Архив рубрики: Сюрпризы инерции

От локального к всеобщему

В поворотных местах популяризаторского сюжета этой книжки я следую доброй пословице: «Повторенье — мать ученья». На этом основании вкратце вспомним логическую цепочку предыдущих глав.

В малых масштабах подмечена неразличимость инер­ции и тяжести (Людмила, обманутая Черномором, и т. д.). Отсюда провозглашен принцип эквивалентности инерции и тяготения. Далее выяснено, что в поле сил инерции происходит деформация времени и простран­ства (споры болельщиков на сотой Олимпиаде). По прин­ципу эквивалентности последовал вывод: в поле тяжести тоже происходит деформация времени и пространства (казус с механиком Клио).

Так сделан немаловажный шаг — отыскан физиче­ский признак, присущий в равной мере силам инерции и тяготению: тут и там для внешнего наблюдателя не­избежно изменение времени и пространства.

Пока это заключение законно только в локальных масштабах, где безоговорочно справедлив принцип эквивалентности, то есть для ограниченных объемов или малых промежутков времени (вспомните возра­жение Маленького Принца). Для планеты в целом такой вывод сделать нельзя, потому что Земля имеет центр масс. Полное земное тяготение, благодаря его центральности, сразу везде и надолго невозможно повторить неинерциальным движением или, наоборот, уничтожить его свободным падением системы.

Вышеизложенное известно из предыдущих глав.

А вот новое.

Выдвигается гипотеза: раз в локальных, местных явлениях тяготение, сведенное к инерции, изменяет про­странство и время, то и в крупных масштабах, где све­дение невозможно, должна тем не менее происходить какая-то деформация пространства и времени.

Гипотеза эта напрашивается сама собой. Ведь пол­ное тяготение Земли складывается из сил тяготения, исходящих от ее маленьких частей. В каждой части пространство и   время    изменяются,   значит,   и  во  всех частях вместе — тоже.

Из сугубо локальных явлений извлечено, таким образом, заключение совершенно универсальное: наша планета всей своей массой деформирует пространство и время.

И Солнце, и любая звезда, и любая галактика.

Всякая масса вещества обязана обладать порази­тельной способностью — способностью искривлять мир. Что же это такое — искривлять мир?

Дабы легче постичь это, еще раз сосредоточьтесь и следующие три главы прочтите с усиленным внима­нием.

Две морали

Принимаю как должное упреки в чрезмерной фан­тастичности и искусственности вышеизложенного мыс­ленного эксперимента. Но зато из него следуют поучи­тельные морали, с которыми, как мне кажется, теперь будет легко согласиться.

Первая мораль. Не только скорости, но и уско­рения ведут к изменениям времени и пространства в движущихся системах отсчета (с точки зрения наблю­дателей, движущихся иначе). Такова лодка вращающей­ся карусели. Центростремительная сила все время ее сворачивает с прямого пути, отчего появляется центро­бежная сила инерции. Поэтому можно сказать короче: в поле инерционных сил происходит изменение времени и пространства.

Любопытно, что это следует только из частной тео­рии относительности, которая, вообще говоря, приме­нима лишь к системам отсчета, движущимся прямоли­нейно. Тем не менее вывод строг, его много раз при­водил сам Эйнштейн.

И вторая мораль. Если инерция изменяет вре­мя и пространство, то, не желая повторять ошибки зло­получного Клио, мы смело применяем принцип эквива­лентности и сразу заключаем: тяготение тоже обязано изменять время и пространство. Раз, по принципу экви­валентности, сила инерции в локальных масштабах не­отличима от тяжести, это должно касаться всех и вся­ческих проявлений инерционных и гравитационных сил. Тут уже действует общая теория относительности.

Конечно, у Эйнштейна на пути к этому удивитель­ному заключению не было никаких спортивных и кос­мических небылиц. Была строгая логика — сухая, труд­ная и, быть может, скучная для людей, мало склонных к предельно абстрактному мышлению. Было обобщение идей частной теории, соединение их с принципом эквива­лентности, и в итоге, родилось предсказание: в гравита­ционном поле время и пространство деформированы.

Наказание за кощунство

Растерянный и обескураженный, Клио старается вы­вернуться из затруднительного положения. И в конце концов, как ему кажется, находит одну хитрость. «Те самые различия в отсчетах расстояния и времени, ко­торые так разволновали публику на трибунах,— вот,— думает робот-механик,— признак вращения карусели». Ведь, как говорилось выше, это релятивистские эффек­ты, и вызваны они именно движением стадиона. Так ведь?

Объяснение кажется Клио убедительным и утеши­тельным, потому что неучи-болельщики продолжают кричать и возмущаться (доносятся возгласы «Долой жуликов!», «Судьи подыгрывают землянам!»). Значит, и сейчас, во время новых забегов на стадионе, реляти­вистские эффекты налицо и, следовательно, стадион движется, карусель вращается. Чем не доказательство?!

Клио доволен. Он восхищен своей сообразитель­ностью. И успокоен, уверен, что в наплывшей темноте с каруселью ничего не произошло. В пылу самодоволь­ства он забывает, что допустил непозволительную воль­ность — кощунственно пренебрег эйнштейновским прин­ципом эквивалентности инерции и тяготения.

Не мудрено, что хвастливое ликование длится не­долго.

Облако космической пыли исчезает, снова зажигаются звезды — и Клио, к своему ужасу, видит: они неподвижны! Карусель остановилась. И под стадионом торчит, как он и боялся, неведомо откуда взявшаяся злосчастная планетка, маленькая, да удаленькая — сверхплотная и создавшая поэтому достаточное тяготе­ние на стадионе. И, следовательно, именно это «настоя­щее» тяготение вызвало на стадионе замедление вре­мени и уменьшение расстояний. Так же, как раньше эти эффекты вызывало вращение карусели.

Как видите, принцип эквивалентности опять оказался справедливым — в масштабах стадиона поле сил инер­ции, вплоть до тончайших своих особенностей, повторе­но гравитационным полем. Не сумел хитрый Клио обой­ти Эйнштейна. Не сумел отличить вращение от покоя в условиях тяжести.

А все потому, что сей эпизодический персонаж, во-первых, остался личностью, склонной к нечестным ма­нипуляциям, а во-вторых, знает теорию относитель­ности только до того места этой книжки, в котором он очередной раз появляется.

 

Когда погасли звезды

Потеряв надежду растолковать болельщикам реля­тивистские эффекты, механик Клио уходит с трибун, чтобы смазать ось олимпийской карусели. Кряхтя, та­щит из кладовой канистру смазочного масла, выливает его в огромный подшипник.

Дело это трудоемкое. Клио устает, садится на пустую канистру и задумывается. Ему приходит в голову здра­вая идея — а зачем, собственно говоря, нужен этот под­шипник? Разве нельзя обойтись без него? Это не по­мешает и смотреть игры и делать дистанционные оцен­ки. Неважно ведь, сидит наблюдатель на оси или на спице рядом с осью — все равно события на стадионе воспринимаются им одинаково. Но тогда совсем не обя­зательно, чтобы спица двигалась относительно оси. Можно намертво закрепить ее. И не придется забо­титься о подшипниках.

Сказано — сделано. Спица спаяна с осью (для этого Клио, по обыкновению, применил свое огненное дыха­ние). Получился «железнодорожный» вариант кару­сели— более простой и удобный, тот, что резонно было устроить с самого начала.

В этой спокойной обстановке, располагающей к от­дыху, Клио устраивается в кресле, вытягивает ноги...

Но вдруг, ради удобств популяризации, наступает очередное маловероятное событие — гаснут звезды.

Да-да, гаснут все звезды на небе. Наплыло облако космической пыли или что-нибудь в этом роде.

Это не очень-то приятно для механика. Это сбивает его с толку.

Кругом кромешная тьма, не видно ни зги. Пропало ощущение плавного вращения, которое только что со­здавалось поворотом сверкающей небесной сферы. Вместо вращения Клио чудится полный покой, незыб­лемая неподвижность. Он ведь скрепил ось со спи­цей, относительное движение их в подшипнике прекра­тилось, и к тому же исчезло перемещение небесных ориентиров — звезд. Словом, пропали внешние призна­ки, по которым можно доказать собственное движение.

И вот Клио приходит в голову тревожная мысль: а что, если и в самом деле карусель остановилась? За­вязла в этом космическом облаке и потеряла враще­ние? Он, механик, должен быть готов к любым неожи­данностям.

«Нет,— думает Клио,— этого не может быть. Слу­чись такое — исчезла бы центробежная сила на ста­дионе, бегуны там стали бы невесомы и не смогли бы бегать». А игры, как он видит, идут своим чередом. Со­ревнования продолжаются. В ярком свете прожекторов спортсмены вообще не замечают нагрянувшей небесной темноты. Им не до звезд. Значит, невесомости на ста­дионе нет, все, видимо, в порядке.

Тем не менее Клио гложет червь сомнения. Воз­никает совсем уж неправдоподобное предположение: остановилась карусель, быть может, потому, что стадион притянулся к какой-нибудь планетке, к тяготеющей массе, и она создала «настоящую» тяжесть, подобную той, которая была сфабрикована вращением — центро­бежной силой инерции. Что и говорить, событие доволь­но нелепое. Но в этой досадной тьме Клио ничем не может доказать неверность изложенной гипотезы. А если что-то подобное случилось, он это обязан знать — такая уж у него должность.

Как же быть? Неужели нет никакой возможности узнать, движется стадион или покоится в поле тяготе­ния? Эти вопросы Клио задает вам, читателю и гостю сотой Олимпиады.(Надо, пожалуй, еще раз извиниться перед читателями за пре­небрежение силами инерции Кориолиса).

— Если верить эйнштейновскому принципу эквива­лентности, задача безнадежна,— отвечаете вы.— Ни­каких признаков отличия существовать не должно.

— Вот оказия! — говорит Клио.— А может, его как-нибудь обойти, этот принцип?..