Горизонты техники для детей, 1969 №9

Что это? Фантазия или действительность?

«…Внимание! Внимание! Космолет Земля-Поллукс[1] — Земля идет на посадку. Встречающих просим освободить четвертый сектор Космодрома. Повторяю…»

Гигантская межзвездная ракета вырастала на глазах, приближаясь к Космодрому. Заревели тормозящие двигатели, выскочили амортизирующие ножки. Ракета мягко села на посадочную площадку. Дверцы ее раздвинулись и из ракеты вышел космонавт. Фоторепортеры толпой окружили его. Все были так возбуждены, что никто не заметил седого старикашки, проталкивающегося сквозь толпу.

— Папочка, — крикнул вдруг старикашка и крупные слезы покатились по его, густо покрытому морщинами, лицу.

— Сынок! Это ты? Как же изменился за эти семь лет! — ответил молодой космонавт, обнимая старика.

— Как за семь лет? Ведь прошло семьдесят! — поправил его сын.

— Верно! Я совсем забыл, что здесь, на Земле, с момента нашего старта прошло семьдесят лет, а на ракете всего лишь семь, — сказал космонавт. — Как это просто и как одновременно странно.

— Да, папочка, — повторил за ним старичок, — как просто и как странно.

И оба, окруженные толпой журналистов, фоторепортеров и встречающих, направились к выходу

Событие, о котором мы здесь рассказали, кажется прямо-таки невероятным. Если же вы внимательно прочитаете до конца наш рассказ, то поймете, что в будущем подобная встреча старого сына с молодым отцом может действительно случиться.

Во всяком случае так можно утверждать на основе теории относительности гениального физика Эйнштейна. По этой теории все понятия и величины в природе относительны.

А вот и несколько примеров, подтверждающих эту теорию.

По дороге едет велосипед со скоростью 20 км в час, а его обгоняет поезд со скоростью 80 км в час. Для наблюдателя, стоящего на обочине дороги, велосипедист действительно едет со скоростью 20 км в час, а для пассажира, выглядывающего из окна вагона, велосипедист едет со скоростью 60 км в час, но в обратном направлении, что поезд. Такая неодинаковая оценка скорости зависит от того, с какой точки ведется наблюдение. Значит и величина скорости — понятие относительное.

Второй пример: фотограф делает снимок лужайки, на которой пасется корову. Неподалеку от нее — собака. Фотограф стоял ближе к собаке, поэтому на снимке собака выглядит больше коровы. Как ведите, размер — тоже величина относительная и зависит от места наблюдения.

Третий пример: если вас спросят, с какой стороны улицы стоит ваш дом, вы ответите: это зависит от того, откуда и с какой стороны смотреть. Если идти по улице на юг, то дом находится с правой стороны, а если в сторону севера — то с левой. Значит опять имеем дело с относительностью.

Четвертый пример: что ответить на вопрос: на земле сейчас день или ночь?

И каждый из вас, не задумываясь, наверное, ответит: в зависимости, в какой части земного шара. И верно, если в Европе день, то в это же время в Австралии ночь, так как солнце может одновременно освещать только половину земного шара. И опять налицо пример относительности.

Примеров можно приводить много, и каждый из них будет подтверждать теорию относительности, которая гласит, что в природе всё относительно, всё, кроме… скорости света!

Уже 88 лет тому назад опытным путем проверено, что скорость света в вакууме постоянна и одинакова, независимо от того, является ли источником света свечка или фонарь, или даже солнце и независимо от того, будет ли этот источник отдаляться от нас или приближаться. Луч света будет к нам приходить всегда с постоянной и огромной скоростью — 300 000 км/сек!

Эта скорость признана не только постоянной, но и предельной, то есть в природе не может быть большей скорости, чем эта.

Именно то, что скорость света всегда одинакова, послужит нам доказательством возможности встречи «старого» сына с «молодым» отцом, который вернулся из космической экспедиции.

Представьте себе поезд, мчащийся с огромной скоростью. На полу вагона лежит зеркальце, а точно над ним висит фонарик. Луч света падает на зеркальце вертикально и отражается на потолок. Так это будет видеть пассажир поезда. Иначе этот же процесс увидит наблюдатель, стоящий на перроне, вдоль которого проезжает поезд-ракета. Он увидит, что пока луч света дойдет до зеркальца, оно сместится имеете с поездом на некоторое расстояние. Лучу надо пройти отрезок «а» (см. чертеж). Отразившись от зеркальца, луч пойдет не вертикально вверх, а по наклонному пути «Ь», так как потолок за это время пройдет путь «с». В обоих случаях в глазах наблюдателя на перроне луч пройдет бóльший путь, чем это увидит пассажир поезда. Но и для одного, и для другого случая скорость света будет одинакова и равна 300 000 км/сек. Поэтому на преодоление большего пути лучу требуется больше времени. Отсюда вывод напрашивается сам собой: в мчащемся поезде время идет медленнее, чем на перроне. Это «замедление» времени незаметно даже в самых быстрых поездах, и даже в самолетах. Оно заметно станет лишь при скорости поезда, сравнимой со скоростью света.

Но мы, фантасты с богатым воображением, можем себе представить и такой случай.

Поезд мчится со скоростью 240 тысяч километров в секунду. Предположим, что наблюдатель на перроне измерил, что луч света проходит от фонарика (на потолке) к зеркальцу (на полу) и обратно за 10 секунд (ну и высоченный же этот мнимый поезд!).

За 10 секунд луч пройдет расстояние

10 х 300 000 км = 3 000 000 а поезд пройдет путь

10 х 240 000 = 2 400 000 км

На чертеже ниже этот пример показан графически в виде треугольника, где:

а — b — путь, пройденный лучом, а

с — расстояние, на которое сместится поезд за это время.

Дано:

а + b = 3 000 000 км — путь, пройденный лучом за 10 сек.;

с = 2400 000 км, путь, пройденный поездом за 10 секунд.

Какова высота h поезда (расстояние от фонарика до зеркальца)?

Подсчитаем по теореме Пифагора:

Подставляя эти данные, получим: h² = 1 500 000² — 1 200 000²

h = 900000 км

Это и есть высота вагона поезда. Не удивляйтесь, что высота вагона такая огромная. В поезде, который в течение одной секунды проделывает 240 тысяч километров, всё возможно.

Зная расстояние h между фонариком и зеркальцем, можно легко подсчитать, что в глазах пассажира луч света пройдет дважды высоту вагона, то есть два раза расстояние h, что можно записать в виде:

900 000 х 2 = 1 800 000 км.

Для прохождения этого пути ему понадобится 6 секунд

(1 800 000/300 000 = 6)

Следовательно, в то время, как на перроне прошло 10 секунд, в вагоне прошло только 6.

Бели бы наш пассажир ехал таким сверхскоростным поездом в течение 6 лет, на перроне прошло бы за это время 10 лет. Представьте себе, что если бы из двух восьмилетних близнецов один остался дома, а второй путешествовал на нашем поезде 8 лет, то по возвращении домой близнецу-путешественнику было бы 14 лет, а оставшемуся дома — восемнадцать. И это не выдумки, а выведенные по формулам цифры.

Легко заметить, что чем больше скорость поезда, тем медленнее идет в нем время, конечно, для наблюдателя, находящегося снаружи. Вполне вероятно, что при еще большей скорости, чем 240 тысяч километров в секунду может быть так, что двадцатилетний папа, оставив на земле своего грудного младенца, вернется из космоса двадцатисемилетним юношей, а его встретит семидесятилетний сын-старичок.

Все это, конечно, теоретические рассуждения. Скорость космических кораблей сейчас слишком мала, чтобы были заметны разницы во внешнем виде космонавтов. Скорость современных космических кораблей не превышает 11 км/сек. то есть в 100 000 раз меньше скорости света.

Технике предстоит проделать огромнейший путь, чтобы встреча, о которой мы рассказывали вначале, могла иметь место. Может быть кто-нибудь из вас скажет встречающему на космодроме будущего старикашке:

— Сыночек, если будешь послушным, в следующий раз возьму тебя с собой в космос!

Влодзимеж Вайнер