Сколько лететь до галактики Туманность Андромеды со скоростью света?

До 1900-х годов люди твердо верили во взгляды Исаака Ньютона на массу, движение и гравитацию. Все было просто и понятно. Однако в начале 20-го века Альберт Эйнштейн навсегда изменил этот мир.

Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном, прояснила многие моменты относительно массы и энергии. Уравнение эквивалентности массы и энергии показало, что масса и энергия взаимопреобразуемы, а это означает, что масса может быть преобразована в энергию и наоборот. Он предположил, что не существует стандартной системы отсчета. Во вселенной все относительно, даже время.

Отсюда был сделан вывод, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Следовательно, если человек движется со скоростью, равной половине скорости света, в том же направлении, что и сам свет, луч света будет казаться таким же, как и для неподвижного человека. Другими словами, скорость света постоянна и не зависит от того, неподвижен наблюдатель или движется.

Что, если бы мы двигались почти со скоростью света?

Если мы говорим о движении почти со скоростью света, скажем, 90% от скорости света, тогда возникли бы интересные эффекты.

Человек, путешествующий с такой скоростью, испытает замедление времени. Для этого человека время будет двигаться медленнее, чем для того, кто не движется.

Полет на космическом корабле с релятивистской скоростью — это все равно что путешествие на машине времени.

Правда, двигаться можно только вперед, в будущее, а возвратиться обратно во времени нет никакой возможности — это билет в один конец.

Со скоростью 90%

Предположим, вы могли бы совершить полет на Марс и обратно со скоростью 90% от скорости света. Чтобы достичь и вернуться с Марса (при условии отсутствия остановки, мгновенного ускорения и общего пройденного расстояния в 450 миллионов километров) обратно на Землю потребуется примерно 16 минут 40 секунд. Но тут возникает поворот.

Эти 16 минут и 40 секунд пройдут для людей, наблюдающих за вашим полетом к Марсу на Земле. Как космический путешественник, вы бы испытали только 8 минут и 20 секунд во время полного полета. Это потому, что замедление времени вступает в силу на таких высоких скоростях.

Замедление времени — это явление, которое происходит на высоких (релятивистских) скоростях: чем быстрее вы движетесь в пространстве, тем медленнее вы движетесь во времени.

При полете на Марс со скоростью 90% от скорости света, для людей на Земле прошло бы 16,67 минуты, а для людей на космическом корабле всего 8,33 минуты. Эта разница во времени станет гораздо более заметной при более высоких скоростях, скажем, при 99,99% скорости света.

Со скоростью 99,99%

Теперь предположим, что вы можете путешествовать со скоростью 99,99% от скорости света. На этот раз давайте будем более амбициозными и отправимся за пределы нашей Солнечной системы к Альфе Центавра, примерно в 4,35 световых годах от Земли.

Если вы путешествуете со скоростью 99,99% скорости света от Земли до Альфы Центавра и обратно, с мгновенным ускорением и без остановок, то для людей на Земле прошло бы примерно 8 лет и 8 месяцев, пока бы они наблюдали за вашим путешествием.

Во время такого полета для вас пройдет всего около 1,5 месяцев. Другими словами, ваши товарищи на Земле постарели бы на 8,7 года, а вы для сравнения постарели бы всего на полтора месяца.

Со скоростью 99,9999%

Представим себе, что наш космический корабль может ускориться до скорости 99,9999% скорости света.

В таком случае, полет к планетной системе TRAPPIST-1, расположенной в 39,5 световых годах от Земли, занял бы у космических путешественников 204 дня.

То есть за 6 месяцев и 24 дня космонавты преодолели бы расстояние в 12,1 парсека — весьма впечатляюще. Что еще более впечатляет — для их товарищей на Земле прошло бы почти на 40 лет. И это только при полете в одну сторону.

А если цель нашего полета туманность Ориона? Среднее расстояние до туманности 1500 световых лет — немало даже по космическим меркам. Со скоростью полета 99,9999% для людей в космическом корабле прошел бы 21 год.

Тут уже понадобится технология для погружения членов экипажа в состояния анабиоза, потому что выдержать такое количество времени в ограниченном пространстве корабле будет затруднительно. Тем более непросто будет осознать, что пока команда корабля летела к Ориону, на Земле прошло 1500 лет, и все люди, которых знали космонавты, давно уже мертвы.

Далее предположим, что цель полета космического корабля — центр нашей галактики Млечный Путь, который находится от Земли на расстоянии 27 700 световых лет — там расположена сверхмассивная черная дыра Стрелец А*.

С текущей скоростью нам понадобится 143 тысячи дней или 391 год, чтобы преодолеть такое большое расстояние. Это слишком много для жизни человека — в таком случае мы должны использовать корабль поколений — межзвездный ковчег.

К тому времени, когда он долетит до поставленной цели, на нем сменятся 16 поколений космических путешественников, если принять возраст поколения за 25 лет. То есть к центру Млечного пути долетят далекие потомки людей, стартовавших с Земли. А на самой Земли пройдет почти 28 000 лет.

Как мы видим, полет даже со скоростью 99,9999% от скорости света слишком долог с точки зрения жизни одного человека — но мы можем ускориться. Предположим, что наша скорость  — 99,9999991% от скорости света — именно до такой скорости разгоняются протоны в Большом адронном коллайдере (БАК).

Со скоростью 99,9999991%

Итак, мы летим к центру нашей галактики Млечный путь со скоростью протонов в БАК.

Расстояние в 27 700 световых лет в таком случае, мы преодолеем за 37 лет — достаточно приемлемый срок. С такой же скоростью полет к туманности Ориона займет два года, а к системе TRAPPIST-1 всего 19 дней! Отлично. Но на этом мы не остановимся. Определим следующую цель — это галактика Туманность Андромеды.

Туманность Андромеды является ближайшей крупной галактикой по отношению к Млечному Пути и движется к нам навстречу. Название галактики происходит от области земного неба, в которой она появляется, созвездия Андромеды, которое само по себе названо в честь принцессы, которая была женой Персея в древнегреческой мифологии. Расстояние от Млечного пути до Андромеды около 2,5 млн. световых лет.

На полет к ней со скоростью 99,9999991% от скорости света уйдет 3 тысячи 354 года по корабельному времени — очень большой срок, который врят-ли устроит отважных межгалактических путешественников.

Но с какой же скорость необходимо двигаться, чтобы достичь Туманность Андромеды в более разумные сроки, в течении жизни экипажа корабля?

При 0,9999999999 (10^-10) от световой скорости путешествие займет 35 лет, при 0,99999999999 (10^-11) — 11 лет,  при 0,999999999999 (10^-12) — 3,5 года.

Чем ближе мы подбираемся к скорости света, тем медленнее идет время для нас. Достигнуть ее нельзя, однако к ней можно стремиться.