Техника - молодёжи 1995-04, страница 8

ПРОБЛ ЕМЫ И ПОИСКИ

Вадим Доброе (Вадим Иванович Добровольский) родился в Белоруссии в 1926 г., рос в Одессе и Киеве. При немецкой оккупации был увезен в Германию, а после окончания войны поступил в Геттин-генский университет. В 1951 г. перебрался в США, завершил образование в Калифорнийском университете и через пять лет, со степенью доктора физики, пришел в научно-ис-следовательскую лабораторию фирмы "Лок-хид" (Пало-Альто, Калифорния), где состоит консультантом по сей день. Работать ему довелось в самых различных областях прикладной физики: магнитный резонанс, физи

ка твердого тела, высокочастотная акустика, электрические разряды в газах, лазеры, оп-тоэлектроника.

В конце 1992 г., когда Вадим Иванович посетил Россию, мы встретились с ним и договорились о творческом сотрудничестве. Первая статья, написанная им самим ("Лазер на службе безопасности"), появилась уже в № 3 "ТМ" за 1993 г. А в № 8 того же года опубликована статья сотрудника Станфордского исследовательского института Рассела Тар-га о серии весьма строгих и убедительных опытов по проверке феномена дальновидения; она подготовлена автором специально

для "ТМ" по просьбе и при активном участии В.Доброва.

Наш доброжелательный соотечественник (кстати, отказавшийся от редакционных гонораров) непосредственно причастен и к ряду других публикаций (прежде всего в рубриках "ВЗШ" и "Top Science"): он за свой счет выписывает для редакции еженедельник "Science News" — пожалуй, один из самых удобных, надежных и оперативных источников информации о новостях зарубежной науки. Мы благодарны Вадиму Ивановичу за его бескорыстную помощь, но еще больше — за неизменно интересные материалы. □

УВЛЕЧЕННОЕ ВРЕМЯ. И ПРОСТРАНСТВО?!

Земля вращается вокруг своей оси. Факт общеизвестный. Как и то, что в этом движении целиком участвует, скажем, окружающая нашу планету атмосфера. Но вот вопрос: увлекаются ли вращением Земли также... пространство и время? Нелепость? Нет, хотя еще и не факт. Если говорить строго, то пока это формальное следствие уравнений общей теории относительности (ОТО). Причем одно из самых "сильных", значимых следствий. А потому именно его было бы очень важно перевести из разряда формальных в реальные, то есть проверить прямым экспериментом. Ведь если данный эффект не удастся наблюдать в опыте, ОТО придется как минимум серьезно скорректировать. Зато если удастся — эту теорию можно считать доказанной окончательно.

ЧТО БУДЕМ ПРОВЕРЯТЬ

По почину профессора Л.Шиффа проблемой проверки ОТО уже много лет занимается группа ученых Станфордского университета (Калифорния). К настоящему времени все условия сложного и дорогого эксперимента детально разработаны. Его название "Gravity Probe В" относится к цилиндрическому контейнеру длиной 2,5 м и диаметром 25 см, где будет размещена необходимая аппаратура. Нужной точности измерений удастся достичь только в невесомости и при температуре, близкой к абсолютному нулю. Поэтому "проба В" в резервуаре с жидким гелием отправится в космос на борту специального спутника. Строит его, вместе со всем оборудованием, фирма "Локхид", а финансирует работы NASA.

Чтобы разобраться в значении этого масштабного эксперимента, рассмотрим имеющиеся данные, удостоверяющие правильность ОТО. Вернее — частичную правильность, иначе не стоило бы искать новых подтверждений.

Частным случаем общей является специальная теория относительности (СТО). Она подтверждается постоянно тысячами наблюдений в лабораториях всего мира, но описывает физические явления только в покоящихся или равномерно движущихся системах координат.

Уравнения ОТО распространяются уже на ускоренные координатные системы, а вместе с тем описывают и гравитационное поле; их можно уподобить уравнениям Максвелла для поля электромагнитного. Одно из важных положений теории — так называемый принцип эквивалентности: действия сил инерции (при движении с ускорением) и гравитации эквивалентны, неотличимы. То есть, находясь, допустим, в невесомости, но в камере центрифуги, создающей ускорение в 1G, мы никакими опытами, никакими приборами не сможем отличить эту ситуацию от состояния покоя

Вадим ДОБРОВ, профессор, консультант фирмы "Локхид" (США)

при нормальной земной силе тяжести Однако при всей важности этого принципа общая теория относительности к нему, конечно, не сводится.

ЧЕГО НЕ ХВАТАЕТ

За последние несколько десятилетий был сделан ряд наблюдений, в основном астрономических, истолкованных как подтверждения ОТО. Но более четкий анализ показал, что эти проверки не идут дальше принципа эквивалентности либо сводятся к иным частностям, а значит — не могут служить обоснованием полных уравнений гравитационного поля.

Так, целиком из указанного принципа объясняется гравитационное красное смещение электромагнитных волн. Механизм его сводится к тому, что при усилении тяготения замедляется время, и в результате у таких волн снижается частота Но для подтверждения всей теории этого мало. Недаром сам Эйнштейн вывел данное явление еще в 1911 г., а ОТО разработал лишь через несколько лет (опубликовав ее в 1916 г.).

Другой известный пример — отклонение светового луча вблизи крупной тяготеющей массы. Особенно удобно наблюдать его по кажущемуся смещению звезды, находящейся на небольшом угловом расстоянии от Солнца (во время затмений). Впервые зафиксировав такое отклонение в 1919г., наблюдатели тут же с торжеством заявили, что его величина точно соответствует предсказанию ОТО. Но через несколько лет выяснилось, что в тех расчетах не был принят во внимание особый пространственный релятивистский эффект. А при его учете для объяснения отклонения оказались достаточными ОТО и опять-таки принцип эквивалентности.

Вместе с тем существуют подтверждения, и выходящие за рамки данного принципа. Долгое время самым убедительным из них оставалась прецессия перигелия орбиты Меркурия, объяснимая только на основе ОТО. Ее наблюдаемая величина совпадает с теоретической с точностью до 1%

Сравнительно недавно была проведена серия измерений запаздывания радиолокационных сигналов, отраженных от различных небесных тел. Согласно ОТО задержка здесь должна зависеть от массы тела. И расхождение наблюдений с предсказаниями теории не превысило 0,5%.

В конце 70-х гг. астрономы Джозеф Тейлор и Рассел Хале наблюдали двойной пульсар. Оказалось, что время обращения "звезды-спутника" в этой паре меняется, причем строго периодически. А подобное

явление можно объяснить лишь одним: двойная звездная система излучает гравитационные волны, как и предписывает ей ОТО. Причем расчетные величины разошлись с фактическими всего на 0,3%. За это открытие Тейлор и Хале получили Нобелевскую премию по физике 1992 г.

В перечисленных случаях уже можно говорить о настоящих доказательствах. После них у физиков нет сомнений, что Эйнштейн по крайней мере находился на верном пути. И все же проблему истинности ОТО в целом рано считать закрытой.

НА ЧЕМ СЕРДЦЕ УСПОКОИТСЯ

Дело в том, что все подобные доказательства основаны на пассивных наблюдениях, а не на подлинных экспериментах, условия и параметры которых контролируются людьми. Но из отдельных данных такого рода нельзя выводить истинность всей системы уравнений гравитации.

Возьмем для примера полное описание электромагнитного поля — систему уравнений Максвелла. И представим, что у нас имеется батарейка и виток провода. Пропускаем через него ток, тщательно измеряем и его, и возникшее магнитное поле, получаем отличное совпадение с одним из уравнений в одной точке. Но провозгласить на этом основании правильность всей теории электромагнетизма было бы принципиальной методической ошибкой.

Итак, ОТО нуждается в такой проверке, при которой наблюдаемые величины выведены из полных уравнений Эйнштейна, а условия опытов могут целенаправленно меняться. Только тогда станет ясной общая картина соотношения теории с реальностью. Достоверно обнаружить "эффект увлечения" было бы для этопэ вполне достаточно.

Положение осложняется тем, что после 1916 г. в научной периодике было опубликовано свыше 50 "постньЬтоновских" теорий гравитации, то есть выходящих за пределы применимости закона тяготения Ньютона.

Правда, большинство из них не выдержало борьбы за существование — обнаружив внутренние противоречия, предсказав несуществующие факты и т.п. Хотя некоторые теории цеплялись за жизнь столь упорно, что их опровержение стоило немалых денег. Пример — так называемый эффект Нордведта, состоящий якобы в периодических 28-дневных колебаниях расстояния Земля — Луна под влиянием гравитационного поля Солнца. Только уголковые лазерные отражатели, установленные на Луне астронавтами, позволили измерить это расстояние с нужной точностью и погрузить "эффект" в небытие.

Однако с полдюжины теорий живы до сих пор. С ОТО они разнятся в основном свои-

ТЕХНИКА — МОЛОДЕЖИ 4'95

6