Страница 134 из 136
Кроме парадокса Зеелигера, ученые обнаружили и другие явления, для которых выводы теории всемирного тяготения не вполне точно соответствовали данным практических наблюдений и опытов.
Планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, - этот закон сформулировал Кеплер и подтвердил на основе закона всемирного тяготения Ньютон. Точные вычисления показали, что перигелии - наиболее близкие к Солнцу точки планетных эллипсов - должны со временем смещаться в направлении обращения планет. Для Меркурия, согласно вычислениям, это смещение должно было быть равно 531 угловой секунде за 100 лет. Между тем наблюдения астрономов показали, что это вековое смещение составляет 573 угловые секунды.
Откуда же берутся дополнительные 42 секунды?
В физике очень часто употребляется понятие «поле» - область действия какой-либо силы или явления. Поле характеризует также величину и направление действия этой силы в любой точке. Могут быть, например, электрические, магнитные поля, поля тяготения и т. д.
Мы знаем, что свет, представляющий собой электромагнитное поле, распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
А поле тяготения? С какой скоростью распространяется оно? Со скоростью звука - 330 метров в секунду, или со скоростью света - 300 тысяч километров в секунду, или же с какой-либо другой скоростью?
Раньше считали, что тела, притягиваясь друг к другу, непосредственно влияют друг на друга без участия промежуточной среды. Между тем, базируясь на материалистических позициях, нельзя представить себе такого взаимодействия «через ничто». Данные современной науки подтвердили, что передача всякого физического процесса может происходить только непосредственно от одной точки к другой, соседней, от одного места к другому, соседнему, то есть неизбежно существует взаимная последовательность причин и следствий как во времени, так и в пространстве. Из этого следует вывод, что и сила тяготения, поле тяготения не распространяется мгновенно, а имеет конечную конкретную скорость распространения.
Нужна была новая теория, которая бы учла эти положения. Основы такого нового понимания, опираясь на геометрию Лобачевского и Римана, заложил в 1905-1915 годах в своей специальной и общей теории относительности гениальный ученый Альберт Эйнштейн.
Невозможно в короткой статье изложить общую теорию относительности, в основном математическую теорию, физическим смыслом которой не очень интересовался и сам Эйнштейн, считавший, что задача ученого - только описывать явления, а не объяснять их.
Многие выводы общей теории относительности нашли блестящее подтверждение в опытах и наблюдениях ученых. Так, согласно этой теории, луч света, находясь в сильном поле тяготения, должен искривлять свою траекторию подобно тому, как под действием тяготения Земли искривляется траектория камня, брошенного параллельно ее поверхности. Ведь луч света, так же как и камень, обладает массой. Правда, его масса очень мала, а скорость движения очень велика. Значит, чтобы обнаружить искривление его траектории, надо иметь очень сильное поле тяготения. Но и такое поле тяготения имеется в природе - это поле тяготения нашего Солнца.
В 1919 году впервые был поставлен опыт для проверки этого «эффекта Эйнштейна». Во время солнечного затмения 29 мая 1919 года были сфотографированы звезды, находящиеся около Солнца. Этот же участок звездного неба сфотографировали в другой раз, когда Солнце ушло далеко от него. Снимки наложили, и звезды на них не совпали друг с другом. Могучее притяжение Солнца искривило лучи света, и на первом снимке звезды оказались как бы сдвинутыми со своих истинных положений. Величина этого смещения, по данным восьми независимых определений, сделанных в 1919-1952 годах, с большой точностью совпадает с величиной, предсказанной теорией относительности.
Общая теория относительности позволила объяснить неправильность в движении перигелия Меркурия, найти причину появления тех 42-х лишних угловых секунд смещения, которые так долго смущали астрономов.
Ну, а можно ли объяснить чисто физически, почему тела притягиваются друг к другу, объяснить самый механизм их притяжения? Ведь, зная этот механизм, можно будет найти способы управления им - осуществить изобретение Зефирена Ксирдаля, о сущности которого так туманно рассказывает Жюль Верн.
Нам кажется, что в настоящее время, когда довольно подробно разработаны квантовые теории света и электромагнитного поля, а результаты теоретических вычислений подтвердились опытом, можно предпринять попытку создать квантовую теорию поля тяготения. Можно сделать предположение о существовании элементарных частиц, «порций» тяготения, так называемых гравитонов, самопроизвольно испускаемых всеми телами. При этом следует предположить, что, во-первых, интенсивность излучения гравитонов телом прямо пропорциональна его массе, так же как интенсивность излучения квантов света, или, проще, светимость раскаленного тела, тем больше, чем выше его температура; что, во-вторых, интенсивность излучения гравитонов телом пропорциональна ускорению, вызываемому действием другого тела; и что, в-третьих, интенсивность испускания гравитонов каждой единицей массы зависит от напряженности внешнего поля тяготения, так же как скорость истечения продуктов горения в среду зависит от давления газов в этой среде.
Представим себе такую гидродинамическую модель: две трубки, открытые с обоих концов, установлены так, что отверстия их находятся на некотором расстоянии друг от друга. В обеих трубках горит взрывчатое вещество, и газы горения устремляются в оба отверстия обеих трубок.
На первый взгляд кажется, что трубки будут отталкиваться друг от друга струями газов. Однако происходит обратное: трубки сближаются. Дело в том, что между ними возникает область повышенного давления, истечение в нее уменьшается, и реактивная сила струй, вырывающихся в противоположные отверстия, сближает трубки.
Теперь представим себе два тела, излучающие во все стороны гравитоны. Напряженность гравитационного поля между этими телами будет, конечно, больше, чем по сторонам, и излучение гравитонов из обоих тел в сторону этого наиболее напряженного поля будет меньше, чем в другие стороны. Реактивное действие гравитонов, выбрасываемых в противоположных направлениях, и толкает, притягивает тела друг к другу.
Но на сближавшиеся в нашем опыте трубки, помимо реактивных сил, действовала расталкивающая их сила повышенного давления между сближавшимися отверстиями трубок. Такая же сила отталкивания существует и в случае притяжения двух тел друг к другу, но только эта сила, как показывают расчеты, неизмеримо меньше сил притяжения. Однако если представить себе вещество очень большой, не существующей в природе плотности порядка 1016 г/см3 (то есть 10 миллиардов тонн в кубическом сантиметре), то напряженность и давление гравитационного поля вокруг таких тел будут столь велики, что силы отталкивания станут соизмеримы с силами притяжения. А вещество большей плотности представить себе уже невозможно: оно будет само рассыпаться, и куски его будут не притягиваться, а отталкиваться друг от друга.
Поскольку поле тяготения обладает энергией, а значит, и массой, тела, испуская гравитоны, теряют массу и энергию. В свою очередь можно полагать, что два гравитона, сталкиваясь, могут образовать пару частиц, например, электрон и позитрон. Однако для того, чтобы два гравитона породили при столкновении две частицы или, наоборот, чтобы при взаимодействии частиц увеличилось число гравитонов, необходимы огромные начальные энергии, недостижимые даже в космических лучах. Если обычная ядерная энергия дает на 1 грамм вещества около 1021 эргов, то для получения искусственных гравитонов необходимо добиться несравненно большей энергии. Этого можно достичь, только разогнав тот же самый грамм вещества до скорости, почти не отличающейся от скорости света, что в настоящее время в земных условиях невозможно.
Однако эта концепция, повидимому, может дать ответ на вопрос, почему сила тяжести убывает с расстоянием быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния, - гравитоны «по пути» превращаются в другие элементарные частицы. Этим, видимо, и может объясняться знаменитый, причинивший столько неприятностей ученым парадокс Зеелигера.