Никола Тесла — повелитель молний. Научное расследование удивительных фактов
Шрифт:
Конечно, сразу же принять на веру один из главных релятивистских постулатов («постулат» от лат. postulare — «требование», «утверждение, принимаемое без доказательств») о постоянстве скорости света трудно. Для этого надо решительно переступить через повседневный опыт и здравый смысл. Если мы сравнительно легко понимаем относительность скоростей движения и покоя, то понятие независимости (или, как говорят ученые, инвариантности, то есть отсутствия вариантов) скорости света от движения системы отсчета сразу же вызывает какое-то внутреннее недоверие. Представьте себе путешествие в поезде, когда у ваших окон стоит другой состав. Если электровоз трогается с места очень плавно (это чаще присуще тепловозам), то трудно даже сначала сообразить, что
Мы уже привыкли, что при сближении и удалении скорости суммируются, а при движении в одном направлении — вычитаются. И если нам говорят, что фотоны, летящие со скоростью света друг другу навстречу, и сближаются с той же скоростью, то мы испытываем удивление, близкое к шоку. Тем не менее именно так и должно быть по теории относительности. Получается, что скорость света является предельной и ни одна скорость в природе не может быть больше нее. В общем-то, это понятно хотя бы из того, что по формуле Фицджеральда — Лоренца следует, что с увеличением скорости тела сокращается его длина в направлении движения и при достижении скорости света длина любого предмета должна сократиться до нуля. Попросту говоря, предмет исчезнет из нашего мира!
Чтобы достигнуть таких скоростей, звездные корабли будущего должны быть оснащены совершенно особыми двигателями — фотонными приводами. Никто пока не знает, как будет выглядеть первый реальный фотонный двигатель. Скорее всего, это будет гигантский сверхсложный агрегат. Однако принцип его действия очень прост и был предложен еще столетие назад немецким инженером Э. Зенгером. Понять, как будущий фотонный звездолет устремится в глубины Вселенной, совсем не сложно. Для этого только надо взять в руку обыкновенный фонарик с лампочкой и отражателем.
Вот вам и простейшая (действующая!) модель ракеты с фотонным приводом (рис. 26). Фотоны — одни из самых загадочных жителей микромира. Они существуют только в движении со скоростью света и мгновенно исчезают при остановке, передавая свою энергию другим телам. Это напоминает то, как бегуны передают эстафетную палочку и сходят с трассы. Поскольку сами фотоны движутся со скоростью света, то и ракету через определенный промежуток времени они способны разогнать до околосветовых скоростей. Конечно, тут нужен очень мощный источник фотонов, например аннигиляционный взрыв, происходящий при встрече обычного вещества нашего мира и антивещества из антимира. Впрочем, и обыкновенный фонарик может сыграть роль самого настоящего фотонного корабля, но для разгона ему понадобятся миллионы лет.
Рис. 26. Проект фотонного звездолета
Вот такой грандиозный космический корабль, возможно, подберется к световому барьеру и через пропасть по мосту «Эйнштейна — Розена» совершит подпространственный прыжок. Можно ли это сравнить с энерговооруженностью «Элдриджа», пусть даже оснащенного самыми фантастическими энергогенераторами Теслы?
Итак, предположим, что наш фотонный космический крейсер достиг половины скорости света. Может ли при этом экипаж обнаружить сокращение размеров предметов по направлению движения звездолета? Можно для примера взять хотя бы обычную школьную линейку и положить сначала поперек, а потом вдоль курса корабля. К сожалению, ничего не выйдет, ведь наши глаза сократятся соответственно и нам будет казаться, что обстановка внутри звездолета абсолютно не изменилась. Выходит, что какие бы самые совершенные приборы ни использовали космонавты, они никогда не смогут обнаружить сокращения Фицджеральда — Лоренца!
Многие выдающиеся деятели науки отмечали красоту и рациональную простоту релятивистской теории гравитации. Общая теория относительности заменила устаревшие
Однако при всем восхищении, которое вызывала и вызывает у физиков эйнштейновская теория, ни у кого не поворачивается язык назвать ее абсолютной истиной. Сейчас это не кажется особенно удивительным, ведь новая физика относительности и квантов уже успела пережить столько изменений правильных теорий на еще более правильные. Да и сам Эйнштейн практически сразу же после создания законченного варианта теории относительности отмечал, что ей суждены большие перемены, а источник этих перемен находится в квантовой физике.
Все эти исследования связаны с миром элементарных частиц, для которого физики накопили огромный экспериментальный материал. Анализируя его, ученые постепенно осознали удивительный факт, что слабое силовое взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад, сильное взаимодействие, удерживающее частицы в атомном ядре, и электромагнитные силы являются проявлениями одного и того же физического поля. Большие надежды физики связывают с перспективой превращения силового трио в квартет путем добавления в теорию гравитации. Предварительные результаты уже показывают, что в природе вполне могут действовать несколько типов гравитационных полей. На сверхмалых расстояниях они тесно связаны между собой и изменение одного сразу вызывает изменения других. Это единое поле содержит супергравитационный мультиплет — семейство нескольких взаимно превращающихся силовых компонентов. Они расщепляются и становятся практически независимыми только на больших расстояниях.
Многие современные физики-теоретики полагают, что на пути к объединению электромагнетизма и гравитации лежит гравитон — гипотетический квант поля тяготения. Если это так, то у него должен быть партнер — гравитино. Вместе с гравитоном он образует семейство двух гравитационных частиц. Гравитон подобен фотону и не имеет массы покоя, всегда двигаясь со скоростью света. Масса гравитино точно неизвестна, но, по оценкам, раз в сто больше протонной, то есть не меньше, чем у ядра серебра, поэтому гравитино рождается на очень малых расстояниях — меньше тысячной диаметра протона. Под его влиянием поле тяготения приобретает там совершенно новые черты — становится супергравитацией. Это один из современных вариантов развития теории Эйнштейна, объединяющий квантовую механику и общую теорию относительности.
Изучение супергравитации еще только начинается. Главное препятствие — отсутствие экспериментальных данных. Впрочем, здесь супергравитация — не исключение, экспериментальный голод испытывает и теория Эйнштейна. За 70 лет ее существования удалось найти всего лишь несколько качественно различных явлений, в которых можно проверить ее выводы. Уж очень трудно экспериментировать с гравитационными взаимодействиями! В исследовании их свойств пока можно рассчитывать лишь на теорию. Для этого физикам приходится изучать и сравнивать различные ее варианты, отбирая те, которые используют меньшее количество предположений и в то же время более последовательны и самосогласованны. Это похоже на разгадывание кроссворда: хотя для каждого столбца или строки пустых клеток можно найти несколько подходящих слов, только при их верном взаиморасположении получается стройная симметричная фигура.
Однако даже в этом простейшем варианте новая теория чрезвычайно сложна математически. Она использует не только обычные, известные нам из арифметики числа, но и так называемые «грассмановы числа», произведение которых зависит от порядка сомножителей (вот уж когда действительно дважды два не всегда четыре!). В ней находит применение весь аппарат современной дифференциальной геометрии и самые абстрактные разделы теории симметрий (математики называют ее теорией групп) (рис. 27).
<