со скоростью 30 км/сек., то скорость света относительно него будет 300 030 км/сек, а если он движется в обратном направлении,- то 299970 км/сек.

Но самые тщательные опыты не подтвердили этого. Установлено, что скорость света совершенно не зависит от прямолинейного и равномерного движения наблюдателей. По отношению к каждому из них она будет равна 300 000 км/сек. Следовательно, ни измерением скорости света, ни каким-либо другим путем нельзя обнаружить прямолинейного и равномерного перемещения тела в пространстве. Можно говорить только об относительном движении тел.

Обобщая все эти результаты, знаменитый физик Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что равномерное и прямолинейное движение материальной системы как целого никак не влияет на процессы, протекающие внутри нее. Скорость света в пустоте во всякой инерциальной системе постоянная и является предельной скоростью. Никакое материальное тело не может двигаться быстрее скорости света. Построенная Эйнштейном на основе этих законов специальная теория относительности значительно углубила наши знания о природе пространства и времени и открыла их взаимную связь.

ЧТО ПОКАЗАЛА ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Прежде всего эта теория показала, что понятие одновременности, которое казалось столь простым и очевидным, не имеет абсолютного характера, который ему приписывала классическая физика.

Представим себе ракету, которая движется относительно Земли прямолинейно и равномерно.

Астронавт, находящийся в середине ракеты, будет считать, что вспышки света в ее хвостовой и носовой частях произошли в один момент, поскольку он их увидел одновременно. Наблюдатель на Земле, находясь рядом с проносящимся мимо астронавтом, увидит вспышки также одновременно. Но он сочтет, что в хвостовой части вспышка произошла раньше, так как ракета движется, а во время вспышек хвостовая часть была дальше от земного наблюдателя, чем носовая. Такой же результат получил бы астронавт, если бы вспышки делались не на ракете, а на Земле.

Более того, оказывается, что и длина не абсолютна; она зависит от относительного движения. Пусть по измерениям нашего астронавта длина ракеты будет равна, скажем, 100 метрам. Но земной наблюдатель, попытавшись одновременно отметить положение ее концов, получит меньшую величину, например 99 метров. Ведь положение носовой части он определит, с точки зрения астронавта, раньше, а хвостовой - позже, когда ракета сдвинется на 1 метр. Сам же наблюдатель считает обе отметки одновременными, поэтому длина летящей ракеты для него окажется меньше.

Такими же относительными являются и интервалы времени. Сравнивая ход часов на Земле и летящей ракете, земной наблюдатель обнаружит, что время на космическом корабле течет медленнее, чем на нашей планете.

Таким образом, длина тела, движущегося с большой скоростью, сокращается в направлении движения. Это сокращение быстро растет с приближением скорости движения к скорости света. В таком же отношении уменьшаются промежутки времени в движущейся системе.

ПУТЕШЕСТВИЕ В БУДУЩЕЕ

Как мы только что убедились, в ракете, летящей с субсветовой скоростью, течение времени, по законам теории относительности, должно замедлиться. Любые часы (пружинные или кварцевые), радиоактивный эталон времени и даже