Царство Солнца. От Птолемея до Эйнштейна
Шрифт:
Однако если она действительно там находится, то ее гравитация могла бы объяснить эти 40 секунд за век. Леверье решил, что для этого нужна была бы планета с диаметром приблизительно в 1800 километров, которая бы вращалась на расстоянии 34 миллионов километров от Солнца. Для этой планеты даже предложили название — Вулкан, по имени римского бога огня. Хорошее название, поскольку на таком расстоянии от Солнца планета была бы раскалена докрасна.
Астрономы (особенно астрономы-любители, жаждавшие славы, которую им принесло бы открытие планеты) тут же начали охоту. Наилучшей возможностью обнаружить эту планету были бы наблюдения за окрестностями Солнца
И действительно — в течение следующих десяти —двадцати лет поступило несколько объявлений об открытии Вулкана. По правде говоря, во время затмения 1878 г. сообщалось не об одной, а о двух планетах дальше орбиты Меркурия. Однако все эти сообщения оказались ложными. Другим астрономам не удавалось найти подтверждения этим сведениям.
И до нашего времени планету внутри орбиты Меркурия обнаружить не удалось. Конечно, теперь нам известно и о малой планете Икар, которая подходит к Солнцу в перигелии на 30 миллионов километров, но она такая крошечная, что не могла бы оказать заметного влияния на Меркурий.
Конечно, можно было бы предположить, что невозможность обнаружить Вулкан еще не говорит о том, что его там нет. Однако астрономы довольно скоро удостоверились в том, что его нет. Используя гравитационную математику, можно показать, что если бы Вулкан существовал (как это утверждал Леверье), то он вызывал бы возмущения в движении Венеры и Земли, которых просто нет.
Дополнительному движению перигелия Меркурия пытались найти и другие объяснения. Например, кольцо метеоров вокруг Солнца или особое движение Солнца. Но ничего не получалось. Все, что действовало бы на перигелий Меркурия, должно было действовать и на Венеру с Землей. А так это нечто (чем бы оно ни было) влияло только на Меркурий, хотя закон всемирного тяготения утверждал, что такое невозможно.
К 1900 г. единственным объяснением стало то, что ньютоновский закон всемирного тяготения все-таки не работает безупречно.
ИСКРИВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВА
Но 1900 г. стал годом научной революции, еще более значительной, чем та, что произошла в 1600-х гг. во времена Коперника и Галилея. Ученые обнаружили, что атомы, считавшиеся самыми маленькими частицами, можно разбить на гораздо более мелкие элементы. Разрабатывались странные понятия в области энергии. Оказывалось, что энергия существует в виде маленьких порций, называемых квантами, точно так же, как материя состоит из атомов.
И что важнее всего, два американских физика, Альберт Майкельсон и Э.У. Морли, в 1887 г. попытались измерить скорость света, когда свет двигался в разных направлениях. С помощью очень чуткого прибора, называемого интерферометром, эти двое измерили скорость света, когда он двигался в направлении движения Земли и поперек этого направления. Они надеялись, что по разнице в этих скоростях смогут определить скорость, с которой движется Земля.
Видите ли, все были согласны с тем, что Земля движется вокруг Солнца с определенной скоростью, 32 километра в секунду. Однако и само Солнце не стоит на месте. Все звезды движутся, хотя они расположены настолько далеко, что изменения их положения нельзя различить невооруженным глазом, пока не пройдет несколько веков (вот почему их всегда и считали «неподвижными звездами»).
Солнце тоже движется, вращаясь вокруг некоторой точки в Млечном Пути и тратя на один оборот миллионы лет. Эта центральная точка Млечного Пути тоже движется.
Тогда встает вопрос: есть ли во Вселенной что-то, что не двигалось бы, оставалось бы абсолютно неподвижным? Если это так, то скорость Земли можно было бы сравнить с ним.
В 1887 г. считалось, что вся Вселенная заполнена веществом, называемым «эфир». Именно эфир переносил световые волны, магнитные силы и тому подобное. Более того, предполагалось, что он совершенно неподвижен. Майкельсон и Морли надеялись, что, обнаружив различие в скорости света, когда она складывается с видимой скоростью Земли и направлена перпендикулярно к ее движению, они измерят «истинное» движение.
К изумлению Майкельсона и Морли, скорость света оказалась одинаковой, вне зависимости от направления. Они повторили этот эксперимент, как это сделали и другие люди, но результат всегда оставался таким. Скорость света (в вакууме) не менялась, независимо от движения объекта, который испускал свет.
Это истолковали так, что эфира не существует и во Вселенной нет ничего, что можно было бы считать неподвижным. Однако наличие Вселенной, в которой все движется и ничто не находится «в состоянии покоя», с которым можно сравнивать все движение, опрокидывало некие основополагающие понятия, которые ученые имели со времени Ньютона.
В 1905 г. двадцатишестилетний немецкий математик но имени Альберт Эйнштейн, работавший в тот момент в патентном ведомстве в Швейцарии, опубликовал статью, в которой выдвинул то, что называют специальной теорией относительности. В ней он попытался разработать систему вселенной, где свет в вакууме всегда двигался с одинаковой скоростью. Оказалось, что такая вселенная должна сильно отличаться от той, которую знали ученые.
Например, длина объекта изменялась в соответствии с его скоростью, и то же происходило с количеством материи в нем. В старой вселенной системы Ньютона длина и количество материи никак не были связаны со скоростью. Опять же, во вселенной Эйнштейна материя была эквивалентом энергии, а энергия — материи, в соответствии с очень простой формулой; одно могло превращаться в другое. В системе Ньютона материя и энергия не были связаны.
Ну, так какая же система правильная? Обе они не могли быть правильными. Проблема в том, что это трудно определить. При обычных условиях система Эйнштейна дает ту же картину, что и система Ньютона. Например, при обычных скоростях, скажем, до полутора тысяч километров в секунду, изменения длины или количества материи настолько малы, что их невозможно обнаружить. При обычных условиях столь малая часть материи переходит в энергию или наоборот, что заметить нельзя.
Только при экстремальных условиях, при скоростях в сотни тысяч километров в секунду или при радиоактивном распаде, появляется огромное различие между системами Эйнштейна и Ньютона, и тогда мы можем вынести решение.
Например, в 1915 г. Эйнштейн опубликовал еще одну статью, где была выдвинута общая теория относительности, в которой он применил новые принципы Вселенной к гравитации. В соответствии с теорией Эйнштейна, гравитация — это не сила, которая удерживает объекты. На самом деле оказывалось, что она появлялась потому, что пространство рядом с массивным телом искривлялось. Чем больше тело, тем более сильным было искривление.