В погоне за красотой

Смилга Вольдемар Петрович

«Профессор, как обычно, спустился к завтраку в халате, но почти не прикоснулся к еде. Я подумала, что он плохо себя чувствует, и спросила, в чем дело.

«Дорогая моя, — сказал он, — у меня явилась замечательная мысль». Выпив кофе, он сел за рояль и начал играть. Время от времени он прекращал игру, делал несколько заметок на бумаге и снова повторял: «Это замечательная, великолепная мысль!»

«Ради бога, скажи, в чем дело», — взмолилась я.

«Это очень сложно, — ответил он, — мне необходимо все продумать». Профессор еще с полчаса продолжал играть и делать заметки, — рассказывала миссис Эйнштейн, — затем

поднялся к себе, попросив, чтобы его не беспокоили, и две недели не покидал кабинета. Я даже еду посылала ему наверх. Только по вечерам он ненадолго выходил погулять и снова возвращался к работе. Наконец, очень побледневший за эти дни, он спустился в гостиную. «Вот», — сказал он мне устало, кладя на стол два исписанных листка. Это была его теория относительности».

Вероятно, что-то очень похожее на весь этот эпизод имело место в действительности. Возможно, он точен буквально. И Чаплин, конечно, писал так, как он все воспринял. Но это ничего не меняет. Если это правда, то лишь крохотная ее частица.

Бессознательно, вероятно, даже независимо от сознания, Чаплин воспринял весь рассказ как кинорежиссер. И вот перед нами набросок, бесспорно, очень эффектного, но, увы, неглубокого сценария.

А теперь я займусь тем самым, что столь сурово и усердно предавал анафеме.

Очень поверхностно и потому неизбежно искаженно буду рассказывать об общей теории относительности и ее взаимоотношениях с геометрией.

Руководящих идей у Эйнштейна было две. Одна на первый взгляд вообще не имеет отношения к геометрии. Это вопрос о лифте. Или, иначе, вопрос о равенстве инертной и гравитационной масс. И это единственный экспериментальный факт, на основе которого была создана вся теория.

Ничего более поразительного история науки не знает.

Приходится пояснить, что такое инертная и гравитационная массы.

Второй закон Ньютона известен всем.

Я, правда, подозреваю, что истинное понимание и этого и остальных законов и вообще основ классической механики отсутствует у большинства читателей. К сожалению, школьные программы таковы, что, кроме нескольких чисто формальных манипуляций с законами Ньютона, от учеников ничего не требуется.

Между тем — это я готов повторять до бесконечности — до конца понять основы классической физики — означает одновременно почти полностью подготовить себя к восприятию, например, теории относительности. Потому что, как только понятия пространства, времени, силы и массы перестанут существовать как туманные, чисто интуитивно ощущаемые объекты, как только станет ясен их точный смысл, та или иная физическая теория предстанет как следствие определенной системы аксиом. Выбор же аксиом определяется экспериментом.

Автор должен признаться, что сейчас затронуто его больное место, и если уж здесь для нас невозможен сколько-нибудь ясный анализ основных понятий физики, настоятельно рекомендует найти его в соответствующих книгах.

А сейчас предположим, что второй закон Ньютона не только известен, но и понятен всем.

Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением m — это масса — определяет инертность данного тела. Мы и будем далее обозначать ее масса инертная — m_инерт.

Закон всемирного тяготения Ньютона относится к гравитационному взаимодействию

тел.

Заранее, априори, нет абсолютно никаких оснований, нет ни малейшего намека, что формула, определяющая силу взаимодействия, должна как-то зависеть от инертной массы. Для классической физики это куда более неожиданный и необъяснимый факт, чем, например, зависимость числа свадеб во Владивостоке от погоды у берегов Антарктики.

Во втором случае легко протянуть логическую цепочку: на Владивосток базируется китобойная флотилия.

В случае же тяжелой и инертной масс ясности не было до Эйнштейна.

Был удивительный экспериментальный факт. Все, и первым Ньютон, конечно, отмечают удивительное совпадение. И до начала XX столетия было поставлено много экспериментов. Последние из них — опыты Этвеша поразительны по своей точности. Идея всех опытов предельно проста, и мы сейчас ее разберем. Запишем закон тяготения.

Из осторожности массы будем писать так — m_тяж — масса тяжелая.

Потому что мы не знаем, есть ли эти массы то же, что и m_инерт. Мы хотим найти, каким опытом можно это проверить. Итак:

F = (m_1тяжm_2тяж)/r².

Рассмотрим теперь конкретный случай свободного падения тела на землю.

Сила, заставляющая тело падать, — сила гравитационного взаимодействия — сила тяготения.

С другой стороны, если нам известно ускорение и инертная масса падающего тела, например маленького шарика, мы можем найти эту силу при помощи второго закона Ньютона. Итак, есть два равенства;

1) F = (m_тяжM_тяж)/r².

M_тяж — здесь «тяжелая» масса Земли, а r² — расстояние от нашего шарика до центра Земли. Еще Ньютон установил: массивный шар притягивает с такой силой, как если бы вся его масса была сосредоточена в центре. Это была уже чисто математическая задача.

2) F = m_инерт · g,

где g — ускорение свободного падения.

Объединяя их, получаем:

g m_инерт/m_тяж = M_тяж/r².

Если m_инерт = m_тяж для всех мыслимых тел; если они равны у стали, у дерева, у газов, у жидкостей, у радиоактивных элементов, у полимеров, вообще у всего, что можно вообразить, то g = M/r².

Иначе говоря, ускорение земного тяготения одинаково для всех тел.

Первым это установил еще Галилей. И равенство инертной и тяжелой масс, как мы уже говорили, было твердо установлено десятками опытов.