Люди завжди були впевнені в тому, що хід часу – це константа. Впродовж тривалого часу навіть не існувало припущення про те, що час може йти по-різному в різних місцях. Але все змінилося в 1915 році, коли Альберт Ейнштейн представив світу Загальну теорію відносності, яка перевернула світову фізику з ніг до голови.
Аналізуючи основні постулати теорії Ейнштейна, що стосуються властивостей простору-часу, нас цікавлять такі ключові висновки:
Простір-час викривляється під впливом гравітаційних полів, а у будь-якого рухомого об’єкту можна спостерігати ефект, що називається релятивістським уповільненням часу
В тілі будь-якого об’єкта, що рухається з ненульовою швидкістю, всі фізичні процеси будуть протікати повільніше, ніж якби воно знаходилося в стані спокою. Тобто, наприклад, якщо ви летите в літаку, а ваш друг залишився вдома, то ваш час буде йти повільніше. Звісно на практиці ні ви, ні ваш друг не відчуєте різниці: адже вона складе мілліардні долі секунди.
Крім того, будь-який об’єкт ненульової маси викривлює навколо себе простір-час.
Навіть, поруч з яблуком, що лежить на столі, час буде уповільнюватися, правда через малу масу яблука вплив буде такий незначний, що його не в змозі буде зафіксувати жоден пристрій. Але що якщо говорити про більш масивні об’єкти, наприклад про Землю? ЇЇ маси досить щоб викривляти навколо себе простір-час так сильно, що ми можемо побачити цю різницю, використовуючи сучасні прилади. Чим ближче до масивного тіла – тим сильніше його гравітаційний вплив, а значить, повільніше йде час.
У різних куточках космосу час буде йти по-різному. Десь швидше, а десь повільніше. Поблизу, наприклад, чорних дір, воно буде істотно сповільнюватися, а в міжгалактичному просторі, далеко від зірок і планет, навпаки, йтиме швидше. Крім того, при обчисленні часу для будь-якого об’єкта, важливо враховувати і його швидкісні параметри.
В рухомій системі час тече повільніше, ніж в системі в стані спокою
Якщо космічний корабель буде рухатися прямолінійно зі швидкістю 100 км/сек, то за 50 років він пройде шлях, що дорівнює відстані всього в 0,02 світлового року. Якщо швидкість космічного корабля буде дорівнює 100 000 км/сек, то за 50 років (в системі відліку корабля) він пролетить відстань 17,9 світлових років (на Землі за час цього рейсу пройде трохи більше 53 років). Якщо космічний корабель буде мати швидкість 290 000 км/сек, то за 50 років (по годинах космічного корабля) він покриє відстань в 193,4 світлових року (на Землі за цей час пройде вже 198 років). Якщо екіпаж космічного корабля буде летіти зі швидкістю 299 780 км/сек, то за 50 років (по годинах космічного корабля) він віддалиться від Землі на 6205 світлових років (за цей час космонавти на кораблі постаріють на 50 років).
На космічному кораблі будуть жити все ті ж люди, а на Землі з часу їх старту пройде 6130 років, за цей час на Землі зміняться сотні поколінь людей. Таким чином, людина в принципі може пролетіти за час свого життя таку величезну відстань, для подолання якої, навіть для найшвидшого явища в природі – світла, потрібні тисячі років. Чим ближче буде швидкість космічного корабля до швидкості світла, тим далі у всесвітній простір зможе долетіти людина за час свого життя.
Для екіпажу космічного корабля уповільненого часу не буде існувати. Ритм їх життя буде нормальним. Дещо складніше, якщо такий надшвидкий космічний корабель рухатиметься не рівномірно і прямолінійно, а в кінці свого рейсу повернеться назад на Землю. Космонавти виявляться сучасниками своїх далеких нащадків. Цей ефект має назву –
Парадокс годинників
Його можна сформулювати наступним чином: якщо двоє синхронізованих годинників залишають одну і ту ж точку простору і рухаються з різними швидкостями, то вони показують при зустрічі різний час. Це означає, наприклад, що близнюки, що рухалися в просторі з різними швидкостями, при зустрічі не будуть уже одного віку. Ці явища лише здаються парадоксальними, по суті вони цілком природно випливають з теорії відносності.
Переміщення в майбутнє в принципі цілком можливе – так говорить теорія. Правда, жодного прямого експерименту, який імітував би повернення космічного корабля і порівняння різниці годинників Землі і корабля, поки не вдалося поставити навіть з елементарними частинками. Принципово ж в прояві парадоксу годинників не може бути ніяких сумнівів – так вважають всі видатні фахівці теорії відносності.
Старіння людини в космосі
Космонавти на кшталт тих, що знаходяться на МКС (Міжнародна Космічна Станція), рухаються по орбіті дуже швидко. Процес їх старіння відбувається трохи повільніше, ніж у інших людей. Повернувшись на Землю з шестимісячного перебування на МКС людина стає на трішки молодшою своїх земних ровесників. Але космонавтами не було відкрито «фонтан молодості». У буквальному сенсі вибратися за межі часу для людини, на жаль, поки що неможливо. Насправді, віковий виграш, який дарує перебування поза Землею, дорівнює всього 0,007 секунди, згідно з підрахунками вчених.
У космосі щодо всіх ознак старіння спостерігаються свої особливості. У той час, як більшості людей для того, щоб відчути ознаки старіння, потрібні десятиліття, космонавти, що базуються на орбітальній станції, відчувають їх в форматі швидкого перемотування. Багато з набутих таким чином властивостей виявляються зворотніми відразу після повернення на рідну планету, проте дещо може залишитися і назавжди.
Інтенсивні зміни тіла провокуються відсутністю гравітації в середовищі існування космонавтів. Для систем організму людини роль сили тяжіння виявляється вкрай важливою. Наприклад, якщо розглядати м’язи: у літніх людей вони втрачають колишню рухливість і гнучкість, окремі волокна атрофуються, обсяг м’язів значно зменшується. Мускулатура людини в космосі поводиться схожим чином через те, що в її використанні зникає всяка необхідність. Саме тому на орбітальних станціях передбачені спеціальні тренажери, покликані згладити подібний ефект у випадках тривалого перебування в невагомості.
Аналогічні процеси відбуваються і в кістках. У більшості випадків після досягнення певного віку кісткова маса у людини починає поступово знижуватися, приблизно на 1-2% в рік. Але в космосі втрата маси йде в куди більш швидкому темпі: на 1-2% в місяць.
Таким чином, незважаючи на економію 0,007 секунди життя, космонавти продовжують відчувати на собі ознаки затяжного процесу старіння. Вчені працюють над дослідженнями цих механізмів, заразом прагнучи виявити спосіб їх подолання. Відкриття в цій галузі здатні не тільки поліпшити умови космічних польотів, знизивши несприятливий вплив на організм людини, але і допомогти зробити життя на Землі кращим.
