Техника - молодёжи 1965-03, страница 4

•X

1 s

о

* к

него не действуют никакие силы. Допустить существование таких систем равносильно утверждению, что во Вселенной можно выбрать место, где действие сил тяготения равно нулю, или что можно силы тяготения «заэкранировать», подобно тому, как экранируются действия электрических и магнитных полей на электрические и магнитные заряды.

С огромной современной экспериментальной точностью в опытах советских ученых Брагинского, Рухмана и Руденко не обнаружено экранирования тяготения. Недавно опыты были повторены в Московском государственном университете. Результат также оказался отрицательным. Следовательно, обращение к инерциальной системе нужно признать бесплодным.

Суть этих опытов вкратце заключается в следующем. К одной из ножек горизонтально закрепленного камертона подсоединен бронзовый шарик.

Под ним расположена массивная металлическая плита. В промежутке между плитой и шариком вращается также металлический диск с двумя секторальными отверстиями. Камертон настроен в резонанс таким образом, что малейшее изменение в силе притяжения между плитой и шариком тотчас же будет зафиксировано электрической схемой. Опыты дали отрицательный результат, из которого и можно сделать вывод, что в пределах точности измерений экранировки сил тяготения не существует.

Несколько иначе дело обстоит с выбором подходящего места в пространстве, где на тела не действуют силы тяготения. На память сразу приходит знаменитое состояние невесомости. Двигаясь свободно по орбите вокруг Земли, все тела, заключенные в корпус корабля, как бы оказываются вне действия притяжения Земли. Почему? Потому, утверждает механика Ньютона, что при этом сила тяготения в точности сбалансирована обратно направленной силой инерции, возникающей в результате неравномерного и и е -прямолинейного движения корабля.

На первый взгляд ситуация выглядит парадоксально: инер-циальная система возникла в результате... не равномерного и не прямолинейного движения! Полная противоположность тому, что требует классическая механика.

Парадокс снимается, если мы вспомним, что «гравитационная» и «инерционная» массы одного и того же тела • точности равны друг другу и совершенно не зависят от физической и химической природы тела.

Из-за наличия тяготения и невозможности его экранировать вряд ли есть смысп говорить об инерциальной системе, как ее понимают в механике Ньютона. Да и вообще, может ли тело при таком положении двигаться «равномерно и прямолинейно»?

Вернемся к космическому кораблю с материальными телами, пребывающими в состоянии невесомости. Мы говорим, что такое движение совершается под действием силы притяжения Земли, которая уравновешивается силой

Экранировки сил тяготе-нияР Ист. Так показал опЫт.

инерции. Но не является ли сила инерции «суммарной» силой притяжения данного тела ко всем остальным объектам во Вселенной? Солнцу, галактикам, галактическим скоплениям и т. д., короче — ко всем удаленным объектам? Другими словами, не имеет ли инерция любого тела и его способность создавать поле тяготения одну и ту же природу?

Образно инерцию можно представить себе так: находясь в пространстве, физический объект как бы «прикреплен» невидимыми пружинами — силами тяготения — ко всем материальным телам во Вселенной. Прикладывая к такому телу силу, мы испытываем сопротивление при любой попытке изменить его положение или движение: одни «пружины» сжимаются, другие — растягиваются. Сопротивление изменению состояния движения и бсть инерция. Ее мерой является «гравитационный заряд», то есть масса тела.

Отождествление физической природы тяготения и инерции известно в физике под названием принципа Маха.

Теория гравитации Эйнштейна существенно отличается от других физических теорий. Дело в том, что он не пытался разъяснить физическую природу «пружин», то есть сил тяготения, при помощи которых тела действуют друг на друга. Главное у Эйнштейна— анализ движения тел в пространстве, которому уже присущи гравитационные взаимодействия. Поскольку эти взаимодействия типичны для всей Вселенной, его теория полностью отвергает возможность свободного прямолинейного и равномерного движения. Свободное движение в поле тяготения совершается по кривым траекториям, которые именуют «геодезическими линиями». А форма и кривизна этих линий зависят от распределения материи в пространстве и во времени.

Иногда геометрическое развитие теории тяготения Эйнштейна называют «геометродинамикой», потому что ее «соль» — связь между взаимодействием материальных тел и криволинейным характером их свободного движения. Если иметь в виду все это, «большая» Вселенная уже не буДЬт казаться такой, как ее представляли со времен Эвклида.

Если в реальном физическом пространстве «нарисовать» все возможные траектории свободного движения тел, исчертить пространство геодезическими линиями, то оно чем-то напоминало бы географическую карту, на которую метеорологи непрерывно наносят изменяющуюся криволинейную сетку изотерм и изобар.

Итак, инерция тел, может быть, объясняется взаимодействием со всеми другими телами Вселенной. Имеется принципиальная трудность такого рассмотрения. Если принять, что Вселенная бесконечна и равномерно заполнена материальными объектами, то неизбежно следует, что масса — гравитационный заряд каждого тела — будет равняться бесконечности. Действительно, силы тяготения убывают обратно пропорционально квадрату расстояния, а количество материи в рассматриваемом объеме пространства растет пропорционально кубу расстояния, так что результирующее взаимодействие должно возрастать до бесконечности. Этого же в действительности нет. Значит, нужно допустить, что либо по мере удаления от нас количество материи непрерывно уменьшается и наш участок Вселенной по сравнению с «большой» Вселенной занимает какое-то исключительное положение, либо Вселенная конечна, или что расширяется не только наша конечная область Вселенной — метагалактика, но и вся бесконечная Вселенная.

Эти выводы кажутся по меньшей мере странными.

Однако есть еще один путь, который может послужить ключом к разгадке тайны тяготения.

Что, если известная нам так называемая гравитационная постоянная закона всемирного тяготения постоянна не для всей бесконечной Вселенной, а лишь для нашей метагалактики? Другими словами, не является ли вывод о конечности Вселенной или о конечности количества вещества во Вселенной следствием той самой методологической ошибки, о которой мы говорили в самом нечале? Может быть, и «геометродинамика» Эйнштейна справедлива лишь в определенных границах пространства и времени, и ее нельзя распространить на «большую» Вселенную, не вступив в противоречие с действительностью?

Теория тяготения Эйнштейна и ее математические уравнения построены при одном важном допущении: во Вселенной остаются неизменными так называемые универсальные постоянные — скорость света, постоянная Планка, масса так называемых элементарных частиц, их заряд, гравитационная постоянная и некоторые другие. Однако сохранение их независимости от времени досталось физике дорогой ценой: при этом пришлось отказаться от закона сохранения энергии применительно ко всей Вселенной!