Страница 3 из 20
Представить, как может выглядеть такое многомерное пространство, наглядно очень трудно. Между тем математики-топологи описывают его с помощью своих формул и вполне тем довольны. Их удовлетворение можно понять, поскольку такое строение мира позволяет предположить, как можно путешествовать из мира в мир, ныряя в пространственные туннели-червоточины, соединяющие их.
Возвращение мирового эфира?
Учебник – вовсе не есть истина в последней инстанции. К такому выводу приходят многие, кто берет на себя труд разобраться в истории с «мировым эфиром» – одной из самых запутанных теорий в естествознании.
А начнем мы вот с чего…
Ох, и наделало дел это яблоко! Упало на голову Исааку Ньютону, а он взял да и открыл закон всемирного тяготения. Так, дескать, и так: два массивных тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорционально произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Спорить с существованием тяготения, конечно, не приходится. Оно денно и нощно подтверждает свое существование на множестве самых различных примеров. И яблоки неизменно падают с деревьев вниз, притягиваемые матушкой Землей, и сами мы с нее не сваливаемся, и даже Луна кружит вокруг Земли, а сама наша планета – вокруг Солнца, благодаря все той же силе тяготения или гравитации.
Но вот что интересно. Ни предшественники Ньютона, много размышлявшие над природой тяготения, ни сам великий английский ученый, ни его последователи до самых наших дней так и не смогли понять, почему сила тяготения действует. Какова природа гравитации? И видно потому, нагородили и вокруг самого Ньютона, и его закона, и силы гравитации бог знает что!..
Оказывается, например, что Ньютон никогда не сидел под деревом в ожидании, что ему на голову свалится то самое историческое яблоко. Анекдот про него придумала его племянница – веселая девушка, которой до смерти надоели расспросы газетных репортеров и просто любопытствующих, как ее дядя делает свои великие открытия.
Сам Ньютон тоже отделался от расспросов довольно туманной фразой. Дескать, если он и видел дальше других, то только потому, что стоял на плечах гигантов. Намекая тем самым на то, что, в частности, природой тяготения до него занимались и итальянец Галилео Галилей, бросавший вниз предметы со знаменитой своим наклоном Пизанской башни, и соотечественник Ньютона Роберт Гук, и многие другие ученые, начиная с древних греков.
Скажем, тот же Гук, докладывая в 1666 году Королевскому обществу об опытах, доказывающих зависимость веса тела от высоты, практически пришел к той же мысли, но не смог ее сформулировать столь же четко, как это сделал Ньютон. А на само явление ученые обратили внимание еще в III веке до н. э., когда впервые было высказано предположение, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием тяготения Луны и Солнца.
Да и сам Ньютон, как показывают нынешние исследования, размышлял над природой тяготения около двадцати лет, прежде чем смог сформулировать свой знаменитый закон. За это время можно было до многого додуматься и без помощи созревшего яблока.
Но вот что интересно. Закон был сформулирован, формула исправно действует и по сей день – полеты современных космических кораблей тому лишнее подтверждение, – однако, как уже говорилось, никто толком не знает, что такое тяготение. Какова механика его действия?
Интерферометр Майкельсона
Разобраться в этом попытался молодой преподаватель математики и физики Георг Луи Лесаж. В один из майских дней 1749 года он объяснял своим воспитанницам закон всемирного тяготения. Но когда одна из особо любопытных учениц спросила, может ли учитель наглядно объяснить, как именно действует это самое тяготение, тот впал в задумчивость. И единственное, что мог придумать для наглядности: дескать, небесные тела окутаны чем-то вроде тончайшей, но прочной кисеи. Она-то и удерживает планеты, звезды и другие небесные тела на своих местах.
Ученицы покивали головами: дескать, насчет кисеи все понятно, но сам учитель остался весьма недоволен своим объяснением. Что это еще за «кисея» такая в мировом пространстве?
Размышляя, однажды он вспомнил слова знаменитого Декарта: «Мы считаем сосуд пустым, когда в нем нет воды. На самом деле в таком сосуде остается воздух. Если из “пустого” сосуда убрать и воздух, в нем опять что-то должно остаться, но мы это “что-то” просто не чувствуем».
И тогда молнией вспыхнула мысль: небесные тела не притягиваются, а подталкиваются друг к другу! И подталкивает их «нечто», которое мы не ощущаем…
После Лесажа подобная мысль приходила в головы многих других ученых. И поначалу все они были счастливы своим открытием. Суть его можно описать так: представим себе, что все пространство между небесными телами заполнено не кисеей, а еще более тонкой субстанцией – неким газом, состоящим из крошечных частиц, летающих во всех направлениях. При определенных условиях, наталкиваясь, скажем, на Солнце и Землю, эти частицы и подталкивают их друг к другу, заставляют нашу планету не удаляться чересчур далеко от светила.
Однако чтобы удовлетворить тем условиям, при которых подобное подталкивание возможно, такие частицы, оказывается, должны обладать удивительными свойствами: двигаться со сверхсветовыми скоростями и, пробегая колоссальные расстояния, не сталкиваться друг с другом. Более того, сами небесные тела тоже не являются преградой для подобных частиц: они пронизывают их насквозь, лишь слегка задерживаясь в своем движении.
Тем не менее, за неимением лучшего, идею приняли в качестве рабочей гипотезы. Газ назвали мировым эфиром, а то, из чего он состоит, – частицами Лесажа.
Теперь оставалось обнаружить хотя бы следы присутствия мирового эфира на практике – и дело в шляпе.
Трудную задачу – поймать неуловимые частицы – взял на себя американский исследователь Альберт Майкельсон. Первый эксперимент был затеян им в 1881 году. Однако его точность не удовлетворила ни самого следователя, ни его последователей, среди которых выделяются своей настойчивостью и тщанием в работе его коллеги и помощники – Морли и Миллер. И они стали повторять опыты вновь и вновь, пока не добились приемлемых результатов.
Суть же идеи заключалась в следующем. Наша планета, как известно, движется по своей орбите вокруг Солнца. Если в этот момент она «обдувается» с какой-либо стороны «эфирным ветром», то логично предположить, что на каком-то участке орбиты этот «ветер» будет попутным, а на каком-то встречным. Стало быть, на одном участке эфир будет помогать солнечным лучам добегать до нашей планеты, подгоняя их, а на другом – напротив, препятствовать их движению.
Скорость света к тому времени уже определили. Округленно она равна 300 тыс. км/с. Приблизительная скорость частиц Лесажа тоже предположительно была известна. Согласно некоторым выкладкам, которые мы здесь приводить не будем, чтобы не загромождать наше повествование, получалось, что она должна быть равна примерно 30 км/с.
Оставалось таким образом в течение года аккуратнейшим образом замерять скорость движения частиц света – фотонов – в надежде зафиксировать изменения их скорости. Для этой цели Майкельсоном, Морли и Миллером была построена уникальная экспериментальная установка – интерферометр Майкельсона.
Схема его такова. Свет, приходящий от солнца, падал на полупрозрачное зеркало, расположенное к нему под углом 45 градусов. Часть его проходила сквозь зеркало, а часть отражалась под прямым углом. Затем оба луча – прошедший прямо и повернувший под прямым углом – доходили до обычных, непрозрачных зеркал, отражались от них и, возвращаясь назад, попадали на то же полупрозрачное зеркало. Теперь часть лучей, прошедших сквозь это зеркало, насквозь могла повернуть под прямым углом, в то время как другая часть лучей, уже однажды совершивших такой поворот, могла пройти сквозь него прямо.