Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Тем не менее оставим в стороне научно-фантастические передряги, потому что «растяжение времени» – именно так называют релятивистское замедление хода часов на движущихся объектах – очень и очень реально и к тому же каждый день наблюдается здесь, на Земле. На мощных ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер к примеру, мы регулярно разгоняем элементарные частицы до скоростей, составляющих 99,9999 % скорости света, и при исследовании происходящего на них просто обязаны учитывать релятивистские эффекты.

Однако релятивистское замедление времени проявляется и ближе к дому. Нас всех на Земле ежедневно бомбардируют космические лучами из глубин Галактики. Если встать в открытом поле со счетчиком Гейгера, он будет довольно регулярно – каждые несколько секунд – срабатывать, регистрируя энергичные частицы, именуемые мюонами. Эти частицы возникают там, где энергичные протоны космических лучей вторгаются в атмосферу, порождая целый ливень других, более легких частиц, включая мюоны, которые нестабильны, имеют время жизни, равное примерно одной миллионной доле секунды, и распадаются на электроны и мои любимые частицы – нейтрино.

Если бы не замедление времени, мы никогда бы не зарегистрировали мюоны космических лучей на поверхности Земли. Дело в том, что мюон, летящий с околосветовой скоростью, за одну миллионную долю секунды прошел бы всего три сотни метров, прежде чем распасться. На самом же деле мюонные ливни проходят по 20 км из верхних слоев атмосферы, где они возникают, вниз, до нашего счетчика Гейгера. Это возможно только в том случае, если внутренние «часы» мюонов (которые побуждают их к распаду примерно через миллионную долю секунды) тикают медленно по отношению к нашим земным часам – в 10–100 раз медленнее, чем тикали бы, будь эти мюоны рождены в покое здесь, в земной лаборатории.

Последнее следствие вывода Эйнштейна о том, что скорость света должна быть постоянна и одинакова для всех наблюдателей, представляется еще более парадоксальным, чем остальные, – отчасти потому, что предполагает изменение физического поведения объектов, которые мы можем увидеть и потрогать. Но оно же поможет нам вернуться к началу и заглянуть в новый мир, лежащий за пределами нашего нормального, прикованного к земле воображения.

Результат этот формулируется очень просто, хотя на переваривание его следствий может потребоваться некоторое время. Если я несу некий протяженный объект, к примеру линейку, и двигаюсь быстро по сравнению с вами, моя линейка, если вы ее измерите, покажется вам короче, чем она видится мне. Скажем, я измерил свою линейку, и ее длина оказалась равной 10 см.

Но для вас при измерении ее длина может оказаться равной лишь 6 см.

Конечно же, это иллюзия, скажете вы, потому что как может один и тот же объект иметь разную длину? Атомы не могут быть расположены компактнее для вас, чем для меня.

Здесь мы снова возвращаемся к вопросу о том, что «реально». Если любое измерение, которое вы можете проделать над моей линейкой, показывает вам, что ее длина составляет 6 см, то линейка действительно имеет длину 6 см. «Длина» вовсе не абстрактная величина, она требует измерения. А поскольку результат измерения зависит от наблюдателя, то и длина от него тоже зависит. Чтобы убедиться, что это возможно, и заодно осветить еще одну из скользких «уловок-22», связанных с теорией относительности, рассмотрим один из моих любимых примеров.

Предположим, у меня есть машина длиной 12 футов, а у вас – гараж длиной 8 футов. Ясно, что моя машина не поместится в ваш гараж.

Но теория относительности подразумевает, что если я еду быстро, то вы при измерении моей машины получите ее длину, равной, скажем, 6 футам, так что, по идее, она должна будет поместиться в вашем гараже, по крайней мере пока находится в движении.

Однако рассмотрим ситуацию с моей точки зрения. Для меня длина машины составляет 12 футов, а ваш гараж быстро движется мне навстречу, так что при измерении я получу для него глубину не 8, а скорее 4 фута.