Возвращение чародея - Келлер Владимир Романович. Страница 49

Все это кажется настолько невероятным, настолько противоречит здравому смыслу, что вначале даже многие физики не соглашались с Эйнштейном. Известен случай, когда один американский профессор, прослушав лекцию творца теории относительности, сказал ему:

— Мой здравый смысл не принимает вашу теорию. Он отклоняет все, чего нельзя увидеть собственными глазами.

— Ну что ж! — сказал Эйнштейн. — Кладите свой здравый смысл сюда, на стол. Начнем с того, что проверим его наличие.

Общая теория относительности отличается от специальной тем, что наряду с двумя основными положениями специальной теории принимает еще один — третий — принцип: эквивалентность (равноценность) сил тяготения и инерционных сил.

На крутом повороте дороги вас прижало к стенке автомобиля. «Инерция!» — говорите вы лаконично другу, сидящему рядом с вами и о чем-то мечтающему с закрытыми глазами. «Какая же это инерция, — может возразить ваш друг, не открывая глаз, — когда мы неподвижны? Сбоку появилось массивное тело, и оно притягивает нас».

При всей фантастичности ответа, вы не сможете переубедить приятеля, если он не откроет глаз или если окна автомобиля хорошо завешены. Приборы, захваченные для измерения инерции, ничего вам не дадут, потому что и на приборах по измерению силы тяжести будет то же количество килограммов, действующих в ту же сторону. В этом состоит наглядный смысл принципа эквивалентности инерции и тяготения.

Мир общей теории относительности отличается от мира специальной теории относительности тем, что во втором движение систем отсчета друг относительно друга происходит прямолинейно и равномерно, иначе говоря, без ускорения.

Первый же учитывает общий случай: когда системы отсчета движутся и с ускорениями, например вращаются. Космический корабль с установившимся равномерным движением по прямой подчиняется специальной теории относительности. В моменты же набора скорости, полета по кривой и поворота на обратный курс к нему надо применить выводы общей теории Эйнштейна.

Теория относительности гласит, что релятивистские эффекты времени возникают не только за счет создания больших или меньших разниц равномерных скоростей двух тел. Время замедляется и на более массивных телах (например, на Солнце или на белых карликах). Наоборот, на небольших телах длительности явлений сокращаются: часы на искусственных спутниках убыстряют ход по сравнению с часами на Земле.

Эквивалентность тяготения и инерции проявляет себя в том, что совсем не обязательно увеличивать массу тела, чтобы получить на нем релятивистские эффекты: достаточно придать ему большое ускорение. «Искусственные килограммы» — за счет ускорения — удлинят промежутки времени на ракете так же, как удлинили бы естественные килограммы за счет роста массы.

Самым убедительным подтверждением правильности физической теории является, конечно, опыт. Какими же опытами проверялась теория относительности?

Пожалуй, самыми известными из них являются те, что связаны с наблюдением лучей звезд у края солнечного диска во время затмений. Если световые волны обладают, как утверждает теория, массой, то они, по закону всемирного тяготения, должны притягиваться другими массами, допустим Солнца. Так в действительности и происходит. Наблюдения во время солнечных затмений показывают, что лучи звезд отклоняются от прямолинейного пути, проходя мимо нашего светила. Это выражается в кажущемся смещении звезд, расположенных в непосредственной близости к краю Солнца.

Другая важная проверка теории Эйнштейна касалась того утверждения общей теории относительности, которое гласило, что свет, обладая инертной массой, частично теряет энергию, чтобы вырваться из поля тяготения испускающего его тела (например, звезды). Физика утверждает, что при этом должно произойти «покраснение» света, точнее говоря, некоторое удлинение световых волн и сдвиг их в красную сторону спектра. Явление это называется гравитационным красным смещением.

И что же! Такое смещение на самом деле наблюдается в спектральных линиях Солнца и тяжелых звезд.

Интересная проверка эффекта замедления хода часов в поле силы тяжести была проделана совсем недавно (но уже многократно) с помощью точнейшего прибора для измерения частот, основанного на так называемом эффекте Мёссбауэра (по имени молодого физика из ФРГ Рудольфа Мёссбауэра, работающего теперь в США и открывшего этот эффект). Из теории относительности следует, например, что если двое совершенно одинаковых часов поместить друг от друга на расстоянии 1 метр по высоте, то нижние часы должны отставать от верхних на 10^-16 секунды, так как они находятся ближе к центру Земли и на них действует большая сила тяготения, чем на верхние часы. Эффект Мёссбауэра позволил найти такую разницу!

Можно было бы назвать и другие примеры успешных проверок теории относительности, но мы ограничимся приведенными. Скажем лишь одно.

Положения теории относительности теперь настолько убедительно подтверждены, что к ним нельзя относиться иначе, как к законам природы. Допустить нарушение какого-нибудь из этих положений можно лишь с попутным допущением нарушения того порядка вещей в природе, который нам представляется незыблемым.

Правда, среди нефизиков встречаются активные противники идей Эйнштейна. Но доводы их — по логике — не отличаются от тех, что приводили в свое время противники шарообразности Земли.

В науке спор о справедливости теории относительности решен давно, и решен на опыте: теория эта верна. Если же она не в ладах со «здравым смыслом», то тем хуже тому «здравому смыслу», который противоречит научным выводам. Важно, что теория в ладах с экспериментом, с практикой, а, как известно, нет критерия истинности более надежного, чем этот чрезвычайно строгий материалистический критерий.

Как законы сохранения подняли престиж неизменного в природе

Постоянное в потоке

Заканчивая чтение книги, многие, возможно, подумают: а не получается ли все же так, что в том древнем споре мудрецов (см. «Почерк природы»), вопреки утверждению автора, будто «все оказались правы», в действительности взяли верх сторонники той точки зрения, что природа — это вечное движение и нет в ней ровно никакого постоянства: уж слишком многочисленны и ярки примеры изменений, происходящих в ней.

Невозможно умалить глубины мышления сторонников этой точки зрения (назовем здесь некоторых из философов): Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена, Гераклита Эфесского, Левкиппа, Демокрита. Все же, утверждаем это еще раз, были правы их противники — те, кто говорил о неизменном и стабильном в вечно изменяющемся мире: Анаксагор, Эмпедокл, Эпикур, Лукреций. Живи они в наши дни, они нашли бы особо убедительное подтверждение своей точки зрения в законах сохранения.

Собственно говоря, идея сохранения таится более или менее во многих законах физики. Возьмите первый закон движения Ньютона. Инерция по самому своему существу есть стремление к неизменности, неизменности настоящего положения.

Идея сохранения таится и в третьем законе Ньютона (нужно сказать, что он вообще представляет собой следствие в механике одного из законов сохранения, закона сохранения импульса). Мгновенно создавая противодействующую силу, природа словно печется о вечном равновесии (пусть иногда и динамическом) в своем Великом Царстве. Словно она боится, что неуравновешенная сила что-то вынесет из ее кладовых.