Текст книги "Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей"

С антивеществом, впрочем, есть две проблемы: его неоткуда брать и его совершенно негде хранить. Всех антипротонов, произведенных на ускорителях для исследования их свойств, не наберется и на сотню нанограммов, и каждый нанограмм стоит немалых денег уже из-за одной только потребляемой электроэнергии, не говоря уже о постройке ускорителя (да и о зарплате для персонала). Антиматерия – самое дорогое вещество, причем с колоссальным отрывом от второго места. И это только в отношении затрат на ее производство. Дополнительные сложнейшие ухищрения требуются для того, чтобы удержать единичные атомы антиводорода (антипротон плюс позитрон) от аннигиляции в течение, скажем, десятка или десятков минут; антипротон норовит принять участие в аннигиляции при первом же контакте с протоном из стенки «сосуда»-ловушки или из оставшегося там даже очень разреженного воздуха, полностью игнорируя ваши намерения употребить его в дело тогда, когда вам будет нужно.

Солнце светит, превращая вещество в энергию

Кроме аннигиляции, есть намного более сдержанный способ превращения энергии из массы в более «деятельную» форму (излучение). Этот способ не требует антивещества, и он замечателен тем, что благодаря ему мы и существуем. Энергия, которой светит Солнце и другие звезды, выделяется в виде света из-за переупаковки – соединения меньших атомных ядер в большие, сопровождаемого дефектом массы. Солнце состоит в основном из водорода, существующего там в виде отдельных протонов и электронов. Четыре протона, претерпев для этого некоторые превращения, соединяются в альфа-частицу – прочную упаковку четырех частиц (двух протонов и двух нейтронов). Ключевое обстоятельство в том, что масса альфа-частицы меньше, чем четыре массы протона, и образование каждой альфа-частицы сопровождается выделением энергии 0,0257 ГэВ, которая в точности равна этой «потерянной» массе, умноженной на квадрат скорости света. Так Солнце и светит. Каждую секунду оно теряет 4,27 млн тонн своей массы, превращая их в энергию, которую уносит в основном свет (два с небольшим процента забирают нейтрино; Солнце теряет массу и из-за солнечного ветра, но это совсем другая история). Это, вероятно, самый важный для нас на Земле пример того, как «работает» соотношение (5.1). Поскольку протон – это ядро атома водорода, а альфа-частица – ядро атома гелия, часто говорят, что Солнце светит за счет превращения водорода в гелий. (В этом процессе немало подробностей, и наиболее животрепещущие нам еще предстоит обсудить на прогулке 10.)

Рис. 5.8. Других элементов у нас нет. «Личность» каждого элемента определяется зарядом его ядра. Не все ядра одинаково устойчивы; элементы начиная с номера 95 созданы искусственно и имеют срок жизни от короткого до очень короткого (некоторые из элементов с меньшими номерами встречаются на Земле только в следовых количествах и в основном тоже синтезируются искусственно)

Солнце не исчерпает свою массу, светя «до собственного исчезновения». Оно истратит на излучение лишь малую долю массы, когда в его ядре – там, где из-за высокой температуры и давления только и могут образовываться альфа-частицы, – останется мало одиноких протонов. Солнце, и вообще любая звезда типа Солнца, тогда начнет «путешествие» по Периодической таблице элементов (рис. 5.8), последовательно производя элементы из ее начала вплоть до железа, располагающегося там под номером 26. Дальнейшие слияния порождают такие ядра, что их масса больше массы «полуфабрикатов», а это значит, что энергии за счет переупаковки уже не получить. Ресурс дефекта массы исчерпан, железные звезды больше не светят как водородно-гелиево-углеродно-неоново-магниево-кремниевые; если они не слишком массивные, с ними ничего больше не происходит (в противном же случае происходят, наоборот, впечатляющие катастрофы). Специальная теория относительности сама по себе не отвечает за то, какими в точности энергиями обладают разнообразные упаковки протонов и нейтронов в атомные ядра, и за то, какие именно более крупные упаковки оказываются менее массивными, чем набор их составных частей; но она объясняет, что «потерянная» масса может стать энергией. Этой энергией и светят септиллионы звезд.

Ближе к концу Периодической таблицы снова появляются возможности использовать дефект массы, но «в другую сторону». Взаимодействие большого числа протонов и нейтронов устроено так, что крупные упаковки могут быть массивнее, чем сумма их осколков, и на этот раз для извлечения энергии надо не соединять, а делить ядра. Выход энергии при этом меньше, чем при слиянии (причина, по которой «обычная» ядерная – «атомная» – бомба заметно уступает по мощности водородной), но это та самая возможность, открытие которой потрясло физиков в начале 1939 г., а затем мир в августе 1945-го.

Новые частицы рождаются в ускорителях из энергии движения

Превращение, наоборот, энергии в массу – это то, что постоянно происходит в ускорителях/коллайдерах. Большая энергия движения там нужна для того, чтобы из нее возникали новые элементарные частицы. Буквально «самая знаменитая формула» здесь, впрочем, не подходит, и надо пользоваться более общей, но менее знаменитой формулой (см. добавления к этой прогулке), учитывающей вклад количества движения в энергию. Столкновение двух протонов может породить еще две частицы с массой протона – протон и антипротон, если только все сойдется с балансом энергии: энергия движения двух сталкивающихся протонов должна быть не меньше, чем два раза по 0,938 ГэВ – такова масса протона, умноженная на c². Масса бозона Хиггса, выраженная в энергетических единицах, – около 125 ГэВ, и шансы на его рождение при столкновении двух протонов появляются не раньше, чем быстрое движение сообщит им столько энергии в дополнение к их собственным mc² на каждого[89]89
  В действительности требуется даже значительно больше энергии, потому что, во-первых, бозон Хиггса рождается после возникновения и взаимодействия друг с другом некоторых промежуточных элементарных частиц, а во-вторых, и эти последние появляются как результат взаимодействия составных частей протона – кварков, а контроля за тем, как именно перераспределится энергия сталкивающихся протонов между составляющими их кварками, нет. В итоге энергия, которая «идет в дело» (на производство бозона Хиггса), – это далеко не вся энергия движения сталкивающихся протонов.


[Закрыть].

*****

Будущее, прошлое и безразличное. Если на секунду представить себе, что вы покупаете вселенные в коробках, то наша Вселенная продается только с опцией «имеется максимальная скорость», и это системная опция, которую нельзя открутить никаким «взломом». Мы живем в мире со встроенным ограничением скорости (рис. 5.9), причем сама предельная скорость «понимается всеми участниками движения одинаково» – имеет одно и то же значение независимо от относительного движения наблюдателей. Это ограничение часто формулируют как «ничто не может двигаться быстрее света». Квалифицированное употребление этой фразы предполагает, что речь идет о движении чего угодно, но только такого, что может являться сигналом из одного места в другое; «сигнал» здесь надо понимать максимально широко, как все, что переносит энергию или информацию. (Информация сама по себе – довольно абстрактное понятие, но у любой конкретной информации есть материальный носитель. Поэтому всякая передача информации требует передачи энергии в том или ином виде.) Из наличия максимальной скорости сигнала заодно следует, что не существует «абсолютно твердых» тел: невозможен стержень, который мгновенно передает отклик, скажем, от удара по одному своему концу на другой конец. Скорость света – это максимальная скорость передачи любого воздействия.

Рис. 5.9. «Зона ограничения скорости» распространяется на всю Вселенную, наличие максимальной и абсолютной скорости встроено в структуру пространства-времени. Эту скорость можно, конечно, выражать в различных единицах; с неплохой точностью она составляет 186 282 мили в секунду (дорожные службы немного перестраховались)

Это влияет на концепцию будущего и прошлого, да и настоящего. Здесь сильно помогает привилегия взглянуть на пространство-время со стороны, как на рис. 5.3. При этом в качестве наблюдателя изнутри Вселенной я помещаю самого себя в точку пересечения координатных осей. Тогда горизонтальный лист – это пространство, существующее в один момент времени с моим «сейчас». Но, глядя на мир в качестве наблюдателя изнутри Вселенной, я вижу не это пространство! Я вообще ничего не могу знать о событиях в нем, потому что свет приходит ко мне не так, как показано на рис. 5.10 слева, а так, как показано там же в центре. Ситуация слева означала бы мгновенное распространение сигнала: он послан и получен в один и тот же момент времени. В действительности же требуется время, чтобы свет добрался от источника до получателя. Мгновенную «сферическую панораму», которую я делаю в данный момент времени, формирует как свет, испущенный недавно поблизости от меня, так и свет, испущенный давно и далеко. Просто открывая глаза, мы видим не пространство само по себе, а результат все более глубокого, по мере удаления, «вдавливания» пространства в прошлое время (на рис. 5.10 – всё ниже). Свет, приходящий к нам через расстояние в 300 000 километров, несет информацию о том, что случилось на 300 000 километров времени в прошлом (т. е. примерно секунду назад). Галактику на расстоянии 5 миллиардов световых лет мы видим такой, какой она была 5 миллиардов лет назад (и далекие галактики действительно демонстрируют черты молодых, недавно сформировавшихся галактик). Космический телескоп «Хаббл» – работающая машина времени, а космический телескоп JWST на наших глазах готовится стать еще более впечатляющей машиной времени.

Рис. 5.10. Свет приходит к наблюдателю не из других точек пространства «сейчас» (слева), а из точек/событий в пространстве-времени, которые настолько же удалены в прошлое, насколько они далеки в пространстве (в центре). Все они образуют в пространстве-времени коническую поверхность, называемую световым конусом прошлого (справа). Угол между образующей конуса и плоскостью определяется скоростью света и равен 45°, если для измерения промежутков времени и расстояний в пространстве используются одни и те же единицы

Мы видим не само пространство, а его погружение в прошлое время

Все явления/события, которые вы видите прямо сейчас, только-только успели «дотянуться» до вас самым быстрым из возможных сигналов – световым. Внутри пространства-времени они образуют поверхность конуса, как показано на рис. 5.10 справа. Вершина конуса в точке пересечения координатных линий – это ваше здесь и сейчас, а каждая точка на его поверхности отдалена от вас в прошлое ровно настолько, насколько она удалена от вас в пространстве. Эта поверхность и есть наблюдаемая сейчас Вселенная (в реальности она содержит еще одно пространственное измерение). Внутренность же конуса составляют все события, о которых вы могли узнать вчера, или год назад, или когда-нибудь еще до настоящего момента. Весь конус описывает ваше абсолютное прошлое, потому что каждая точка там могла бы быть событием, способным повлиять на вас к текущему моменту. А все то, что снаружи конуса, находится слишком далеко в пространстве по сравнению с отдалением в прошлое, чтобы успеть сообщить вам о своем существовании. Это ваше безразличное прошлое; на вас никак не может сказаться то, что происходит в тех в точках пространства-времени, расстояние до которых больше их удаления от вас в прошлое. Вы их вообще не видите и ничего о них не знаете; их нет для вас в вашем «сейчас» (позже, когда свет от них дойдет к вам, вы узнаете, что, оказывается, они были, и тогда они попадут в ваше абсолютное прошлое).

Будущее тоже бывает разным; не в смысле более светлое или, наоборот, с налетом апокалиптичности, а в смысле абсолютное и безразличное. То будущее, в котором вы в принципе можете очутиться или по крайней мере на которое можете повлиять, – это все те события, которые находятся ближе к вам в будущем времени, чем отстоят от вас в пространстве. Если речь идет о чьем-то дне рождения ровно через месяц, то поздравить виновницу торжества вовремя удастся, только если она находится от вас на расстоянии не больше одного светового месяца. Если расстояние – точно световой месяц, то ваш единственный шанс – виртуальная открытка, переносимая электромагнитной волной («светом»). Свет определяет границу зоны вашего влияния: эту границу составляют все те события, до которых от вас в точности столько световых лет (световых дней, световых часов, световых минут, …) в пространстве, сколько лет (дней, часов, минут, …) в будущее (рис. 5.11). Повлиять на них вы можете, только если отправите туда свет прямо сейчас (например, зажигая красную или зеленую лампу, вы можете передать информацию «стой» или «иди» на вверенный вам космический перекресток). Но, кроме того, в пространстве-времени, как мы видим, пользуясь присвоенной себе привилегией наблюдать его со стороны, есть множество событий, которые еще не наступили для вас, честно расположившегося в вершине конуса, но повлиять на которые вы не в состоянии, потому что даже свет не успеет до них дойти. Один месяц по времени до дня рождения и 32 световых дня в пространстве до именинницы – и вы опоздали с поздравлением; вашу репутацию уже ничто не спасет, кроме, быть может, запоздалых объяснений, что против вас были фундаментальные законы Вселенной. В некотором роде такое будущее – уже не совсем будущее: не так уж важно, случится или уже случилось такое событие, раз нет способа на него повлиять. Оно и называется безразличным будущим.

Безразличность взаимна. Если невозможен сигнал от А к Б, то в пространстве-времени, которое мы здесь обсуждаем, невозможен и сигнал от Б к А. Квалификация безразличного кажется мне более важной, чем отнесение к «прошлому» или «будущему». Деление безразличного на прошлое и будущее вообще условно: временной порядок событий в безразличном зависит от движения наблюдателя! С точки зрения одних ваших коллег, разъезжающих по Вселенной в командировках, сначала вы испытали приступ отчаяния от невозможности поздравить вашу подругу, а потом она, хоть и огорчившись отсутствием вашего поздравления, отметила свой день рождения. Но для других – сначала прошел ее день рождения, а потом уже вы о нем вообще вспомнили и стали рвать на себе волосы. Порядок событий может быть различным в зависимости от того, как наблюдатели движутся относительно друг друга.

Рис. 5.11. Граница области событий в пространстве-времени, на которые можно в принципе повлиять из «здесь и сейчас» в точке пересечения координатных осей, – конус, называемый световым конусом будущего. Это все те точки в пространстве-времени, через которые проходит световой сигнал, посылаемый здесь и сейчас. На то, что внутри конуса, можно повлиять и более медленными средствами. Все это – абсолютное будущее. События снаружи конуса лишены причинной связи со «здесь и сейчас»; это безразличное будущее. Как и на рис. 5.10, образующая конуса составляет угол 45° с плоскостью

С одновременностью, да и с временным порядком двух событий, случающихся в одной и той же точке в пространстве, вопросов не возникает. Несложно определить, например, что два световых луча приходят в одну точку одновременно. А как понимать одновременность двух событий, разделенных пространственным расстоянием? Пользуясь абсолютностью скорости света, мы объявим их одновременными, если световые сигналы от них одновременно пришли в точку, расположенную от них на равном удалении (например, в середине прямой, их соединяющей). Вооружившись этим определением и временно забыв о ваших страданиях из-за дня рождения подруги, устройтесь теперь точно в середине длинного железнодорожного вагона, чтобы воочию увидеть, как порядок событий зависит от относительного движения. В своем вагоне вы проезжаете мимо меня, стоящего на перроне. Я заранее знал расписание движения вашего поезда[90]90
  «По́езда Эйнштейна», как его иногда называют.


[Закрыть] и длину вашего вагона и приготовил вам небольшой сюрприз: одновременно с тем, как вы, сидя в середине вагона, проезжаете мимо меня, в начало и в конец вагона бьет по молнии. Ни вы, ни я, конечно, не видим этого непосредственно в тот момент, когда мы с вами оказались практически лицом к лицу (вы в поезде, а я на перроне): свет от молний еще не дошел. Но я-то нахожусь точно посередине между двумя точками удара, и свет от двух молний придет ко мне одновременно – как, собственно, и было запланировано. Другое дело с вами. Вы двигаетесь навстречу одному из сигналов, и, пока он в пути, вы, со своей стороны, успеете проделать некоторый путь; в результате свет от молнии из головной части вагона придет к вам раньше, чем со стороны хвоста вагона. Узнав, что исходные точки двух сигналов находились в двух концах вагона, т. е. на одинаковом удалении от вас, вы сделаете вывод, что молнии ударили не одновременно. После небольшого размышления вы даже придете к выводу, что сначала молния ударила в головную часть вагона, затем вы поравнялись с фигурой на перроне, а затем уже молния ударила в хвостовую часть вагона.

Порядок событий во времени может зависеть от движения наблюдателя

Относительность одновременности и различный порядок событий во времени с точки зрения различных наблюдателей не приводят к противоречиям. Они могли бы возникнуть, только если бы одно событие было причиной другого (возвращаясь к вашим невзгодам: вы послали поздравление, а ваша подруга получила его и обрадовалась), но какой-то наблюдатель обнаружил бы, что они следуют в другом порядке. Однако на то оно и безразличное, что причинная связь невозможна. «Безразличное», как мы видим, – не эмоциональное название, а бесстрастное отражение реального положения дел. И безразличного в некотором роде больше, чем абсолютного (прошлого и будущего): это все, что находится вне конуса прошлого на рис. 5.10 справа и конуса будущего на рис. 5.11. Там, в безразличном, лежит и все «настоящее» – ваше «сейчас», – за исключением одной-единственной точки, где находитесь вы.

Законы движения света выделяют прошлое, безразличное и будущее

Рис. 5.12. Сложение скоростей поезда и автомобиля

«Фокусы» с перестановками порядка двух событий, лежащих в безразличном относительно друг друга, – это технически свойства гиперболических поворотов, которые и описывают связь между картинами мира разных наблюдателей, движущихся относительно друг друга. Но гиперболические повороты никогда не переставляют порядок тех явлений, одно из которых может быть причиной другого. То, что лежит в вашем абсолютном будущем, лежит там с точки зрения всех наблюдателей, а то, что было в абсолютном прошлом, тоже находится там для всех наблюдателей. Одновременность относительна, но разбиение пространства-времени на три части по отношению к выбранному событию – абсолютное прошлое, абсолютное будущее и безразличное – абсолютно. Другими словами, абсолютны – одинаковы для всех наблюдателей – конусы на рис. 5.10 и 5.11. Это, честно говоря, можно было отметить сразу, потому что эти конусы (сейчас я говорю о поверхностях) изображают, как распространяется свет: конус прошлого – всё, свет от чего приходит сейчас; конус будущего – всё, куда успеет дойти свет, посланный сейчас.

*****

Космический старт: обмануть систему?.Инерция здравого смысла побуждает еще раз попробовать «обмануть систему». Если «напрямую» разогнаться до скорости света нельзя, то что мешает нам развить эпизод с рейсом Нью-Йорк – Лондон? Разгонимся до половины скорости света в каком-нибудь «космическом урагане», а потом включим двигатели в ракете, которая сама способна разогнаться до половины скорости света. Пожалуй, предпочтительнее вариант, где все несколько устойчивее, чем в урагане: по железной дороге идет поезд со скоростью 100 км/ч, а один из вагонов – платформа, по которой вы уговорили кого-то ради науки ехать на автомобиле со скоростью 50 км/ч (рис. 5.12). Не правда ли, 100 + 50 = 150? Без сомнения, да, но когда вы, стоя на станции, точно измерите скорость автомобиля, едущего по платформе, вы обнаружите, что она равна 149,99999999999937 км/ч (двенадцать девяток, если я не сбился, когда их пересчитывал). Со всех мыслимых точек зрения это практически то же самое, что 150, но это потому, что выбранные скорости до смешного малы по сравнению со скоростью света и пространство-время смогло проявить свои свойства только за этим частоколом из девяток. Сейчас мы увидим, на что оно способно, стоит только разогнаться. Скорости 50 и 100 км/с (в секунду; это несколько больше, чем характерные скорости в Солнечной системе) складываются согласно точному предписанию в 149,9999916551 км/с – что все равно близко к наивно ожидаемым 150, но отличие наступает после меньшего количества девяток, чем в железнодорожно-автомобильном примере.

Ни в том ни в другом случае, разумеется, математику 100 + 50 = 150 никто не отменял. Просто для сложения скоростей надо использовать другую операцию, а не обычное сложение; быть может, правильнее было бы называть это «сложение» каким-то еще словом или по крайней мере всегда писать в кавычках, но это едва ли реализуемое начинание. Различие между собственно сложением и более хитрым предписанием растет вместе со скоростями, которые требуется складывать (или «складывать»). Скорости 50 000 км/с и 100 000 км/с «складываются» уже не в 150 000, а в 142 094,9 км/с – отличие от наивного результата делается намного заметнее. Правило, согласно которому 50 000 км/с 100 000 км/с = 142 094,9 км/с, – это строго определенная математическая процедура, которая выражает собой еще одно следствие из основных положений, приведенных ранее в главе. Специальный знак типа моего для нее используется редко, но раз уж я его ввел, приведу еще одну формулу с его использованием: сложим две скорости, каждая из которых составляет более 95 % скорости света (точнее, целых 96,7 %): 290 000 км/с 290 000 км/с = 299 646,8 км/с. Это и есть ответ на сделанное выше предложение запустить суперракету с другой такой же суперракеты, а потом измерить скорость «дочерней» ракеты относительно космодрома. Результат впечатляет: два раза по 96,7 % скорости света дает 99,95 % скорости света, что упрямо меньше ста процентов.

Сложение скоростей v u становится все более и более «тягучим» по мере того, как хотя бы одна из скоростей, скажем v, приближается к скорости света: все труднее становится увеличить «сумму», меняя скорость u. Коллайдер – это ускоритель на встречных пучках: протоны летят навстречу друг другу, каждый со скоростью 0,999999991c (как всегда, c – скорость света). И вот с какой относительной скоростью протоны сталкиваются: 0,999999991c 0,999999991c = 0,9999999999999998c. А если хотя бы одну из скоростей в математической операции взять равной скорости света, в результате получится в точности скорость света. Решительно ничего удивительного в этом нет: операция возникает как следствие из основных положений теории относительности, и в частном случае, когда одна из скоростей как раз и есть скорость света, математика должна воспроизводить то, с чего мы начали: скорость света абсолютна, с какой ракеты ни свети прожектором, скорость испущенного света останется неизменной относительно космодрома: v c = c для любой скорости ракеты v.

Пространство-время со встроенной в него абсолютной скоростью работает так, что абсолютная и недостижимая скорость остается и абсолютной, и недостижимой при всех мыслимых действиях. Современное знание о движении – специальная теория относительности – имеет свои ограничения, но лишено внутренних противоречий.

*****

Сверхпривилегия от рождения. Разогнаться до скорости света нельзя, старт ракеты с ракеты вообще не помогает, и только свет рождается в состоянии движения со скоростью света. А можно ли родиться в состоянии движения быстрее света? Я так усердно подчеркиваю логический характер теории относительности, что и сейчас первое, что следует выяснить: запрещено ли такое постулатами, приведенными ранее? Нет, буквально не запрещено. Однако есть ряд обстоятельств. Тахион (название для гипотетических частиц, движущихся быстрее света), родившись со сверхсветовой скоростью, может двигаться только со сверхсветовыми скоростями; замедлиться до скорости света для него так же невозможно, как для обычных частиц разогнаться до скорости света. При этом увеличение скорости уменьшает его энергию – парадоксальным образом, до нуля, если скорость неопределенно велика. Это плохое поведение. Взаимодействуя с какими-то более реалистичными частями мира, тахионы отдали бы им свою энергию, при этом разогнавшись «до бесконечности». Или забрали бы всю энергию от всех только для того, чтобы притормозить. Впрочем, ни один тахион науке не известен, и их обсуждаемые свойства отражают просто способ распространения формул, пригодных для досветовых скоростей, на несколько сомнительную сверхсветовую область.

Независимо от патологий при обмене энергиями между тахионами и всем остальным, имеется логическая, по существу, проблема с присутствием во Вселенной хотя бы двух тахионов. Если два наблюдателя движутся относительно друг друга и каждый имеет с собой машинку для порождения тахионов, то можно организовать такой обмен сигналами из этих тахионов, что ответ придет раньше, чем был задан вопрос. Таким образом возникает вариант «парадокса бабушки»[91]91
  Некто отправляется в прошлое и – в несмягченном варианте истории – убивает свою бабушку до того, как она познакомилась с дедушкой; в вариантах, включающих «6+», – мешает им встретиться.


[Закрыть]. Чтобы совсем уж придать ему вид логического парадокса, требуются два автомата – «Инициатор» и «Зеркало», – каждый из которых является приемопередатчиком тахионов. В момент времени T оба автомата включаются. При этом «Зеркало» улетает от «Инициатора», двигаясь с некоторой постоянной досветовой скоростью, – летит каким-нибудь регулярным межзвездным рейсом. «Инициатор» же запрограммирован так, что ничего не предпринимает до момента времени T + 100 по своим часам, и в этот момент отправляет тахион в сторону «Зеркала» – если и только если до того он не получал никаких тахионных сигналов. Автомат «Зеркало» запрограммирован как зеркало: он отправляет тахион обратно в сторону «Инициатора» сразу после того, как сам получает от него тахион; ничто другое на него не влияет. Дождемся момента T + 100, сидя рядом с «Инициатором». В указанный момент «Инициатор» посылает тахион вслед «Зеркалу»; этому тахиону требуется какое-то время, чтобы догнать «Зеркало» и заставить его сработать. Это время различно с точки зрения «Инициатора» и с точки зрения «Зеркала», но пока все хорошо, события для каждого из них развиваются в сторону будущего. Но вот какое дело: скорость «Зеркала» (досветовую) и скорость тахионов (сверхсветовую) можно подобрать так, что ответный тахион придет к Инициатору в момент, скажем, T + 50. С точки зрения самого «Зеркала» момент, когда тахион достигает «Инициатора», наступает после срабатывания «Зеркала», но неотвратимая математика гиперболических поворотов, с помощью которых две картины мира переводятся одна в другую, такова, что этот момент попадает в прошлое «Инициатора». Получив сигнал в момент T + 50, «Инициатор» не может послать тахион в момент T + 100 – он так запрограммирован. Но если он не испускает тахион в момент T + 100, то «Зеркало» ничего не получает и, в свою очередь, не посылает тахион в обратную сторону. В таком случае «Инициатор» не получает тахионов до момента T + 100 и поэтому посылает свой тахион. Несчастный робот срабатывает в том и только том случае, когда он не срабатывает. Конечно, он сломается.

Сломается ли от такого парадокса структура реальности – вопрос, ответ на который, по моим ощущениям, очень близок к положительному. Тахионы – явление, от которых реальность тем или иным образом освобождается, если они «вдруг возникли». Распространенный взгляд состоит в том, что «плохое» поведение тахионов приведет к перестройке некоторой нижележащей структуры (так называемого физического вакуума), в результате которой тахионов не остается[92]92
  Здесь подразумевается цепочка рассуждений, наметить которую сейчас можно только минимальным образом (уточнения появятся на более поздних прогулках, хоть и не в связи с тахионами). Элементарные частицы – это возбуждения полей над некоторым состоянием с минимальной энергией, называемым вакуумом. Перестройка вакуума меняет и характер возбуждений, которые «над ним» могут происходить. Предполагается, что за счет разбалансированного обмена энергией тахионы должны истребить сами себя, вызвав перестройку вакуума, после которой их (тахионов) уже нет.


[Закрыть].

*****

Заманчивые путешествия. Мы вынуждены подчиняться правилам Вселенной, и если мы хотим путешествовать, то нам все-таки потребуется ракета. Если сделать самые смелые предположения о технологиях, то как далеко и, главное, насколько быстро можно в принципе улететь? О технологических сложностях я предлагаю забыть совсем; в конце концов, первые расчеты маневров на орбите (из уже упомянутых – «Достижимость небесных тел» Гомана [81] и «О траекториях полета к центральному светилу со стартом с определенной кеплеровской орбиты» Штернфельда [102]) были выполнены в то время, когда перспективы полета в космос были еще довольно туманными. Соседние с нами звезды (рис. 5.13) находятся достаточно далеко, и лететь туда со скоростью современных космических кораблей – дело совершенно бесперспективное. Нам понадобится ракета, в которой реактивный двигатель работает все время, что она движется, чтобы ракета не переставала разгоняться. Работающие двигатели означают, конечно, «перегрузку» для всего, что находится внутри, – ту самую перегрузку, о которой вам сообщает спинка кресла в начале разбега самолета по полосе. Я предлагаю экипажу будущей экспедиции сделать перегрузку не неприятностью, которую нужно перетерпеть, а элементом комфорта: с ее помощью в космосе можно воспроизвести земную силу тяжести (сила тяжести и перегрузка – и правда одно и то же, но подробности придется отложить до следующей прогулки). Другими словами, на корабле установлен такой двигатель, чтобы экипаж всегда ощущал ускорение 1g – такое же, какое сообщает телам вокруг нас тяготение Земли.

Рис. 5.13. Ближайшие звезды. Расстояния до них измеряются световыми годами

Начинается интересное. Двигатель постоянно работает с такой тягой, что космонавты ощущают ускорение 1g и исходя из этого понимают, что сейчас они летят примерно на 10 м/с быстрее, чем летели секунду назад. Но это с точки зрения ракеты. Картина не может быть такой же с точки зрения персонала на космодроме, ведь постоянное увеличение скорости означало бы, что через должное время ракета будет улетать от них быстрее, чем свет. С точки зрения космодрома ракета сначала действительно прибавляет около 10 м/с за каждую секунду, но потом, когда достигнутая скорость становится заметной по сравнению со скоростью света, ее дальнейшее возрастание происходит все медленнее и медленнее. Каждые следующие 10 м/с надо «прибавлять» к уже достигнутой скорости по правилам операции , и в результате изменение скорости получается ничтожным. Скорость ракеты постепенно приближается к скорости света, но никогда не достигаeт ее.

Вспомнив, каково расстояние до цели в световых годах, персонал на космодроме понимает то, что они и так всегда знали: ракета долетит до места назначения не раньше, чем они (персонал) выйдут на пенсию, а для большинства популярных направлений и много позднее. С этим ничего нельзя поделать. Но это только с точки зрения тех, кто остался на космодроме. Для экипажа ракеты время течет медленнее – и тем медленнее, чем ближе их скорость к скорости света. У экипажа прекрасные шансы добраться до цели не только при своей жизни, но и еще во вполне деятельном возрасте! Скромное, но постоянно включенное 1g с точки зрения ракеты дает заметный эффект. В таблице 5.1 показано, сколько времени пройдет для экипажа, если с точки зрения космодрома лететь несколько лет в выбранном режиме работы двигателя, и какой скорости удастся в результате достичь. Оттуда же видно, каким станет время, проведенное космонавтами в дороге, если они готовы терпеть ускорение 2g.