Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Заманчивые путешествия. Мы вынуждены подчиняться правилам Вселенной, и если мы хотим путешествовать, то нам все-таки потребуется ракета. Если сделать самые смелые предположения о технологиях, то как далеко и, главное, насколько быстро можно в принципе улететь? О технологических сложностях я предлагаю забыть совсем; в конце концов, первые расчеты маневров на орбите (из уже упомянутых – «Достижимость небесных тел» Гомана [81] и «О траекториях полета к центральному светилу со стартом с определенной кеплеровской орбиты» Штернфельда [102]) были выполнены в то время, когда перспективы полета в космос были еще довольно туманными. Соседние с нами звезды (рис. 5.13) находятся достаточно далеко, и лететь туда со скоростью современных космических кораблей – дело совершенно бесперспективное. Нам понадобится ракета, в которой реактивный двигатель работает все время, что она движется, чтобы ракета не переставала разгоняться. Работающие двигатели означают, конечно, «перегрузку» для всего, что находится внутри, – ту самую перегрузку, о которой вам сообщает спинка кресла в начале разбега самолета по полосе. Я предлагаю экипажу будущей экспедиции сделать перегрузку не неприятностью, которую нужно перетерпеть, а элементом комфорта: с ее помощью в космосе можно воспроизвести земную силу тяжести (сила тяжести и перегрузка – и правда одно и то же, но подробности придется отложить до следующей прогулки). Другими словами, на корабле установлен такой двигатель, чтобы экипаж всегда ощущал ускорение 1g – такое же, какое сообщает телам вокруг нас тяготение Земли.

Рис. 5.13. Ближайшие звезды. Расстояния до них измеряются световыми годами

Начинается интересное. Двигатель постоянно работает с такой тягой, что космонавты ощущают ускорение 1g и исходя из этого понимают, что сейчас они летят примерно на 10 м/с быстрее, чем летели секунду назад. Но это с точки зрения ракеты. Картина не может быть такой же с точки зрения персонала на космодроме, ведь постоянное увеличение скорости означало бы, что через должное время ракета будет улетать от них быстрее, чем свет. С точки зрения космодрома ракета сначала действительно прибавляет около 10 м/с за каждую секунду, но потом, когда достигнутая скорость становится заметной по сравнению со скоростью света, ее дальнейшее возрастание происходит все медленнее и медленнее. Каждые следующие 10 м/с надо «прибавлять» к уже достигнутой скорости по правилам операции , и в результате изменение скорости получается ничтожным. Скорость ракеты постепенно приближается к скорости света, но никогда не достигаeт ее.

Вспомнив, каково расстояние до цели в световых годах, персонал на космодроме понимает то, что они и так всегда знали: ракета долетит до места назначения не раньше, чем они (персонал) выйдут на пенсию, а для большинства популярных направлений и много позднее. С этим ничего нельзя поделать. Но это только с точки зрения тех, кто остался на космодроме. Для экипажа ракеты время течет медленнее – и тем медленнее, чем ближе их скорость к скорости света. У экипажа прекрасные шансы добраться до цели не только при своей жизни, но и еще во вполне деятельном возрасте! Скромное, но постоянно включенное 1g с точки зрения ракеты дает заметный эффект. В таблице 5.1 показано, сколько времени пройдет для экипажа, если с точки зрения космодрома лететь несколько лет в выбранном режиме работы двигателя, и какой скорости удастся в результате достичь. Оттуда же видно, каким станет время, проведенное космонавтами в дороге, если они готовы терпеть ускорение 2g.

Десять лет на космодроме – это меньше трех лет на корабле с земным ускорением свободного падения. А если выбрать ускорение в два раза больше земного, то заметно меньше двух лет. Но это – просто чтобы «погонять без тормозов». Если же в конце пути мы желаем остановиться у выбранной звезды, придется еще и тормозить. Теория относительности или нет, но тормозить в космосе – то же самое, что разгоняться, только двигатель нужно развернуть в противоположную сторону. Имеет смысл сделать путешествие симметричным: полдороги разгоняться и полдороги тормозить. Итак, полпути ускорение, которое ощущается как постоянная сила тяжести, и полпути – развернувшись двигателями вперед – замедление, которое ощущается как такая же сила тяжести. Путешествие начинается с нулевой скорости относительно космодрома и должно закончиться нулевой скоростью, которую мы тоже будем измерять относительно космодрома, смело пренебрегая относительной скоростью звезды в точке назначения: на фоне тех скоростей, которых можно достичь в рамках выбранной стратегии, сотня-другая километров в секунду – совершенная ерунда.

Таблица 5.1. Время по часам на космодроме и по часам на ракете при полете с постоянно работающим двигателем

Осталось решить, у какой звезды остановиться. Мои предложения незамысловаты, но каждое из них мотивировано. После названия пункта назначения в скобках указано расстояние до него в световых годах.