Один из самых известных образов в современной массовой культуре это
супергерой, способный развить невероятную скорость. В реальной
жизни человек воплощает мечту о скорости во все новых способах
перемещаться быстрее. Вместе с физиком Эмилем Ахмедовым мы
постарались разобраться, что произойдет, если у нас действительно
получится разогнаться до очень больших скоростей.Этот текст
частьгида Ничего невозможного, вкотором мывместе сучеными
разбираемся, какие изтехнологий давно перестали быть фантастикой,
акакие навсегда останутся только вкнигах ифильмах.С какой скоростью
уже умеют перемещаться люди и созданные ими объекты?Весь XX век
человечество стремительно наращивало скорость транспортных средств.
Быстрее всего нам удавалось перемещаться с помощью летательных
аппаратов. Самым быстрым пилотируемым самолетом на сегодняшний день
является ракетоплан North American X-15: он развил максимальную
скорость в 7274 км/ч.Однако космонавтам удавалось достичь куда
больших скоростей: Юрий Гагарин летел с максимальной скоростью
28260 км/ч, а американские астронавты во время полета на Луну со
скоростью около 40000 км/ч. В открытом космосе нам не мешает
сопротивление атмосферы Земли, поэтому и разогнать объект гораздо
легче.Понятно, что это далеко не предел. Пока самый быстрый
созданный человеком объект это зонд Вояджер-1, прямо сейчас
покидающий Солнечную систему со скоростью более 60000 км/ч.Что
мешает нам разогнаться еще быстрее?Ключевое препятствие для более
быстрого движения разработка двигателя, способного развить
необходимое ускорение. Оно, с одной стороны, должно быть достаточно
малым, чтобы не создать слишком большую перегрузку для космонавта и
не навредить ему (если наш корабль управляется человеком), а с
другой достаточно большим, чтобы сильнее разогнать космический
аппарат. Вместе с этим встает и проблема поиска топлива, которое
было бы способно поддерживать необходимое ускорение на протяжении
достаточно долгого времени. Сейчас наиболее перспективным может
стать переход от химического топлива к ядерному, способному
выделять больше энергии и обеспечивать большую тягу.Есть и
несколько фантастических на данный момент сценариев, которые
однажды могут сработать. К примеру, можно совместить ракетные
двигатели с ускорителями частиц. Если мы научимся разгонять
достаточно большое количество частиц с огромными скоростями, то
получим новый эффективный способ реактивного
ускорения.Перспективным может оказаться и использование солнечных
парусов устройств, приводящих космические аппараты в движение с
помощью давления света. Фотоны ударяются о специальные солнечные
панели и передают им свой импульс, за счет чего подталкивают их к
движению против источника света. Такие устройства потенциально
смогут обеспечивать не самое сильное, но стабильно долгое
ускорение.Можно, наконец, использовать все способы одновременно.Что
произойдет, если мы все-таки разгонимся?Допустим, мы изобрели
сверхскоростной самолет, и нам удалось разогнаться очень быстро.
Теория относительности говорит нам о том, для объектов, движущихся
со скоростями, близкими к скорости света, время течет иначе. Чем
выше скорость, тем медленнее будет идти время.Если придираться к
словам, такая формулировка некорректна. Не существует какого-то
объективного, единого для всех времени, на которое можно было бы
как-то повлиять: замедлить, ускорить или перемотать.Однако эффект
замедления времени есть. Современная физика рассматривает время не
как независимую единицу измерения, а как составную часть
координатной сетки наряду с тремя пространственными координатами:
длиной, шириной и высотой. Совместно они образуют единое
четырехмерное пространство-время, движение точки в котором
описывается мировой линией аналогом траектории, которая учитывает
перемещение не только в пространстве, но и во времени.В
четырехмерном пространстве-времени объекты никогда не покоятся, они
всегда двигаются вдоль оси времени, причем именно вдоль этой оси с
максимально возможной скоростью скоростью света. Однако, даже если
мы начинаем перемещаться в пространстве, мы не перестаем находиться
в единой координатной сетке пространства-времени, и в ее пределах
вектор нашей скорости всегда по модулю будет равен скорости света.
Меняется только направление вектора. Просто наклон этого вектора по
отношению к оси времени никогда не может превысить 45 градусов,
ведь этот угол определяет отношение скорости движения к скорости
света, а скорость света превысить нельзя.Из-за этого на
сопоставимых со световой скоростях перемещения в пространстве
скорость движения по оси времени будет неизбежно падать. Наши часы
будут идти с прежней скоростью, но при этом замедлится мир вокруг,
в котором мы движемся с большой скоростью. Для наблюдателей за
пределами такого сверхскоростного самолета время будет идти как
обычно. Рассинхронизация между двумя системами отсчета возникнет
из-за несовпадения направлений векторов скорости в двух системах
отсчета. Это будет ситуация, аналогичная описанной в фильме
Интерстеллар, когда под влиянием гравитации черной дыры час на
планете, куда попадают главные герои, оказывается равен 7 годам на
Земле. Высокая скорость здесь дает эффект, аналогичный сильному
гравитационному полю.
Самое интересное, что эффект наблюдается, даже если некоторое время
полетать на обычном самолете. Правда, рассинхронизацию можно будет
заметить только на атомных часах: она будет очень маленькой. Чем
ближе к скорости света и чем продолжительнее полет, тем заметнее
эффект.Так что в каком-то смысле суперспособность Флэша реалистична
по крайней мере, ускоренному до близкой к световой скорости герою
окружающий мир будет действительно казаться замедленным. Однако
станет ли когда-то возможным такое ускорение и такая компактность
ускорителя это большой вопрос.
