Техника - молодёжи 1959-05, страница 17

зик X. Р. Меллер рассмотрел с новой точки зрения вопрос об излучениях гравитации и показал, что гравитационных волн, несущих анергию, не существует. Правда, этот вывод получен лишь для свободного поля, то есть при отсутствии источников поля в виде частиц, звезд и другого вещества. Но если он окажется справедливым всегда, это будет очень важно. Ведь, наглядно говоря, наличие гравитационных волн, несущих энергию, способных превращаться в другие формы материи, ставит их в значительной мере в один ряд с фотонами, мезонами, электронами и т. д. Если же гравитационных волн, несущих энергию, не оказалось бы, то тогда окончательно гравитация стала бы «геометризи-рованной», связанной лишь с пространством-временем.

Наряду с усиленным теоретическим анализом этой весьма сложной, как мы видим, проблемы, нужно надеяться, что в ближайшем будущем на сцену выступит, как это и подобает в физике, являющейся частью естествознания, «его превосходительство Эксперимент», который и решит окончательно запутанный вопрос.

В последнее время неоднократно поднимался вопрос об антигравитации. Мы вспоминаем общее оживление в аудитории, которое вызвало замечание крупного физика Э. Сегре во время его доклада об антипротонах в Падуе на Международном конгрессе по элементарным частицам (октябрь 1957 г.) о желательности проверки закона тяготения для этих открытых им недавно частиц.

— Не будут ли антипротоны (частицы с отрицательным зарядом в противоположность обычным протонам) подниматься вверх, а не падать вниз? — спросил Сегре при веселом дружеском смехе в зале.

— Почему бы не попробовать проделать этот опыт с более доступными античастицами, именно позитронами? — позволили мы себе заметить в тогдашней дискуссии. Речь шла пока что о некотором недоразумении, связанном с тем, что античастицы истолковываются как «дырки» в состоянии отрицательной энергии, но сами, конечно, имеют положительную массу.

Вместе с тем, как недавно отметил известный физик Бонди, теория в принципе не исключает существования отрицательных масс. При этом следует, как обычно, различать инертную массу, проявляющуюся при движении тел в каком-либо поле, отличном от гравитационного, пассивную гравитационную массу, проявляющуюся при движении в поле тяготения, и активную гравитационную

(тяжелую) массу, сказывающуюся в качестве источника, порождающего гравитационное поле. Закон равенства действия и противодействия приводит к равенству активной и пассивной гравитационных масс, но равенство гравитационной и инертной масс являлось до установления общей теории относительности лишь эмпирическим фактом.

Однако, кроме обычного случая, когда все массы положительны, принципиально говоря, возможны различные довольно «экзотические» варианты (до сих пор нигде в природе не обнаруженные). Например, инертная масса может быть отрицательной, то есть тело с подобной массой будет двигаться в обратную сторону по сравнению с обычной. Гравитационная же, то есть тяжелая, масса может у подобного тела оставаться положительной, и оно будет порождать поле тяготения обычного типа. Либо инертная масса будет положительной, а тяжелая — отрицательной. Наконец обе массы могут быть отрицательными.

В общей теории относительности, дающей уточненную современную формулировку теории тяготения, эквивалентность инертной и пассивной гравитационной масс входит в теорию с самого начала. Но и в этой общей теории, согласно замечаниям Бонди, возможно в принципе допустить отрицательные активные тяжелые массы.

Благодаря новым свойствам элементарных частиц современная теория не исключает некоторого нарушения равенства тяжелой массы н инертной массы. Равенство обеих этих масс было в свое время наиболее точно доказано венгерским физиком Этвешем и послужило одним из аргументов при установлении принципа «эквивалентности», явившегося для Эйнштейна отправным пунктом при создании им общей теории относительности.

Впрочем, недавно Ян и Миллс указали, что точное равенство инертной и тяжелой масс не должно иметь места благодаря наличию нового тонкого обстоятельства — так называемого закона сохранения тяжелых частиц («барионного заряда»). Это должно привести к небольшой поправке в опытах типа тех. которые проводил Этвеш.

А. М. Бродский отметил, что согласно квантовой теории гравитации принцип эквивалентности также, по-видимому, приобретает несколько приближенную форму.

При беседах о гравитации в последнее время нередко возникает вопрос о недавних опытах французского ученого Алле, повторившего эксперименты с маятником Фуко (см. «Тех

нику — молодежи» № 1, 1959 г.). Очевидно, в этом случае шла речь о каких-то «грубых» механических явлениях, не имеющих принципиального значения и не связанных с проблемами тяготения и возможностью незначительных поправок к закону Ньютона.

До сих пор мы обсуждали главным образом проблемы тяготения в местной — «локальной» форме. Между тем незаметная внутри атомов и ядер гравитация становится главенствующей силой в звездных и космических масштабах, определяя движение и образование планет, звезд и звездных систем.

В масштабах больших участков вселенной за огромные промежутки времени может сказаться и наличие гравитационного излучения. Возможные гравитационные волны могут внести свой пай в общий баланс энергии и в условия стабильности. Следует напомнить, что, по всей видимости, геометрическая структура известного нам участка вселенной (радиусом около 10 млрд. световых лет) подвержена расширению, как это впервые заметил ленинградский механик А. А. Фридман (в 1923 г.) на базе решения гравитационных уравнений общей теории относительности.

Разбегание внегалактических туманностей проявляется в наблюдаемом астрономами сдвиге спектральных линий к красному концу, что толкуется как «эффект Допплера». Несмотря на то, что нужно быть крайне осторожным в распространении имеющихся сведений на такие огромные участки мира, следует подчеркнуть, что никаких других разумных объяснений сдвигу спектральных линий, открытых астрономами Слайфе-ром и Хэбблом, не было найдено. Сам Эйнштейн, сперва резко в9зражавший Фридману, затем полностью согласился с его выводами и стал их развивать, например, в своей последней книге — «Сущность теории относительности».

Возможность расширения известной части вселенной приводит к целому ряду важных и трудных проблем, связанных с поведением огромных количеств вещества в весьма сжатой форме.

В принципе возможны сжимающиеся и пульсирующие «миры», существование которых, однако, пока что никак не обнаруживается. С другой стороны, было высказано мнение о возможности антимира (предсказанного Дираком), в котором будет иметь место совершенно иная концентрация элементарных частиц: вместо электронов в атомах антимира позитроны будут вращаться вокруг ядер, составленных из антипротонов и антинейтронов

Профессор МГУ имени Ломоносова, доктор физико-математических наук Дмитрий Дмитриевич Иваненко.

(вместо наших протонов и нейтронов).

Конечно, проблема антимира подобного типа или антимиров, в которых, как указали китайские физики Ли и Ян, «спи-ральность» частиц (определяемая соотношением спина и импульса) будет иметь другой характер, сама по себе независима от расширения или сжатия вселенной. Но не может не прийти в голову мысль связать эти обстоятельства и предположить, не будет ли геометрическая структура антимира сжиматься вместо расширения нашей части мира?

Несмотря на наличие перспектив, захватывающих дух даже у привычных к абстракциям и сенсациям современных, закаленных в научных боях и открытиях физиков, подобные рассуждения, связывающие квантовую механику, теорию относительности, гравитацию и космологию в одно целое, в принципе вполне могут быть подтверждены экспериментами.

Например; античастицы другого возможного мира, сталкиваясь с частицами нашего участка вселенной, будут аннигилировать, превращаясь в фотоны и мезоны. Обнаружение источников подобного излучения было бы чрезвычайно важно. В принципе возможно обнаружить и сжимающиеся участки вселенной (по сдвигу спектральных линий в обратную сторону), существование которых подсказывается идеей общей симметрии, а не исключительно одностороннего развития вселенной в целом.

Надо полагать, что от запуска первого искусственного спутника Земли до новых решающих космических экспериментов, которые позволят обнаружить возможные антимиры и гравитационные излучения, пройдет времени гораздо меньше, чем от истоков современных точных наук, то есть -от времен Галилея и Ньютона до наших дней.

13