Черты будущего
Шрифт:
Но почему же вы оказались невесомы в таких условиях? Дело в том, что вес — это сила, а силу нельзя ощущать, если она не имеет точки приложения, если ей некуда, так сказать, упереться. Вы не можете ощущать силу, когда толкаете легко открывающуюся дверь; по той же причине вы не ощущаете веса, когда под вами нет опоры и вы свободно падаете. А космонавт, за исключением тех периодов, когда он включает двигатели своей ракеты, все время свободно падает. «Падение» может быть направлено вверх, вниз и даже в сторону, как это происходит с орбитальным спутником, который находится в состоянии «вечного падения» вокруг Земли. Направление здесь роли не играет; коль скоро падение свободно и ничем не сдерживается, всякий падающий предмет будет невесом.
Таким
Чтобы доказать это, воспроизведите в своем воображении опыт еще более невероятный, чем только что описанный мной. Отправьтесь со своими банными весами в отдаленнейшую точку между звездами, где гравитационное поле практически равно нулю. Плавая в межзвездном пространстве, вы снова будете невесомы: стоя на весах, вы увидите, что стрелка шкалы стоит на нуле.
Теперь прикрепите к нижней стороне весов ракетный двигатель и включите его. Платформа весов начнет давить вам на подошвы ног, и вы испытаете абсолютно убедительное ощущение весомости. Если тяга двигателя будет правильно рассчитана, она может придать вам посредством ускорения, которому вы подвергнетесь, точно тот самый вес, какой вы имеете на Земле. Если другие органы чувств не раскроют вам истинного положения вещей, вам будет казаться, что вы спокойно стоите на поверхности Земли, испытывая ее тяготение, а не летите где-то среди звезд.
Это ощущение «веса», порождаемое ускорением, хорошо знакомо нам; мы замечаем его в лифте, начинающем подъем, и в автомобиле, когда он быстро трогается с места или резко тормозит. Только в последнем случае эта сила направлена не вертикально, а горизонтально. С помощью простейших средств ускорения можно искусственно увеличивать вес почти неограниченно, и в повседневной жизни встречаются просто удивительные примеры приращения веса. Так, ребенок на качелях легко переходит от невесомости в верхней точке дуги качания, где качели на мгновение замирают, до утроенного веса в нижней точке. А когда вы прыгаете со стула или с забора, удар о грунт мгновенно увеличивает ваш вес в десятки раз.
Мы измеряем такие силы величиной ускорения силы тяжести, или g. Когда мы говорим, что человек подвергается воздействию 10 g, это значит, что он чувствует себя в десять раз тяжелее обычного. Однако, когда вес создается только посредством ускорения, притяжение Земли, то есть собственно сила тяжести, тут фактически ни при чем, и очень жаль, что одно и то же слово используется для характеристики явления, которое может быть вызвано двумя совершенно различными причинами.
Наиболее удобным способом создания искусственного веса является вовсе не ускорение прямолинейного движения, которое может за короткое время унести человека в бескрайние дали, за горизонт, а движение по кругу. Всякому, кто катался на карусели, известно, что быстрое круговое движение может создавать значительные силы. На этом принципе основана работа молочных сепараторов — кое-кто из нас, сельских парней, еще помнит их со времен детства. Новейшим вариантом этих машин являются гигантские центрифуги, используемые ныне при исследованиях в области космической медицины: вес человека шутя может быть увеличен на них в десять-двадцать раз.
Лабораторные модели способны на большее. Ультрацентрифуга Бимса, вращающаяся с колоссальной скоростью полтора миллиона оборотов в секунду (не в минуту!), создает ускорения величиной более одного миллиарда g. Уж здесь-то мы, во всяком случае, превзошли природу: крайне маловероятно, что где-либо во Вселенной существуют гравитационные поля, превосходящие по мощности земное поле больше чем в несколько сот тысяч раз. (Впрочем, когда-нибудь такие поля могут возникнуть — см. главу 9.)
Таким образом, создавать искусственный вес сравнительно несложно, и мы может делать это в своих космических кораблях и на космических станциях, когда нам надоест плавать внутри них. Плавное вращение
Итак, мы можем имитировать гравитационные силы, но управлять ими, увы, не умеем. И, самое главное, мы не в силах гасить и нейтрализовать их. Подлинная левитация все еще остается мечтой. Пока что мы способны парить в воздухе, либо плавая в нем на аэростатах, либо используя механический принцип противодействия, то есть на самолетах, вертолетах, ракетах и реактивных устройствах для вертикального взлета (колеоптерах). Возможности первого способа ограниченны: он требует очень больших количеств дорогостоящих или огнеопасных газов; второй не только дорог, но и чрезвычайно шумен, а кроме того, не дает никакой гарантии от неожиданного «приземления». Нам, конечно, хотелось бы заполучить какое-нибудь приятное, чистенькое, скажем электрическое или атомное, средство нейтрализации тяжести, управляемое простым поворотом выключателя.
Невзирая на отмеченный выше скептицизм физиков, подобное устройство нельзя признать принципиально неосуществимым, если только, конечно, оно подчинено прочно установленным законам природы. Самый важный из этих законов — принцип сохранения энергии, который можно выразить и так: «Нельзя получить что-нибудь за ничто».
Закон сохранения энергии полностью зачеркивает возможность восхитительно простого и удобного «гравитационного экрана», описанного Г. Дж. Уэллсом в романе «Первые люди на Луне». В этой величайшей из всех космических фантазий ученый Кейвор создал материал, непроницаемый для гравитационных сил, подобно тому как лист металла непроницаем для света, а изолятор — для электрического тока. Шар, покрытый кейворитом, мог, как писал Уэллс, оторваться от Земли со всем содержимым. Открывая и закрывая соответствующие створки, космические путешественники имели возможность передвигаться в любом направлении.
Идея кейворита выглядит вполне разумной, в особенности после того, как Уэллс разделался с ней, но, к сожалению, она просто неосуществима. В ней заложено физическое противоречие, подобное тому, которое содержится в выражениях «неподвижная сила» и «непреодолимый объект» [10] . Если бы кейворит существовал в действительности, он стал бы неисчерпаемым источником энергии. С его помощью можно было бы, например, поднять тяжелый груз на определенную высоту, а затем освободить его, чтобы он упал под действием силы тяжести и проделал определенную работу. Такой цикл можно было бы повторять несчетное число раз, осуществив давнюю мечту всех автомобилистов — бестопливный двигатель. Но это явно невозможно, что известно всем, кроме изобретателей вечного двигателя.
10
Шуточное искажение выражений «непреодолимая сила» и «неподвижный объект». — Прим. перев.
Хотя идея гравитационных экранов такого элементарного типа должна быть отброшена, нет ничего абсурдного в мысли о возможном существовании веществ, обладающих отрицательной тяжестью, то есть способных падать не вниз, а вверх. По самой природе вещей вряд ли следует рассчитывать на обнаружение таких материалов на Земле: они должны плавать где-то в космическом пространстве, «убегая» от планет, как от чумы.
Материю, обладающую отрицательной тяжестью, не следует смешивать со столь же гипотетической антиматерией, существование которой постулировано некоторыми физиками. Такая материя состоит из элементарных частиц, имеющих заряды, противоположные по знаку зарядам частиц обычной материи: вместо электронов в ней позитроны и т. п. Подобное вещество в обычном гравитационном поле все равно падало бы вниз, а не вверх. Но, как только оно вступило бы в соприкосновение с обычной материей, обе массы взаимно аннигилировались бы с мгновенным выделением энергии, намного более разрушительной, чем при взрыве атомной бомбы.