Почему скорость света влияет на время?

В 1632 году астроном Галилео Галилей впервые описал принцип относительности. Тогда он утверждал, что физические процессы во вселенной проходят одним и тем же образом, даже если два наблюдателя ощущают их по-разному из-за того, что один из них движется относительно другого. Представьте, что вы сидите в салоне автомобиля и смотрите в окно — где-то вдалеке виднеется дерево. Сначала оно приближается, затем проходит мимо и после этого отдаляется, но только с вашей перспективы. На самом деле дерево стояло на месте — просто вы сидели в движущейся машине. И если бы за вами наблюдал другой человек, стоящий рядом с деревом, то вы бы двигались навстречу друг к другу с одинаковой скоростью.

Позднее Альберт Эйнштейн представил концепцию, которую сейчас называют специальной теорией относительности: она была призвана объяснить странные наблюдения, которые не имели интуитивно понятного объяснения в начале XX века. Если вкратце, Эйнштейн говорил, что скорость света не меняется в зависимости от наблюдателя. Каждый, кто попытается замерить этот показатель, получит один и тот же результат вне зависимости от того, движется ли он.

Допустим, вы едете со скоростью 60 км/ч, пока ваш друг стоит под деревом. Теперь представьте, что он бросит мяч в вашем направлении со скоростью, которая ощущается им как 60 км/ч. Получается, друг и дерево будут двигаться в вашем направлении на скорости 60 км/ч, тогда как мяч — 120 км/ч, правильно? Почти, но не совсем. Дело в том, что правильный ответ меняется по мере того, как вы и ваш друг приближаетесь к скорости света. Если бы вы сидели в ракете, движущейся со скоростью 75% от скорости света, и ваш друг бросил бы мяч на той же скорости, мяч бы не ускорился до 150%. Ничто не может двигаться быстрее света — мяч все равно летел бы медленнее. Да, эта теория звучит странно, но она подкреплена большим объемом экспериментальных доказательств.

Тем не менее, скорость — не единственный фактор, который меняется в зависимости от наблюдателя. Другое последствие относительности — это концепция замедления (или растяжения) времени, согласно которой люди ощущают течение времени по-разному в зависимости от того, с какой скоростью они движутся относительно друг друга.

Каждый человек ощущает время нормально относительно самого себя, однако человек, который движется быстрее, ощущает течение времени медленнее, чем тот, что движется медленно. Если они встретятся и сверят часы, то выяснится, что цифры не сходятся: на одном циферблате прошло меньше времени, чем на другом.

Этот нюанс приводит, пожалуй, к самому странному результату теории относительности — парадоксу близнецов. Мысленный эксперимент гласит, что, если один из двух близнецов совершит полет в космос на скоростной ракете, то по возвращению на Землю он обнаружит, что его близнец состарился быстрее. При этом каждый из двух близнецов ощущал течение времени нормально, даже если их подсчеты различаются.

Если оба близнеца видят себя стационарными объектами, а друг друга — движущимися, то… Получается, каждый скажет, что другой состарился быстрее? Нет, потому что они не могут оба быть старшими. Тот близнец, что побывал в космосе, помимо всего прочего получил ускорение: эта величина не меняется в зависимости от скорости перемещения планеты.