T.Redzhe "Etyudy o Vselennoi", Mir/NiT<< Predislovie k ital'yanskomu izdaniyu | Oglavlenie | 1.2. Paradoks bliznecov >>
Glava 1. Otnositel'nost' i kosmologiya
1.1. Otnositel'nost': vvodnye zamechaniya
Sushestvuet dve teorii otnositel'nosti – special'naya (poyavivshayasya v 1905 g.) i obshaya (poluchivshaya obosnovanie v 1916 g.). Pervaya rassmatrivaet dvizhenie tel so skorostyami, sravnimymi so skorost'yu sveta (bol'she kotoroi ne byvaet), i otpravnoi tochkoi dlya nee sluzhit klassicheskii podhod k prostranstvu i vremeni. Obshaya zhe teoriya otnositel'nosti dopolnyaet special'nuyu, ob'yasnyaya gravitaciyu na osnove krivizny prostranstva-vremeni. Trudno ob'yasnit' special'nuyu teoriyu otnositel'nosti tomu, kto sovsem ne imeet matematicheskoi podgotovki; eshe trudnee daetsya populyarizaciya obshei teorii. Tem ne menee matematika special'noi teorii otnositel'nosti ne stol' uzh slozhna: ona ne vyhodit za ramki deistvii nad kvadratnymi kornyami. Vstrechayushiesya trudnosti, skoree vsego, psihologicheskogo haraktera, poskol'ku teoriya otnositel'nosti polnost'yu oprovergaet predrassudki, osnovannye na zhiteiskom i potomu neadekvatnom opyte.
V etom razdele my pogovorim ob osnovah special'noi i obshei teorii otnositel'nosti, a v dal'neishem ostanovimsya na nekotoryh konkretnyh voprosah.
Princip otnositel'nosti Galileya
Teoriya otnositel'nosti Einshteina prezhde vsego zanimaetsya dvizheniem material'nyh tel. Po opredeleniyu telo, kotoroe dvizhetsya (grubym primerom takogo material'nogo tela mog by posluzhit' poezd ili samolet), zanimaet v razlichnye momenty vremeni razlichnye polozheniya. Mozhno opredelit' skorost' i uskorenie, s kotorymi ono peremeshaetsya. Obychno my znaem polozhenie poezda otnositel'no kakoi-libo fiksirovannoi tochki, naprimer stancii. Esli my pomenyaem stanciyu, to izmenitsya takzhe i nashe opisanie dvizheniya poezda, hotya ono budet ekvivalentnym staromu i sovershenno zakonnym. Sledovatel'no, sushestvuet beskonechnoe mnozhestvo razlichnyh sposobov opisat' dannoe fizicheskoe yavlenie, i oni, kstati, ne ischerpyvayutsya prostoi smenoi stancii. Chto kasaetsya peremeshenii, naprimer, vnutri poezda, to passazhiry predpochitayut otschityvat' rasstoyaniya ot vagona-restorana. S ih tochki zreniya, takim obrazom, poezd stoit na meste, a rel'sy i peizazh dvizhutsya nazad. Esli by na glaza passazhirov byli nadety povyazki i esli by oni ne mogli chuvstvovat' tolchki i slyshat' perestuk koles, to oni vovse ne imeli by vozmozhnosti opredelit', v dvizhenii nahoditsya poezd ili stoit na meste. Kstati, na vokzale mnogim iz nas prihodilos', glyadya iz okna vagona na ryadom idushii poezd, oshibochno prinimat' dvizhenie pribyvayushego poezda za otpravlenie svoego.
Eshe Galilei ustanovil (prichem pri otsutstvii poezdov), chto nevozmozhno pochuvstvovat', nahodimsya li my v sostoyanii pokoya ili v sostoyanii absolyutnogo ravnomernogo dvizheniya, t.e. dvizheniya bez tolchkov, ostanovok ili virazhei. My mozhem opredelit' sostoyanie tol'ko otnositel'nogo dvizheniya dvuh ob'ektov (poezda i stancii, naprimer). Tak proishodit potomu, chto zakony fiziki odinakovy pri lyuboi skorosti dvizheniya poezda; bolee togo, my pronosimsya vmeste so vsei Solnechnoi sistemoi neskol'ko soten kilometrov v sekundu v kosmicheskom prostranstve, dazhe ne zamechaya etogo. Galileyu my obyazany takzhe teoremoi slozheniya skorostei. Esli na shosse nam navstrechu dvizhetsya avtomobil' i esli skorost' nashego avtomobilya tak zhe, kak i skorost' vstrechnogo, ravna 150 km/ch, to nasha otnositel'naya skorost' ravna 300 km/ch, t.e. summe dvuh skorostei. Takoe obsheprinyatoe predstavlenie yavlyaetsya otrazheniem predrassudkov, o kotoryh my uzhe govorili, i ego sleduet peresmotret'. Prinimaya ukazannuyu tochku zreniya i otnositel'nost' dvizheniya, my prinimaem tak nazyvaemyi princip otnositel'nosti Galileya.
Opyt Maikel'sona i Morli
V konce proshlogo stoletiya dvum amerikanskim fizikam – Maikel'sonu i Morli – prishla v golovu ideya, razvitie i proverka kotoroi okonchatel'no oprovergli galileevskoe predstavlenie o slozhenii skorostei. Togda uzhe bylo izvestno, chto skorost' sveta chut' men'she chem 300000 km/s. (Eto v million raz bol'she skorosti reaktivnogo samoleta.) V te vremena schitalos', chto svet rasprostranyaetsya v zapolnyayushem vse prostranstvo efire podobno tomu, kak zvukovye volny rasprostranyayutsya v vozduhe. Efir – ponyatie netochnoe, porodivshee ves'ma bol'shuyu putanicu, ot opisaniya kotoroi my izbavim chitatelya. K schast'yu, predstavlenie ob efire kak o fizicheskoi real'nosti ostalos' v proshlom, i privela k etomu kak raz teoriya otnositel'nosti. Ideya Maikel'sona i Morli zaklyuchalas' v tom, chto svet, rasprostranyayas' v efire, dolzhen imet' v razlichnyh napravleniyah raznye skorosti. Tak, esli podnimaetsya veter, to zvuk rasprostranyaetsya medlennee protiv vetra, v to vremya kak s poputnym vetrom ego skorost' uvelichivaetsya. Tak vot, nasha Zemlya obrashaetsya vokrug Solnca so skorost'yu okolo 30 km/s, nepreryvno menyaya pri etom napravlenie dvizheniya, iz-za chego oba issledovatelya ozhidali v odin prekrasnyi moment pochuvstvovat', kak poduet v lico "efirnyi veter". Oni skonstruirovali chuvstvitel'neishuyu apparaturu, s pomosh'yu kotoroi predpolagali "pochuvstvovat'" etot veter i tem samym opredelit' skorost' sveta. Esli by opyt Maikel'sona i Morli udalsya, my mogli by skazat', chto telo, nepodvizhnoe otnositel'no efira, nahoditsya v absolyutnom pokoe, poskol'ku ono ne chuvstvuet nikakogo vetra.
Opyt, k schast'yu, ne udalsya. Maikel'son i Morli ne pochuvstvovali nikakogo "vetra", svet prodolzhal rasprostranyat'sya so skorost'yu 300000 km/s (etu skorost' prinyato oboznachat' bukvoi s) vo vseh napravleniyah i vo vse vremena goda. Rezul'tat vyglyadel paradoksal'nym. Ved', kazalos' by, esli my dvizhemsya navstrechu svetu, to on dolzhen k nam priblizhat'sya so skorost'yu, ravnoi summe nashei skorosti i sobstvennoi skorosti s, tochno tak zhe, kak v sluchae vstrechnyh avtomobilei na shosse. Tak chto proshaite i slozhenie skorostei, i, chego skryvat', "zdravyi smysl"!
Princip otnositel'nosti Einshteina
Nezametnyi sluzhashii Patentnogo byuro goroda Berna uvidel istinu tam, gde imenitye uchenye, slegka zadev ee i ne zametiv, proshli mimo. Einshtein schital, chto princip otnositel'nosti dolzhen byt' sohranen vo chto by to ni stalo i chto nel'zya govorit' ob absolyutnom dvizhenii ili pokoe dazhe pri izmerenii skorosti dvizheniya sveta. Itak, on prinyal postoyanstvo skorosti sveta za tot kraeugol'nyi kamen', na kotorom vozvoditsya zdanie teorii otnositel'nosti. Dalee sleduet otlozhit' v storonu teoremu slozheniya skorostei i vospol'zovat'sya drugoi formuloi, kotoraya prakticheski sovpadaet s pervoi v sluchae dvizheniya so skorost'yu, maloi po sravneniyu s s, no vnosit sushestvennye popravki pri dvizhenii s bol'shoi skorost'yu. Prezhde vsego, esli po etoi novoi formule skladyvat' kakuyu by to ni bylo skorost' so skorost'yu sveta, my vsegda poluchim s, kak i sleduet iz opyta Maikel'sona i Morli. Skorost' sveta zdes' igraet takuyu zhe rol', kakuyu do Einshteina igrala beskonechno bol'shaya skorost'. Esli vmesto dvuh avtomobilei my voz'mem dva kosmicheskih korablya, dvizhushihsya navstrechu drug drugu so skorostyami 150000 km/s, to ih otnositel'naya skorost' budet uzhe ne 300000 km/s, a vsego lish' 240000 km/s, i, vo vsyakom sluchae, ona vsegda budet men'she, chem s – svetovoi bar'er nepreodolim. V sluchae dvizheniya avtomobilei popravka do smeshnogo mala (odna milliardnaya chast' millimetra za sekundu), i poetomu nikto nikogda ee ne zamechal.
Nel'zya, odnako, otbrasyvat' privychnoe pravilo slozheniya skorostei, ne podvergaya vsego ostal'nogo ser'eznomu peresmotru, posledstviya kotorogo, myagko govorya, mogut privesti v zameshatel'stvo. Dostatochno sleduyushego primera. Predstavim samolet, kotoryi vyletel iz Turina v Rim; na polputi s ego borta poslan v prostranstvo radiosignal, kotoryi, kak izvestno, tak zhe, kak i svet, predstavlyaet soboi elektromagnitnuyu volnu i rasprostranyaetsya vo vseh napravleniyah s takoi zhe skorost'yu. Cheloveku na zemle pokazhetsya, chto signal, proidya v protivopolozhnyh napravleniyah odinakovye puti, odnovremenno dostignet (spustya tysyachnuyu dolyu sekundy) kak Turina, tak i Rima. Inoe mnenie budet u pilotov. S ih tochki zreniya signal, kak i prezhde, dvizhetsya so skorost'yu 300000 km/s, no Rim teper' "dvizhetsya navstrechu" emu, v to vremya kak Turin "udalyaetsya". Poetomu signal snachala pribudet v Rim, a potom uzhe dostignet Turina. Ch'e vospriyatie pravil'noe: pilotov ili cheloveka na zemle? Po Einshteinu i v sootvetstvii s rezul'tatami vydayushihsya eksperimentov, vypolnennyh v techenie poslednih semidesyati let, pravy vse: dva sobytiya, kotorye odnomu nablyudatelyu pokazhutsya odnovremennymi, ne budut takovymi s tochki zreniya drugogo nablyudatelya. V rassmotrennom primere raznica minimal'na (vsego dve milliardnye doli sekundy), no ona mozhet stat' ves'ma znachitel'noi v laboratorii, kogda vypolnyayutsya eksperimenty, naprimer, s elementarnymi chasticami. Vremya, takim obrazom, ne yavlyaetsya absolyutnym, kak utverzhdali N'yuton i Kant, da i techet ono ne odinakovo dlya vseh nablyudatelei.
Kazhushiesya paradoksy
Princip otnositel'nosti Einshteina stavit absolyutnyi predel skorosti. Nevozmozhno zastavit' dvigat'sya telo ili poslat' signal so skorost'yu, bol'shei skorosti sveta. Teoriya zatrudnyaet zhizn' teh, kto pytaetsya dostich' etoi skorosti, i podvergaet ih nakazaniyam, kotorye stanovyatsya vse bolee surovymi, prinimaya formu ostroumnyh (hotya i kazhushihsya) paradoksov. Esli, nahodyas' na zemle, my budem nablyudat' mayatnik, kotoryi kachaetsya na bortu samoleta (dopustim, chto eto vozmozhno), to v kazhdyi moment vremeni my mozhem opredelit' skorost' mayatnika, skladyvaya skorost' samoleta i skorost' mayatnika otnositel'no samoleta. Esli opirat'sya na zdravyi smysl (t.e. na predstavlenie Galileya), to my dolzhny byli by uvidet' udalyayushiisya mayatnik, kotoryi sovershaet kolebaniya vse s toi zhe chastotoi, s kotoroi on kolebalsya by na zemle. Odnako princip otnositel'nosti Einshteina utverzhdaet, chto pri soedinenii kolebatel'nogo dvizheniya mayatnika i postupatel'nogo dvizheniya samoleta skorost' mayatnika v kazhdyi moment vremeni okazhetsya men'she, chem mozhno bylo by ozhidat'. Nakazanie stanovitsya vse sil'nee po mere priblizheniya k skorosti sveta. Po etoi prichine, kogda budut vypolneny raschety, okazhetsya, chto mayatnik kolebletsya medlennee i otmeryaet bolee dlinnye sekundy, esli on nahoditsya na bortu samoleta.
Vse, chto my govorili po povodu mayatnika, vpolne spravedlivo dlya lyuboi sistemy, dvizhusheisya vnutri samoleta. Effekt izmeneniya vremeni smehotvorno mal – vsego odna sekunda za sto tysyach let, no tem ne menee ego zametyat sovremennye atomnye chasy, i, krome togo, on predstavlyaet interes s principial'noi tochki zreniya. Na etu temu v svoe vremya byla razvernuta goryachaya diskussiya, i v pylu strastei proiznosilis' obvinitel'nye rechi protiv teorii otnositel'nosti, kotorye segodnya voskreshayut v pamyati process klerikalov protiv Galileya.
Chitatel' mozhet vozrazit', chto situaciya simmetrichna, i, sledovatel'no, piloty dolzhny tozhe zametit' zamedlenie yavlenii, proishodyashih na zemle. Tak chto zhe proishodit vo vremya puteshestviya? Kazhdyi prinadlezhashii k odnoi iz dvuh grupp (piloty ili nazemnye sluzhby) dolzhen byl by ozhidat' otstavaniya chasov svoih tovarishei iz drugoi gruppy, chto, ochevidno, ne mozhet byt' spravedlivo dlya vseh. My mogli by (i, kstati, eto bylo prodelano) podnyat' v vozduh atomnye chasy i po vozvrashenii samoleta sravnit' vremya, kotoroe pokazhut letavshie chasy, s tem, kotoroe pokazyvayut tochno takie zhe chasy, ostavshiesya na zemle. Opyt govorit, chto otstayut vsegda te chasy, kotorye prodelali puteshestvie. Tak chto zhe nam teper' delat' s principom otnositel'nosti: kak-to peredelat' ego ili voobshe vybrosit' za bort, kak predlagayut nekotorye ego slishkom r'yanye protivniki? Ni to ni drugoe! Raschety otstavaniya bortovyh chasov s tochki zreniya zemnogo nablyudatelya spravedlivy do teh por, poka samolet dvizhetsya ravnomerno (t.e. po pryamoi i bez tormozheniya), no dolzhny byt' ispravleny, esli, kak proishodit v deistvitel'nosti, on dolzhen sovershit' virazh, chtoby vernut'sya v Turin. Kak raz vo vremya virazha otstavanie chasov uvelichitsya eshe bol'she, narushitsya simmetriya, o kotoroi shla rech', i ischeznet kazhushiisya paradoks.
Raz s tochki zreniya pilotov puteshestvie prodlitsya men'she vremeni, to i proidennyi put' dolzhen im pokazat'sya koroche, esli oni budut letet' vse vremya s postoyannoi skorost'yu. (Ne nado pugat'sya, potomu chto rasstoyanie izmenitsya vsego lish' na odnu tysyachnuyu dolyu millimetra, esli ves' put' raven tysyache kilometrov.) Dlya kosmicheskogo korablya budushego, kotoryi otpravitsya v polet k blizhaishei k nam zvezde Al'fa sozvezdiya Centavra (nazyvaemoi Al'foi Centavra), raspolozhennoi na rasstoyanii okolo chetyreh svetovyh let (40000 mlrd. km; odin svetovoi god raven rasstoyaniyu, kotoroe svet prohodit v techenie odnogo goda), so skorost'yu, ravnoi 4/5 skorosti sveta (240000 km/s), effekt uzhe budet ves'ma oshutim. Zemlyane budut schitat', chto ves' put' tuda i obratno prodelan za desyat' let, togda kak chasy kosmonavtov pokazhut vsego shest' let. Dlya kosmonavtov rasstoyanie do Al'fy umen'shitsya do 2,4 svetovogo goda. Esli by etot put' prodelal odin iz bliznecov, to on vernulsya by domoi na chetyre goda molozhe svoego brata, ostavshegosya na Zemle.
Ekvivalentnost' massy i energii
Tak chto zhe proizoidet, esli my na samom dele popytaemsya uskorit' material'noe telo do skorostei, blizkih k skorosti sveta? Chtoby tak postupit', nam pridetsya soobshit' telu energiyu, i pri etom my stolknemsya s udivitel'nym yavleniem. Teoriya otnositel'nosti utverzhdaet ekvivalentnost' massy i energii v sootvetstvii s teper' uzhe znamenitoi formuloi: E = mc2 (kotoruyu slovami mozhno vyrazit' tak: "Energiya ravna masse, umnozhennoi na kvadrat skorosti sveta"). Esli my prodelaem raschety, to uvidim, chto odin gramm massy veshestva sootvetstvuet ogromnoi energii, a imenno svyshe 25 mln. kVtch. Vnachale uvelichenie energii tela soprovozhdaetsya edva ulovimym uvelicheniem massy i, sledovatel'no, inercii tela. Poetomu stanovitsya chut'-chut' trudnee uskorit' ego dal'she. Po mere priblizheniya skorosti k velichine s etot effekt, stanovyas' vse vnushitel'nee, delaet nevozmozhnym preodolenie skorosti sveta.
Poyavivshayasya na svet dlya spaseniya teorii otnositel'nosti ot ukazannogo da i ot drugih protivorechii formula E = mc2 poluchila blestyashee podtverzhdenie, kogda bylo otkryto delenie urana U235, pri kotorom odna tysyachnaya chast' polnoi massy ischezaet, chtoby vnov' celikom obnaruzhit'sya v vide atomnoi energii. Dazhe v obychnyh himicheskih reakciyah soblyudaetsya sootnoshenie E = mc2, no kolichestva veshestva, poyavlyayushiesya ili ischezayushie vo vremya reakcii, men'she odnoi desyatimilliardnoi chasti vsei massy, i obnaruzhit' ih nevozmozhno dazhe s pomosh'yu ochen' tochnyh vesov.
Vazhno podcherknut', chto v special'noi teorii otnositel'nosti rassmatrivaetsya ravnomernoe dvizhenie, t.e. dvizhenie s postoyannoi skorost'yu, pri kotorom ne izmenyaetsya napravlenie dvizheniya. Esli dvizhenie proishodit s uskoreniem, obuslovlennym vneshnimi silami, naprimer gravitacionnym prityazheniem, to special'nuyu teoriyu otnositel'nosti uzhe nel'zya primenyat'. Upomyanutyi vyshe paradoks bliznecov, k rassmotreniyu kotorogo my nizhe vernemsya, voznik imenno iz-za popytki ispol'zovat' special'nuyu teoriyu otnositel'nosti primenitel'no k dvum sistemam, odna iz kotoryh dvizhetsya uskorenno otnositel'no drugoi.
Princip ekvivalentnosti
V obshei teorii otnositel'nosti zakony fiziki vyrazhayutsya odinakovo v lyuboi sisteme otscheta; v nei, sledovatel'no, rassmatrivayutsya takzhe tela, dvizhushiesya uskorenno otnositel'no drug druga. Einshtein ishodil iz horosho izvestnogo empiricheskogo fakta – iz rezul'tatov znamenitogo (hotya, mozhet byt', nikogda i ne provedennogo) eksperimenta Galileya, v kotorom dva tyazhelyh tela s raznymi massami, sbroshennye s Pizanskoi bashni, dostigali zemli odnovremenno. Sushestvuyut dva sposoba opredeleniya massy tela. Pervyi sposob (inercial'nyi) zaklyuchaetsya v izmerenii uskoreniya, soobshaemogo telu izvestnoi siloi; pri vtorom (gravitacionnom) izmeryaetsya prityazhenie tela k kakoi-nibud' blizko raspolozhennoi masse (esli v kachestve takoi massy sluzhit Zemlya, to izmeryaetsya, sledovatel'no, ves tela). Uzhe N'yuton nahodil ves'ma strannym, chto oba sposoba opredeleniya massy dayut odinakovye rezul'taty v predelah oshibok eksperimenta; chto tak i dolzhno byt', po sushestvu, sleduet iz opyta Galileya. Einshtein vozvel etot tainstvennyi empiricheskii fakt v rang konstruktivnogo principa – principa ekvivalentnosti.
Izvestnost' poluchil ego myslennyi eksperiment (Gedanken experiment), v kotorom uchenyi rassmatrivaet laboratoriyu, pomeshennuyu v zakrytoi kabine lifta, v dvuh sovershenno razlichnyh situaciyah. V pervom sluchae kabina lifta podveshena nepodvizhno v gravitacionnom pole Zemli, i nablyudatel', prisutstvuyushii v nei, vidit, chto predmety padayut s privychnym uskoreniem svobodnogo padeniya. Vo vtorom sluchae kabina lifta nahoditsya v kosmose, daleko ot kakih-libo mass, no pri etom raketnyi dvigatel' soobshaet ei uskorenie, v tochnosti ravnoe uskoreniyu svobodnogo padeniya, i nablyudatel' etogo ne oshushaet. Einshtein privlek vnimanie k tomu, chto esli spravedliv princip ekvivalentnosti, to sovershenno nevozmozhno otlichit' padenie tel pod deistviem sily tyazhesti ot padeniya pod deistviem inercii. Takim obrazom, gravitaciya i inerciya v nekotorom smysle privodyat k odinakovym effektam.
Krivizna prostranstva
Vzyav za otpravnuyu tochku princip ekvivalentnosti i proidya skvoz' golovokruzhitel'nuyu seriyu myslennyh ekstrapolyacii, vedomyi bezoshibochnym esteticheskim chut'em, Einshtein prishel k ponyatiyu krivizny prostranstva. Chtoby kak-to osoznat' svyaz' gravitacii s kriviznoi, predstavim sebe stol s rezinovoi poverhnost'yu vmesto privychnoi tverdoi. Bil'yardnyi shar, polozhennyi na etot stol, obrazuet uglublenie. Material'noe telo vyzyvaet deformaciyu takogo zhe roda v okruzhayushem prostranstve. Esli polozhit' na stol dva shara, to kazhdyi iz nih stremitsya popast' v uglublenie, obrazovannoe drugim. Voznikayushaya v etom sluchae sila "prityazheniya" polnost'yu analogichna sile gravitacii. Vse zhe deformaciya prostranstva, vyzvannaya dazhe takim gigantskim telom, kak Solnce, edva zametna. Krome ob'yasneniya gravitacii teoriya Einshteina predskazyvaet razlichnye tonkie effekty, a takzhe ob'yasnyaet anomaliyu v dvizhenii planety Merkurii, v svoe vremya zastavivshuyu issledovatelei pridumat' novuyu planetu – Vulkan, kotoruyu, odnako, nikto ne nablyudal.
Chto eshe bolee vazhno, teoriya otnositel'nosti predskazyvaet tochno takoe zhe povedenie sveta v gravitacionnom pole, kak i povedenie tel pod deistviem sily tyazhesti. Eto predskazanie, podtverzhdennoe v 1919 g. vo vremya solnechnogo zatmeniya, sdelalo Einshteina izvestnym i shirokoi publike. Itak, napravlennye vverh svetovye volny, tak zhe, kak i kamen', broshennyi vverh, dolzhny teryat' energiyu dvizheniya. V to zhe vremya svet po samoi svoei prirode vynuzhden, kak vsegda, rasprostranyat'sya so skorost'yu 300000 km/s i ne mozhet zamedlyat'sya. Svet, okazyvaetsya, teryaet energiyu, umen'shaya svoyu chastotu i uvelichivaya tem samym dlinu volny. V rezul'tate takogo effekta cveta radugi sovsem nezametno smesheny v storonu krasnogo. Dazhe dlina volny radiosignala, napravlennogo v kosmicheskoe prostranstvo s Zemli, uvelichitsya na odnu milliardnuyu chast'. Poetomu vneshnemu nablyudatelyu budet kazat'sya, chto toki v antenne, izluchayushei radiovolny, koleblyutsya medlennee, chem na samom dele, hotya i ochen' nenamnogo, t.e. chto na poverhnosti Zemli vremya techet medlennee, chem vo vneshnem prostranstve. Raznica sostavlyaet vsego lish' okolo odnoi sekundy v pyat'desyat let, no sovremennye atomnye chasy sposobny zametit' ee. V Elektrotehnicheskom institute im. Galileo Ferrarisa v Turine pervyi takoi eksperiment pozvolil izmerit' etu velichinu dlya raznosti vysot mezhdu Plato Roza i Turinom. Poterya vo vremeni hot' i mala, no privodit k ser'eznym tehnicheskim posledstviyam, i sovremennaya navigacionnaya set', ispol'zuyushaya sputniki svyazi, dolzhna uchityvat' etot effekt. Na poverhnosti Solnca effekt zamedleniya vremeni v tysyachu raz bol'she, a na neitronnyh zvezdah, plotnost' veshestva kotoryh takova, chto massa, ravnaya masse Solnca, zanimaet oblast' s razmerami, sravnimymi s razmerami goroda, ukazannyi effekt dostigaet 10%. V chernoi dyre, nakonec, my dohodim do 100%, i, sledovatel'no, na poverhnosti chernoi dyry techenie vremeni vovse prekrashaetsya. Gravitacionnoe pole zdes' nastol'ko sil'no, chto ne vypuskaet svet naruzhu. Spisok paradoksal'nyh yavlenii mozhno bylo by prodolzhit'.
Razvitie obshei teorii otnositel'nosti
Estestvennoi laboratoriei dlya proverki obshei teorii otnositel'nosti sluzhit vse kosmicheskoe prostranstvo: sobrannye vmeste massy milliardov galaktik vyzyvayut iskrivlenie prostranstva v global'nom masshtabe. Po etoi prichine samye znachitel'nye uspehi teorii dostignuty pri obrashenii na sovremennoi osnove k naibolee glubinnym kosmologicheskim periodam vremeni. Model' "bol'shogo vzryva" (the big bang), soglasno kotoroi rozhdenie Vselennoi proizoshlo primerno 20 mlrd. let nazad pri gigantskom vzryve (sm. str. 49), predstavlyaet soboi naibolee zamechatel'nyi rezul'tat takogo razvitiya teorii.
V poslednie gody svoei zhizni Einshtein intensivno rabotal nad problemoi ob'edineniya teorii gravitacii i elektromagnitnyh yavlenii v nekuyu "sverhteoriyu". Eti ego popytki ne uvenchalis' uspehom, ravnym obrazom kak i usiliya mnogih drugih, zhazhdavshih operedit' velikogo mastera v dostizhenii celi.
V nekotorom smysle Einshtein okazalsya zhertvoi toi laviny, kotoruyu on sam privel v dvizhenie. Pered ego smert'yu uzhe sushestvoval celyi kaleidoskop uskoritel'nyh ustanovok; proishodili otkrytiya vse novyh elementarnyh chastic, no nikto eshe ne mog predugadat' te slozhnye zakony simmetrii, kotorym oni podchinyayutsya. S drugoi storony, Einshtein ne imel privychki vnimatel'no sledit' za empiricheskimi dannymi. Ego tri osnovopolagayushie raboty 1905 g. byli porozhdeny skoree soobrazheniyami esteticheskogo haraktera: rech' shla o tom, chtoby putem utverzhdeniya novyh fundamental'nyh principov isklyuchit' kazhushuyusya asimmetriyu v prezhnih zakonah. Special'naya teoriya otnositel'nosti vse zhe rodilas', hotya Einshtein pri etom ne ssylalsya na opyt Maikel'sona i Morli; teoriya brounovskogo dvizheniya uvidela svet, nesmotrya na to chto ee avtor byl znakom tol'ko poverhnostno s rabotoi Brouna, vypolnennoi za sto let do etogo.
Po etoi prichine, v chastnosti, Einshtein ostanetsya v nashei pamyati kak chelovek unikal'nyi i nepovtorimyi. On ne ostavil posle sebya vydayushihsya uchenikov, kak v otlichie ot nego sdelali Fermi, Erenfest, Zommerfel'd i drugie velikie uchenye. Poetomu budushaya edinaya teoriya polya hotya i poluchit v nasledstvo ot Einshteina obshii ideinyi impul's i filosofskuyu postanovku problemy, no budet otlichat'sya svoimi harakternymi tehnicheskimi detalyami i konkretnoi prakticheskoi realizaciei. V nastoyashee vremya uzhe predprinyaty opredelennye usiliya dlya sinteza takoi teorii i rabota v etom napravlenii prodolzhaetsya. Sleduyushee desyatiletie, vozmozhno, okazhetsya dlya fiziki reshayushim.
<< Predislovie k ital'yanskomu izdaniyu | Oglavlenie | 1.2. Paradoks bliznecov >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy
Publikacii so slovami: Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
