Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

Это относилось также и к так называемому «красному смещению», предсказываемому для звездных спектров.

Читатель помнит, что речь идет здесь о замедлении течения времени вблизи крупных масс материи. В качестве часов, фиксирующих время на поверхности, например, Солнца или звезд, могут выступать атомы (где роль маятника выполняют электроны, совершающие колебания вокруг атомного ядра). Замедление течения времени равносильно тут уменьшению частоты колебаний электронов и испускаемого ими света. Практически это поведет — как сказано — к смещению всех линий спектра в красную сторону [74] [74] По сравнению с положением тех же линий от земного источника. . Поиски следов такого смещения были предприняты сразу же после появления первых работ Эйнштейна. Дело не клеилось, однако, довольно долго, и прежде всего потому, что ожидаемый сдвиг частот крайне мал и рискует потонуть в смещениях, зависящих от других причин (например, от вихревых движений атомов газа в звездной атмосфере). Неожиданную точку опоры для исследователей принесла находка новой разновидности звезд — «белых карликов». Первым в этом диковинном ряду оказался знаменитый спутник Сириуса («Сириус В») — маленькая звездочка, предсказанная, исходя из тонких расчетов небесной механики, и найденная в конце концов в той точке неба, где ей надлежало быть… Необычайной особенностью «Сириуса В», как выяснилось впоследствии, является сверхплотное состояние вещества. На каждый кубический сантиметр объема этого звездного чудовища приходится полсотни тонн массы! Напряженность силы тяжести на поверхности светила в связи с этим почти в тысячу раз больше, чем на Солнце (и в 30 тысяч раз больше, чем на Земле). Замедление хода часов — соответственно — должно быть весьма значительным, и секундный («земной») маятник, будучи перенесен на «Сириус В», совершил бы там полный размах не за одну, а за сто сорок секунд! Все это обещало резко увеличить эффект «красного смещения», и в 1925 году, сразу же после запуска большой стодюймовой трубы на горе Вильсон, наблюдатель этой калифорнийской обсерватории Билл Адамc с отличной точностью подтвердил предсказание эйнштейновской теории. В последующие годы советский астрофизик Куликовский убедился в наличии требуемого эффекта и у ряда звезд, не принадлежащих к классу белых карликов. Наконец в начале пятидесятых годов осязаемо прорисовалась еще более удивительная возможность проверки эйнштейновских уравнений тяготения. Скажи кто-нибудь об этой возможности Эйнштейну в те дни, когда он работал над своей теорией, он не поверил бы и счел бы такие разговоры пустым прожектерством или еще того хуже!

На страницах не только фантастических романов и газетных статей, но и в серьезных научных журналах все чаще стали упоминаться искусственные спутники Земли и дебатировался вопрос о запуске ракет в космос.

Эйнштейн, разумеется, не мог не вспомнить в этой связи о гениальном русском мыслителе-самоучке, о котором он столько наслышался в Берлине. «Эра Циолковского» и впрямь готовилась встретиться на перекрестке исторических дорог с «эрой Эйнштейна»! Искусственные спутники и космические ракеты, эти маленькие небесные тела, намеченные к запуску в пространство вселенной, обещали дать физикам инструмент для постановки таких экспериментов в космосе, от которых захватывало дух даже у самого автора теории относительности!

Начать с первого из эффектов, предсказываемых теорией тяготения, — эффекта движения перигелия планетных орбит.

Единственным «подопытным» небесным телом для исследований этого рода была, как мы помним, ближайшая к Солнцу планета Меркурий. Положение должно было измениться после появления вблизи земного шара новых искусственных лун. Теперь уже можно было надеяться подметить кривизну пространства, создаваемую полем тяготения Земли. И хотя масса земного шара в сотни тысяч раз меньше солнечной (что уменьшает эйнштейновский эффект вращения эллипса), но зато чрезвычайно велико число оборотов спутника вокруг Земли. Меркурий, например, за сто лет оборачивается 414 раз вокруг Солнца, тогда как спутник (обращающийся на расстоянии около тысячи километров) обошел бы нашу планету за тот же срок 540 000 раз! Это должно привести к более быстрому накоплению ничтожно малых изменений и — в итоге — смещение перигея [75] [75] По отношению к земным искусственным спутникам приходится говорить не о «перигелии» (ближайшей к Солнцу точке орбиты), а о «перигее» (такой же точке эллипса по отношению к Земле). спутника за год достигло бы 14,5 дуговых секунды. Это всего лишь в три раза меньше аналогичного векового эффекта для Меркурия. Не нужно, стало быть, затрачивать на опыт целое столетие, но эксперимент может быть проведен, в разных притом условиях и на разных объектах, в течение одного года! [76] [76] Не следует, конечно, упускать из вида трудностей, которые возникнут при попытке выделить «релятивистский эффект» из сложного сочетания с другими возмущающими влияниями на орбиту спутников.

Столь же увлекательные перспективы для проверки эффекта «красного смещения».

Спутник, на борту которого находился бы постоянно действующий радиопередатчик, должен испытывать в поле земной тяжести все те изменения хода часов и сдвиги частот, о которых говорилось в связи со звездными спектрами. Сдвинутыми в данном случае оказались бы частоты не светового, а радиодиапазона, и это обеспечит гораздо большую относительную точность измерений. В области сантиметровых радиоволн современная техника и впрямь позволяет подметить изменение длин волн, исчисляемое миллиардными долями сантиметра. Своеобразие эксперимента на спутниках выразится далее в том, что излучатель и приемник колебаний будут находиться тут в обратной взаимосвязи по сравнению со звездными наблюдениями. В опыте, например, со спектром «Сириуса В» регистрирующий прибор помещался на Земле, то есть за пределами поля тяготения звезды, а излучатель (атомы звездного газа) находился в этом поле. Теперь же — в эксперименте с искусственными спутниками — объектом наблюдения явится само поле Земли, а генератор радиоволн окажется вынесенным на периферию этого поля. Сдвиг частот поэтому будет направлен в обратную сторону — число колебаний в секунду увеличится. Придется говорить поэтому уже не о «красном», а о «фиолетовом» смещении длин волн, испускаемых искусственными спутниками! Чем дальше при этом будет отстоять от Земли орбита маленькой луны, тем резче проявится эйнштейновский эффект изменения хода часов…

Но это было не всё.

Переносясь мысленно из царства эйнштейновских законов тяготения в область частной теории относительности («варианта 1905 года»), пионеры межпланетных полетов должны были задуматься всерьез над возможностями, скрывающимися в самом простом факте равномерного и прямолинейного движения.