Тайны открытий XX века - Александр Волков

«Мне подумалось об этом, — писал Лесаж, — в один прекрасный день, когда я наблюдал за каретой. Лошадь вовсе не тянула карету за собой; она надавливала на упряжь… Растягивающее усилие на поверку оказалось сдавливающим!»

Следующее сравнение поможет понять эту парадоксальную идею. Представьте себе, что вы нырнули в воду. Кажется, какая-то непонятная сила тянет вас наверх — словно десятки незримых веревок привязаны к вашим рукам и ногам! Вы заблуждаетесь: вас выталкивает наверх вода. Ведь давления внутри жидкости на разных уровнях неодинаковы. Разность давлений и создает выталкивающую силу.

Одновременно эта гипотеза объясняет природу еще двух загадочных феноменов: инерции и релятивистского возрастания массы. Снова прибегнем к сравнению. Допустим, вы забрасываете в воду сеть. Если вы тянете сеть очень медленно, то почти не чувствуете сопротивления воды. Если потянуть сеть быстрее, она натягивается и тянуть ее становится все труднее. Она словно прибавляет в весе. Вот так, по теории Эйнштейна, с увеличением скорости движения тела возрастает его масса.

Вот еще один важный вывод из этой теории. Дальность действия силы гравитации вовсе не бесконечна. Расчеты показывают, что она составляет около 3 тысяч световых лет. В таком случае решается проблема, волновавшая еще Ньютона: взаимная сила притяжения всех космических тел так велика, что они неминуемо должны устремиться навстречу друг другу, как россыпь металлических опилок, если поместить посреди них мощный магнит. Если же радиус действия силы гравитации ограничен, то этого не произойдет.

Однако теория Лесажа была в свое время обоснованно отвергнута. Вот, например, почему против нее возражал известный математик и астроном Пьер Симон Лаплас. Во-первых, эта теория предполагала, что материя состоит в основном из пустот, и это казалось бессмыслицей. Это теперь мы знаем, что электроны — это крохотные островки, затерянные в огромном, как океан, атоме. Примерно на 99,999 процента любой атом состоит из пустого пространства. Во-вторых, по расчетам Лапласа, эти таинственные частицы должны были двигаться быстрее света. Ученый отверг это предположение. В-третьих, теория ему не понравилась — и все тут.

Крупнейший британский физик XIX века Джеймс Максвелл тоже раскритиковал эту теорию. Предположив, что все тела поглощают частицы гравитации, он подсчитал, чем это может грозить. Выходило одно из двух: либо все тела разогреются до такой степени, что немедленно испарятся, либо их масса возрастет настолько, что планеты сойдут со своих орбит.

Энтузиасты этой теории подчеркивают: «Если гравитация обусловлена действием особого рода частиц, значит, можно как-либо защититься от них». Однако опыты, поставленные ими, не впечатляют коллег.

Впрочем, иногда опыты ставит сама природа. Вот что происходит во время полного солнечного затмения. По теории Ньютона, силы гравитации, создаваемые Солнцем и Луной, просто суммируются — независимо оттого, закрывает ли Луна Солнце или нет. По теории Лесажа, в момент солнечного затмения сила гравитации должна измениться, поскольку Луна, заслонив Солнце, оказалась внутри его «гравитационной тени». Результаты наблюдений получались противоречивыми, но чаще всего они соответствовали теории Лесажа.

Вот, например, в 2000 году авторитетный журнал «Physical Review Letters» опубликовал данные, полученные китайскими физиками во время полного солнечного затмения, наблюдавшегося 9 марта 1997 года. Согласно им, сила гравитации заметно менялась в начале и конце затмения.

Однако, по большому счету, эти данные тоже ничего не доказывают. Измерять действие гравитации на различные объекты, находящиеся на нашей планете, крайне трудно, поскольку эта сила очень мала, а погрешность полученных результатов, наоборот, велика. Лучше всего изучать действие гравитации на примере космических объектов.

Например, околоземные спутники периодически оказываются в земной тени. Наша планета закрывает их от Солнца. По результатам наблюдений, которые проделал физик Том ван Фландерен, соавтор выпущенной в Канаде книги «Pushing Gravity», в момент этого «затмения» приборы, установленные на спутниках, фиксируют некоторое изменение гравитации. Возможно, этот факт подтверждает гипотезу Лесажа; возможно, причина в чем-то ином.

Не исключено, что гравитоны удастся обнаружить весной 2006 года, когда закончится эксперимент, проводимый сейчас на околоземной орбите, на борту зонда «Gravity Probe В». Этот эксперимент должен показать, возникает ли гравитация лишь в результате искривления пространства, как считал Эйнштейн, или же ее создает некое неизвестное пока силовое поле — «поле гравитонов».

Полеты не во сне, а наяву

Какие же частицы могли бы претендовать на роль «частиц гравитации»?

В 1935 году японский физик Хидэки Юкава предположил, что сила гравитации возникает за счет того, что тела обмениваются определенными частицами — гравитонами, которые не имеют массы и движутся со скоростью света. Например, Солнце удерживает Землю на орбите, потому что испускает поток гравитонов, поглощаемых нашей планетой. Однако эти частицы пока не обнаружены.

Быть может, гравитоны — это нейтрино, частицы, обладающие чрезвычайно малой массой и в огромном числе снующие повсюду? Нейтрино почти беспрепятственно проникают сквозь материю. За ними ведется наблюдение, но практически никто не исследовал связь между нейтрино и гравитацией.

Другой претендент — ультрадлинные радиоволны. Они тоже почти беспрепятственно проникают сквозь материю и, по знаменитой формуле Эйнштейна Е = тсс, обладают определенной массой. Однако доказать «права этого претендента» крайне трудно.

В 2002 году французские физики Тибо Дамур и Антониос Папазоглу, а также их британский коллега Айен Коган предположили, что может существовать особый вид гравитонов, наделенных массой. Они нестабильны и, пролетая огромные расстояния, разделяющие галактики, исчезают, а потому сила притяжения галактик ослабевает и Вселенная расширяется. Однако и эти частицы существуют пока лишь в догадках ученых.

Если же когда-нибудь подтвердится правота гипотезы о «частицах гравитации», откроется путь к достижению невесомости в земных условиях, а значит, и к «полетам» наяву. Достаточно придумать экран, который надежно изолировал бы человека от действия «частиц гравитации». Под защитой этого экрана мы могли бы парить в воздухе, подобно птицам. Космические корабли, облицованные таким экраном, могли бы гораздо легче добираться до Луны.

Искусство мечтать о левитации

В последнее время стоит заговорить о попытках преодолеть гравитацию, неизбежно вспоминаются эффектные опыты, поставленные в минувшем десятилетии одним русским ученым.

В 1992 году Евгений Подклетнов, работавший тогда в Институте материаловедения при университете Тампере (Финляндия), случайно обнаружил, что вес предметов, помещенных над вращающимся диском из сверхпроводящей керамики (его диаметр составлял 15 сантиметров, а скорость вращения — 5000 оборотов в минуту), незначительно уменьшается, если диск находится в мощном магнитном поле. Это навело ученого на мысль, что силу тяжести можно экранировать.

Результаты опыта он изложил в статье, которую, впрочем, категорически отказались публиковать серьезные научные журналы. Когда же в сентябре 1996 года в одной из бульварных британских газет, вопреки воле ученого, появился сенсационный материал о «победе над гравитацией», на научной карьере пришлось поставить крест. Он был уволен из института, и даже вход в здание института, где осталась часть его приборов, был ему запрещен. В глазах коллег Подклетнов выглядел теперь шарлатаном. Многие видные ученые могли бы подписаться под словами Виктора Тихомирова, заведующего лабораторией ядерной оптики белорусского НИИ ядерных проблем: «Физических предпосылок для существования антигравитации в рамках официальной науки пока не найдено». Что же это был за опыт, вызвавший восторг профанов и гнев специалистов?

«Кто-то в лаборатории курил трубку, и мы заметили, что струйка дыма, медленно расплывавшаяся по комнате, едва достигнув вращавшегося диска, устремлялась вверх, словно ее что-то отталкивало. Тогда мы поместили на диск намагниченный шарик, соединив его с весами. Показания весов нас удивили, — вспоминал Евгений Подклетнов в интервью журналу «Wired». — Оказалось, что любой предмет, помещенный над диском, чуть-чуть терял в весе, а если диск вращать, этот эффект увеличивался. Подобрав определенную скорость вращения, удалось добиться максимального уменьшения веса предметов на два процента».