Роман Подольный - Чем мир держится?

Как все просто в электромагнетизме: возьмите две катушки, в которых протекает электрический ток, сблизьте их — и они будут притягиваться или отталкиваться в зависимости от взаимного направления токов. И для того, чтобы обнаружить такое притяжение или отталкивание, не обязательны даже приборы — «взаимодействие» катушек ощутят и оцепят руки, которые их держат.

Точно так же, если вращать два расположенных рядом шара в одну сторону, их гравитационное взаимодействие должно, по общей теории относительности, усилиться; если в разные стороны — ослабеть. Но усилиться или ослабеть на такую ничтожную величину, что большим сюрпризом для физиков было уже появление проекта опыта по ее обнаружению. Проект опубликован в 1977 году в американском журнале «Физикэл Ревью», его авторы — советский физик Брагинский и американцы Торн и Кейве. В этой же статье они рассматривают возможность повторения «на гравитационном материале» некоторых других классических для электромагнетизма опытов. И рассматривают, в общем, оптимистически. Тут нужны и высокий вакуум в камерах, и температура, близкая к абсолютному нулю.

Ах, как жалеют порою экспериментаторы, что живут в такой горячей Вселенной, на такой теплой Земле. Тепло — это ведь беспорядочные движения и колебания молекул, атомов, элементарных частиц. Эти-то беспорядочные движения и надо погасить, чтобы четко выделить единственно интересующие физиков в каждом данном опыте явления.

В области гравитации, как нигде, экспериментальная работа почти не отделима от наблюдательной.

Электромагнитное поле сравнительно большой мощности можно создать в лаборатории, лабораторных же концентраторов гравитации, увы, нет нигде, кроме фантастических рассказов. Нет пока способа создать мощное поле тяготения иначе, как объединив массу атомов в теле астрономического масштаба. Но где же у нас на Земле лаборатория, способная вместить такое тело?

Физика здесь должна становиться астрофизикой, переходить от измерения ничтожных долей сантиметра к парсекам и световым годам. Лаборатория расширяется порою до размеров Вселенной. Расстояния же до самых массивных и плотных тел Метагалактики пока слишком велики даже для астрофизики. Квазары, предполагаемые массы которых в миллиарды и триллионы раз больше солнечной, и слишком далеки и слишком мало известны. Поэтому самым надежным и дающим самую большую долю информации о тяготении прибором остается Солнце, несмотря на то, что масса кажется исследователям гравитации слишком небольшом, а тяготение слишком незначительным. Эффекты, следующие из общей теории относительности, проявляются здесь довольно слабо.

Чтобы они могли быть замечены для движения Земли, перемещающейся по своей орбите, следует измерить радиусы ее эллиптической орбиты с точностью до десяти в минус восьмой степени их длины. Увы, пока что точность ниже на два порядка: радиусы орбиты Земли известны нам лишь с точностью до одной миллионной. По мере того, как будут пролагаться космические маршруты к планетам, радиусы орбит последних будут уточняться, но пока…

Стоит знать к тому же, что движение планеты только теоретически представляет собой свободное ее падение «в чистом виде». Пустого пространства во Вселенной нет, а межзвездный газ оказывает сопротивление движущимся в нем телам. Нельзя сбрасывать со счетов и солнечный ветер — летящие от светила частицы, и световое давление, открытое в конце XIX века русским ученым П. Н. Лебедевым, оно тоже влияет на движение космических тел, в том числе и искусственных спутников. А есть еще микрометеориты…

Все это влияет на точность экспериментов по проверке общей теории относительности.

Впрочем, искусственный спутник планеты и Солнца можно попробовать защитить от негравитационных воздействий (от гравитационных — не отгородишься, но здесь это и не нужно, потому что ученых интересуют именно они).

Для этого новая искусственная планета (она же пробная масса) должна быть защищена оболочкой. Оболочка защищает находящееся внутри тело от переменных магнитных полей. В оболочке-корпусе заключен газ, который может выбрасываться через небольшие газовые сопла, направленные в разные стороны. Световое давление и сопротивление газа приходятся на оболочку: они изменяют ее движение; расстояние между самой планеткой (телом) и оболочкой меняется, но благодаря бесконтактным датчикам тут же автоматически включаются сопла с нужной стороны, возвращая оболочку в прежнее положение по отношению к надежно охраняемому телу самой планетки. Движение корпуса все время подстраивается к движению пробной массы, а та идет по траектории, определяемой только силой тяготения. Эта система получила название газового щита. Ее идею самостоятельно и независимо друг от друга высказали несколько ученых.

Так появилось представление о «спутниках, свободных от сноса». Они смогут с гораздо большей точностью, чем удается сейчас, определить задержку электромагнитных импульсов гравитационным полем Солнца.

А если запустить свободный от сноса спутник низко над поверхностью Земли, он расскажет нам очень много нового о распределении масс в теле планеты. Само сопротивление, оказываемое верхней атмосферой внешнему корпусу спутника, даст возможность более точно, чем сейчас, определить плотность атмосферы на отдельных участках орбиты.

В 1972 году американские ученые запустили первый спутник, защищенный от сноса. Он был назван «Трайяд-1». Пробная масса внутри корпуса была сделана из сплава платины и золота. Разумеется, не потому, что это классические драгоценные металлы, а потому, что их сплав практически не поддавался действию магнитного поля. Изменение скорости, то есть ускорение спутника под воздействием негравитационных сил, не могло быть больше, чем одна стомиллионная доля сантиметра на секунду в квадрате.

Это далеко не предел, но ученые уже имели возможность предсказать с точностью до ста метров положение спутника на его орбите на две недели вперед. Поведение обычных спутников предсказуемо в гораздо меньшей степени — снос составляет сотни метров в одни сутки.

В ближайшем будущем появятся новые спутники, способные сопротивляться всем воздействиям космоса, кроме гравитационных. Им предстоит решить столько проблем, касающихся Земли, Солнца и теории гравитации. И многого другого.

А теперь еще один экскурс в будущее.

«…Здесь существовало лишь Солнце и еще раз Солнце.

Солнце было горизонтом и всеми странами света. Оно сжигало минуты и секунды, песочные часы и будильники: в нем сгорало время и вечность».

Это из рассказа Рэя Бредбери «Золотые яблоки Солнца».

Его герои летят на космическом корабле, рискуя жизнью, за веществом, из которого состоит Дневная звезда. Бредбери не указывает времени действия. Между тем… в восьмидесятые годы нашего столетия к Солнцу должен уйти автоматический космический корабль, чтобы максимально приблизиться к светилу, на расстояние всего в четыре солнечных радиуса, а потом покинуть поле его тяготения и вернуться на Землю. Его, как и бредбериевский корабль, будет интересовать солнечная, а точнее околосолнечная, плазма, но главной целью «солнечного зонда» будут исследования в области гравитации.