Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Как известно (но будет нелишним еще раз напомнить), тео­рия относительности была создана гениальным немецким физи­ком Альбертом Эйнштейном. Сначала, в 1905 году, была создана Специальная Теория Относительности (СТО), которая изуча­ет движение тел со скоростями, близкими к скорости света, но при этом не рассматривает эффекты гравитации и процессы в неинерциальных (ускоренных) системах отсчета. Так как в по­следнее время «опровергатели Эйнштейна» опять сильно акти­визировались, полезным будет сказать, на каких очень простых постулатах базируется СТО.

А постулатов этих всего два.

Первое. Все законы природы одинаковы для всей инерци- альных (т. е. движущихся без ускорения) наблюдателей. Это — известный задолго до Эйнштейна принцип относительности Галилея, правоту которого подтверждают не только точные фи­зические эксперименты, но и весь наш повседневный опыт. Не случалось ли вам, читатель, сидя в поезде, гадать: то ли тихо тро­нулся ваш поезд, то ли — соседний? А ведь тронувшийся поезд хоть небольшое, да испытывает ускорение. Если же ускорение (и разнообразную тряску с вибрацией) совсем убрать (и не апел­лировать к априори неподвижной для нас Земле), то отличить,

302

— Вселенная как она есть —

какой поезд едет, а какой стоит, — будет невозможно в принци­пе, никаким мыслимым и немыслимым опытом. Как говорится, кто едет, кто стоит — «зависит от точки зрения».

Второе. Существует максимальная (предельная) скорость распространения взаимодействий. И, так как это тоже закон природы, ясно, что скорость эта одна и та же для всех инерци- альных наблюдателей, с какой бы скоростью (меньшей макси­мальной, понятное дело) они мимо друг друга ни двигались бы. Это экспериментальный факт, впервые обнаруженный в опыте Майкельсона-Морли в 1887 году и многократно потом воспро­изведенный.

Второй постулат часто формулируется в виде «скорость света является константой». Но такая «краткая формулировка» может привести (и зачастую приводит) к недопонимаю, а то и является источником нездоровых сенсаций для журналистов (вида «уче­ные изменили скорость света!»). На самом же деле константой является скорость света в вакууме — а еще точнее, скорость света в вакууме этой константе (максимальной скорости распростра­нения взаимодействий, как уже было сказано) равна. Точна так же ей будет равна скорость любых безмассовых частиц (правда, после открытия у нейтрино массы число кандидатов на эту роль к одним только фотонам и сводится)¹.

А вот в среде (например, в воздухе) скорость света может быть и меньше — причем в принципе весьма значительно меньше. Так, в 1999 году группа ученых из Стэнфордского и Гарвардского университетов (умела «замедлить» свет до скорости всего 17 м/с (чуть больше 6о км/ч) — и это еще, по их уверениям, не предел. Причиной тут является поглощение и последующее переизлуче- ние фотонов атомами среды.

Так что в среде можно двигаться со скоростью, большей ско­рости света (в этой же среде!). Существует явление черенковско-

Имеются в виду уже открытые элементарные частицы. Теоретические же кандидаты имеются в количестве — начиная с гипотетических грави­тонов. — Примеч. авт.

303

— Часть VI — /

го (по имени первооткрывателя — советского ученого Федора Черенкова) излучения, которое возникает при движении заря­женной частицы (например, электрона) в среде со скоростью, превышающей скорость света. И данное явление, как уже тоже было сказано, используется в экспериментах по нейтринным осцилляциям, а также при регистрации космических лучей.

При анализе движения далеких галактик тоже возникают эф­фекты «сверхсветового» движения. Причем эффекты эти могут быть как «видимыми» (т. е. кажущимися, не существующими на самом деле), так и истинными. Но рассказ об этом (и почему тут нет противоречия с теорией относительности) тоже будет чуть позже.

Итак, как видим, постулатов, легших в основу СТО, — всего два. И все выводы СТО, связанные с «замедлением времени» для движущихся тел, «сокращением расстояний», «парадоксом близнецов» (который, впрочем, корректно может быть разре­шен только в рамках Общей Теории Относительности), «ростом массы»¹, — однозначным образом выводятся из этих двух впол­не элементарных постулатов. Так что лично нам все потуги «ни­спровергателей Эйнштейна» представляются априори обречен­ными на провал.

Но для целей космологии более важным оказалось создание в 1915 году Общей Теории Относительности (ОТО), введшей в рассмотрение эффекты гравитационного взаимодействия. При всей математической сложности ее аппарата (опирающегося на тензорное исчисление) от Специальной Теории Общую отличает добавление всего одного постулата — так называемого принципа эквивалентности гравитационной и инертной массы. Он гласит, что та (инертная) масса, которая фигурирует во втором законе Ньютона («Сила равна произведению массы на ускорение»), и гравитационная масса из закона всемирного притяжения («Тела

¹ Впрочем, масса как раз на самом деле не растет, это один из видов так называемого научного жаргона. Но это уже тема совсем другого разгово­ра. — Примеч. авт.

304