Согласно специальной теории относительности Эйнштейна — время течёт по-разному для движущихся часов, а согласно общей теории относительности Эйнштейна — время идёт медленнее для часов, находящихся в гравитационном потенциале. На биологическую скорость нашего старения влияют оба этих эффекта.
Из-за нашего кругового движения под действием гравитации Солнца, среднее замедление времени по сравнению с неподвижным наблюдателем на расстоянии складывается из двух компонентов: гравитационного потенциала Солнца и поперечного доплеровского эффекта. Их сумма равна половине квадрата круговой скорости Земли вокруг Солнца, выраженной в долях от скорости света. Поскольку скорость Земли составляет 30 километров в секунду — это в десять тысяч раз меньше скорости света — итоговое замедление времени составляет 23 года за всю историю Солнечной системы, то есть за 4,6 миллиарда лет.
Однако продольный доплеровский эффект становится значительно более заметным, если астронавты покидают Солнечную систему на космическом корабле. Для существующих ракет, способных двигаться со скоростью 35 километров в секунду, каждый год для удаляющихся астронавтов будет казаться на час длиннее по сравнению с тем, как мы его видим с Земли. Согласно принципу относительности, то же самое верно и наоборот: Земля будет удаляться от космического корабля, и каждый земной год будет казаться на час длиннее для астронавтов. Это замедление времени из-за продольного доплеровского эффекта в двадцать тысяч раз больше, чем гравитационное замедление времени, испытываемое жителями Земли по сравнению с удалённым наблюдателем.
Продольный доплеровский эффект меняет знак на обратном пути астронавтов или у инопланетян, приближающихся к Земле из межзвёздного пространства — в этом случае он ускоряет субъективное течение времени.
С другой стороны, гравитационное замедление времени всегда делает старение медленнее ближе к источнику гравитации, чем вдали от него. В случае межзвёздного перемещения скорость старения определяется в основном гравитационным потенциалом галактики Млечный Путь. Удвоение расстояния от центра Галактики при неизменной скорости приведёт к ускорению старения на 20 секунд в год.
Разумеется, путешествия со скоростями, близкими к скорости света, делают временные эффекты куда более значительными. Однако такие путешествия сталкиваются с огромными практическими трудностями. Главная из них — обеспечение энергией, необходимой для разгона космического корабля с пассажирами. Например, запуск астронавта массой 100 килограммов на скорости в 80% от скорости света потребовал бы весь объём электроэнергии, вырабатываемый на Земле за 20 дней. Чтобы обеспечить такую энергию постепенно за девять месяцев при комфортном ускорении, равном земному притяжению (1g = 9,8 м/с²), необходим очень мощный и эффективный источник энергии.
Такое путешествие, длившееся бы десять лет по земному времени до ближайшей звезды Проксима Центавра, привело бы к тому, что астронавты состарились бы лишь на шесть лет, если бы ускорение и торможение происходили с ускорением 1g при достижении 80% от скорости света.
Ещё одна серьёзная проблема — это повреждение корабля при столкновениях с межпланетной и межзвёздной пылью и газом. На скорости 80% от световой энергия, выделяющаяся при столкновении, будет в 6 000 раз больше, чем у термоядерного взрыва той же массы. Даже крошечная пылинка размером в миллионную долю метра высвобождает столько энергии, сколько пять ламп мощностью по 75 ватт в течение одной секунды в хорошо освещённой комнате. В межзвёздном пространстве содержится масса пыли, эквивалентная нескольким таким частицам на кубический километр.
Космический корабль с лобовой площадью в один квадратный метр будет сталкиваться с такими частицами примерно раз в секунду, а от столкновений с газовыми молекулами нагрев будет в сто раз выше. Это означает, что передняя поверхность корабля будет постоянно испытывать тепловую нагрузку, эквивалентную мощности 500 ламп на квадратный метр, а также разрушение поверхности от ударных кратеров на протяжении всего полёта. Кроме того, из-за релятивистских скоростей все частицы газа будут восприниматься как космические лучи, и потребуется толстый защитный экран, чтобы астронавты не умерли от «смерти от тысячи порезов» — как сказала бы Тейлор Свифт.
Вот почему маловероятно, что «жизнь, как мы её знаем», сможет выжить в межзвёздных путешествиях на основе «физики, как мы её знаем». Либо путешествие окажется слишком долгим, чтобы человек мог пережить его в течение жизни, либо оно станет смертельно опасным из-за бомбардировки пылью и газом.
Учитывая наши текущие технологии, наилучшей стратегией выхода за пределы Солнечной системы является запуск небольших технологических аппаратов с ракетной скоростью. Искусственный интеллект (ИИ) может заменить природный разум, обеспечив автономные путешествия, необходимые для преодоления межзвёздных расстояний. С этой точки зрения, ИИ стоит как можно скорее протестировать в космосе.
Что касается меня лично, я вполне доволен тем, чтобы остаться на Земле и наслаждаться крошечными замедлениями времени, вызванными гравитацией Солнца (одна шестая секунды в год) и Млечного Пути (десять секунд в год). Земляне могут с гордостью наблюдать, как ИИ-астронавты устремляются в межзвёздное пространство в качестве технологических послов человечества. С возрастом нам стоит научиться радоваться даже таким крошечным преимуществам земной жизни, какими бы незначительными они ни казались на фоне космоса. С должной долей космического смирения мы можем надеяться, что наши технологические устройства достойно представят нас среди звёзд.
Но на помощь может прийти новое научное знание. Если проект «Галилео» обнаружит зонды внеземных цивилизаций, они могут раскрыть нам такие приёмы, о которых мы и не догадывались за 120 лет современной науки, прошедших с момента, как Эйнштейн сформулировал теорию относительности.
Если существуют какие-либо пути сокращения межзвёздных путешествий, нам лучше найти их как можно скорее — изучая технологические артефакты внеземных цивилизаций, которые обогнали нас на миллиарды лет. Это как пробежать марафон — как греческий посланник Фидиппид, объявивший о нашествии персов в битве при Марафоне в 490 году до н.э. — и только спустя 2 500 лет осознать, что то же сообщение можно передать за доли секунды по спутниковой связи.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos