Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться. То есть чем быстрее вы движетесь, тем медленнее ваши часы тикают относительно других часов. Именно об этом героиня Энн Хэтэуэй говорила персонажу Мэтью МакКонахи в «Интерстелларе» после спуска на далекую планету: «Один час на этой планете равен семи земным годам».
Итак, является ли наблюдение замедленного времени ограничением нашего примитивного неврологического строения или же время действительно замедляется?
И что вообще означает замедление времени? В итоге это приводит нас к вопросу: что есть время? Это не просто вопрос, который задают друг другу студенты философского факультета за бокалом пива. Понятие времени озадачивало натурфилософов и физиков с незапамятных времен.
Главная функция времени — отслеживание хронологии событий. Однако вплоть до последних 400 лет люди определяли время, основываясь на предположении, что звезды движутся вокруг Земли, а не наоборот. Несмотря на это, все работало до определенной степени приемлемо — из-за того, что дни и времена года предсказуемо повторялись, а когда у вас есть что-то предсказуемо повторяющееся, то есть и механизм для отслеживания времени.
Галилео использовал рекурсивную природу такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможным без какого-либо обозначения времени. Но это время никогда не было абсолютным. Даже когда Ньютон формулировал свои законы движения, он использовал понятие времени, в котором две пары часов тикают синхронно не с абсолютным, независимым временем, а друг с другом. Синхронизация — причина, по которой человечество соорудило такие сложные и точные атомные часы.
Понятие времени построено на одновременности или решающем совпадении двух событий — вроде прибытия поезда и уникального совпадения стрелок часов в этот момент. Теория Эйнштейна утверждает, что на это должно влиять движение. Если два наблюдателя на платформе и поезд не могут прийти к единому мнению о том, что одновременно, они не могут прийти к согласию о том, как течет само время.
Движение искажает время
Чтобы понять влияние движения на предсказуемость, рассмотрим простейший механизм для отсчета времени. Представьте себе аппарат для отслеживания времени, состоящий из фотона, который отражается между двумя зеркалами, расположенными на конечном расстоянии друг от друга. Пусть за период отражения фотона проходит одна секунда.
Теперь расположим два таких аппарата в точках А и Б над поверхностью Земли и прямо на ней (как в примере, описанном выше) и посмотрим, как они отсчитывают время, когда мимо них проносится свободно падающий объект. В свою очередь, этот объект измеряет собственное время при помощи таких же часов. Что они покажут?
Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами похоже на наблюдение теннисного мяча, прыгающего по движущемуся поезду. Даже если мяч отскакивает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя снаружи он описывает треугольники.
При движении аппарата вперед кажется, что фотон, подобно мячу, преодолевает большее расстояние после отражения. Получается, один результат нашего эксперимента искажен! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем больше фотону нужно времени для отражения, тем самым растягивается и длительность секунды. Именно поэтому ход времени в точке Б оказывается медленнее, чем в точке А (вспомним: из-за гравитации объект падает в точке Б быстрее, чем в точке А).
Конечно, эта разница ничтожна. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, — всего несколько наносекунд. Тем не менее открытие Эйнштейна стало настоящим прорывом. Гравитация действительно мешает ходу времени, а значит, чем массивнее объект, тем медленнее время течет вблизи него. Некоторые физики даже делают оговорку о том, что все объекты во Вселенной будто чувствуют это и стараются падать туда, где время идет медленнее, из мест, где время идет быстрее.
Ноги моложе головы
Сегодня гравитационное замедление времени не только известный феномен из области теоретической физики, но и практический инструмент. Благодаря открытию Эйнштейна и его уравнениям, у нас есть такая замечательная вещь, как GPS-навигация, которая не смогла бы работать так точно, если бы не была учтена разница между ходом времени на поверхности Земли и ходом времени на околоземной орбите. Гравитационное замедление времени также помогает физикам-теоретикам и астрофизикам строить точные теории о том, что происходит в далеком космосе вблизи объектов, к которым мы пока не можем подобраться физически (например, черные дыры и нейтронные звезды). И да, учитывая этот феномен, получается, что ваши ноги — пусть и бесконечно незначительно — младше вашей головы.
Можно ли "шагнуть в будущее"?
Время подвержено силам глобальной гравитации, как и абсолютно все объекты во Вселенной. Эта теория была выдвинута еще самим Альбертом Эйнштейном, обретя с развитием технологий практическое доказательство. Из его утверждений следовало, что материя притягивает течение времени, замедляя его тем сильнее, чем большим гравитационным полем она владеет. Говоря проще, чем массивнее объект, тем медленнее идет время вблизи него.
Вот почему на орбитах спутников, где сила притяжения планеты значительно ниже, время идет быстрее, чем на ее поверхности. Это утверждение справедливо и в гораздо меньших масштабах. Так вблизи какого-нибудь крупного объекта на Земле время тоже идет медленнее, чем вдали от него. Массивные египетские пирамиды весом в миллионы тонн тоже замедляют время, пусть и в миллиарды раз меньше по сравнению с целой планетой.
Где достать билеты в будущее?
Теоретически, если найти достаточно массивный объект во Вселенной и пробыть в зоне его притяжения определенное время, а потом вернуться обратно на Землю, то можно совершить путешествие в будущее. Но где найти тело с такой огромной массой, где время на орбите идет значительно медленнее по сравнению с земным? На роль такого кандидата подходит только Черная Дыра в центре нашей галактики. Согласно расчетам ее массы и чудовищной силы гравитации, время на ее орбите идет примерно в два раза медленнее, чем на нашей планете.
Это означает, что для перемещения в будущее хотя бы на 50 лет специально оборудованному кораблю пришлось бы эти же 50 лет кружить на ее орбите и только после этого вернуться домой, где время шагнуло на столетие вперед. На практике же такой способ путешествия чересчур накладный и недостижим технически. Но данный интересный факт остается фактом. Время во Вселенной идет неравномерно, что напрямую влияет на нашу жизнь.
П.С. А вот интересно, наша Планета же все время движется. А вот ускоряется она или замедляется? Это же получается влияет на течение времени у нас?