Снова об искривлении времени
Картинки, которые мы видим на рис. 3.2, 3.4 и 3.6, иллюстрируют сущность того, что означает «искривленное пространство». Кривизна деформирует форму пространства. Физики пытались создать аналогичные образы для того, чтобы продемонстрировать смысл «искривленного времени», но они оказались гораздо сложнее для восприятия, поэтому мы не будем их здесь приводить. Вместо этого последуем примеру Слима и Джима из аттракциона Верхом на торнадо и попытаемся осознать ощущение искривленности времени, обусловленной гравитацией.
Для этого СЃРЅРѕРІР° посетим Джорджа Рё Грейс, которые находятся СѓР¶Рµ РЅРµ РІРѕ мраке пустого космического пространства, Р° РіРґРµ--то РЅР° окраине Солнечной системы. РћР±Р° РѕРЅРё РІСЃРµ еще РЅРѕСЃСЏС‚ РЅР° СЃРІРѕРёС… скафандрах большие цифровые часы, которые РјС‹ РєРѕРіРґР°-то синхронизировали. Для простоты РЅРµ станем учитывать влияние планет Рё будем рассматривать только гравитационное поле Солнца. Далее, представим себе, что космический корабль, зависший около Джорджа Рё Грейс, размотал длинный трос, конец которого достигает окрестностей солнечной поверхности. РЎ помощью этого троса Джордж медленно перебирается ближе Рє Солнцу. РџРѕ пути РѕРЅ периодически останавливается, чтобы сравнить темп С…РѕРґР° времени РЅР° его часах Рё РЅР° часах Грейс. Рскривление времени, предсказываемое общей теорией относительности Рйнштейна, означает, что РїРѕ мере того, как РѕРЅ будет испытывать РІСЃРµ более сильное воздействие гравитационного поля, его часы Р±СѓРґСѓС‚ РІСЃРµ больше отставать РѕС‚ часов Грейс. Рными словами, чем ближе РѕРЅ будет Рє Солнцу, тем медленнее Р±СѓРґСѓС‚ идти его часы. Рменно РІ этом смысле гравитация деформирует РЅРµ только пространство, РЅРѕ Рё время.
Вы должны были заметить, что в отличие от случая, рассмотренного в главе 2, когда Джордж и Грейс находились в пустом пространстве, перемещаясь относительно друг друга с постоянной скоростью, сейчас между
Глава 3. 06 искривлениях Рё волнистой СЂСЏР±РёВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ 57
РЅРёРјРё нет симметрии. Джордж, РІ отличие РѕС‚ Грейс, ощущает, что сила тяжести становится РІСЃРµ сильнее — ему приходится держаться Р·Р° трос РІСЃРµ крепче, чтобы РЅРµ дать Солнцу притянуть себя. РћР±Р° согласны СЃ тем, что часы Джорджа РёРґСѓС‚ медленнее. РС… точки зрения СѓР¶Рµ РЅРµ являются «одинаково равноправными», что позволяло РёРј обмениваться ролями Рё менять выводы РЅР° противоположные. РќР° самом деле, ситуация СЃС…РѕР¶Р° СЃ той, СЃ которой РјС‹ столкнулись РІ главе 2, РєРѕРіРґР° Джордж испытал ускорение, включив ранцевый двигатель для того, чтобы догнать Грейс. РўРѕРіРґР° ускорение Джорджа привело Рє тому, что его часы определенно стали идти медленнее, чем часы Грейс. Поскольку теперь РјС‹ знаем, что ощущение ускоренного движения совпадает СЃ ощущением воздействия гравитационной силы, РІ теперешнем положении Джорджа, перебирающегося РїРѕ тросу, действует тот Р¶Рµ самый принцип, Рё РјС‹ СЃРЅРѕРІР° РІРёРґРёРј, что часы Джорджа Рё РІСЃРµ события РІ его Р¶РёР·РЅРё замедляются РїРѕ сравнению СЃ С…РѕРґРѕРј времени Сѓ Грейс.
В гравитационном поле, подобном тому, которое существует на поверхности рядовой звезды вроде нашего Солнца, замедление темпа хода часов будет небольшим. Если Грейс находится на расстоянии миллиарда километров от Солнца, то когда Джордж будет в нескольких километрах от поверхности нашего светила, темп хода его часов составит примерно 99,9998 % темпа хода часов Грейс. Такое замедление очень мало9). Однако если Джордж будет спускаться по тросу, который висит над поверхностью нейтронной звезды, масса которой примерно равна массе Солнца, а плотность вещества превышает солнечную примерно в миллион миллиардов раз, сильное гравитационное поле этой звезды замедлит темп хода его часов до 76 % темпа хода часов Грейс. Еще более сильные гравитационные поля, подобные тем, которые имеют место на внешней поверхности черных дыр (они обсуждаются ниже), могут замедлить ход времени еще сильнее. Более сильные гравитационные поля вызывают более сильное искривление времени.