Почему в космосе мы стареем медленнее (Эйнштейн об этом знал)

Путешествуя со скоростью более двадцати восьми тысяч километров в час в четырехстах километрах над Землей, астронавты каждый день наблюдают шестнадцать восходов и закатов. Всё это время они плывут в коробке, от которой зависит их выживание. Независимо от того, нужно ли отправляться в другие миры подальше Земли или нет, факт остается фактом: нашим телам это не нравится. И мало кто знает это лучше, чем астронавт НАСА, который провел почти год на Международной космической станции с две тысячи пятнадцатого по две тысячи шестнадцатый год — Скотт Келли. Как и на других астронавтах, на Келли изучали воздействие космических путешествий на организм. Но, в отличие от других астронавтов, у Скотта есть брат-близнец Марк, который тоже является астронавтом. Это дало ученым необычную возможность наблюдать за двумя братьями, которые находились в двух совершенно разных средах: один на Земле, а другой в четырехстах километрах над ней.

Когда Скотт отправился в космос, а его старший брат-близнец Марк остался на Земле, их разница в возрасте увеличилась. Всё сводится к теории относительности Альберта Эйнштейна: для движущихся объектов время движется медленнее, чем для неподвижного наблюдателя. А еще оно движется тем медленнее, чем ближе вы находитесь к крупной гравитационной массе, такой как Земля. Другими словами, мы не все переживаем время с одинаковой скоростью. Чем быстрее движение и ускорение, тем сильнее замедляется время. И поскольку Скотт Келли находился в космосе и вращался вокруг планеты со скоростью более двадцати восьми тысяч километров в час, его брат Марк прожил дополнительные пять тысячных секунды. В тысяча девятьсот шестьдесят четвертом году братья родились с разницей в шесть секунд, а теперь этот разрыв составляет шесть целых пять тысячных секунды.

Это явление известно как замедление времени, и братьев Келли затронули оба его аспекта: насколько быстро они двигались относительно друг друга и насколько близко они находились к такому крупному объекту, как Земля. Итак, в зависимости от нашего положения и скорости время может идти для нас быстрее или медленнее по сравнению с другими людьми в другой части пространства-времени. Для астронавтов на МКС это означает, что они стареют чуть медленнее, чем люди на Земле. И это не значит, что можно спрятаться в подвале и пережить всех на поверхности. В таком малом масштабе эффект незаметен, и за всю жизнь отшельник в подвале постареет лишь на долю секунды медленнее, чем остальные.

Можно устроить себе настоящий взрыв мозга, если подумать вот о чем: часы, пристегнутые к лодыжке, в итоге окажутся позади часов, пристегнутых к запястью, а голова стареет быстрее, чем ноги. Для людей, живущих на горе, время бежит быстрее, чем для тех, кто живет на уровне моря. Классическим примером этого является сценарий близнецов. Представим, что один близнец улетает на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец возвращается из космоса, он стареет всего на пару лет, но его брат на Земле стареет более чем на десять лет. Такой эксперимент еще никогда не проводили, но некоторые подтверждения у нас уже имеются. Когда ученые запустили атомные часы на орбиту и обратно, оставив идентичные часы на Земле, они вернулись, немного отстав от земных часов.

А теперь время становится еще более сложным, потому что замедление времени может произойти когда угодно. Давайте взглянем на астронавтов, живущих на МКС. Они парят примерно в четырехсот двадцати километрах над Землей, где гравитационное притяжение Земли слабее, чем на поверхности. А значит, время для них должно ускориться по сравнению с людьми на Земле. Но космическая станция вращается вокруг Земли со скоростью около восьми километров в секунду! То есть время для астронавтов должно замедлиться по сравнению с людьми на поверхности. Но в реальности Марк Келли — брат, который постарел на несколько миллисекунд, — в итоге может оказаться в лучшем положении, если длительное пребывание Скотта Келли в космосе приведет к более быстрому старению тела.

Десять научных групп НАСА исследовали близнецов до, во время и после трехсот сорока дней пребывания астронавта в космосе. Команды изучали функции тела каждого близнеца. Они провели тесты на память и исследовали гены обоих мужчин, выясняя, какие различия могут вызвать космические путешествия. Специалисты подтвердили, что длительное пребывание в космосе подвергает организм разнообразному стрессу. Жизнь в космосе может изменить гены и привести к перегрузке иммунной системы, притупить разум и память. Большинство изменений, произошедших с астронавтом в космосе, исчезли по возвращении домой. Но не все.

Через шесть месяцев его проверили снова. Девяносто один процент генов, изменивших активность в космосе, вернулись к норме. Остальные всё еще были в космическом режиме, а иммунная система оставалась в состоянии повышенной готовности. Гены восстановления ДНК по-прежнему проявляли чрезмерную активность, и некоторые из хромосом были перевернуты вверх дном. Умственные способности астронавта снизились по сравнению с предполетным уровнем. Он был медленнее и менее точен в тестах на память и логику. Нет доказательств, что это стало следствием космического полета, ведь специалисты изучили лишь одну пару близнецов. Но одно неоспоримо: время относительно.

Предположим, что часы неподвижны, а вы путешествуете на огромной скорости. Если вы пронесетесь мимо этих часов и взглянете на них, то увидите, что они идут медленно или даже стоят. Это происходит потому, что скорость, с которой работают механические функции часов, медленнее, чем у вас. То, что вы видите, — это время в прошлом, в то время как вы уже пропустили эту секунду и находитесь в будущем. В ходе этого эксперимента вы совсем не стареете, потому что все процессы в вашем организме работают с той же скоростью, с которой вы перемещаетесь. После определенного возраста тело начинает стареть и в конечном итоге просто перестает функционировать.

Это явление, особенно у людей, вызвано белковыми структурами в клетках, которые называются теломеры. Эти структуры защищают наши клетки от разрушения. Но с каждым делением клеток теломеры теряют свою силу, которая называется длиной теломер. Если они укорачиваются до определенной степени, клетка становится уязвимой для болезней. Можно сказать, что теломеры — это естественные таймеры обратного отсчета в наших телах. На длину теломер могут влиять внешние факторы, такие как стресс, который ускоряет наш таймер. Эксперимент НАСА по изучению близнецов включал документирование изменений длины теломер обоих братьев. Длина теломер космического брата увеличилась, пока он находился на борту Международной космической станции.

До миссии у обоих братьев была одинаковая длина теломер. Если игнорировать такие факторы, как психический стресс, оба брата должны быть примерно одного возраста. Но пока космический брат вращался вокруг Земли, длина теломер у него увеличилась почти на четырнадцать с половиной процентов. Космический брат стал на несколько лет моложе земного. Но когда он вернулся на Землю, длина теломер вернулась к исходному состоянию. На то, чтобы она восстановилась, потребовалось почти сто девяносто дней. Образцы крови с МКС были отправлены на Землю. Это значит, что кровь больше не двигалась со скоростью МКС. Пространственно-временной парадокс гласит, что космический брат должен остаться моложе земного. Но длина теломер у него вскоре стала такой же, как и до миссии. Космический брат снова стал того же возраста, что и земной.

Недостаток гравитации — основная причина интенсивных изменений в процессе старения. Гравитация играет огромную роль в большинстве систем нашего организма. Взять, к примеру, мышцы. У пожилых людей они слабеют, уменьшаются и становятся менее подвижными. Как и мышцы астронавтов, потому что те ими почти не пользуются. Вот почему астронавты, которые долго находятся в космосе, используют специальные тренажеры, чтобы уменьшить этот эффект.

То же происходит и с костями. После определенного возраста люди на земле начинают терять костную массу, как правило, со скоростью около одного-двух процентов в год. Но в космосе костная масса теряется значительно быстрее: до одного-двух процентов в месяц. Поскольку телам астронавтов не нужно поддерживать вес, кости уменьшают производство нового костного материала и увеличивают поглощение существующего. К счастью, костная система обычно приходит в норму после возвращения на Землю.

Если бы космический брат был защищен от всех вредных воздействий (например, излучений) на МКС, он прожил бы дольше, чем его брат на Земле. Несмотря на разницу в пять тысячных секунды, астронавты испытывают некоторые симптомы преждевременного старения. В общем, в следующий раз, когда вам захочется продлить выходные, держитесь ближе к земле и двигайтесь быстрее. Вы вряд ли заметите, что выходные увеличились, но теоретически можете выиграть крошечную долю секунды. И для этого эксперимента вовсе не нужно отправляться в космос.