Ответ состоит в том, что во время какой-то части путешествия братья не движутся друг относительно друга равномерно. Путешествие неизбежно должно включать участки ускорения и замедления ракеты. На этих участках положение братьев-близнецов не будет эквивалентным.
Среди различных возможных систем отсчета в природе выделены так называемые «инерциальные системы отсчета». Определение «инерциальной системы» состоит в том, что в ней предоставленное самому себе тело, то есть тело, на которое не действуют никакие внешние силы, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
«Ускоренные системы» движутся с ускорением относительно инерциальных систем. Предоставленные самим себе тела в этих системах не сохраняют состояние покоя или равномерного движения. Земля с очень хорошей точностью является инерциальной системой. Тормозящая и ускоряющаяся ракета — нет. В этом и состоит несимметрия между братьями. брат-путешественник на некоторых участках траектории находится в ускоренном состоянии отсчета.
Специальная теория относительности имеет дело только с инерциальными системами и равномерным движением. Общая теория относительности описывает ускоренное движение.
Для нашего случая заключение общей теории относительности состоит в следующем.
В течение интервалов ускорения и торможения ракеты время в ракете течет медленнее, чем на Земле. При подведении окончательного баланса времени — определении полного времени путешествия этими промежутками пренебречь нельзя. На первый взгляд это может показаться странным, так как кажется, что эти промежутки времени могут быть сделаны сколь угодно малыми по сравнению с длительным временем путешествия с равномерной скоростью. Это, однако, не так, потому что, согласно общей теории относительности, эффект замедления времени в ускоренной системе координат зависит от расстояния между часами, показания которых сравниваются друг с другом. Чем дальше ускоряемые часы от часов, находящихся в инерциальной системе, тем больше будет эффект.
А вот это уже не факт. При чём тут расстояние, если земные и бортовые часы ракеты были синхронизированы на Земле перед стартом. Конечно, если бы такая синхронизация производилась на расстоянии 1 000 000 км., то разница между часами составила бы минимум 3 секунды. Но это не повод, чтобы ставить замедление «времени» на борту ракеты в зависимость от увеличения расстояния между двумя системами отсчёта. Мы можем говорить о разнице в ходе часов на Земле и в ракете только при условии ускоренного движения одной из систем отсчёта. То есть, чем дольше летят ускоряемые часы относительно часов, находящихся в инерциальной системе, тем больше будет эффект «замедления Времени».
Читая фантастические произведения о межзвёздных путешествиях к другим мирам, меня всегда привлекала идея так называемых гиперпространственных прыжков, или гипердрайва. Обычно этот процесс описывается как прорыв звездолёта в некое подпространство, где не действуют привычные физические законы, и откуда по прошествии нескольких секунд, минут или часов корабль выходит в привычное космическое пространство за сотни и тысячи световых лет от точки входа. Однако, лишь редкие писатели фантасты выдвигают по поводу этих гиперпрыжков хоть какие-то научные теории, пусть даже ошибочные. Я считаю, что такое перемещение или нечто похожее действительно возможно при определённых обстоятельствах.
Известно, что общая теория относительности предполагает наличие искривлённого пространства вблизи больших масс материи.
Учитывая аналогию возникающих в неинерциальных системах отсчета сил инерции с гравитационными, А. Эйнштейн предположил, что массивные тела вызывают вокруг себя локальное искривление четырехмерного пространства-времени.
Релятивистская теория гравитации удовлетворяет принципу соответствия (в пределе малых масс и скоростей из нее непосредственно выводится закон Всемирного тяготения Ньютона). В то же время уравнения гравитации предсказывают ряд наблюдаемых эффектов, необъяснимых с позиций классической физики:
1. Прецессия эллиптических орбит планет, движущихся в поле сферических тел (зарегистрирована у ближайшей к Солнцу планеты — Меркурия).