classniy.ru

Может показаться, что распространение человечества в пределах Млечного Пути всегда будет ограничено лишь крошечной частью звезд, расположенных неподалеку (по астрономическим масштабам) от нашего дома, так как вряд ли можно ожидать путешествия в удаленные уголки галактики, куда сам свет добирается только за 100  тысяч лет. Но нас спасет Эйнштейн.

Для движущегося объекта время замедляется, а пространство сжимается (однако этот эффект будет заметен только при очень большой скорости). К такому интересному теоретическому выводу пришел Эйнштейн еще в начале XX века.  

Итак, мы должны сделать вывод об эластичности времени, поскольку об этом говорят результаты эксперимента. Скорость течения времени меняется от человека к человеку (или от мюона к мюону) в зависимости от скорости их движения.

Если человечество не погибнет гораздо раньше по иной причине, ему придется покинуть дом предков и искать счастья среди звезд. Млечный Путь, наш местный спиральный остров в космосе, состоит из сотни миллиардов звезд и имеет 100 тысяч световых лет в диаметре. Это означает, что свету требуется 100 тысяч лет, чтобы пересечь галактику, — с точки зрения наблюдателя на Земле.

Разумеется, в конце 90-х годов ХХ столетия теория Эйнштейна уже получила всеобщее признание. Ученых интересовали другие свойства мюонов, и увеличение продолжительности их жизни оказалось просто бонусом, позволившим наблюдать за мюонами в 29 раз дольше.

Нам достаточно было бы разрушать всего один микрограмм вещества каждую секунду, чтобы обеспечить электроэнергией целый город. В одном столетии 3 миллиарда секунд, значит, нам понадобилось бы три килограмма вещества для того, чтобы питать город электроэнергией на протяжении сотни лет. Одно можно сказать совершенно точно: масштаб энергетического потенциала, который заключен в материи, отличается от всего того, к чему мы привыкли, и способность высвобождать эту энергию позволила бы нам решить все энергетические проблемы планеты.

При такой продолжительности жизни мюоны, двигаясь по кругу, должны успевать сделать 15 оборотов до своего распада. В действительности они делали более 400 оборотов, что означает увеличение продолжительности жизни в 29 раз — до 60 микросекунд. Это факт, установленный в ходе эксперимента.

Получается, что изменчиво не только время, но и пространство! Как и замедление времени, это реальный эффект, а не иллюзия.

До Эйнштейна никто даже не мечтал разрушить массу и преобразовать ее в энергию, поскольку считалось, что масса и энергия совершенно не связаны друг с другом. После Эйнштейна всем пришлось признать тот факт, что масса и энергия — разные проявления одной и той же сущности. Они взаимозаменяемы, а количество энергии, которую можно извлечь из массы m, находящейся в состоянии покоя, определяется уравнением E = mc² .

Правда, это очень сложная задача, особенно с точки зрения мощности двигателей корабля, необходимой для такого разгона, но главное в том, что искривление пространства и времени позволяет путешествовать в отдаленные части Вселенной за реально воспринимаемое время.

Больше захватывающих идей вы найдете в книге «Почему E = mc²?».

Если вы всегда мечтали разобраться в физике, уловить смысл знаменитой формулы Эйнштейна E=mc² и понять самые странные законы Вселенной, то теперь у вас есть такая возможность. В нашей новой книге вы найдете простые объяснения важнейших научных теорий о времени и пространстве, гравитации и скорости света, массе и энергии. Готовьтесь к тому, что ваше представление о мироустройстве изменится раз и навсегда. А сейчас — несколько занимательных отрывков.

Но мы кое-что упустили (как будто нам мало странного поведения времени). Вернемся к мюонам, быстро движущимся в ускорителе. Давайте разместим в кольце небольшую финишную черту и подсчитаем, сколько раз мюоны пересекут ее, прежде чем погибнуть. С точки зрения стороннего наблюдателя они пересекут ее 400 раз. А с точки зрения движущегося мюона? Тоже 400, в противном случае все это было бы полной бессмыслицей.

Людям понадобилось почти полстолетия после открытий Эйнштейна, прежде чем они нашли способ извлекать из вещества значительное количество энергии массы; такое разрушение массы используется сейчас в атомных электростанциях.

Открытие, что течение времени может замедляться, а расстояние — сжиматься, выглядит достаточно странным даже по отношению к субатомным частицам, но рассуждения Эйнштейна применимы в равной мере и к объектам размером с человека.

Если бы вы входили в состав первой экспедиции к туманности Андромеды, до которой добрались бы за 50 лет, то ваши дети, рожденные в космосе, могли бы захотеть вернуться в мир своих родителей, чтобы взглянуть на Землю собственными глазами. Если бы вы развернули корабль и вернулись за 50 лет на околоземную орбиту, вся продолжительность экспедиции составила бы 100 лет. Но за это время для обитателей Земли прошло бы шокирующих 6 миллионов лет. Эйнштейн открыл нам глаза на очень странный и удивительный мир.

Проблема в том, что если бы мы двигались вместе с мюонами, то, согласно нашим наблюдениям, их жизнь составляла бы всего 2,2 микросекунды. Тем не менее за этот короткий срок мюоны должны успеть сделать более 400 оборотов в ускорителе. Так что же происходит? 400 оборотов за 2,2 микросекунды кажутся совершенно невозможными.

Однажды нам даже, быть может, придется положиться на это необычное явление ради выживания. Представьте себе жизнь на Земле в далеком будущем. Через несколько миллиардов лет Солнце уже не только не будет стабильным источником света, поддерживающим жизнь на нашей планете, но и превратится в непредсказуемого клокочущего монстра, который может поглотить Землю в своей агонии.

Если бы мы могли построить космический корабль, который бы развивал скорость, близкую к скорости света, то расстояние до звезд сократилось бы, причем тем сильнее, чем ближе скорость корабля будет к скорости света. Если мы достигнем скорости в 99,99999999% от скорости света, то сможем пролететь весь Млечный Путь и даже путь до ближайшей галактики (туманности Андромеды, находящейся почти в 3 миллионах световых лет от нас) за каких-то 50 лет.

Эта теория была проверена на практике во второй половине 1990-х годов с помощью синхротрона в Брукхейвенской национальной лаборатории. Ученые создали устройство, которое генерировало пучок мюонов, движущийся по кольцу диаметром 14 метров со скоростью, составляющей 99,94% от скорости света. Мюоны — это частицы, во многом идентичные электронам, только более тяжелые. Живут они всего 2,2 микросекунды.  

К счастью, из этой ситуации есть выход: можно представить, что в восприятии мюона кольцо становится меньше. Чтобы быть полностью последовательными, длина кольца, которую определили вы с мюоном, должна уменьшиться ровно настолько, насколько, с точки зрения стороннего наблюдателя, увеличилась продолжительность жизни мюона.

P.S.: Подписывайтесь на нашу рассылку. Раз в две недели будем присылать 10 самых интересных и полезных материалов из блога МИФ

Как видим, энергия, связанная с определенной массой, рассчитывается по формуле, один из элементов которой представляет собой квадрат скорости света. Так как скорость света огромна, нет ничего удивительного в том, что даже в достаточно малой массе заключена невероятно большая энергия. Если бы мы нашли способ получить прямой доступ к ней, то какие же огромные запасы энергии были бы у нас в буквальном смысле под ногами!