Джон Стиц - Встречи на «Красном смещении»

Раз уж я предположил, что люди когда-нибудь научатся закручивать пространство так, чтобы переноситься (транслироваться) между слоями гиперпространства, почему бы не допустить, что они тем же способом сумеют создавать комфортабельную силу тяжести на корабле? Раз искривленное пространство порождает гравитацию в точности, как большая масса вещества, то можно, наверно, обойтись и без массы? Самому «Красному смещению» я придал форму шара, наподобие небольшой планеты, со сферическими уровнями этажами. При этом искусственная сила тяжести притягивает обитателей корабля к центру, а не к внешним стенкам, как при обычном методе борьбы с невесомостью путем закручивания (который все равно неприменим к сфере).

В среде, где скорость света составляет десять метров в секунду, бегущий человек будет замечать релятивистское сокращение размеров окружающих его предметов. Кроме того, ему покажется, что часы в неподвижной системе отсчета идут быстрее. Кстати, для тех читателей, которые полагают, что неподвижные часы должны идти медленнее, с точки зрения бегуна, замечу: среда, о которой идет речь, совсем не среда, описываемая СТО, в которой два наблюдателя, находящиеся в инерциальных системах отсчета, движутся относительно друг друга. Здесь присутствует гравитационное поле, а бегун движется по круговому коридору корабля (следовательно, с ускорением), поэтому ситуация относится не к СТО, а к ОТО.

Когда я продумывал эти следствия исходной идеи, я наткнулся на упоминание о книге Джорджа Гамова «Мистер Томпкинс в стране чудес» (перепечатанной впоследствии под названием «Мистер Томпкинс в карманном издании»). Я ужасно разозлился, что кто-то уже использовал для популярного изложения теории относительности тот же самый прием с замедлением скорости света, да еще сделал это более сорока лет назад. Но когда я достал эту книгу, то быстро успокоился. Оказалось, что это короткое и совсем не художественное сочинение, к тому же не затрагивающее многих вопросов, о которых рассказано в моей книге.

Ну, да ладно. С сокращением длин и замедлением времени, кажется, разобрались. С допплеровским сдвигом тоже все ясно: бегун видит предметы, находящиеся впереди, окрашенными в цвета высокочастотной части спектра. Скорость света в его системе отсчета всегда одинакова, поэтому тот факт, что расстояние между ним и этими предметами уменьшается, проявляется в увеличении энергии света, откуда и повышение частоты. Но тем же причинам предметы, оставшиеся у него в кильватере, краснеют.

Постепенно осваиваясь с явлениями, обусловленными исходным предположением, я вспомнил, что искривленное пространство (как и большие массы) отклоняет свет. А в среде, где свет движется так медленно, этот эффект проявляется очень сильно.

На поверхности Земли, как и в любом другом гравитационном поле, свет падает вниз с той же скоростью, что и любое массивное тело. Мы не задумываемся об этом, потому что из-за гигантской скорости света его отклонение пренебрежимо мало. Поставьте два вертикальных зеркала друг против друга и выпустите пучок света перпендикулярно поверхности одного из них. Одновременно бросьте мячик перпендикулярно одной из двух стенок, расположенных так же, как эти зеркала. Мячик будет прыгать между стенками, быстро опускаясь под действием тяготения. То же самое произойдет со светом! Свет и мячик достигнут пола одновременно, хотя начальные скорости у них совершенно разные.

На борту «Красного смещения» эти рассуждения остаются в силе. Вся разница в том, что свет будет падать почти по той же траектории, что и мячик. Свет, излучаемый фонариком, будет двигаться примерно так, как струя воды, бьющая из шланга.

Несомненно, искривление световых лучей должно порождать множество оптических иллюзий, некоторые из которых я до сих пор всерьез не обдумывал. Видимо, придется о них поразмыслить, когда книга будет в печати.

На определенном расстоянии от закрученного пространства в центре корабля скорость света равна орбитальной скорости. Поэтому глаз воспринимает круговой коридор, опоясывающий корабль на этом уровне, как совершенно прямой. Ниже этого уровня свет падает еще быстрее, и возникают другие эффекты. Например, на втором уровне, если вы направите луч фонарика на стену, находящуюся в десяти метрах от вас, свет упадет на пол точно на полпути. Надо направлять фонарь выше того места, которое вы хотите осветить, — он падает на пол из-за того, что скорость света меньше орбитальной скорости. С другой стороны, свет, исходящий от пола, огибает корабль, и наблюдатель видит гораздо больший участок пола, чем в нормальных условиях. Это означает, что свет, приходящий в глаз по горизонтальной прямой, исходит от пола. То есть на этих нижних уровнях возникает иллюзия, что их поверхность — вогнутая чаша (а не выпуклая сфера, как на самом деле).

Пока я корпел над траекториями, которые описывает луч света на каждом из семи уровней, до меня дошло, что при таком быстром падении света должно быть хорошо заметно гравитационное красное смещение. Фактически это главный фактор, особенно на нижних уровнях. Пока свет поднимается в гравитационном поле, он теряет энергию, тем самым снижая частоту. Верно и обратное. Другими словами, если поместить монохроматический источник света на некоторой высоте над полом, то наблюдатели разного роста будут видеть свет разного цвета.

Свет от источника либо поднимается, либо спускается до уровня глаз наблюдателя. Если свет поднимается, то краснеет, если опускается — синеет. То же самое происходит с отраженным светом. Например, фотон по пути к потолку теряет энергию, потом, отразившись, восстанавливает ее на пути от потолка до уровня источника света, а на оставшемся участке траектории равновесие нарушается. Поэтому комната, освещенная светом определенной частоты, будет выглядеть одноцветной, но этот цвет будет различным в зависимости от того, лежите вы на полу или стоите на стуле. Можно вообразить, какие жуткие эффекты будут при этом возникать.

Хорошо. Значит, на борту будут и искривление света, и гравитационное красное смещение. Поставим следующий вопрос: из-за чего возникает искривление света? Конечно, из-за гравитации! Но это не совсем точный ответ. Искривленное пространство, которое порождает гравитацию, заставляет свет изгибаться, потому что время в гравитационных полях замедляется. Честное слово, это не выдумки!

В нашей части Вселенной, в ее нижней восточной стороне, скорость света в вакууме — константа. Однако, как установлено во время солнечных затмений, свет от дальних звезд отклоняется Солнцем на его пути к Земле. Как это происходит? Может быть, одна сторона волнового фронта движется медленнее, чем другая? Невозможно, ведь скорость света — константа. Остается предположить, что на одной стороне волнового фронта замедляется время. Если время замедляется, свет продолжает двигаться все с той же постоянной скоростью — скоростью света; это только наблюдателю, находящемуся вне поля, кажется, что скорость уменьшилась.