Помоги проекту - поделись книгой:
По словам Подклетнова, уменьшение веса наблюдалось и на втором этаже здания, прямо над экспериментальной установкой. Если же два диска ставили один над другим, вес предметов над ними уменьшался уже на четыре процента. Кроме того, ртутный барометр, помещенный над диском, показал, что атмосферное давление уменьшилось на 4 миллиметра ртутного столба.
В 1995 году Подклетнов повторил свой эксперимент в Москве, использовав кольцо из сверхпроводящего материала диаметром 28 сантиметров и толщиной 1 сантиметр. Он вновь констатировал, что предметы, помещаемые над диском на расстоянии до трех метров, немного теряют в весе. Максимальный эффект составил 2 процента при скорости вращения 3500 оборотов в минуту. Даже над неподвижным диском предметы становились легче примерно на несколько сотых долей процента. Эффект потери веса также наблюдался, когда между сверхпроводящим кольцом и исследуемым объектом помещали толстую металлическую пластину.
Идеями Подклетнова заинтересовалось немало энтузиастов — и теоретиков, и практиков.
Джованни Моданезе из Туринского университета и Нинг Ли из Алабамского университета даже разработали теорию, которая объясняет, почему возможен эффект Подклетнова. Так, по мнению Ли, элементарные частицы внутри вращающегося сверхпроводника создают особое поле, которое меняет силу гравитации.
В НАСА потратили более 600 тысяч долларов, чтобы построить «антигравитационную установку», но в конце концов признали метод Подклетнова «изначально ошибочным». Затем «бороться с гравитацией» взялись руководители американской аэрокосмической компании «Боинг». Поговаривают, что подобными идеями увлеклись и военные, а потому вся информация по антигравитации, хранившаяся в библиотеках, внезапно исчезла…
Чем реже встречаются новые сообщения об антигравитации, тем чаще вспоминаются давние поборники этой идеи. Немало их было в СССР.
Так, академик В.Н. Челомей в 1960-е годы опытным путем установил, что при вибрационном воздействии массивные тела, погруженные в воду, всплывают, а легкие, наоборот, тонут.
В 1980-е годы кандидат технических наук Генрих Талалаевский предложил модель гравитолета, напоминавшего летающую тарелку. Наружная часть корпуса гравитолета стремительно вращалась и якобы противодействовала силе тяжести.
Возможно, подобные аппараты когда-нибудь и заменят космический и авиационный транспорт. Пока же все их проекты существуют лишь на бумаге. Недаром многие ученые склонны сравнивать поиски антигравитации с конструированием перпетуум-мобиле — вечного двигателя.
В поисках гравитационных волн
В любом случае до подобных полетов еще далеко. «Частицы гравитации», похоже, — самые неуловимые из элементарных частиц. Пока же ученые пытаются обнаружить другой феномен, связанный с гравитацией, — гравитационные волны.
Еще в 1916 году Альберт Эйнштейн, описав гравитацию как «геометрическое искривление динамического пространства-времени», предсказал их существование. «Волны, эти завитки искривленного пространства-времени, доносят до нас тайные весточки мироздания — подобно тому, как акустические волны доносят до публики информацию об оркестре», — поясняет известный американский физик Кип Торн.
Согласно общей теории относительности, действие гравитации распространяется не мгновенно, а со скоростью света. И, подобно тому, как в электромагнитной теории Максвелла ускоренно движущиеся заряды порождают электромагнитные волны, так и ускоренно движущиеся массы должны создавать гравитационные волны — своего рода «сотрясения», периодические колебания пространства-времени.
Подобные волны пронизывают пространство, словно сейсмические волны — Землю. Они пробегают с одного конца Галактики на другой, и вся толща материи, лежащая на их пути, не способна их ослабить. «Под действием гравитационных волн материя, лежащая на их пути, — поясняет Торн, — поочередно растягивается и сжимается в направлении, перпендикулярном оси, вдоль которой распространяются эти волны». Однако эти отклонения минимальны. Мы не замечаем их. Так, если бы мы имели дело с мостом, выстроенным от Земли до Солнца, то под действием гравитационной волны он изменился бы на миг всего… на один диаметр атома.
Попробуйте уловить подобные — неощутимые — колебания! Теоретики убеждают нас в том, что доказать существование гравитационных волн очень просто: раз они есть, их можно измерить! Теоретики описывают, как это сделать, и… кивают на практиков. Только как измерить все эти волны? Порой кажется, что прибор подобной чувствительности построить нельзя. Легко советовать: «Возьмите груз и детектор…»
Легко говорить: «Представим себе мост, выстроенный от Земли до…»
Астрономы делят источники гравитационных волн на несколько классов.
«Барстеры», кратковременные источники волн, в считанные доли секунды излучают больше энергии, чем Солнце за все время своего существования. Возникают барстеры при взрывах звезд и столкновении черных дыр. Их мощность достигает примерно 1045 (десять в сорок пятой степени) ватт.
Периодические гравитационные волны можно заметить лишь из космоса, поскольку вести наземные наблюдения мешает сейсмическая активность нашей планеты. Источником их являются двойные звезды, а также нейтронные звезды (пульсары). Для их отслеживания нужен спутниковый интерферометр с базовой длиной в миллионы километров. В 2013 году для наблюдения за этими волнами планируется запустить в космос три зонда (в этом проекте участвуют европейские и американские ученые). В 50 миллионах километров от Земли они образуют равносторонний треугольник с длиной стороны 5 миллионов километров. Точность подобного детектора будет в миллионы раз выше, нежели наземных установок.
Стохастические (случайные) волны возникают при наложении нескольких периодических процессов, протекающих очень далеко от Земли, а также при наложении слабых или очень отдаленных единичных событий. Можно назвать такие процессы, как: 1) столкновения первых звезд, возникших вскоре после Большого Взрыва, 2) процессы, протекавшие в молодой Вселенной и вызвавшие нарушения пространственно-временной структуры, 3) реликты Большого Взрыва, а также 4) гравитационное торможение — оно наблюдается, когда две звезды пролетают мимо друг друга.
Подсчитано, что длина гравитационной волны, создаваемая, например, сверхновой звездой, составляет около 300 километров, а частота — порядка 1000 герц. В принципе, эти волны находятся в акустическом диапазоне, но мы не слышим их из-за их крайне малой амплитуды.
Американский инженер и физик Джозеф Уэбер из Мэрилендского университета еще в конце пятидесятых годов размышлял о том, как измерить «пространственно-временные завитки». Он же первым стал оборудовать гравитационные детекторы. В его исполнении это были алюминиевые цилиндры длиной 2 метра и диаметром 0,5 метра. Каждый из них весил одну тонну. Когда гравитационная волна пересекает подобный цилиндр, его концы сжимаются и расширяются на неимоверно малую величину. Уэбер пытался измерить эти крохотные осцилляции. Он помещал на поверхность цилиндра пьезоэлектрические кристаллы. При их растяжении или сжатии возникает электрическое напряжение. Прибор должен был его измерить. Однако ученый потерпел неудачу. Он не сумел зафиксировать эти неуловимые колебания.
Более тридцати лет назад советские ученые Герценштейн и Пустовойт, а также Райнер Вайс из Массачусеттского технологического института предложили использовать для измерения гравитационных волн лазерные интерферометры. Фиксируя разность фаз двух лазерных лучей, теоретически можно заметить деформацию пространства.
Первый опытный образец такого прибора построили в 1972 году сотрудники американской Hughes Research Laboratories; руководил ими Роберт Форвард. В восьмидесятые годы целый ряд лабораторий обзавелись лазерными интерферометрами. Они появились в Калифорнийском технологическом, в университетах Токио и Глазго, а также в мюнхенском Институте квантовой оптики.
В начале нового века были сооружены сразу четыре крупных установки, предназначенных для поиска гравитационных волн: французско-итальянский лазерный интерферометр «VIRGO» близ Пизы; длина плеча — 3 километра; германо-британский интерферометр «GEO-600» к югу от Ганновера; длина плеча — 600 метров; «ТАМА-300», интерферометр японской Национальной астрономической обсерватории, расположенный близ Токио, и самая большая установка — «LIGO», Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory в США. В состав этой обсерватории входит два интерферометра; длина плеча каждого равна четырем километрам. Эти интерферометры разделяет расстояние в три тысячи километров: один расположен далеко на западе США, в штате Вашингтон, другой — на юге, в штате Луизиана. Один принадлежит Калифорнийскому технологическому, другой — Массачусетсскому технологическому.
По словам Кипа Торна, открытие гравитационных волн «станет лучшей проверкой законов Эйнштейна и лучшим доказательством того, что черные дыры в самом деле существуют. Быть может, волны помогут также расслышать шум Большого Взрыва». Наблюдение за ними позволит заглянуть в недра сверхновых, детально изучить процессы, протекающие в двойных звездных системах в момент их слияния, а также исследовать нейтронные звезды.
Косвенным образом существование гравитационных волн уже удалось доказать. В 1993 году астрономы Рассел Хале и Джозеф Тейлор даже получили за эту работу Нобелевскую премию в области физики. За двадцать лет до этого, в 1974 году, в созвездии Орла были открыты две нейтронные звезды, вращавшиеся друг относительно друга. Удалось зафиксировать радиоизлучение, испускаемое с поразительной периодичностью одной из этих звезд — погрешность интервалов составляла всего три миллионные доли секунды. Поэтому данный пульсар, известный под названием «PSR 1913+16», можно было использовать в качестве точнейших «часов». С помощью этих «часов» впервые удалось проверить положения теории относительности, касающиеся мощных гравитационных полей. Кроме того, Ученые обнаружили, что скорость обращения этого пульсара постоянно убывает; очевидно, он излучает свою энергию в виде гравитационных волн.
Земля, кстати, тоже теряет энергию за счет излучения гравитационных волн, но ввиду того, что ее масса по космическим меркам чрезвычайно мала, мощность излучаемых ею гравитационных волн составляет всего около 200 ватт, что практически невозможно обнаружить.
Измерена скорость гравитации?
Еще один вопрос, давно волнующий ученых: «Как быстро распространяется гравитация?» В январе 2003 года на очередном заседании Американского астрономического общества было сообщено, что впервые удалось сравнительно точно определить скорость распространения гравитации. Это сделали Сергей Копейкин из Миссурийского университета и Эдвард Фомалон из Национальной радиоастрономической обсерватории США. Эксперимент был поставлен в сентябре 2002 года, когда Юпитер, самая массивная планета Солнечной системы, проходил мимо мощного источника излучения — квазара J0842+1835, расположенного в 9 миллионах световых лет от Земли. Исследователи измерили положение квазара на небе относительно двух соседних квазаров и оценили, что под действием гравитационного поля Юпитера изображение квазара смещается на 1300 миллионных долей угловой секунды. Это и позволило вычислить скорость гравитации.
По теории Ньютона, сила гравитации распространяется мгновенно, а по теории Эйнштейна — со скоростью света. «Однако до настоящего времени, — подчеркнул Сергей Копейкин, — никто не измерил этот показатель». Российский астроном М.Е. Прохоров из ГАИШ так прокомментировал разницу между этими воззрениями: «Если бы Солнце мгновенно исчезло, то, по ньютоновской теории, Земля в тот же миг покинула бы свою орбиту, а, согласно общей теории относительности Эйнштейна, около восьми минут в ее движении не происходило бы никаких изменений».
У Копейкина и Фомалона все получилось почти по Эйнштейну. Скорость гравитации оказалась примерно равной 0,95 скорости света.
Впрочем, ряд ученых не согласен с интерпретацией результатов данного эксперимента. По их мнению, Копейкин и Фомалон при выбранном ими методе не могли измерять скорость гравитации. Так, японский физик Хидэки Асада считает, что ученые, сами того не подозревая, измерили скорость света, а не гравитации. «Безусловно, изящный эксперимент еще раз подтвердил общую теорию относительности. Но удалось ли измерить скорость гравитации, остается неясным», — считает Стивен Карлип из Калифорнийского университета. Что ж, исследования, очевидно, продолжатся. Однако уже сейчас мало кто из ученых сомневается в том, что скорость гравитации равна скорости света в вакууме.
1.7. БЫСТРЕЕ СКОРОСТИ СВЕТА?
Где пролетают тахионы
Мы делим все элементарные частицы на две категории: «тардионы» и «люксоны». Первые обладают массой и движутся со скоростью ниже световой; вторые, лишенные массы покоя, мчатся так же быстро, как свет. К последним принадлежат, например, частицы света — фотоны, а также гипотетические гравитоны, якобы передающие действие силы гравитации.
В 1967 году американский физик Джеральд Фейнберг дал название еще одному классу частиц — «тахионы» (от греческого tachys, «быстрый»). Вот только сами тахионы с тех пор так и не попались на глаза ученым. Их свойства приходится описывать заочно, — скорее строя догадки, чем находя им подтверждение.
Предполагать же начали задолго до Фейнберга. Еще древнеримский поэт Лукреций писал о частицах, летящих быстрее, чем солнечный свет. Эти частицы, «неуклонно несясь туда, куда раз устремились, явно должны обладать быстротой совершенно безмерной, мчась несравненно скорей, чем солнца сияние мчится» (пер. Ф.А. Петровского).
В современную же физику эти невиданные и невидимые частицы ворвались в начале шестидесятых годов, когда сразу несколько ученых, развивая идею немецкого физика начала XX века Арнольда Зоммерфельда, предположили, что существуют частицы, которые с момента своего зарождения всегда движутся со сверхсветовой скоростью. Подобно всем известным частицам, они тоже не могут преодолеть световой барьер. Вот только находятся они по ту сторону этого барьера, в мире сверхсветовых скоростей. Как иронизировал физик Ник Герберт, «однажды тахион — навсегда тахион».
В академических справочниках тахионы и поныне случайные гости. С ними не церемонятся. Их нет; лишь их призрачные тени перелетают из одной гипотезы в другую. Вот что, например, говорится о них в шеститомном «Лексиконе физики», изданном недавно в Германии: «Тахионы — гипотетические элементарные частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью. Их существование — излюбленный мотив писателей-фантастов, но в теоретической физике их не принимают в расчет, поскольку появление подобных частиц противоречит частной теории относительности».
Последнее, строго говоря, неверно, ведь, по теории Эйнштейна, лишь тела, обладающие массой, не могут обогнать свет.
Тахионы, лишенные массы покоя, вполне вписываются во все уравнения этой теории и разве только, как шутят физики, «противоречат ее духу».
Шутки шутками, но, если тахионы удастся обнаружить, в этом не будет ничего удивительного. В физике не раз бывало так, что элементарная частица, рожденная на кончике пера, вскоре начинала жить самостоятельной жизнью в лабораториях экспериментаторов. Так было с позитронами, антипротонами, нейтрино и кварками. Все они были вначале описаны, а потом найдены. Вот и свойства тахионов достаточно подробно предсказаны сторонниками их существования.
Тахионы, как и фотоны, не могут находиться в покое; их масса покоя является величиной мнимой.
Теряя энергию, тахион лишь увеличивает свою скорость. Когда его энергия близка к нулю, скорость движения становится бесконечно велика. Физики говорят в таком случае о трансцендентном состоянии: тахион одновременно находится почти повсюду. И, наоборот, поглощая энергию, тахион замедляет свое движение; теперь его скорость близка к световой.
В мире тахионов время течет вспять: из будущего в прошлое. Быть может, если бы мы могли наблюдать тахионы, мы предсказывали бы будущее с неотвратимой точностью.
Тахионы — поистине неуловимые частицы. Невозможно заставить их двигаться хотя бы со световой скоростью. Расчеты показывают: чем быстрее мы будем преследовать тахион (вообразим такую ситуацию), тем быстрее он помчится относительно своих преследователей.
Непонятно, могут ли тахионы вообще взаимодействовать с тардионами.
Как расставить все точки над i
Одно из перечисленных выше свойств и есть та лазейка, через которую тахионы влетели в мир эйнштейновской относительности, да так и остались в нем. Тахионы обладают мнимой массой покоя — не отрицательной, не положительной, не нулевой, а мнимой, то есть квадрат этой величины меньше нуля.
В мире математики у этой массы покоя есть «родственная душа» — i, корень из минус единицы. В мире действительных чисел i места нет. Однако стоит перемножить это число само на себя, как оно, изменившись до 1, проникает в ряды «обычных» чисел. Вообще же мнимые и действительные числа образуют так называемое «комплексное числовое пространство», в котором можно находить ответ на любые задачи.
Вот и гипотетические тахионы: они — пусть в отдельных гипотезах — образуют удивительное единство с миром тардионов. В этой «комплексной Вселенной» время не тратится безвозвратно, растекаясь в пучине наших дел, а переливается из Будущего в Прошлое и наоборот. Время течет по замкнутому кругу, и оба его направления — вперед и назад — равноправны. Это время поистине равно библейскому Времени: оно вмещает в себя все свои ипостаси. «Время родиться и время умирать.., время разрушать и время строить,., время отыскивать и время дать потеряться, время хранить и время тратить, время рвать и время сшивать» (пер. И.М. Дьяконова).
Одно время не теряет связи с другим. Из одного времени в другое тянутся «нити». Чем не повод пофантазировать? В научной фантастике сплошь и рядом с помощью сверхсветовой (читай: тахионной) связи летят весточки в прошлое, чтобы повлиять на события, которые только свершатся. Короче: тахионы — незаменимое «топливо» любой машины времени. Вот только можем ли мы, особи, состоящие из тардионов, получать весточки, сложенные совсем из иной материи? Не запрещено ли это законами природы?
Вот классический парадокс: тахионная машина саморазрушения. Ее можно запрограммировать так, что она взорвется в два часа дня, если в час дня получит приказ, отправленный в три. Но если машина в самом деле получит команду в час дня, тогда часом позже она взорвется, и никакой приказ никогда не отправит в прошлое. Но если этого не произойдет, она не взорвется в два, и тогда приказ будет отправлен… Логическая неувязка. Машина взорвется, если только… не взорвется.
Джеральд Фейнберг называл подобные неувязки «главным возражением» против существования тахионов. Если бы к нам беспрерывно прилетали вести из будущего, мир превратился бы в хаос, в котором исчезло бы всякое представление о причинах и следствиях. Внезапно цепочки событий, которые мы привычно выделяем в окружающем нас мире, свились бы в непроглядный лабиринт, где не найти ничего закономерного — где обманывало бы любое явление.
Большинство физиков придерживаются того же мнения. Но, может быть, ученые не вполне точно представляют себе мир тахионов? Да ведь и теория Эйнштейна — вовсе не всеобъемлющее учение. Будущим генерациям теоретиков еще предстоит в поисках «единой формулы мироздания» связать воедино теорию относительности и квантовую механику. Понадобятся ли в этой формуле тахионы? Впишутся ли они в этот научный конструкт? И как тогда разрешится, например, приведенный выше парадокс?
А вообще, всегда ли мы правы, доискиваясь в происходящем до сути — до четкой картины причин и следствий? «Мы привыкли считать, что наши действия определяются лишь нашим прошлым, но это не всегда так, — говорит американский физик Лоренс Шульман. — Возможно, сосуществуют две противоположно направленные стрелы времени. Тогда нам придется отказаться от традиционного принципа причинно-следственных связей… Нам уже нельзя будет четко разграничивать причины и следствия».
Что, например, ведет вперед, к триумфу, человека, одержимого какой-либо великой идеей? Быть может, он бессознательно ощущает, что настанет день и эту идею он претворит в жизнь? О таких людях говорят: «Его ведет счастливая звезда». Почему его? Почему не других? Потому что много лет спустя именно он добьется триумфа! Все остальные потерпят поражение. И «отсвет» будущего успеха, — сказал бы энтузиаст обсуждаемой нами гипотезы, — лежит на челе этого героя, принесенный к нему… потоками тахионов.
Жили-были в трех параллельных мирах…
Некоторые исследователи полагают, что уже в опытах наших современников удается проникать в таинственный мир тахионов. Время от времени из какой-нибудь научной лаборатории приходит известие о том, что в эксперименте удалось достичь сверхсветовой скорости. Однако всякий раз находится более прозаичное объяснение этого опыта.
Так, случалось, что творцы подобных сенсаций, например, не учитывали, что известная нам константа — скорость света — это скорость распространения света в вакууме. В такой среде, как стекло или вода, свет движется медленнее. А вот нейтрино или электроны перемещаются здесь быстрее, чем свет, — они движутся со «сверхсветовой скоростью», что и фиксируют приборы. Одновременно наблюдается характерное голубоватое свечение. Впервые этот эффект наблюдал советский физик, будущий нобелевский лауреат, П.А. Черенков в 1934 году. Сторонники «тахионной гипотезы» тоже говорили о том, что если бы тахионы обладали электрическим зарядом, то при их движении наблюдался бы эффект Черенкова-Вавилова. Подобные вспышки света искали, но так и не зафиксировали. В конце концов, пришлось предположить, что у тахионов нет электрического заряда.
А может быть, тахионы участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами атомов? Вот и миры тардионов и фотонов вовсе не отделены друг от друга непроницаемой стеной.
Тогда немедленно возникают вопросы. К примеру, такой: в гравитационном взаимодействии участвуют объекты, обладающие некоторой массой. Если масса мнимая, то и сила тяготения будет мнимой. Как это можно представить в нашем реальном мире?
Если же тахионы никак не взаимодействуют с материей, то и обнаружить их нельзя. Мир тахионов, образно говоря, «параллелен» нашему миру; оба они не пересекаются друг с другом. Мы можем описывать тахионы на языке математики, но эти формулы не оживут для нас ни в одном эксперименте.
Физик Ричард Готт из Принстонского университета предположил, что в момент Большого Взрыва зародились сразу три вселенных: наша состоит из материи, и время в ней течет из прошлого в будущее; в другой вселенной все состоит из антивещества, и время в ней течет вспять; третья вселенная лежит по ту сторону светового барьера — она состоит из тахионов.
Три «параллельных мира»… Ничто не соединяет их. Но, может быть, «тени» других миров все-таки падают на наш мир, как порой падает на землю тень пролетающего над ней самолета?
Иные физики считают подобной тенью… нейтрино и пытаются доказать свои гипотезы и теоретически, выстраивая цепочки превращений одних частиц в другие, и практически, наблюдая за нейтрино. Подобные эксперименты не приносят пока ожидаемых результатов, но отбрасывать саму идею тахионов нельзя, говорят энтузиасты. Тахионы могут существовать, отнюдь не перечеркивая теорию Эйнштейна, а вписываясь в нее — пусть даже на сверхсветовых скоростях!
1.8. ЧТО ТАКОЕ ВРЕМЯ
Мне кажется, что есть глубокое несоответствие между тем, что мы ощущаем, воспринимая течение времени, и тем, что наши теории говорят об окружающем мире
По законам релятивистского времени
Законы физики не приближают нас к пониманию природы времени. В них нет ничего, что мы могли бы интерпретировать как описание времени, процесса его течения.
С появлением частной теории относительности мы начали все отчетливее понимать, насколько загадочен и сложен феномен времени. Ведь из уравнений, выведенных Эйнштейном, явствовало, что для двух человек, движущихся один относительно другого, само время течет по-разному. Чем быстрее перемещается человек, тем медленнее для него течет время. Классическим стал пример с молодым космонавтом, который вернулся на Землю после полета со скоростью, близкой световой, и увидел, что его брат-близнец за короткое время разлуки стал дряхлым стариком; сам же космический странник, «человек юный, бодрый», с ужасом глядел на эту непостижимую перемену.
С точки зрения Эйнштейна и современных физиков, в этой перемене не было ничего сверхъестественного. Такого понятия, как «истинное время», не может быть. У каждого наблюдателя есть свое собственное, «индивидуальное время».
В современных космических полетах время замедляется всего на считанные доли секунды, поскольку скорости полетов невысоки. Если же когда-нибудь ракеты помчатся со скоростью, близкой световой, то «парадокс близнецов», возможно, воплотится наяву.
В экспериментах, проведенных физиками, уже доказана относительность времени. Так, в опыте немецкого физика Геральда Хубера, поставленном в начале 1990-ых годов в лаборатории Гейдельбергского университета, ионы лития разгоняли до скорости 19 200 километров в секунду. Затем сравнивали их поведение с поведением частиц, находившихся в покое. Так было установлено, что для ионов лития, мчавшихся с большой скоростью, время замедлялось на одну десятимиллионную долю секунды.
Поделиться книгой: