Мир приключений 1961 г. №6 - Страница 144

В этом необычайном способе осуществления намеченного плана сказался весь неисчерпаемый оптимизм Циолковского. Однако современная наука нашла куда менее громоздкое решение волновавшей его проблемы.

В наших расчетах продолжительности межзвездных перелетов есть одна ошибка, или, лучше сказать, некое предвзятое допущение. Вычисляя, за сколько лет межзвездная ракета долетит до той или иной звезды, мы считали очевидным, что время для путешественников и для тех, кто остался на Земле, течет одинаково, в одном и том же темпе.

С точки зрения житейского «здравого смысла» иначе и быть не может. Но ведь не всегда следует доверять «здравому смыслу»! Увы, сколько раз в истории науки так называемый «здравый смысл» расходился с фактами. Так, например, несколько сотен лет назад казалось очевидным, что на шарообразной Земле люди могут удерживаться только в ее северной, «верхней» половине. По «здравому смыслу» антиподы (жители противоположного полушария Земли) должны неизбежно свалиться куда-то «вниз», так как удерживаться, подобно мухе на потолке, вверх йогами и вниз головой, люди не могут.

Сколько было споров и дискуссий, прежде чем удалось сделать общепонятным относительность направлений «верх» и «низ». Нет во Вселенной какого-то всеобщего «верха» и «низа». На Земле мы называем «низом» направление к ее центру, тогда как на Луне естественно считать «низом» направление не к центру Земли, а к центру Луны. Поэтому, полетев «вверх» к Луне, мы, очутившись на ее поверхности, увидим Землю не «внизу», а «наверху».

Мы позволили себе напомнить читателю все эти элементарные истины только потому, что время так же относительно, как «верх» и «низ». В межзвездных ракетах, летящих с околосветовой скоростью, время будет течь значительно медленнее, чем на Земле. Отсюда неизбежны парадоксальные следствия, о которых рассказано ниже. Но прежде следует доказать высказанное утверждение, чтобы для читателя все последующее не выглядело голословным.

Относительность времени есть одно из следствий теории относительности. А эта теория покоится, как на незыблемой основе, на двух бесспорных фактах.

С первым из них знаком каждый — это равноценность покоя и равномерного прямолинейного движения.

Вы сидите у окна вагона стоящего на станции поезда. В окно виден соседний поезд. Вот он тронулся с места, и вы ловите себя на обмане чувств — вам показалось, что поехал ваш поезд.

Покой и равномерное прямолинейное движение в некоторых ситуациях просто неотличимы. Если на море штиль и теплоход плывет совершенно равномерно, пассажиры в его внутренних салонах могут впасть в иллюзию: корабль покажется им покоящимся. Такой же обман чувств могут пережить и пассажиры на палубе корабля, если последний плывет в открытом море.

Обман чувств испытывает и все человечество: Земля вращается вокруг своей оси так равномерно, что только разумом, а не чувствами мы воспринимаем эту истину, которая тысячелетиями отвергалась.

Примеров явлений подобного рода можно привести сколько угодно. В них выражается тот факт, та особенность объективной реальности, что если какое-нибудь тело движется прямолинейно и равномерно, то все явления на теле или внутри него протекают совершенно так же, как если бы тело покоилось.

В этом заключается принцип относительности покоя и прямолинейного равномерного движения, сформулированный еще Галилеем.

Заметим, что сами понятия покоя и движения также относительны. Эта книга покоится на столе, но она же стремительно движется вместе с Землей вокруг Солнца. Следовательно, одно и то же тело может одновременно и двигаться и находиться в покое — все зависит от того, по отношению к какому другому телу мы рассматриваем его положение.

Поэтому и говорят, что тело находится в относительном покое или относительном движении.

Как это ни странно с точки зрения «здравого смысла», но и траектория движущегося тела также относительна, то есть тело одновременно может двигаться по разным кривым. Все опять зависит от того, по отношению к какому другому телу мы рассматриваем его движение.

Вот, например, вы бросаете из окна вагона мчащегося поезда вертикально вниз какой-нибудь предмет. Вам кажется, что он полетит вниз по прямой (если не учитывать сопротивления воздуха), тогда как стрелочник с неменьшим основанием может утверждать, что брошенный вами предмет летит по параболе. Кто же прав, вы или стрелочник? Нетрудно сообразить, что оба правы, каждый по-своему. По отношению к поезду предмет летит по прямой, по отношению к полотну железной дороги — по параболе.

«Ну, а на самом деле, — спросит читатель, — по какой же кривой летит предмет?»

А что значит — «на самом деле»? В этих словах заключена предвзятая идея о том, что предмет может двигаться только по какой-нибудь одной кривой. Но это все равно, как если бы кто-нибудь взялся доказать, что данное тело только движется или только покоится. Его попытка обречена на неудачу: всегда можно спросить, по отношению к чему, к какому телу рассматривается движение или покой, а тогда сразу станет ясно, что речь идет (и может идти) только об относительном движении.

Запомнив принцип относительности Галилея, обратимся теперь к другому, менее очевидному, но столь же бесспорному факту.

Представьте себе плывущий по морю корабль, на капитанском мостике которого, в точности посередине между носом корабля и его кормой, укреплен колокол. Капитан ударяет в колокол. Где раньше услышат его звук: на корме корабля или на его носу?

Произведем несложные расчеты. Предположим, что корабль движется со скоростью 30 км/час, а его длина равна 60 метрам.

Известно также, что звук распространяется в воздухе со скоростью 340 м/сек.

При движении звука в сторону кормы его скорость складывается со скоростью корабля — матрос, стоящий на корме, движется навстречу звуку. Поэтому звук от колокола на капитанском мостике дойдет до него за 0,08 сек. Наоборот, нос корабля движется вперед со скоростью 30 км/час — звук, догоняя его, дойдет до носа корабля за 0,09 сек.

В конце прошлого века физики были убеждены, что свет во многом похож на звук.

Если звуковые волны распространяются в воздухе, то, по их мнению, световые колебания совершаются в особой, всепроникающей среде — «мировом эфире». Тем удивительнее оказались результаты эксперимента, произведенного американским физиком Майкельсоном в 1881 году.

Идея его опыта весьма проста. Известно, что Земля, обращаясь вокруг Солнца, несется в мировом пространстве со скоростью около 30 км/сек. Допустим, что мы хотим измерить скорость света двух звезд относительно Земли. Одна из них находится в той точке неба, куда движется в данный момент наша планета, а другая — в прямо противоположной точке. Тогда скорость света первой звезды сложится со скоростью Земли, и в результате относительно Земли свет от первой звезды должен двигаться со скоростью 300 030 км/сек, тогда как от второй звезды лучи света дойдут до Земли со скоростью 299 970 км/сек.

Разница в скоростях, конечно, небольшая. Но в распоряжении Майкельсона был такой точный прибор (интерферометр), который мог уверенно зафиксировать даже гораздо меньшее различие.

Тем не менее, после весьма тщательно проведенного эксперимента Майкельсон пришел к парадоксальному выводу: скорость света в любых ситуациях всегда остается постоянной, равной 300 000 км/сек.

Сколько ни искали впоследствии ошибок в измерениях Майкельсона, сколько раз ни повторяли его знаменитый опыт, результат не изменился — скорость света действительно оказалась мировой константой, то есть не меняющейся ни при каких условиях, постоянной величиной.

Этот факт, эта коренная особенность мира и была взята Альбертом Эйнштейном в качестве второй основы теории относительности.

Признание двух принципов — принципа относительности покоя и равномерного прямолинейного движения и принципа постоянства скорости света — не есть выражение симпатии, вкуса того или иного ученого. Эти принципы проверены всей практикой человечества, они являются краеугольными камнями современной науки, и отрицание их равносильно невежеству.