[вернуться к содержанию сайта]
На фоне длящегося уже несколько столетий блистательного триумфа открытого Ньютоном закона как-то не хочется даже говорить о его некоторой, что ли, ограниченности, недоказанности.
Действительно, закон этот выведен методом чистой индукции – обычным методом “Начал” Ньютона. Суть этого метода в том, что, установив опытным путём какой-либо факт, убедившись, что он справедлив для других аналогичных конкретных случаев, его действие распространяют на все подобные случаи.
Приведём простейший пример такого индуктивного метода мышления. Из опыта мы знаем, что берёза, если её поджечь, горит. Ставим опыты и убеждаемся, что в аналогичных условиях (костра, камина, русской печки) горят осина и дуб, клён и сосна. И мы объявляем об открытии закона: дерево горит!..
Абсолютен ли наш закон? Не может ли отыскаться в джунглях Конго, в болотах уссурийской тайги дерево, которое не будет гореть? Будут ли подчиняться этому закону марсианские и венерианские деревья? Мы не можем гарантировать этого.
Так же, методом индуктивного мышления, был открыт Ньютоном и великий закон всемирного тяготения. Да, ему подчиняются все планеты и все спутники Солнечной системы. Да, как мы уже знаем, ему следуют и двойные звёзды нашей Галактики. Но везде ли он справедлив, или найдется “негорючее дерево” – мир, где этот закон неприменим?
Кстати, в течение многих лет даже очень большие учёные, такие, как скажем, Гюйгенс, отчаявшись подтвердить наличие взаимного тяготения между небольшими телами опытным путём, пытались свести действие закона всемирного тяготения только к миру планет и лун. И только блистательные опыты волшебника физической лаборатории, английского физика Генри Кавендиша, в 1798 г. прекратили нападки на великий закон с этой позиции. Применив для измерения притяжения небольших тел крутильные весы, с помощью которых он измерял взаимодействие электрических зарядов, измерил он и величину притяжения тел. Это позволило установить величину коэффициента, входящего в формулу закона Ньютона. Наверное, имеет смысл привести полученное Кавендишем для него значение: 6,60·10-8 см3/сек2·г. Тем более, что оно отличается от полученных позже другими исследователями всего на один процент. Нет, не зря называли Кавендиша волшебником физической лаборатории!
Но ни эксперименты Кавендиша, ни какие бы то ни было другие эксперименты такого же рода не позволят никогда обрести абсолютную уверенность в применимости во всех случаях закона тяготения.
В чем же дело?
В том, что нам неизвестен механизм всемирного тяготения. “Ньютоновское тяготение... не объясняет,– писал Энгельс,– а представляет наглядно современное состояние движения планет”. Нам не известно, чем, какими причинами вызывается взаимодействие всех тел вселенной.
Что ж, такой путь познания – сначала ответить на вопрос “как?”, а потом на вопрос “почему?”,– довольно обычен в науке. Вспомните хотя бы историю открытия другого великого закона природы – закона периодического изменения свойств химических элементов, расположенных в порядке возрастания их атомных весов. Чаще этот закон представляют в виде периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева. Так вот, когда Д.И. Менделеев впервые сформулировал этот закон и даже предсказал на его основе свойства нескольких ещё не открытых элементов, было абсолютно неясно, почему химические свойства элементов зависят от их атомного веса.
Но прошло всего полвека, и был разбит на куски “неделимый” атом. Люди познали механизм, скрытый под его сверхпрочной оболочкой. И стали предельно ясными казавшиеся совсем недавно такими таинственными и необъяснимыми зависимости...
Именно таким путём шёл и Ньютон. В “Началах” он подчёркивает, что сначала надо изучить законы и свойства притяжения и лишь потом можно будет исследовать причину притяжения.
Но нельзя сказать, чтобы Ньютона не интересовала эта “причина”. На протяжении многих лет размышляет он над её возможным механизмом.
Кстати, это действительно чрезвычайно таинственная сила. Сила, проявляющая себя через сотни миллионов километров пространства, лишённого, на первый взгляд, каких-либо материальных образований, с помощью которых можно было бы объяснить передачу взаимодействия. И Ньютон прибегает к гипотезе о существовании некоего эфира, заполняющего якобы всю вселенную.
В 1675 г. он объясняет притяжение к Земле тем, что заполняющий всю вселенную эфир непрерывными потоками устремляется к центру Земли, захватывая в этом движении все предметы и создавая силу тяготения. Такой же поток эфира устремляется к Солнцу и, увлекая за собой планеты, кометы, астероиды, обеспечивает их эллиптические траектории...
Это была не очень убедительная, хотя и абсолютно математически логичная, гипотеза. Однако в 1679 г. Ньютон создаёт новую гипотезу, объясняющую механизм тяготения. На этот раз он наделяет эфир свойством иметь различную концентрацию вблизи планет и вдали от них. Чем дальше от центра планеты, тем, якобы, плотнее эфир. И есть у него свойство “выдавливать” все материальные тела из своих более плотных слоёв в менее плотные. И “выдавливаются” все тела на поверхность Земли...
В 1706 г. Ньютон резко отрицает само существование эфира.
В 1717 г. он вновь возвращается к гипотезе “выдавливающего” эфира.
Гениальный мозг Ньютона бился над разгадкой великой тайны и не находил её. Этим и объясняются столь резкие метания из стороны в сторону.
Ньютон любил повторять: “Гипотез я не строю...”
И хотя, как мы только смогли убедиться, это не совсем истинно, точно можно констатировать другое: Ньютон умел чётко отграничивать вещи бесспорные от зыбких и спорных гипотез. И в “Началах” есть формула великого закона, но нет никаких попыток объяснить его механизм.
Великий физик завещал эту загадку человеку будущего. Умер он в 1727 г.
Окончательно она не разгадана и сегодня.
Вряд ли имеет смысл спорить сейчас о том, правильно или неправильно поняли Ньютона его последователи, принявшие как освящённый высшим авторитетом его постулат “actio in distans” – действие на расстоянии. Под этим понималось передающееся мгновенно взаимодействие тел без участия промежуточной среды. А ведь это невозможно представить. Невозможно представить передачу движения или действия без участия материальных агентов, не в результате их непосредственного соприкосновения. И учёные-материалисты дружно выступили против “actio in distans”. Среди них был и великий русский учёный-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов.
Вряд ли надо рассказывать здесь об этом удивительнейшем из универсальных гениев человечества. Художник и поэт, химик и металлург, лингвист и геолог,– нет, кажется, области науки и техники, в которой не оставил бы он заметного следа. Его удивительные прозренья нередко опережали своё время на много десятков лет.
Ломоносов не представлял себе движения без материи и материи без движения. С этой позиции подошёл он и к вопросу о механизме притяжения – взаимодействия отстоящих далеко друг от друга тел.
По мнению Ломоносова, высказанному им в 1748 г., всю вселенную наполняет некая “тяготительная материя”. Она тоже находится в постоянном движении, и взаимодействие частиц этой материи с телами и вызывает эффект тяготения их друг к другу.
Тридцатью четырьмя годами позже, в 1782 г., немецкий учёный Г. Лесаж подробно развил теорию механизма тяготения, подобную высказанной Ломоносовым. Надо сразу заметить, что Лесаж, видимо, ничего не знал об идеях нашего великого соотечественника. Какая несправедливость, что труды, может быть самого прозорливого человека в мире, не стали сразу же достоянием всего человечества!
По предположению Лесажа, всю вселенную заполняют бесчисленные “ультрамировые” частицы, летящие хаотически во всех направлениях. Эти частицы обладают особыми свойствами. Во-первых, они движутся с очень большими скоростями. Во-вторых, они очень малы и в своём движении почти не сталкиваются: одна частица из ста сталкивается с другой такой же не чаще, чем раз в несколько тысяч лет!
Представим себе какое-либо тело, неподвижно висящее в пространстве и подвергающееся бомбардировке этими частицами. Поскольку они ударяют в него со всех сторон и количество этих ударов, направленных в разные стороны, примерно одинаково, тело остаётся неподвижным.
Но представьте себе, что таких тел в пространстве два. Совершенно очевидно, что они экранируют друг друга, и равенства получаемых каждым из них импульсов от ударов частиц уже не будет. Частицы будут сближать их, пока они не соединятся в одно. И они же будут мешать их разделению...
Лесаж ввёл и дополнительные условия. Поглощение этих частиц идёт равномерно по всей массе тела, и поэтому сила, сдвигающая тела, пропорциональна их массам. Крайняя малость частиц исключает возможность столкновений между ними, а в этом случае обеспечивается обратная пропорциональность величины сталкивающего усилия квадрату расстояния между ними. Таким образом, гипотеза Лесажа не только качественно, но и количественно соответствовала закону Ньютона.
Впрочем, в это время уже мало кого интересовал механизм всемирного тяготения. Люди привыкли пользоваться формулами Ньютона и не задумывались над тем, что лежит в их основе. Учёных волновало другое: первые, казавшиеся такими чудесными открытия в области электричества, магнетизм, открытие новых химических элементов. И гипотезу Лесажа сначала не заметили, а потом забыли. Вспомнили о ней только через сто лет, в 70-х годах прошлого века. Но уж зато запомнили накрепко и надолго. Многие учёные пытались её модернизировать, усовершенствовать, привести в соответствие с современными данными науки. “Ультрамировые” частицы объявляли абсолютно упругими и абсолютно неупругими, гладкими и шероховатыми. Позже их заменили квантами электромагнитного излучения. Гипотезу подвергали многочисленным опытным проверкам... В 1872 г. Г. Шрамм, позже В. Томсон, Тэй, Изенкраге, Дж. Дарвин, Максвелл, А. Пуанкаре, Лоренц, Пикар, Бок – можно, наверное, целую страницу исписать именами учёных, которые в той или иной степени в конце XIX и начале нашего века занимались этой гипотезой. И это не случайно. Привлекала её крайняя наглядность и простота. Но наступало новое время...
Вернемся, однако, ещё раз к ньютоновскому “actio in distans”.
Нет, гипотеза Лесажа была не единственной, вокруг которой шли споры в прошлом веке. Для объяснения механизма тяготения в первую очередь привлекли, конечно, эфир. О, сколько раз в истории науки учёные отказывались от него и в бессилии снова обращались к нему! Но ещё ни одного явления по-настоящему не объяснил эфир, в том числе и самого себя.
В 1816 г. Геропат попытался объяснить притяжение планет к Солнцу неравномерным прогреванием мирового эфира лучами центрального светила. Вблизи Солнца нагретый эфир менее плотен, чем вдали. Давление более плотного эфира на внешнюю сторону планеты и “отжимает” планеты к Солнцу.
В 1859 г. Челлис исследовал действие продольных волн в упругой жидкости на погруженные в неё неупругие шары. Оказалось, что, если шар достаточно мал по сравнению с длиной волны, он движется к источнику колебаний. Так не заставляет ли Солнце колебаться мировой эфир, создавая в нём волны огромной длины, которые и влекут к нему неупругие шарики планет?
В 1881 г. К. А. Бьёркнес заставил синхронно пульсировать под водой два барабана. Барабаны сближались. Может быть, механизм всемирного притяжения аналогичен этому опыту?
Конечно, все перечисленные гипотезы сегодня имеют лишь историческое значение. Но их обилие и увлечённая разработка многими учёными свидетельствуют, что на протяжении минувших после Ньютона веков учёные никак не могли согласиться с ньютоновским “actio in distans”... И они упрямо искали промежуточный механизм, который, подобно мосту, соединил бы Солнце с планетами, планеты с молекулами их атмосфер и вообще любые две материальные точки вселенной.
Не могли учёные согласиться и с другим утверждением Ньютона – о мгновенности распространения силы притяжения. Простой здравый смысл сопротивляется представлению о мгновенности распространения какого бы то ни было воздействия. Не мог с этим согласиться и знаменитый французский астроном и математик Пьер Лаплас – создатель первой космогонической теории, носящей его имя.
Рядом остроумных расчётов он пытался определить скорость распространения силы тяготения, но получал фантастически большую величину. Увы! В его рассуждения с самого начала вкралась логическая неточность.
Лаплас пытался проанализировать методом математического анализа и другой сложнейший вопрос из области тяготения – поглощается ли тяготение поставленными на его пути экранами, прозрачна ли для него материя, или она поглощает его, как толща даже самого прозрачного стекла поглощает лучи света.
Однако и сегодня ещё мы не знаем ответа ни на первый, ни на второй вопросы, поставленные Лапласом.
Но конечно, Лаплас был не последним, пытавшимся ответить на вопрос о скорости распространения тяготения. В 1888 г. серьёзные теоретические расчёты выполнил Гиппергер. Он получил, что скорость тяготения минимум в 500 раз превышает скорость света!
В 1927 г. аналогичный вывод сделал Беккер. Это было уже после создания теории относительности Эйнштейна. Конечно, ни один из описанных расчётов не претендует на то, чтобы стать окончательной истиной. А какова она сегодня – ещё не известно.
Два века заняла дискуссия о физической сущности закона Ньютона. И может быть, эта дискуссия не касалась бы самой сущности закона, если бы отвечал он точно на все задаваемые ему вопросы.
Но в том-то и дело, что со временем оказалось, что закон этот не универсален. Что есть случаи, когда пасует он перед фактами, когда не может он объяснить того или иного явления.
...Учёные бывают разные. Бывают учёные, которые очень не любят, когда открываются новые факты, новые явления, не укладывающиеся в рамки старых, возведённых в догму законов. Они готовы не замечать эти факты, оспаривать их; бывает, они преследуют людей, открывших эти факты, как преступников, совершивших недозволенное законом и моралью.
Впрочем, почему мы назвали этих людей учёными? Настоящие учёные всегда рады появлению новых, выходящих за рамки старых представлений, фактов. Они видят за ними возможность открыть новое, подняться на новый этап познания материи.
Таким учёным был величайший физик нашего века Альберт Эйнштейн. Он сделал следующий после Ньютона крупный шаг в познании тяготения.
Но о нём – в следующей главе.
Ну а сегодня, спустя столько лет с появления работ Фридмана, как оценивают учёные данное им решение и созданную им картину Вселенной?
В каких-то деталях она, безусловно, близка к истине. Нельзя забывать, что в ней Фридман за несколько лет до открытия Хаббла предсказал расширение Вселенной. Уже одно это свидетельствует о несомненном её соответствии природе. И всё-таки безусловно верной её считать нельзя. Фридман положил в основу своей теории весьма идеализированную модель. Ведь он принял, что Вселенная однородна и изотропна, т. е. одинакова по своим свойствам во всех точках и направлениях. А это, как мы более подробно увидим в дальнейшем, может не соответствовать истине...
Советский учёный А. Л. Зельманов внимательно проанализировал те отступления от постулатов однородности и изотропности Вселенной, которые существуют действительно и которые могут быть, но о которых мы не можем в настоящее время знать, и указал влияние их на красивый гармоничный механизм фридмановой Вселенной. И хотя авторы книги далеко не во всех деталях разделяют взгляды Зельманова, они считают своим долгом рассказать о них, хотя бы и сверхсжато, читателю.
Зельманов указывает на несоответствие между возрастом Вселенной, определяемым из расчёта разлёта галактик приблизительно в 8–10 млрд. лет, и возрастом наиболее старых звёзд, которые по расчётам астрофизиков раза в два-три старше.
Надо или считать, что эти звёзды развивались в два-три раза быстрее, чем представляют по спектрам их “выгоревших” составов астрофизики, или предположить, что Вселенная существует в два-три раза дольше, чем свидетельствует красное смещение. Но ни то, ни другое не так-то легко опровергнуть, подвергнуть сомнению, пересчитать... Вот это противоречие и заставляет усомниться в точности принятых Фридманом постулатов.
Однородна ли с точки зрения современной науки (в гигантских масштабах галактик, конечно) Вселенная? Содержатся ли в равных её объёмах равные количества галактик или сверхгалактик?
Во времена Фридмана учёные считали, что галактики распределены во Вселенной хотя и беспорядочно, но приблизительно равномерно. Сейчас установлено существование групп галактик, скоплений галактик и сверхгалактик. Наша Галактика входит в местную группу галактик, включающую примерно двадцать звёздных городов. Эта местная группа в свою очередь является крохотным участком Сверхгалактики, включающей более 10000 галактик. И ни распределение галактик, ни размещение групп галактик не является равномерным в пространстве. Вряд ли окажутся равномерно распределёнными и сверхгалактики.
Обнаружена и другая неравномерность. Оказывается, закон Хаббла не абсолютен: далеко не во все стороны с одинаковой скоростью разлетаются равноудалённые от нас галактики. Эта “скорость улетания” равноудалённых галактик в некоторые направления в 1,5 и более раза отлична от средней их скорости...
Зельманов приводит и другие случаи анизотропии и неоднородности, которые, с его точки зрения, свойственны нашей Вселенной, пусть в настоящий период её развития и не в столь значительной степени, но, возможно, сыгравшие решающую роль в прошлые миллиарды лет.
Но может быть, современная наука знает новые, независимые способы определения, скажем, кривизны пространства Вселенной? Нет, оказывается, что в зависимости от исходных данных, которые весьма неточны, можно считать кривизну нашего пространства положительной, равной нулю и отрицательной... Да и то эта оценка кривизны пространства может быть отнесена только к прилежащей к нашей Сверхгалактике области вселенной. О других её областях сегодня что-либо определённое сказать мы вообще не можем...
А. Л. Зельманов согласен с выводом, что, если в объёме нашей Вселенной в каждом кубическом метре содержится хотя бы десять нуклонов, кривизна Вселенной положительна, если же материальная насыщенность её меньше, то кривизна Вселенной отрицательна. И учёные прилагают все усилия, чтобы выяснить, сколько вещества в среднем содержит метагалактическое пространство...
Ну а бесконечна ли в свете этих всех неопределённостей вселенная во времени и пространстве?
Разделим вопросы. Даже в нашей Вселенной есть отдельные участки, “продолжительность жизни” которых оценивается по-разному. Мы ещё будем много и подробно говорить о сверхзвёздах. Так вот, с точки зрения внешнего наблюдателя процесс их развития очень длителен. С точки зрения наблюдателя, находящегося внутри сверхзвезды, он длится всего около получаса! Так что же можно сказать о бесконечности Вселенной? Привычная нам из обыденной жизни постановка вопроса о конечности или бесконечности того или иного процесса теряет смысл.
А конечно ли пространство нашей Вселенной, или оно разомкнуто в большую вселенную? На это тоже непросто ответить. В гигантских масштабах вселенной теряет смысл и представление о ней как о единой системе. В ней могут быть гигантские области с нулевой или отрицательной кривизной, открытые в большую вселенную, и области с положительной кривизной, представляющие собой идеально замкнутую, по Фридману, расширяющуюся вселенную...
Таково сегодняшнее представление о том, насколько правильное представление даёт решение Фридмана об устройстве нашей Вселенной.
Учёные ждут новых данных, новых фактов.
Было бы несправедливо не рассказать, как учёные во многих странах в течение многих и многих десятилетий непрерывно искали, искали и искали эти новые факты. Астрономы перебирали тысячи и тысячи чёрных фотопластинок с фотографиями далёких звёзд. Физики перебирали тысячи и тысячи таких же негативов и тоже со звёздами, но звёздами, рождёнными в микромире элементарных частиц. Да, мы ещё неизбежно столкнёмся с этим: в подробней картине устройства нашей Вселенной решающую роль играют, оказывается, законы жизни самых мелких частиц материи...
И новые факты находились, их отнимали, буквально вырывали у природы... И прояснялись отдельные детали... Но главные свои тайны природа уж слишком берегла и бережёт сегодня с точки зрения сегодняшних учёных. Эти главные тайны – природа всемирного тяготения. Мы ещё много будем говорить о его природе. А ведь и свойства этой силы удивительны!
Да, формула закона Ньютона похожа на формулу закона Кулона, как похожи близнецы, разнящиеся случайной родинкой или шрамом детской травмы. Но... Но разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые – отталкиваются. Так обстоят дела с электрическим полем. Впрочем, с магнитным тоже: одноимённые полюса магнитов отталкиваются, разноименные притягиваются.
А гравитационное тяготение имеет в нашем мире один знак. Все тела только притягиваются друг к другу.
У смелого американского фантаста Эдмона Гамильтона есть научно-фантастическая повесть “Сокровище громовой луны”. Герои повести ищут и находят, перешагнув через тысячи опасностей, преодолев бесчисленные препятствия, удивительное вещество “левиум”, обладающее отрицательным притяжением. Конечно, такое вещество не могло задержаться в Солнечной системе и было миллиарды лет назад выброшено за её пределы могучими силами Солнца. Лишь на одном из спутников Урана, на Обероне, остались его осколки, доставшиеся героям повести – безработным пилотам космических кораблей.
Мы назвали здесь эту повесть научно-фантастической. Но ведь если существование левиума противоречит законам природы, то эта повесть теряет приставку “научно”, она становится просто фантастической. Но кто из ученых может ответить на вопрос: возможно ли существование левиума – вещества с отрицательным гравитационным полем? Никто!
Ну а вспомните знаменитый роман Герберта Уэллса “Первые люди на Луне”. Его герой создаёт волшебное вещество – кейворит, не пропускающее тяготения и не подверженное ему, вещество, которое не подвластно самой могучей силе природы. Изобретатель создаёт космический летательный аппарат из этого вещества и скрывается в нём. А для того чтобы направить свой полёт к нужной цели, он просто открывает кейворитовую штору на иллюминаторе, в который видно нужное небесное тело. Его притяжение, приложенное к вещам, находящимся внутри аппарата, и обеспечивает правильный курс сквозь космическую бездну.
Оставим в стороне некоторые наивности этой книги, простительные автору, написавшему её семь десятков лет назад. Попробуем ответить на главный вопрос: возможно ли существование безразличного к полю тяготения вещества? И на этот вопрос с самого дня появления романа и до сегодняшнего дня нет пока у учёных ответа.
Можно ли уменьшить, увеличить, сконцентрировать поле тяготения, как концентрируем мы различными линзами электромагнитное поле? Станет ли служить гравитационное поле человеку? Научится ли он управлять им?
Учёные сидели в лабораториях, спускались в глубокие шахты, подвергали гравитационное поле действию гигантского электромагнитного поля, пытались заслониться от этой неподатливой силы тяжести. Этим, повторяем, также занимались учёные в течение многих десятилетий, во многих странах. За это время было вскрыто атомное ядро и изучен бесконечно разнообразный мир элементарных частиц. За это время были открыты и поставлены на бесчисленные службы человеку радиоволны. За это время человек вышел в космическое пространство и прощупал своими приборами Луну, Венеру и Марс. Но гравитационное поле не выдало ни одной из своих тайн!
Вот очень краткий обзор некоторых работ. Увы! Пока трудно говорить о положительном их результате.
Ещё в прошлом веке, в годы его последнего десятилетия, англичане Аустин и Твинг пытались выяснить, как влияет та или иная среда на гравитационное взаимодействие. Они подвесили к нити чрезвычайно точных, изобретённых Кавендишем крутильных весов груз. Затем пытались заслонить его экранами из различных веществ. Это были опыты, стоявшие на вершине лабораторной точности своего времени. И конечно, они не дали никаких положительных результатов...
В 1904 г. немецкий учёный Лаагер пытался заслонить от действия гравитации серебряный шар, покрыв его слоем свинца. Подобные опыты ставили и его соотечественники: в 1905 г. – Клайпер, в 1908 г. – Эризман. Увы! И им ничего не удалось добиться.
В 1905 г. английский физик Джон Пойнтинг, известный своими работами о переносе энергии в электромагнитном поле, а также точнейшими экспериментами по определению гравитационной постоянной и средней плотности Земли, поставил серию опытов по определению того, как влияет на гравитационное поле изменение температуры притягиваемого тела. Он взял массивный стальной цилиндр и уравновесил его на точнейших весах. Затем с помощью дополнительных хитроумных устройств он изменял его температуру. Диапазон изменений был достаточно широк – от температуры жидкого воздуха до кипения воды...
Результаты?
Результаты снова оказались отрицательными. В пределах точности опытов никаких изменений веса бруса обнаружено не было.
Такие же опыты с аналогичными результатами провёл в 1922 г. известный английский метеоролог Уильям Шоу.
В 1924 г. специалисты Национального бюро стандартов в США пытались выяснить, зависит ли сила притяжения Землей кристаллов от ориентации их осей относительно гравитационного поля.
Результаты снова отрицательные. Изменений веса кристаллов обнаружено не было.
Можно ещё и ещё продолжать печальный список неудачников. Только почему же неудачников? Ведь говорят, что и отрицательный результат полезен для науки... Только как бывает горько после многих лет неистового упорства, изобретательности, напряжённой работы мысли, высочайшего сверхъювелирного мастерства рук получить этот “полезный для науки” отрицательный результат! Увы, он так часто доставался в удел тем, кто занимался гравитацией...
Но настала пора рассказать и о “положительном” результате опытов по гравитации.
Осуществил их итальянский исследователь Г. Майорана. Первые сообщения о них он опубликовал в 1919 г., последний опыт подготовил, но не довёл до конца в 1930 г.
Майорана поставил опыты, которые должны были чётко ответить на вопрос, можно ли заслониться от поля тяготения Земли, ослабевает ли оно, проходя сквозь экраны.
Он построил чрезвычайно точную и довольно громоздкую установку. О её характере может дать представление такая деталь: шкала, на которую падал зайчик от зеркала весов, находилась от них на расстоянии двенадцати метров. И точность измерения достигала тысячной доли миллиграмма. Комар, который, пролетая, задел бы испытываемые массы, вызвал бы буквально возмущение всей системы. Гравитационное поле Земли Майорана пытался заслонить толстым слоем ртути.
Надо сразу сказать, что опыты были не только тщательно подготовлены, но и тщательно проведены. Учёный принял все меры к тому, чтобы избежать ошибок или точно рассчитать те, которые неизбежны. Он учёл и деформацию сосуда под тяжестью ртути, электростатические и магнитные действия, возмущения теплового характера... И перед специалистами всего мира появился удивительный график – результаты эксперимента. На клетчатой бумаге две почти точно параллельные линии. Оказывается, отгороженный от гравитационного поля Земли свинцовый шар кажется легче! Значит...
Майорана провёл новый опыт. На этот раз заслоняла земное поле тяготения десятитонная глыба свинца. Снова длительные расчёты, учёт всех возможных “возмущений”, – и итог, который очень хорошо согласовался с результатами первого опыта... Так же согласовались друг с другом и его последующие опыты...
Однако результаты всех этих опытов были подвергнуты критике английским астрономом Артуром Эддингтоном и известным астрономом Расселом. Они приложили полученные Майорана результаты к проблемам небесной механики, в частности к расчёту величины приливной волны в океане. Истинная величина приливов не совпала с расчётной. И опыты Майорана оказались незаслуженно забытыми. Впрочем, ни сам Майорана, статьи которого по вопросам гравитации появлялись ещё в конце пятидесятых годов, не отказался от полученных результатов, ни его оппоненты не поставили под сомнение их точность...
А в 1954 г. мир облетела весть о “бунте маятника” в подвале лаборатории французского профессора Мориса Алле. Произошло это 30 июня 1954 г. В этот день Франция оказалась в зоне полного солнечного затмения. В начале затмения азимут плоскости колебания этого маятника – параконического на анизотропном подвесе – внезапно возрос на пять градусов. За двадцать минут до максимума затмения отклонение достигло пятнадцати градусов, а затем начало быстро уменьшаться... “Не экранирующее ли действие Луны породило эту силу?” – первым задал вопрос сам Алле.
Действительно, ведь сама природа, и притом достаточно часто, ставит гигантский экран – Луну – на пути гравитационного поля Солнца. Почему бы не воспользоваться её услугами?
Исследователи гравитации начали ездить “за солнцем” в места, где наблюдается полное затмение его, не отставая от астрономов. Уже 30 июня 1954 г. Р. Томашек на Шотландских островах пытался заметить изменения вертикальной составляющей силы земного притяжения. Несмотря на отличную точность приборов, результатов он не достиг.
В 1958 г. полоса полного солнечного затмения прошла через Японские острова. И там провели соответствующие наблюдения и измерения. Безрезультатно.
15 февраля 1961 г. полоса полного солнечного затмения легла на значительную часть территории нашей страны. И в нескольких городах учёные приготовили приборы, чтобы поймать неуловимое. Результаты оказались весьма пёстрыми. В ряде случаев приборы не отметили никаких изменений. В других они показали увеличение силы тяжести, а в третьих – уменьшение!..
И всё-таки нельзя отмахиваться ни от опытов Майорана, ни от “взбесившегося” маятника Алле, ни от этих противоречивых результатов. Поскольку о свойствах гравитации, как можно легко представить, прочитав эту небольшую главу, практически ничего не известно, трудно ожидать, чтобы эти её свойства не оказались на первый взгляд и неожиданными и противоречивыми. И вполне возможно, что, толкнув раз маятник Алле, она не коснется его во второй раз, хотя будет казаться, что все условия первого опыта соблюдены. Вполне возможно, что, проявив себя увеличением силы тяжести в пункте А, она уменьшит эту силу в пункте В, хотя на первый взгляд все условия идентичны...
Надо ставить опыты! Опыты, опыты, опыты! Факты! Факты! Факты!
Говорят, великий французский естествоиспытатель Жорж Кювье мог по одной кости скелета, по одному зубу или позвонку восстановить полный облик животного, рассказать о его характере, привычках и т. д. Современников поражало это умение. Сегодня оно уже не представляется столь удивительным: зоологам стали известны взаимные связи костей со всем обликом животного. Острого клыка не может быть у травоядного, тяжёлых копыт – у хищника... И умение Кювье стало достоянием тысяч специалистов. Больше того, сегодня естествоиспытатели, получив один зуб животного, смогли бы описать не только облик животного, но и условия, существующие на планете его обитания... Ибо всё в этом мире, мире материальном, связано диалектическими взаимозависимостями...
Но, наверное, даже искушённого читателя удивит, что знание свойств элементарных частиц позволяет многое сказать о всей Вселенной. Да, именно элементарных частиц! Невидимые ни в какой микроскоп крохи вещества настолько малы, что нередко их можно спутать с волной... Электроны, протоны, нейтроны, фотоны, нейтрино... Список этот можно продолжить за сотню названий... И гигантская Вселенная, в которой и настороженный глаз телескопа, и чуткое ухо радиолокатора со всех сторон, из невообразимых далей получают сигналы лишь о том, что она, бесконечная, продолжается дальше и дальше... И как ни совершенствует человек свои приборы, повсюду лишь она, повсюду продолжается она, нигде не коснулся человек чуткими пальцами своих приборов или лучей её края... Что общего между мельчайшими крупинками вещества и гигантской, почти пустой нашей Вселенной?!
Общее есть. Это они, элементарные частицы, слагают всё здание нашей Вселенной, как бесчисленные кирпичи слагают прекрасный ансамбль Кремлёвской стены. Свойства этих неуловимых, незримых частиц определяют и свойства Вселенной... А пустота, о которой мы упомянули... Ведь это пространство, а не пустота! И пространство тоже обязано своим существованием веществу...
В начале нашего века даже о самом существовании этого мира больших странностей не подозревали учёные. Был известен всего один обитатель этого мира – электрон, да и его не отождествляли с веществом, считали мельчайшей частицей электричества и никаких других применений в механизме природы ему не приписывали. За минувшие почти семь десятков лет этот мир не только открыли, но и достаточно глубоко изучили. И нашли практические применения многим из его жителей.
Сегодня их известно уже более ста. Но в нашем экскурсе в этот мир мы не будем подробно знакомиться с характером, историей и особенностями каждой из элементарных частиц. Мы полагаем, что подробнее читатель сможет прочитать об этом в других, специально этому вопросу посвящённых книгах. Мы здесь напомним только те особенности этого мира, которые понадобятся нам в дальнейшем.
Начнём с удивительной загадки, в течение многих лет стоявшей перед учёными,– вопроса о природе внутриядерных сил. Почему в ядре атома, плотно соединившись, “живут” одноименно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны? Почему гигантские силы электрического отталкивания одноимённых зарядов, а они на столь малых расстояниях действительно чрезвычайно велики, не взорвали, как маленькие бомбы, все без исключения атомы в момент их рождения?
В 1934 г. советский учёный Игорь Евгеньевич Тамм создал так называемую теорию обменных ядерных сил. Согласно этой теории, нуклоны в ядре атома непрерывно обмениваются какими-то частицами и за счёт этого обмена ядро сохраняет стабильность.
В принципе догадка оказалась правильной. Правда, обмен электронами, который первоначально предполагал Тамм, как выяснилось, не смог бы обеспечить единство ядра – нужны были более тяжёлые частицы. В конце концов они были найдены физиком Юкава – это пи-мезоны.
А теперь сравним ядерные силы, ядерное поле с электромагнитным и гравитационным полями.
Прежде всего, ядерные силы оказались значительно более “сильными”. Это, впрочем, было ясно с самого начала: ведь они преодолевают силы электрического поля и объединяют ядро в чрезвычайно плотное образование. Притяжение ядерных сил, как показали подсчёты, в сфере своего действия, скажем, на расстоянии в одну триллионную миллиметра – в сотни раз превосходят силы электрического отталкивания. Гравитационные же силы на этих расстояниях просто несоизмеримо малы – они в 1038 слабее сил ядерного поля.
Но стоит раздвинуть две элементарные частицы на расстояние в четыре раза больше обычного – на четыре триллионных миллиметра – и силы ядерного притяжения сравнятся с силой электрического отталкивания. Вот как удивительно быстро ослабевают эти силы! Совсем не по тому закону, по которому убывают гравитационные и электрические. Ну а что случится, если мы, наоборот, уменьшим расстояние между частицами, скажем, вдвое, сведём их так, чтобы расстояние между их центрами стало равным всего полтриллионных миллиметра? Нет, вы не угадали, силы их притяжения не вырастут, они сменятся не менее мощными силами взаимного ядерного отталкивания. Силы ядерного поля как бы стремятся расположить и удерживать элементарные частицы в ядре на строго определённых расстояниях друг от друга.
А теперь о самих элементарных частицах. Как известно, в ходе ядерных взаимодействий или ядерных реакций происходят удивительные превращения одних элементарных частиц в другие. Причем слово “превращения” здесь употреблено не совсем точно. Лучше сказать, что в результате взаимодействий, вызываемых, скажем, столкновением двух частиц, эти частицы исчезают, но возникают другие. Нет, они не содержались в материнских, так сказать, частицах, они совершенно заново возникли. И это не осколки материнских частиц, как мы представляем себе осколки разбитой рюмки или блюдечка. Нет, продолжая сравнение, можно сказать, что до столкновения у нас были рюмка и блюдечко, а после столкновения появились чашка и розетка... Да, такие “превращения”, абсолютно немыслимые в нашем мире, в микромире – обыденная вещь. Нейтрон превращается в протон, электрон и позитрон, столкнувшись, образуют два фотона, столкновение нейтрино и протона порождает нейтрон и электрон и так далее, и так далее.
Эти превращения не хаотичны, они строго закономерны, хотя и весьма разнообразны. Ограничения на них накладывают законы сохранения. В первую очередь, конечно, закон сохранения материи. Он известен нам в качестве двух законов сохранения – энергии и массы. Поскольку в микромире часты и обычны взаимные переходы массы в энергию и наоборот (эти переходы происходят по закону эквивалентности, вытекающему из теории относительности Эйнштейна), целесообразно иметь в виду обобщённый закон сохранения материи. Но это далеко не единственный из существующих в микромире законов сохранения. Там действует, к примеру, закон сохранения электрического заряда. И он так же неумолим и непреодолим, как и закон сохранения материи. Сумма электрических зарядов, получившихся после ядерной реакции частиц, всегда неотвратимо равна суммарному электрическому заряду вступивших в реакцию частиц. Есть и другие законы сохранения специальных свойств элементарных частиц, которыми и определяется ход ядерных реакций.
Как видите, в этом хаосе есть всё-таки свои законы!
Часто задают такой вопрос. В нашем привычном мире вещей, с которыми имеет дело человек, нет двух совершенно одинаковых предметов. Принято говорить: похожи, как две капли воды. Но как могут быть не похожи друг на друга две капли воды! Они могут иметь различный химический состав, массу, температуру и различаться ещё десятками параметров. И, конечно, нельзя представить даже две совершенно одинаковые капли! И это относится ко всему: к двум паровозам, к двум пузырькам чернил, к двум авторучкам. Любые два предмета, взятые ли из природы, сделанные ли человеком даже с помощью одного и того же штампа, кажутся одинаковыми только до определённого предела. Иногда разница видна уже простым глазом: у вышедших из-под одного штампа деталей разной величины заусеницы, на одной появилась случайная царапина. Иногда, чтобы уловить различия, надо прибегнуть к лупе, микроскопу, химическому анализу и так далее. Ну а в микромире целиком ли похожи друг на друга две элементарные частицы: два нейтрона, два электрона, два фотона?..
На этот вопрос, в общем-то, есть два ответа. Первый – квантовая механика, главная наука, законам которой подчиняется микромир, утверждает: изменения качеств возможны там только скачками, ступенеобразно. Электрон перескочил с одной орбиты в атоме на другую – и выбросил квант энергии. Он не может выбросить полкванта и занять промежуточную орбиту. И получает энергию элементарная частица тоже только строго определёнными порциями – квантами. Ни четверти кванта, ни одну восьмую его получить она не может. Значит, элементарные частицы, находящиеся в одинаковых состояниях, в одинаковых условиях, должны быть точно подобными друг другу. Во всём. И черт различия, так сказать индивидуальности, ни у одной из них быть не может.
Но возможна и другая точка зрения на этот предмет. Элементарные частицы представляются нам одинаковыми потому, что мы “видим” их ещё очень издали, в очень общих чертах, и ни разу не смогли перейти тот предел, за которым можно уловить их индивидуальность. Издали, скажем, с высоты в несколько километров и люди неотличимы друг от друга, у каждого две ноги, две руки и голова. Но мы-то, живущие на Земле, знаем, как индивидуален каждый, буквально каждый человек и как редки близнецы и двойники. И когда мы сможем “рассматривать” элементарные частицы более детально, более дотошно, окажется, что и они не лишены индивидуальных черт.
И ни в коем случае не пытайтесь представить себе элементарные частицы чем-то вроде жёстких шариков или шашек. Прежде всего элементарные частицы – чрезвычайно сложные образования. Уже удалось определить, нащупать, так сказать, что, к примеру, протоны имеют слоистое строение, причём плотность верхнего их слоя меньше, чем более глубоких слоев. К тому же это крайне “подвижные” частицы – даже в самом спокойном, “невозбуждённом” состоянии они непрерывно пульсируют, совершая 1023 пульсаций в секунду. Они то как бы становятся волной, то вновь возвращаются в корпускулярное состояние. Наивно полагать, что в ходе всех этих превращений, пульсаций, взаимных столкновений не “обиваются” у них грани и остаются они неизменно подобными друг другу. Просто ни “обитых” уголков у частиц, ни “пыли”, ни “осколков”, пока не умеем мы даже заметить.
Пусть не кажется вам это удивительным. Ведь и значительно более “видимые” закономерности микромира не известны нам и доныне. Ну, к примеру, общая система, общая организация этого мира. Ведь учёные только-только начали о ней догадываться. И, к сожалению, пока общей “периодической системы” элементарных частиц ещё нет. А ведь процесс понимания строения атомов и даже проникновение в их строение начались именно с создания такой системы великим Менделеевым...
Познакомимся же с первыми набросками “системы” элементарных частиц.
И ещё одно совсем короткое замечание.
Гипотеза о существовании планкеонов с полной убедительностью показывает несостоятельность точки зрения Эйнштейна, Фридмана и других относительно единства и уникальности нашей Вселенной. Это был огромный и философский, и математический просчёт Эйнштейна и Фридмана, считавших, что их модели описывают всю вселенную в целом и как целое.
Впрочем, многих физиков и сегодня раздражает сама постановка вопроса о том, что за границами эйнштейновской или фридмановской вселенной положительной кривизны (постоянной или расширяющейся) может быть ещё что-нибудь. Они и ныне считают нашу замкнутую Вселенную единственно существующей в мире. Саму постановку вопроса о том, что же лежит за границами Вселенной, они объявляют антинаучной и бессмысленной.
Но вот возникли планкеоны. Это ведь тоже эйнштейновские вселенные... Так почему нельзя представить в бесконечной вселенной бесконечное множество таких замкнутых вселенных, как наша Вселенная? И не только таких, но и бесконечно разнообразных! Замкнутых, разомкнутых, расширяющихся, сужающихся и т. д. Эти вселенные могут взаимодействовать между собой, как и планкеоны...
Заметим, что всё здесь сказанное имеет уже строгую формальную трактовку.
Мы несколько раз говорили: частицы стареют. Ну, а каков же механизм этого старения? Ответ на этот вопрос неизбежно связан с природой тяготения.
Поставьте перед собой на столе свечу. Зажгите её. Голубовато-алый язычок пламени является источником света. Физик может сказать иначе: свеча порождает электромагнитное поле. Да, это точнее. Но присмотритесь внимательнее: свеча становится всё короче. Энергия химических связей молекул стеарина превращается в энергию электромагнитного поля. Она расходуется на поддержание этого поля. И это никого не удивляет.
Почему же должно быть удивительным то, что и для поддержания гравитационного поля требуется непрерывное расходование энергии?
Но откуда она берётся, эта энергия? Да конечно же из элементарных частиц! Их масса непрерывно “сгорает”, и пламя этого горения “освещает” Вселенную гравитационным полем. Но, конечно, горение элементарных частиц идёт значительно медленнее, чем горение свечи. Вряд ли хватит стеаринового цилиндрика на одну ночь. А элементарные частицы уже “пылают” добрый десяток миллиардов лет.
Можно так представить механизм этого гравитационного горения. Мы говорили, что элементарные частицы находятся постоянно в своеобразном колебательном движении – они то расширяются, то сжимаются – пульсируют. Нелепо полагать, что при этом они не испытывают, не преодолевают влияния среды – скажем, того же гравитационного поля. И на это, конечно, расходуется энергия. Она и поддерживает существование поля тяготения.
Как планкеоны, так и нуклоны обладают сложной структурой. В их внешней оболочке постоянно происходят флуктуации энергии, её перераспределение. Видели вы бушующее в районе тайфуна море? Мечутся гигантские волны, складываясь и образуя увенчанные белой пеной чёрно-зелёные зыбкие башни и тёмные провалы. С вершин башен ветер срывает клочья пены и уносит их далеко ввысь, к тучам. Вот такие же “клочки пены” – флуктуации энергии – срываются с поверхности элементарных частиц и улетают в бесконечное пространство. Это – материальные носители гравитационного поля, его элементарные частицы, кванты. Назовём их гравитонами.
Зная частоту колебаний элементарных частиц, флуктуацию их энергий, мы можем подсчитать и массу гравитонов, и величину содержащейся в них энергии. Гравитон настолько же меньше, скажем, электрона, насколько пляшущая в солнечном луче пылинка меньше земного шара. И всё же эта пылинка микромира материальна, и её вылет из элементарной частицы создаёт реактивный толчок. Предположим теперь, что гравитоны вылетают легче в пространство, менее насыщенное гравитонами. Если это так, то две массы, испускающие гравитоны, должны притягиваться друг к другу: ведь пространство между ними более насыщено гравитонами и вылетающие сюда частицы создают меньший импульс, чем вылетающие в противоположную сторону.
Если это предположение справедливо, рассчитанные исходя из него силы притяжения материальных тел должны совпасть с действительно существующими. И целый ряд других известных величин тоже должен автоматически получаться при расчётах. Если же предположение неверно, неизбежно должны возникнуть непреодолимые противоречия.
Забегая вперёд, скажем: непреодолимых препятствий не оказалось. Все “контрольные пункты”, где выводы гипотезы проходили сравнения с фактическими данными, констатировали полное совпадение фактов и величин.
Вроде бы всё просто. Но за этой кажущейся простотой – годы труда, тысячи препятствий, которые пришлось преодолеть, тысячи подводных камней, которые удалось обойти. К примеру, сразу же встал вопрос о постоянстве массы элементарных частиц и вообще о так называемых мировых константах. Если предположить, что массы элементарных частиц изменяются со временем, вещество как бы переходит в гравитационное поле,– то многие мировые константы немедленно полетят с пьедестала неизменяемости. Пришлось провести соответствующие исследования. Не зря целую главу этой книги посвятили мы мировым константам и убедились, что они отнюдь не незыблемы. А сначала их кажущаяся незыблемость предстала прямо-таки непреодолимым препятствием.
Препятствием встала при разработке новой теории и квантовая механика – область физики, изучающая и описывающая процессы, протекающие в микромире. Законы квантовой механики считались доселе такой же непреложной истиной, как таблица умножения. Если, решая задачу, вы входите в противоречие с таблицей умножения, то, разумеется, можно сразу, сказать: вы где-то ошиблись. В столь же серьёзное противоречие с квантовой механикой вступила на соответствующем этапе и новая теория.
При разработке её пришлось ввести в некоторые уравнения квантовой механики члены, учитывающие гравитацию. И оказалось, что в таком виде они лучше отражают, точнее описывают характер протекающих в микромире процессов, чем раньше...
Постоянное излучение частицами гравитонов и вызывает их старение. Значит, оно в первую очередь связано с уменьшением массы этих частиц. Ну а если посмотреть шире, в масштабах Вселенной, можно сказать, что в ней идёт непрерывный процесс перетекания материи из вещественного состояния в гравитационное поле, поле нейтрино и так далее.
Поскольку каждый гравитон уносит с собой часть массы породившей его элементарной частицы, можно, зная энергию гравитонов, вычислить и время, в течение которого каждая элементарная частичка уменьшится хотя бы наполовину. Другими словами, можно вычислить закономерности распада вещества, превращения его в гравитационное поле. Этот непрерывный процесс связан с расширением Метагалактики.
Как показывают расчёты, масса гравитона ничтожно мала. Она составляет что-нибудь около 5·10–66 г. Энергия гравитона составляет 5·10–45 эрг.
Размеры гравитона в момент его образования соответствуют размерам планкеона. Затем гравитон со временем как бы размазывается по всей Метагалактике. Условный радиус гравитона, если считать, что его плотность соответствует плотности протона, т. е. 1014 г/см3, ничтожно мал. Он равен приблизительно 2·10–27 см. Радиус протона 1,5·10–13 см. Таким образом, ещё раз, гравитон по сравнению с протоном примерно то же самое, что пляшущая в луче света пылинка по сравнению с земным шаром.
Весьма вероятно, что превращение вещества в гравитоны зависит от ряда физических условий, и в частности, от плотности среды и “температуры” элементарных частиц, составляющих ядро. Под этой температурой физики понимают запас энергии в ядре. По-видимому, при относительно небольшой такой температуре скорость превращения вещества в гравитоны должна быть меньше, чем в обычных условиях. А если тело будет испускать меньше гравитонов, чем обычно, то оно будет меньше взаимодействовать с окружающими телами и станет менее весомым. Ну а если оно будет испускать повышенное число гравитонов, оно станет сверхтяжёлым.
Нельзя ли поискать во Вселенной такие сверхтяжёлые и сверхлёгкие вещества? Не поможет ли нам в этом наш корабль-мечта?
Курс – к одной из самых загадочных звёзд, например к спутнику Сириуса. Эта неяркая звёздочка относится к классу так называемых белых карликов. Она невелика, даже меньше нашего Солнца: мы уже определили её размеры сквозь иллюминатор звездолёта. Однако как обжигают её лучи! Оказывается, здесь температура поверхности около 15 тысяч градусов. И с какой страшной силой притягивает эта небольшая звёздочка наш корабль! Впрочем, это понятно: учёные определили её плотность и выяснили, что она в миллиард раз больше плотности самого тяжёлого из наших веществ, что 1 см3 её вещества весит 1000 тонн. Сделанная из этого вещества гирька величиной с пуговицу от пальто уравновесит на чаше весов железнодорожный состав.
Проверим это предположение. Автоматическая ракета слетает с палубы нашего космического лайнера и устремляется прямо к поверхности спутника Сириуса – жаркого и загадочного светила. Она пронзает атмосферу, верхние, более разреженные слои плазмы и из глубин белого карлика приносит нам пробы неизвестного вещества.
Вот оно уже у нас в лаборатории. Может быть, его инерционная масса не так велика, как предполагают? Так почему же с такой силой притягивает это вещество? Почему не совпадают его инерциальная масса и масса покоя?
Потому что это вещество испускает повышенное количество гравитонов. Оно быстрее распадается, превращаясь в гравитационное поле, чем наши земные вещества.
Впрочем, может быть дело обстоит и по-другому, и вещество белых карликов – спрессованные почти до соприкосновения ядра элементов с сорванными электронными оболочками. Именно таким представляют его себе учёные.
Ну а есть ли возможность проверить экспериментально развиваемую гипотезу? Ведь только подтверждённая опытом, может она стать теорией, стать общепринятой истиной.
Дело это чрезвычайно сложное, но в принципе возможное.
Представим себе такой опыт. Пусть мы имеем два тела, находящихся недалеко друг от друга. Между ними устанавливается определённый режим тяготения. И вдруг одно из этих тел мы начинаем стремительно удалять от другого. Сигнал об этом процессе донесут до второго тела гравитоны со скоростью света. Вместе с тем по гравитационному полю пойдёт волна гравитационного разрежения.
Скорость её движения, как показывают математические расчёты, в 1,7 раза меньше скорости движения гравитонов. И только когда эта волна дойдёт до второго тела, оно “почувствует”, что первое тело начало удаляться.
Как поставить опыт, который сможет подтвердить это положение? Под силу ли он сегодняшней технике эксперимента?
Любопытно было бы изучить и вопрос поглощения гравитонов веществом. Такие опыты уже, как мы знаем, ставились. Но окончательных результатов не получено. Следует продолжить их во время очередного полного солнечного затмения, когда между Солнцем и Землёй окажется массивная “заслонка” – Луна. Ослабляется ли притяжение к Солнцу предметов, оказавшихся в центре лунной тени, и насколько? Принципиально гравитоны должны поглощаться веществом, но насколько оно прозрачно для них, сказать, не поставив опыта, невозможно. Хотя уже сейчас можно предполагать, что будет поглощаться не более 10–20 потока гравитонов.
Конечно, можно поставить опыт и для изучения эффекта Доплера в гравитационном поле.
Кстати, новая теория всемирного тяготения, по-видимому, может дать ответ и на вопрос, почему сила тяжести убывает с расстоянием быстрее, чем это следует из закона всемирного тяготения Ньютона. Это гравитоны по пути превращаются в другие элементарные частицы. Так может объясняться знаменитый, причинивший столько неприятностей учёным, парадокс Зеелигера.
Новая теория тяготения не стремится заменить собой теорию гравитационного поля Эйнштейна, на которую она в ряде случаев опирается. Но она позволяет более отчётливо представить природу тяготения. В частности, она учитывает силы отталкивания между телами.
И самое последнее в этой главе – о собственных свойствах гравитонов. Каковы они? Являются ли гравитоны только представителями мира элементарных частиц? Тогда для них рано или поздно должны будут найтись места в системах частиц, разрабатываемых учёными. А может быть, это первые представители нового, совершенно особенного класса частиц, так сказать, субэлементарных, стоящих ещё на ступень глубже в строении материи, чем электрон, протон, нейтрон? Но и в том и в другом случае мы можем убеждённо сказать: и гравитон имеет не менее сложное строение, чем названные нами считавшиеся совсем простыми и неделимыми элементарные частицы.
Развитие теории гравитационного излучения в самое последнее время позволило получить ещё один исключительно важный результат. В своё время Дирак, думая об изменении гравитационной постоянной, предположил, что может медленно (логарифмически) изменяться со временем и так называемая постоянная тонкой структуры, равная отношению квадрата заряда электрона к величине произведения постоянной Планка на скорость света. Значение постоянной тонкой структуры приблизительно равно 1/137. Эта величина имеет самое существенное значение в квантовой теории поля. До сих пор она не могла быть вычислена теоретически. Из изложенной здесь теории планкеонов и гравитонов следует, что существенной величиной теории l является отношение размеров нуклона r0=10–13 см к размерам планкеонов или гравитационных флуктуаций поля (гравитонов) L=10–33 см. Теория показывает, что величина, обратная постоянной тонкой структуры и равная 137, является натуральным логарифмом куба величины l, т. е. 137=lnl3≈ln1060. Поскольку размеры L меняются обратно пропорционально корню квадратному из мирового времени, то и величина тонкой структуры, как и предвидел Дирак, меняется пропорционально логарифму мирового времени. Значение этого факта трудно переоценить. Если всё это со временем подтвердится экспериментально, то окажется, что в Метагалактике могут рождаться со временем новые, более тяжёлые элементы. Неустойчивые теперь элементы станут устойчивыми, и изменятся все наши взгляды на происхождение элементов...
Дата установки: 18.07.2011
[вернуться к содержанию сайта]
