«Кейворит делается так: возьмите…»
Из-за этой досадной случайности сила тяготения осталась такой же непреодолимой и загадочной, как и во времена Ньютона.
После выхода в свет талантливого романа Уэллса у многих изобретателей возникала мечта найти какое-нибудь вещество, непроницаемое для тяготения, как и фантастический кейворит.
Эти мечты окончательно рухнули, когда величайший физик нашего времени Альберт Эйнштейн опубликовал в 1916 году свою гениальную «Общую теорию относительности», известную также под названием «теории тяготения».
Суть ее, пожалуй, очень хорошо выражена в шуточном разговоре Альберта Эйнштейна со своим маленьким сыном, который спросил однажды:
— Папа, почему, собственно, ты так знаменит?
Эйнштейн рассмеялся, потом серьезно ответил:
— Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить это…
Эйнштейн дал совершенно новое и непривычное объяснение природе тяготения: в присутствии больших масс материи пространство и время искривляются, как бы «прогибаются». Кривизну пространства-времени мы привыкли называть гравитацией, силой тяготения. Это просто неотъемлемое свойство пространства-времени в присутствии больших масс.
В таком пространстве кратчайшими линиями между двумя точками становятся не прямые, а криволинейные, изогнутые траектории, по которым движутся все тела. Простейшим примером подобных линий, кажущихся на первый взгляд необычными, могут служить меридианы на глобусе: они ведь тоже кривые, хотя и соединяют кратчайшим путем две точки на земной сфере.
Теория тяготения Эйнштейна правильнее, глубже, точнее выражает закономерности природы, чем формулы Ньютона.
«Прости меня, Ньютон, — проникновенно написал Эйнштейн в одной из своих статей, — ты нашел единственный путь, возможный в свое время для человека величайшей научной творческой способности и силы мысли. Понятия, созданные тобой, и сейчас еще остаются ведущими в нашем физическом мышлении, хотя теперь мы знаем, что если будем стремиться к более глубокому пониманию взаимосвязей, то мы должны будем заменить эти понятия другими, стоящими дальше от сферы непосредственного опыта».
Человечество сделало еще один шаг вперед на бесконечном пути познания тайн природы.
Ньютон впервые дал математическое выражение закона всемирного тяготения. Эйнштейн предложил более точное геометрическое его понимание, связанное с кривизной пространства-времени.
Притяжение действует на тела не молниеносно: как доказал Эйнштейн, ничто в природе не может превысить скорость света. Поскольку тяготение — это неотъемлемое свойство самого пространства-времени, «прогибающегося» под влиянием масс материи, его нельзя «выключить». И конечно, невозможно заслониться от него никаким щитом из вымышленного кейворита.
Несмотря на кажущуюся простоту, теорию тяготения, предложенную Эйнштейном, все-таки трудно постигнуть. Причину этого отметил сам ее создатель: она слишком далека от «сферы непосредственного опыта». И на только для неспециалистов. Вот что говорит, например, доктор физико-математических наук Д. Иваненко: «Следует честно признать, что, хотя всем и ясна разница между плоской поверхностью, например, стола, и искривленной поверхностью глобуса, но представить наглядно искривленное трехмерное пространство трудно».
Еще категоричнее выразился известный английский физик Дж. Дж. Томсон: «Я вынужден признать, что никому еще не удалось выразить ясным языком, что в действительности представляет собой теория Эйнштейна». По теории Эйнштейна, тела, в сущности, вовсе не притягиваются друг к другу, как мы привыкли понимать со времен Ньютона, — они просто движутся по кривым линиям, изогнутым из-за того, что в пространстве есть большие массы материи. Никакой силы тяготения, собственно, нет — есть просто поле тяготения, кривизна пространства.
МИР ПАРАДОКСОВ
В удивительном мире Сверхзвезд безраздельно господствуют и торжествуют законы общей теории относительности.
Прежде всего тяготение. У нас на Земле оно ничтожно слабо по сравнению с другими силами. И все открытые до сих пор звезды не были каким-то исключением. Сила тяготения у них уравновешивается громадным внутренним давлением, возникающим при термоядерных реакциях в этих природных «котлах».
Но у таких гигантов, как Сверхзвезды, тяготение — безраздельно господствующая сила, все остальные подчиняются ей. И в недрах Сверхзвезд, конечно, происходит термоядерная реакция. Но она играет лишь побочную, «третьестепенную» роль, а главный источник энергии — тяготение.
Именно такую гипотезу выдвинули в своей статье, предсказывавшей открытие Сверхзвезд, Хойл и Фоулер.
Сверхзвезды, как и другие светила, видимо, рождаются из постепенно сжимающегося под действием гравитации газопылевого облака. Это полностью соответствует космогонической концепции советского академика В. А. Амбарцумяна. Но у обычных звезд наступает момент, когда сжимающую силу притяжения уравновешивает давление горячего газа изнутри. У Сверхзвезды же невообразимая сила тяготения преодолевает это внутреннее сопротивление.
«Сжавшись» до определенного критического размера, звезда уже обречена. Наступает «гравитационный коллапс»: за каких-то пятнадцать минут Сверхзвезда, в сто миллионов раз превышающая по массе наше Солнце, неотвратимо сжимается «в точку». Именно при этом чудовищном коллапсе, по мнению Хойла и Фоулера, и выделяется громадная энергия в виде световых волн и радиоизлучения.
Казалось бы, такое сжатие должно закончиться невероятной силы взрывом. Но…
Все происходит не по привычным нам земным законам.
Критические размеры для звезд, при достижении которых ничто уже не может противостоять силе тяготения, называют сферой Шварцшильда в честь австрийского ученого, еще в 1916 году вычислившего их на основе уравнений общей теории относительности. Кстати, теория Сверхзвезд небольших размеров была разработана тоже сравнительно давно, в тридцатых годах, Л. Д. Ландау и Р. Оппенгеймером.
Однако до сих пор расчеты теоретиков просто негде было проверить в окружающей нас вселенной. Для Солнца гравитационный критический радиус равен примерно 3 километрам. А истинный радиус нашего светила — около 700 тысяч километров, и оно вовсе не собирается сжиматься до сферы Шварцшильда.
Только теперь, с открытием Сверхзвезд, ученые получили в свое распоряжение объекты исследований, которым оказались «по плечу» «мерки» общей теории относительности!
Когда Сверхзвезда сжимается до критических размеров сферы Шварцшильда, начинаются необычные, просто парадоксальные явления.
Сжимающееся почти со скоростью света вещество в сильнейшем поле тяготения изменяет течение времени в Сверхзвезде, замедляет ею. Время становится «растянутым», словно при замедленном показе кинофильма. Поэтому мы никогда не сможем увидеть, как завершится коллапс и Сверхзвезда «сожмется в точку». Течение времени как бы останавливается!
Немыслимо? Невообразимо? Но когда вступаешь в причудливый мир общей теории относительности, воображение, как уже мы убедились, отстает от трезвой логики. С этим приходится примириться.
И все-таки попробуем если не представить себе наглядно необычные процессы, то хотя бы понять их закономерность.
Вот как объясняет это явление академик Яков Борисович Зельдович:
«Представим себе космонавта на ракете, приближающейся к Сверхзвезде. Допустим, что у него есть хронометр, который отсчитывает секунды. Каждую секунду космонавт посылает сигнал по радио, и эти сигналы принимаются где-то у нас на приемной станции. Забудем на время, что звезду отделяют от нас гигантские расстояния и сигнал идет долго.
Пока космонавт находится далеко от Сверхзвезды, сигналы приходят к нам равномерно, через секунду. Но вот он попал в сферу притяжения огромного сгустка вещества, оно захватывает корабль и разгоняет до околосветовой скорости. В это время на приемной станции промежутки между сигналами все время увеличиваются.
