Игры со временем

Согласно специальной теории относительности, чем быстрее движется какой-либо объект, тем медленнее его время идёт относительно наблюдателя.

При этом степень замедления растет экспоненциально: на скорости в 50% от с(скорости света) замедление все ещё едва заметно. При 99.99% замедление двухкратно. При 99.999999999999% время замедлится в миллион раз.

Таким способом можно решить одну из главных проблем межзвездных перелётов – огромные затраты времени, правда с некоторыми отговорками. Если сесть на корабль, ускоряющийся за скоростью ~ 10м/с, или 1g (Именно такое ускорение мы испытываем к центру Земли. Если ракета будет двигаться с ускорением в 1g, то пассажиры не будут испытывать ни невесомости, ни перегрузок.), то за год можно будет разогнать его почти до скорости света, тогда можно будет слетать к Альдебарану, красному гиганту за шестьдесят световых лет от Земли, за десять лет! Казалось бы, превышена скорость света. Если свет достигает Альдебарана за 60 лет, то любая ракета должна долететь до звезды в лучшем случае за 60 лет, а то и больше. На самом деле, на Земле и вправду пройдет 60 лет. Вот только из-за замедления времени на борту корабля пройдет десять. Из-за того, что время замедляется экспоненциально, этот эффект относительно малозаметен на небольших, по меркам космоса, расстояниях. До ближайшей звезды в четырех световых годах от нас, Проксимы Центавра, можно будет долететь за 10 земных лет и за 7 лет по времени ракеты. Уже до туманности Ориона, в 1500 световых лет от нас, можно добраться за ~1530 лет по времени Земли, но за двадцать по времени ракеты. До границы видимой Вселенной, в тринадцати миллиардах световых лет от Земли, можно будет добраться за тринадцать миллиардов лет по времени Земли, но только за 80 лет по времени корабля. Если вам это кажется бредом, то не страшно, я сам не сразу понял. Есть замечательная книга про экипаж корабля, попавшего в такое замедление времени, и там все описано подробнее и проще – Тау-ноль.

Последствия этого замедления вы испытываете прямо сейчас: свет. Фотон, минимальная частица света, может существовать почти бесконечно малый промежуток времени, но из-за того, что он движется ровно со скоростью света, этот бесконечно малый промежуток времени растягивается в бесконечно большой. Наблюдая за отдаленными галактиками, мы видим фотоны, которым миллиарды лет, но это по нашим меркам. Для самих фотонов проходит едва миллиардная доля фемтосекунды.

Кроме замедления времени из-за скорости, релятивистского замедления, есть другое. Гравитационное. Чем больше гравитация объекта, тем медленнее идёт время у его поверхности. Даже Земля своей гравитацией немного замедляет время у поверхности. На расстоянии в 40000 километров от Земли время течет быстрее на 0.0000006%.

У поверхности белого карлика гравитация выше земной в 250000 раз, время замедляется в почти в два раза. У поверхности нейтронных звёзд притяжение больше в 200 миллиардов раз. Время замедлено в 150 раз.

У поверхности черной дыры время замедляется в бесконечное количество раз. Поэтому, если кто-то упадёт на черную дыру, мы никогда не увидим чем закончится падение: для нас падение почти полностью остановится. Для падающего же, если его не разорвет гравитацией дыры, за мгновение пройдет вся история Вселенной!

И релятивистское, и гравитационное замедления воздействуют на спутники GPS: движение по орбите, со скоростью в 3 км/с, замедляет время на 0.000000025%, отдаление от источника гравитации, Земли, ускоряет время на 0.00000006%.

Оба этих воздействия учитываются, без этого ошибки в вычислении координат на Земле постепенно накапливались, через пару лет система GPS стала бы бесполезной.