Время на ВДНХ проходит незаметно. Как иногда говорят посетители: час экскурсии проходит как миг. А может ли время сжиматься и растягиваться?
Альберт Эйнштейн разработал теорию относительности, в которой утверждается, что время, как и пространство, для каждого меняется по-своему. Если два человека едут в поезде в одном вагоне, то относительно друг друга они неподвижны. Третий человек стоит на перроне, и для него все, кто находится в поезде, едут с приличной скоростью.
В космических масштабах это усиливается. Земля мчится вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, но мы этого даже не ощущаем, так как все являемся «пассажирами» планеты. Более того, человечество более 3000 лет не могло представить, что Земля двигается, и ставило ее в центр мироздания. Только Копернику и в значительной степени Галилею удалось показать, что не все так просто.
Со временем происходит то же самое, но поскольку люди живут примерно в одних и тех же условиях, они практически этого не замечают. Кажется, что время идет одинаково и для человека в поезде, и для человека на перроне, но на самом деле это не так. Если взять двое сверхточных часов и сначала синхронизировать их, а потом положить один экземпляр в вагон, а второй оставить на вокзале, то они начнут показывать разное значение. Разница во времени будет ничтожная. Движущиеся часы начнут отставать на 0,000 000 000 000 000 4 секунды. Разница в 1 секунду наберется только через 2 миллиона лет. При этом под движущимися могут пониматься как часы на перроне, так и часы в поезде в зависимости от того, кто смотрит. Человек в вагоне хоть и понимает, что поезд движется относительно Земли, но относительно поезда он неподвижен. Если он сможет разглядеть часы на вокзале, то увидит, что отстают именно они. При этом для человека на перроне замедляет ход хронометр в поезде. Свет распространяется не мгновенно, ему тоже нужно время, чтобы от часов долететь до наблюдателя. Если увеличивать скорость, то разница будет все более заметной. Но даже самый быстрый автомобиль не сможет двигаться достаточно быстро для этого. На околоземной орбите скорость должна быть равна 7,9 км/с. Космонавты на МКС станут моложе на 1 секунду за 300 лет (но рекорд суммарного пребывания на орбите пока составляет чуть больше 3 лет). Правда, их мнение будет отличаться, ведь для космонавтов двигается планета и весь мир замедляется, а значит, и стареют они на орбите больше. Возникает парадокс. Если один старится медленно, значит второй – быстро, а в итоге оказывается, что каждый считает по-своему. Это проверяли множеством экспериментов, начиная с 1965 года, когда на советском спутнике «Космос-97» работал первый портативный генератор частоты. Этот парадокс в несколько другом описании получил название парадокс близнецов. В нем упоминаются два близнеца: один остается на Земле, а другой улетает со скоростью, близкой к скорости света. Кто из них будет моложе, когда космонавт вернется? Каждый из них будет видеть, что другой не стареет. Может, они будут одного возраста? Решение парадокса в том, что космонавт меняет систему отсчета с неподвижной на движущуюся и наоборот. Во время разворота космонавт останавливается, а его часы снова идут, как и земные, но оказываются отставшими. По возвращении он оказывается моложе оставшегося брата. Это даже условно проверили с близнецами-астронавтами Скотом и Марком Келли.
Самый быстрый рукотворный объект мчится со скоростью 95 км/с относительно Земли. За год часы на его борту отстанут на 6 сек. При этом аппарат двигается быстрее любой планеты в Солнечной системе. Однако, это если мы в Солнечной системе. Межгалактические сущности (если они существуют) прекрасно видят, что Земля и Солнце вращаются вокруг центра галактики со скоростью 230 км/с, а, значит, земляне дополнительно стареют на 63 секунды за год. Рекордсменами среди звезд можно назвать объекты в скоплении вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Галактики (S4714 может разогнаться до 23928 км/с). Даже там за год разница во времени наберется в полтора дня. Но, конечно, если двигаться со скоростью, близкой к скорости света, все вокруг замрет. Свет догонять нас будет очень медленно. При предельно быстром движении он вообще не догонит, а значит, не получится увидеть вообще ничего.
Скорость – не единственное, что может замедлить время. Это может сделать и гравитация.
Чем больше сила притяжения влияет на человека, тем медленнее для него идет время. При этом все процессы рядом протекают как обычно. Гравитация также искривляет пространство, поэтому свет отклоняется от прямолинейного движения, и ему нужно время, чтобы добраться до наблюдателя вдали. Естественно, с помощью очень точных часов это можно зарегистрировать и на Земле. У основания 50-этажного здания время идет медленнее, чем на вершине (чем дальше от Земли, тем гравитация меньше). На секунду часы отстанут только за 100 тысяч лет. Теоретически даже наши ноги моложе головы. Эффект слабый, но он быстро нарастает при увеличении расстояния и уменьшении гравитации. Уже на высоте в 20000 км на борту навигационных спутников «Глонасс» время относительно земного спешит на 45 микросекунд в день (2 сек за 100 лет), что оказывает существенное влияние на работу системы. Если не учесть этого фактора, то ошибка в определении координат составит сотни километров.
Солнце – самый тяжелый объект Солнечной системы, рядом с ним время течет медленнее, чем на Земле, на 66 секунд в год. Еще интереснее дела обстоят с более тяжелыми звездами. Пульсары – звезды с еще большей массой и куда меньшими размерами, а значит, с сильным гравитационным полем. При этом они испускают радиоволны особой стабильной частоты, которое можно легко зарегистрировать. Когда к ним приближается что-то тяжелое, время на них замедляется, как и меняется частота радиоволны. Так была открыта планета Драург, которая замедляла время на пульсаре PSR1257+12, а звезда в свою очередь замедляла время на планете. Расстояние между телами достаточно большое, поэтому сравнивать с планетой из фильма «Интерстеллар» нельзя, но если кто-то будет на поверхности пульсара, то за 1 час времени там пройдет 9 часов на Земле.
Конечно, самым большим притяжением обладают черные дыры. У так называемого горизонта событий время останавливается. Если смотреть с Земли, то мы увидим, как бесконечно прочный космический корабль подлетает к черной дыре и замедляется с каждым метром, а у горизонта событий полностью останавливается. Даже если пройдут тысячелетия, наши потомки не смогут увидеть падение объекта в черную дыру, как и старение пассажиров внутри. С другой стороны, исследователи просто будут лететь как обычно. Правда, мир вокруг будет настолько быстро меняться, а свет искажаться, что изображение будет как размазанное пятно. Что будет за горизонтом событий – неизвестно, но явно понятия времени там уже не будет.