Законы физики говорят, что связь со звездолетами, движущимися с околосветовыми скоростями, будет очень проблемной.
Из-за умопомрачительных расстояний и требуемых скоростей межзвездные путешествия будут для человечества чрезвычайно трудными, если не невозможными. Но новое исследование выявило еще одну проблему: отключение связи.
Ближайшая к нам звездная система Альфа Центавра находится на расстоянии более 4 световых лет, так что, если в ближайшие несколько столетий не произойдет какой-нибудь фантастической технологической революции, а мы захотим распространиться среди звезд, то нам придется делать это “медленным” способом.
Это значит, что нам понадобится какой-то способ передвижения, который позволит нам приблизиться к скорости света, но не превысить ее (что считается невозможным). Но даже если нам удастся достичь этой амбициозной цели, межзвездные корабли будущего столкнутся с серьезными проблемами со связью, объясняют ученые в статье, недавно загруженной в базу данных препринтов arXiv.
Первая проблема заключается в том, что свет сам по себе может перемещаться только с конечной скоростью. Хотя это не сильно мешает коммуникации вблизи Земли, инженерам уже приходится решать проблемы при общении с зондами, отправляемыми через Солнечную систему. Например, на Марс сообщения доходят за несколько минут, а до внешних планет – за несколько часов. Для связи на более дальние расстояния – например, если представить себе космический корабль, отправленный в какую-нибудь звездную систему, находящуюся за много световых лет от нас, – это означает, что любое сообщение будет добираться до корабля годами.
Но это не единственное препятствие. Специальная теория относительности учит нас, что часы не синхронизированы по всей Вселенной. Путешественники на борту космического корабля будут испытывать замедление времени, при котором время будет течь медленнее, чем для людей на Земле. Этот эффект уже поддается измерению; например, его необходимо учитывать при синхронизации сигналов со спутников GPS.
Но в воображаемом сценарии наши путешественники движутся со скоростью, максимально приближенной к скорости света. Это условие абсолютно необходимо если мы хотим хоть как-то распространиться по галактике. Из-за замедления времени пассажиры не ощутят годы и десятилетия путешествия; для них, в зависимости от скорости движения, пройдут лишь недели или месяцы.
Это замедление времени создаст серьезные проблемы для координации сообщений и потребует значительного количества математических вычислений. Хотя это и досаждает, это не самая сложная часть межзвездных путешествий. Дело в том, что космические корабли, движущиеся с околосветовой скоростью, будут страдать от длительных периодов отключения связи.
В своей работе исследователи рассмотрели два гипотетических сценария межзвездных путешествий. В первом случае путешественники продолжали бы разгонять свой звездолет с постоянным ускорением в 1g – таким же ускорением, которое естественным образом обеспечивает земная гравитация. Таким образом, в условиях комфортной гравитации как на родной планете, космический корабль все больше приближался бы к скорости света.
Любопытно, что при таком постоянном ускорении возникнет горизонт событий. Жители Земли будут отправлять сообщение на космический корабль, его скорость ограничена скоростью света. Оно будет мчаться вперед к космическому кораблю, но тем временем корабль также будет удаляться от сигнала. Если сообщение будет отправлено через короткое время после старта, то в конечном итоге оно достигнет корабля со значительной временной задержкой. Но если ждать слишком долго, то сообщение никогда не придет; космический корабль всегда будет на шаг впереди сообщения, и с точки зрения экипажа сигналы с Земли в конце концов угаснут.
Второй сценарий предлагает другие проблемы. Исследователи рассмотрели случай, когда космический корабль также отправляется в далекий пункт назначения. Сначала он будет постоянно ускоряться, но на середине пути он развернется и начнет торможение двигателями, чтобы не пролететь мимо цели. Этот сценарий создаст свой собственный набор коммуникационных проблем.
Во-первых, через определенное время космический корабль перестанет получать сообщения с Земли, как и в первом случае. Но потом все эти сообщения дойдут до космического корабля, после того, как он снизит скорость и окажется у цели.
С другой стороны, космический аппарат будет посылать сигналы на Землю, и эти сигналы всегда достигнут цели. Кроме того, сигналы, отправленные из пункта назначения (скажем, колонии, уже созданной на далекой планете), всегда будут достигать космического корабля, пока он движется в сторону колонии.
Но сигналы, отправленные с космического корабля в пункт назначения, доберутся до поселенцев только незадолго до прибытия самого корабля. Причем все отправленные сообщения будут нагромождаться друг на друга, возвещая о прибытии звездолета.
Это означает, что связь с космическими кораблями, движущимися с околосветовыми скоростями, будет очень проблематичной. Все межзвездные аппараты должны работать полностью автономно, потому что через определенное время они будут отрезаны от связи с Землей. Если на борту возникнет какая-то проблема, экипаж сможет сообщить о ней на Землю, но не сможет услышать ответа.
Ну, а дальние колонии узнают о запуске космического корабля в их направлении совсем незадолго до его прибытия к ним.
Так что если мы когда-нибудь построим космический корабль, его экипажу придется остаться с космосом один на один.
Читайте также: Массовое заблуждение: реальная причина, по которой мы не можем превысить скорость света