Если Скотти приглашает вас в путешествие вокруг Солнца, вот как с этим справиться.
«Мне действительно не нужно было работать, скажем так, со «Звездным путем». Это было естественно. Когда я открыл рот, там был Скотти. Как будто я говорю людям, что вы видите в Скотти 99% Джеймса Духана и 1% акцента». - Джеймс Духан
Независимо от того, вдохновили ли вас НАСА, «Звездный путь» или Эйнштейн, космические путешествия открывают невероятные возможности для всех нас. Мысль о полете на ракете или полете в космос и путешествии на межпланетные или межзвездные расстояния - это мечта многих из нас, но нам все еще приходится бороться с законами физики… и с нашими семьями, когда мы вернемся домой. Об этом заботится Яакко Мальмгрен, который потчевал нас следующей историей:
Иногда (обычно по пятницам после работы) мой друг Скотти доставляет меня на авианосец «Энтерпрайз», чтобы я прокатился вокруг Солнца по орбите планеты Земля. Деформация занимает около 2 часов, так что я предполагаю, что наша скорость очень близка к скорости света, но не совсем. Во время поездки я обычно выпиваю пару бутылок пива, поэтому, когда Скотти возвращается к моей входной двери, моя жена с трудом верит мне, когда я говорю ей, что не был в местном пабе…
Это кажется вероятной историей. Давайте посмотрим, как поездка Яакко проявит себя, если мы сравним ее с законами физики.
Совершить путешествие по орбите Земли, один раз вокруг Солнца, означает проехать примерно 940 миллионов километров (584 миллиона миль). Если вы хотите совершить это путешествие всего за два часа, это означает, что вы путешествуете со средней скоростью 44% от скорости света: вполне в пределах того, что позволяет теория относительности Эйнштейна. Это означает, что вам не нужны червоточины; вам не нужен варп-драйв; вам не нужно ничего, кроме обычных ракетных технологий. Что ж, плюс куча энергии.
В «Звездном пути» они позаботятся о субсветовых путешествиях с помощью импульсных двигателей. Варп-двигатель может быть хорош для преодоления огромных расстояний, но он паршив для точных движений; последнее, что вам захочется сделать, это выпрыгнуть из варпа и оказаться внутри планеты или звезды! Импульсные двигатели не искажают ткань пространства-времени, они просто работают по принципу третьего закона Ньютона: вы выбрасываете атомы, плазму или свет в направлении, противоположном желаемому направлению движения, и ускоряетесь в том направлении, в котором хотите двигаться. Так работала каждая ракета, когда-либо созданная человечеством, и здесь действуют те же принципы.
Если предположить, что транспортеры работают, и предположить, что «Энтерпрайз» не замедлится, чтобы забрать вас, единственное дополнительное ускорение будет для вашей ничтожной массы: где-то около 80 килограммов. Чтобы разогнать вас до 44% скорости света, потребуется около 100 петаджоулей энергии, или столько же энергии, сколько было выпущено ядерной бомбой B41: самый мощный взрыв, когда-либо произведенный Соединенными Штатами.
После того, как вы доберетесь до борта «Энтерпрайза», у вас возникнет еще большая проблема: поддержание скорости на орбите вокруг Земли. «Подождите, - слышу я, как вы говорите, - пока я сохраняю ту же скорость, не позволит ли первый закон Ньютона - «о том, что движущийся объект остается в движении» - просто позволить мне делать это бесплатно?» Конечно, если вы не возражаете против сохранения того же направления движения: по касательной к орбите Земли. Добро пожаловать в межпланетное пространство, а вскоре и в межзвездное пространство. Вам потребуется всего несколько часов, чтобы сделать то, на что зондам "Вояджер" понадобились десятилетия: покинуть Солнечную систему.
Вместо этого вам нужно продолжать двигаться по той же траектории, что и орбита Земли, а это означает, что вам нужно будет приложить огромную центростремительную (направленную к центру) силу, чтобы удерживать вас на орбите вокруг Солнца. При ваших невероятных скоростях это означает постоянную тягу в 140 тераньютонов только для того, чтобы удерживать исходный «Энтерпрайз» массой около миллиона тонн на стабильной орбите с желаемой скоростью. Даже если бы вы запустили свой импульсный двигатель на аннигиляцию материи и антиматерии, вам нужно было бы сжечь около 100 000 тонн массы превратить ее в чистую энергию с помощью Эйнштейна E=mc² просто для того, чтобы сделать одну орбиту на 44% скорость света вокруг Солнца.
Но допустим, вы все равно это сделали. Допустим, ваш приятель Скотти решил, что вы стоите огромных затрат топлива, и вокруг Солнца вы прошли всего за два часа. Это два часа, как мы измеряем здесь, на Земле, но вы обнаружите, что проделали путь немного быстрее. Благодаря тому, что вы движетесь со скоростью, близкой к скорости света, ваши часы - ваши биологические часы, а также ваши часы, смартфон и другие механические устройства - будут работать медленнее.
Этот эффект, замедление времени, означает, что вы измерите, что поездка заняла 108 минут, или примерно на 12 минут меньше, чем измеряет ваша семья дома. Если бы вы двигались в два раза быстрее, со скоростью 88% скорости света, то весь путь занял бы у вас всего 56 минут; чем быстрее вы едете, тем меньше вы испытываете в пути.
Но как это возможно? Разве вы не проехали такое же расстояние?
Только с точки зрения Земли. С вашей точки зрения, не только время растягивается, но и длины тоже сокращаются. Чем быстрее вы двигаетесь (и чем быстрее вы приближаетесь к скорости света), тем больше кажется, что пространство сжимается в направлении вашего движения. Оба этих преобразования должны произойти, чтобы скорость света стала универсальной константой: одинаковой во всех системах отсчета. Если время течет с другой скоростью, то пространство должно казаться разной длины, чтобы все совпадало. Это ключ к специальной теории относительности, и на субсветовых скоростях это применимо независимо от того, куда вы идете.
А как насчет того, верит ли ваш супруг в вашу историю? Вот несколько советов:
- Не пытайтесь убедить ее, что вас не было меньше двух часов. Уважайте ее систему отсчета; в твоем ее не было.
- Наслаждайтесь пивом, если хотите, но не пытайтесь убедить ее, что вы не были в пабе только потому, что технически это был не местный паб.
- И ваша технология 21-го века должна работать в любой системе отсчета. Ради всего святого, чувак, сделай несколько фотографий!
Когда вы вернетесь домой, у вас будет опыт на всю жизнь, и вы будете на 12 минут моложе, чем были бы, если бы не отправились в путешествие. Вернувшись на кушетку, после путешествия вы снова окажетесь в том же месте в пространстве и времени, но вы пошли туда совершенно разными путями. Вы отправитесь в космос, преодолеете еще 940 миллионов километров в космосе и преодолеете меньшее расстояние во времени, чтобы компенсировать это. У вас двоих будет одна и та же отправная точка и одна и та же конечная точка, но вы пойдете очень разными путями, чтобы добраться туда: она предпримет большее путешествие во времени, а вы предпримете большее путешествие в пространстве. Одна константа для вас обоих? Скорость света в каждый момент вашего путешествия.
Ждите этой осенью мою новую книгу Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.
Отправляйте свои вопросы, чтобы спросить Итана, чтобы начать с abang на gmail точка com!