Текст книги "Чем мир держится?"

Автор книги: Роман Подольный

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 15 страниц)

Масса со знаком минус

Много у тяготения загадок, но одна кажется особенно вызывающей. Все известные тела только притягиваются друг к другу. Мы не знаем случаев, когда гравитационное взаимодействие проявлялось бы в отталкивании тел. Не знаем – и все. Некоторые, хотя бы слабые, надежды в этом смысле отдельные ученые возлагают на антивещество.

Антивещество, как известно, отличается от вещества тем, что в нем заряды сменили свой знак. Электромагнитный, барионный и иные заряды, характеризующие атом, у антивещества – в сравнении с веществом – становятся из отрицательных положительными и наоборот. Хотя большинство физиков не считает, что аналогичная пертурбация имеет место и в случае гравитационного заряда, но проверить это просто необходимо.

Античастицы уже научились получать на мощных ускорителях. Требуется получить их достаточно и так организовать эксперимент, чтобы увидеть, как они отклонятся в поле земного тяготения. Пойдут вниз – значит, и у них гравитационный заряд положителен. Но вот если отклонятся вверх… Такие эксперименты готовятся.

…Материалистическое мировоззрение означает просто понимание природы такой, какова она ест, без всяких посторонних прибавлений…

Фридрих Энгельс

Но пока где же она, отрицательная гравитация? Ответов несколько. Самый простой и, пожалуй, самый по духу традиционный из них объясняет отсутствие тел с отрицательной тяжелой массой исторически. Они родились из предполагаемого «первояйца» вместе с обычными телами. Но, подгоняемые силами отталкивания, давно разлетелись из пределов наблюдаемой части Вселенной или равномерно рассеялись по Вселенной. Метагалактика и сама-то разбегается, причем скорость этого разбегания, как мы видим, умеряется взаимным притяжением ее составных частей. А тела с отрицательной массой только разгонялись.

Второй ответ парадоксален, причем парадоксален уж очень наглядно.

У каждого тела две массы, равные друг другу, – тяжелая и инертная. Представим себе, что обе они поменяли свой положительный заряд на отрицательный. Теперь рассмотрим, как будет себя вести отрицательная инертная масса при отсутствии (конечно, невозможном на самом деле) массы тяжелой.

Вы толкаете тело, и оно ответит вам движением в вашу сторону, тем более быстрым, чем сильнее был толчок. А чтобы остановить такой предмет, его придется подталкивать сзади…

Первый закон механики Ньютона будет полностью справедлив и для поразительного вещества с инертной антимассой, только действие силы будет проявляться «не в ту сторону». Забавно, наверное, было бы побывать – хоть в фантастическом рассказе – на планете, где все происходит по первому антизакону механики Ньютона (или первому закону антимеханики).

Если здесь дверь в доме открывается внутрь, ее надо тянуть к себе при входе и толкать от себя при выходе из дома.

Представим теперь себе космическое тело, наделенное сразу отрицательной тяжелой и отрицательной инертной массами. Тяжелая масса его отталкивается от обычного космического тела, но «наоборотная» инертная масса реагирует на отталкивание по-своему, обращая его снова в притяжение. Результат: отрицательный гравитационный заряд проявляет себя точь-в-точь как положительный. Поди теперь определи, какая звезда или планета в самом деле имеет отрицательную массу…

Профессор Нью-Йоркского университета Б. Хоффман предполагает, что положительная масса может превращаться в отрицательную при потере большого количества энергии в виде гравитационного излучения. Но если под сомнением находится сама отрицательная масса, то еще сомнительней превращение в нее массы положительной.

Все это, конечно, сугубо абстрактные примеры. Между тем с возможностью существования (принципиального) отрицательной массы связана ведь возможность ее искусственного создания (пока – весьма проблематичная возможность, которая проходит скорее по ведомству научной фантастики). А единственный путь к кэйвориту, который можно хотя бы представить – по аналогии с изоляцией от электромагнитного заряда – видится в создании слоя вещества, в котором положительным массам противопоставляются отрицательные[22]22
  Вещество (или поле), непроницаемое для тяготения, придется поддерживать в этом состоянии постоянной подкачкой энергии, иначе мы и вправду столкнемся с вечным двигателем. Любое тело, оказавшееся над таким веществом (полем), начнет подниматься и сможет затем при падении выполнить определенную работу. А для того, чтобы ввести экран, отделяющий от Земли тело, которое мы хотим «обезвесить», придется обязательно совершить определенную работу. Это неизбежно. Законы природы можно использовать, отменять их нельзя.


[Закрыть]. Мечта же о кэйворите, по мнению академика А. 3. Петрова и некоторых других ученых, вполне осуществима, в будущем, конечно.

Артур Кларк в своих «Чертах будущего» сформулировал полушутливый «Закон Кларка»: «Когда выдающийся, но уже пожилой ученый заявляет, что какая-либо идея осуществима, он почти всегда прав. Когда он заявляет, что какая-либо идея неосуществима, он, вероятнее всего, ошибается». «Пожилой возраст» применительно к физикам для Кларка означает просто: «после тридцати лет». А «положительные» высказывания о кэйворите принадлежат ученым, которым было в момент такой оценки значительно больше тридцати.

Надо, конечно, оговориться, что «единственный путь, который можно хотя бы представить», и путь, на котором в дальнейшем действительно находится решение, далеко не всегда совпадают, когда доходит до дела.

Существование отрицательной массы поставило бы науку перед рядом серьезнейших проблем. То, что при этом оказались бы возможны (не будем входить в подробности, почему именно) температуры ниже абсолютного нуля, – мелочь рядом с путаницей, которая может возникнуть с самым важным научным законом, гласящим, что причина всегда предшествует следствию.

Вероятнее всего, что именно к возможности отрицательной массы и придется отнести слово «никогда» в заголовке последнего большого раздела книги. Весьма вероятно также, что оно относится и к гипотетическим объектам, ставшим предметом следующей главы – тахионам, частицам, двигающимся быстрее света. Тахионы как будто не имеют прямого отношения к проблеме гравитации. Правда, в некоторых сомнительных гипотезах гравитации их привлекают для объяснения «причины тяготения». Частицы «тахионного газа» играют роль придуманных Лесажем и упомянутых в первом разделе книги частиц, подталкивающих тяготеющие тела друг к другу.

Однако современная, разрабатываемая десятками физиков гипотеза тахионов родилась на фундаменте специальной теории относительности, а та ведь очень тесно связана с теорией гравитации.

Главное же – «сверхсветовые» экскурсы физиков, даже если они приведут в тупик, показывают возможности современной теории, в частности ее умение обходить ею же установленные запреты. Опять-таки в этом разделе мы заглядываем в будущее, а уж к этому процессу предположение о тахионах, верно оно или неверно, со всей очевидностью имеет отношение.

Быстрее времени?

Вернемся снова к «парадоксу парадоксов» Нильса Бора: великая истина – это истина, противоположность которой – также великая истина.

Теория относительности Эйнштейна решительно утверждает: по мере приближения скорости любого «предмета» – от элементарной частицы до звездолета – к скорости света масса этого «предмета» будет расти в такой степени, что один какой-нибудь атом может достичь массы целой галактики. Да и как же иначе, если со скоростью растет энергия, а следовательно, и масса тела.

Итак, скорость света в природе – предел всех возможных скоростей. Роль этого положения для наших представлений о мироздании невозможно переоценить. Недаром же световыми годами исчисляют земные ученые расстояния до звезд и галактик. И именно в «световой барьер» упираются даже в самых смелых расчетах будущие скорости любых будущих космических кораблей.

…В древности верили, что где-то на краю света стоит столб с надписью «дальше некуда». По отношению к возможной скорости путешествий в космосе ту же роль играет положение теории относительности о предельности скорости света. Именно оно заставляет астрономов с грустью говорить о годах пути до ближайших звезд и многих тысячелетиях, которые пройдут в дороге к звездам дальним. Из этого же положения следует немалое число парадоксов, но дело сейчас не в них. Современная физика сумела как будто перехитрить сама себя. Едва физики успели сделать общепринятым запрет на сверхсветовые скорости, как им (конечно, не всем физикам) понадобилось атаковать этот запрет. И самое, пожалуй, парадоксальное, что атакуют они его, как уже говорилось, под знаменем той теории относительности, которая сама же запрет ввела.

Теоретики, поддерживающие идею о тахионах, позволили себе по-новому посмотреть на ситуацию. Частица не может «перешагнуть» через световой барьер? Да, это правило остается неколебимым. Но почему бы не представить себе, что есть в нашем мире частицы, которые с самого начала своего находятся уже по другую сторону этого барьера, частицы-аристократки, наделенные от рождения сверхсветовой скоростью, недоступной всяким там протоном, электронам, сигма-минус гиперонам и прочим плебеям обыденного физического мира?!

Для этого предположения не понадобилось так уж много фантазии. Ведь еще в школе мы знакомимся с частицами, от рождения наделенными способностью двигаться со скоростью света. Это кванты электромагнитной энергии, к числу которых принадлежат и частицы видимого света – фотоны, и радиоволны и т. д. «Зато» такие кванты не могут двигаться ни с какой другой скоростью, а в состоянии покоя (будь оно для них возможно – как будто можно остановить на лету луч света, сохранив его при этом) фотоны и их родственники не имеют массы вообще: как выражаются физики, масса покоя фотона равна пулю. Вот какую цену приходится платить за достижение светового барьера! Цена за «жизнь» по другую сторону этого барьера еще дороже. Сверхсветовые частицы обречены существовать (если, конечно, они существуют) с массой, представляющей собой мнимую величину. Когда школьная алгебра сообщала нам о том, что нельзя извлечь корень квадратный из отрицательного числа, а потому все числа, в состав которых в качестве множителя входит пресловутое i (корень квадратный из минус единицы), – мнимые, это, оказывается, имело, неведомо даже для авторов учебников, прямое отношение к проблеме сверхсветовых скоростей.

Мнимость величины массы за световым барьером не стала у теоретиков непреодолимым препятствием для самого существования сверхсветовых частиц. Больше того! По мнению доктора физико-математических наук В. Барашенкова, теория относительности не только не запрещает существование частиц, движущихся со сверхсветовыми скоростями, она оказывается без этих частиц неполной, односторонней (как елка, пушистая лишь с одного боку).

Первые предполагаемые жильцы области за световым барьером свое имя тахионов получили от греческого «тахис» – быстрый. Их довольно подробно описали, составив длинный список особых примет. И приметы эти, действительно, чрезвычайно особые. Даже у пресловутых античастиц куда меньше отличий от частиц обычных. Посудите сами. Досветовые частицы с ростом энергии увеличивают свою скорость. Тахионы как раз наоборот. Они тем быстрее, чем меньше энергии содержат. Грубо говоря, если тахионы «подталкивать», подбавляя энергии, они будут тормозиться; напротив, попытка остановить их, отнимая энергию, приведет к увеличению скорости. Достаточно чуть подумать, чтобы понять: иначе и быть не может. Для тахионов световой барьер также непреодолим, как для знакомых нам тел, только непреодолим «сверху». Обычным частицам мешает перемахнуть через него то обстоятельство, что с приближением к барьеру фантастически вырастает масса-энергия частиц; то же должно происходить и с тахионами при их приближении к скорости света, только они ведь идут к ней «тормозя», и именно замедление тут требует энергии.

Мало того, возможна ситуация, в которой тахион окажется частицей с отрицательной кинетической энергией. Это уже пострашнее, чем мнимая масса. Потому что всякое тело, рождающее тахионы и теряющее их, будет тем самым все набирать и набирать энергию, черпая ее буквально из ничего. Тем самым в наше распоряжение поступит что-то вроде вечного двигателя, но он, увы, запрещен законами природы. Теоретики, занимающиеся тахионами, сумели, правда, найти способ, благодаря которому тахионы можно всегда считать частицами с положительной энергией и их источник вечным двигателем не окажется.

Как известно, драконов не существует. Эта примитивная констатация может удовлетворить лишь ум простака, но отнюдь не ученого… Имеется три типа драконов – нулевые, мнимые и отрицательные. Все они, как было сказано, не существуют, однако каждый тип – на свой особый манер.

Станислав Лем

Все это перечисление «особых примет» было только подступом к главному последствию, вытекающему из существования тахионов. Последствию, которое должно коснуться самих основ физического мира. Речь идет о причинно-следственной связи.

Причина предшествует следствию – это один из глубинных законов природы. Человек сначала спотыкается, потом падает. Пуля вылетает из винтовки после того, как боек ударил по капсюлю, а не наоборот. Чтобы вырос колос, в земле должно быть зерно. Впрочем, чего стоят эти три примера рядом с мириадами других, предлагаемых самой жизнью каждому из нас. Ни одна из сотен элементарных частиц, открытых или придуманных (или то и другое) физиками, не посягала на бесспорную справедливость того, что причина опережает во времени следствие. Но тахион и тут оказался исключением. Дело в том, что он может двигаться во времени из будущего в прошлое!

По реке Времени нельзя плыть против течения, как нельзя в ней и остановиться. Но всему нельзя, а тахионам, выходит, можно?

Физики предприняли, правда, грандиозную операцию то теоретическому укрощению тахионов. Операцию, название которой проще всего перевести на русский язык словом «переистолкование». Барашенков пишет об этой операции так: «При любом взаимодействии частица, имеющая отрицательную энергию и движущаяся в конечном (начальном) состоянии реакции обратно во времени, должна интерпретироваться как соответствующая античастица, имеющая положительную энергию и движущаяся вперед во времени в начальном (конечном) состоянии реакции».

Именно так удалось решить проблему отрицательной энергии. Но для того, чтобы абсолютно надежно закрыть дорогу в прошлое, это решение годится далеко не во всех случаях. Можно представить себе эксперимент, в котором при взаимодействии тахионов с атомами мы все равно, увидим следствие, предшествующее причине, и теоретические ухищрения от такого положения не спасут.

Позволим себе простую аналогию. Когда мы видим киноленту, в которой боксер вначале лежит на ринге (причем рефери ведет счет от десяти до одного), потом он вскакивает, получает удар в челюсть, сам наносит удар, то мы можем заявить, что лента пущена в обратном порядке и никакого чуда здесь нет. Но если мы вдруг увидим то же самое на ринге «живьем», без посредничества кинокамеры, то придется признать, что время для нас течет в обратном направлении – по сравнению с боксером Так вот, можно поставить эксперимент, где, условно говоря, боксер сначала упадет, а потом получит удар. И это будет реальностью… если реальны тахионы и реальна возможность их реакции с атомами.

Если построить два тахионных приемопередатчика, обменивающихся между собой сигналами, то сигнал первого из них придет ко второму до того, как первый будет включен. А второй приемопередатчик отправит ответный сигнал, который будет принят опять-таки прежде, чем он был послан. Образуется петля времени, сотни раз описанная в фантастике. Старый вопрос софистов и схоластов: что раньше – курица или яйцо – неожиданно приобретает вполне реальный физический смысл, во всяком случае в теории.

А достаточно допустить нарушение причинно-следственной связи в случае с тахионами, чтобы признать эту связь по меньшей мере не такой простой и ясной, какой она до сих пор представлялась. В последние годы была выдвинута, например, гипотеза, что наряду с опережающей причинностью в мире может действовать и причинность запаздывающая, когда следствие предшествует причине. Другая гипотеза предлагает в некоторых случаях вообще не прибегать к понятию о причинах и следствиях. В. Барашенков пишет о возможности процессов, в которых одно и то же явление в зависимости от системы координат, в которой оно рассматривается, может выступать и как причина, и как следствие. И вообще при сверхсветовых скоростях прошлое и будущее не противостоят друг другу, их можно противопоставлять так же условно, как в обыденной жизни условно мы противопоставляем правое и левое.

Есть такая любопытная формула, которую не так уж редко вспоминают: «Прошлое – то время, в котором мы ничего не можем изменить, но относительно которого питаем иллюзию, что знаем о нем все. Будущее– время, о котором мы не знаем ничего, но питаем иллюзию, что можем его изменить. Настоящее – граница, на которой одни иллюзии сменяются другими». Если сверхсветовые скорости возможны, то представление о неизменности прошлого может оказаться под угрозой. А почему, собственно, под угрозой? Ведь в прошлое в самом крайнем случае оказываются способны проникать только сверхсветовые частицы (и тела?!). Машина времени в качестве экипажа с пассажирами и в этом случае по-прежнему продолжает проходить только по ведомству фантастики: ведь мы уже выяснили, что световой барьер и в новой ситуации остается непреодолимым.

Время окончательно потеряло надо мной свою власть. Оно потекло в разные стороны, иногда даже в противоположном направлении.

Валентин Катаев

Как решить парадоксы, связанные с путешествием в прошлое? Может быть, стоит вспомнить, что некоторые научные парадоксы являются отражением реальных диалектических противоречий природы? Недаром в одном фантастическом рассказе, повествующем о путешествии в прошлое, герои вспоминают знаменитый еще в античную эпоху парадокс, известный под именем апории об Ахиллесе и черепахе.

Положим, быстроногий Ахиллес бежит за черепахой, отделенной от него ста метрами (метры – это чтобы «осовременить» античность). Черепаха движется вдесятеро медленнее Ахиллеса. Он пробежит эти сто метров, а черепаха за то же время проползет еще десять метров. Он перемахнет и эти десять, а черепаха одолеет еще один метр. Ахиллес – метр, черепаха – десять сантиметров, он – дециметр, она сантиметр и так далее. Расстояние между ними будет все меньше и меньше, но никогда не окажется равно нулю. Смешно, правда?

А между тем древнегреческий ученый Зенон, первый сформулировавший этот парадокс, уловил здесь, как полагают современные ученые, одно из действительно существующих противоречий реальности. До сих пор в специальных философских и математических журналах появляются научные статьи, посвященные этому парадоксу и противоречию, которое он отражает. Иногда пишут, что если на пути научного мышления встречается парадокс, он должен быть разрешен, снят, так или иначе заменен истинами, не ведущими к неразрешимым противоречиям. Сделать это удается далеко не всегда, недаром же сказано, что «гений, парадоксов друг». А центральный закон диалектики, по Марксу и Энгельсу, – закон единства и борьбы противоположностей.

Парадоксы, противоречия в познании человеком мира отражают часто не только недостаточность наших знаний о мире, но и противоречия самой природы.

Есть, конечно, прекрасный способ решить проблему сверхсветовых частиц так, чтобы и волки были сыты, и овцы целы. И он уже найден. Достаточно принять, что тахионы существуют, но никак не взаимодействуют с «досветовым» веществом в любых его формах. При встрече с обычными частиками тахионы минуют их, не замечая, а на тех, в свою очередь, никак не сказываются столкновения с тахионами. Два мира, досветовой и сверхсветовой, разделены навсегда и сверхнадежно, световой барьер – стена, разделяющая Вселенную на два абсолютно независимых и совершенно самостоятельных мира, существующих, между прочим, в одном и том же пространстве и времени.

Так удается как будто разрешить противоречие между предсказываемым теорией для тахионов путешествием в прошлое и хорошо проверенной в нашем мире причинно-следственной связью. Но на смену этому противоречию встает другое. Мир должен быть познаваем! А тут получается, что мы так никогда и не сможем проверить экспериментально, есть ли тахионы. А с принципиальной непознаваемостью хотя бы части мира наука согласиться не может. И лучшее тому для нашего случая подтверждение – напряженные поиски тахионов.

Тахионы пытались ловить в космических лучах. Поступали при этом ученые (индийские физики) чрезвычайно остроумно. В ожидании очередного ливня (периодического резкого всплеска) космических лучей они открывали затворы своих регистрирующих аппаратов чуть раньше, чем должен был прийти такой ливень. Если бы в космическом излучении оказались тахионы, они опередили бы другие составные части излучения и, возможно, как-нибудь были бы отмечены аппаратурой. Но приборы их не зарегистрировали.

Пытались заметить, как отражаются на других частицах предполагаемые столкновения с тахионами. Пытались получить тахионы на гигантских ускорителях. И все неудачно.

Часть физиков на основании опытов пришла к выводу, что тахион, если и поглощается атомом, то в среднем не чаще чем один раз за сто триллионов квадриллионов лет (единица с двадцатью девятью нулями!) и что живет тахион максимум одну триллионную одной триллионной доли секунды. Живи он дольше или сталкивайся с атомами чаще, его бы, по мнению этой части ученых, уже обнаружили.

Астрофизиков несколько смущают странные вещи, связанные с наблюдением за космическим объектом – квазаром ЗС-279. Группа американских ученых утверждает, что здесь имел место выброс вещества, удаляющегося от квазара со скоростью, вдесятеро большей скорости света. Ошибка? Скорее всего. И все-таки… На этом, видимо, основании один из американских физиков предположил даже, что могут существовать целые сгустки сверхсветового вещества.

Может быть, стоит сказать, что не нужны нам такие частицы, раз с ними столь хлопотно и трудно? Тем более, что тахионы никак не удается найти. Обойдемся привычными протонами, электронами, фотонами и остальными двумя с лишним сотнями «элементарных» частиц, резвящихся по сю сторону скорости света. Такое решение многих ученых устроило бы. Но ведь природа не спрашивает у людей, устраивают ли их установленные ею в физическом мире порядки.

Пусть тахионы до сих пор не найдены, но раз на них не наложено запрета, есть шансы, что они все-таки существуют. Тем более, что теории эти частицы нужны.

Но никакие теоретические выкладки не смогут – до эксперимента – доказать, что тахионы существуют, что возможны сверхсветовые скорости, что их, наконец, можно будет когда-нибудь использовать.

Придет ли такое доказательство?

Найдется ли способ решить – с помощью тахионов либо на основе их изучения – проблему путешествия в прошлое?

Впрочем, у древних греков была ведь и такая поговорка: даже боги не могут сделать бывшее не бывшим. И, может быть, тахионам «отведут в пользование» лишь события, разыгрывающиеся в самых глубинах микромира, может быть, сверхсветовым скоростям так же нет доступа в наш обычный мир, как некоторым законам квантовой механики, действующим лишь в мире элементарных частиц.

Даже если тахионы проявляют себя только в масштабах ультрамалых пространств и ультракоротких промежутков времени (по Барашенкову, на расстояниях менее десяти в минус шестнадцатой степени сантиметра и в реакциях, продолжающихся менее десяти в минус двадцать шестой степени секунды), они все равно должны играть во Вселенной выдающуюся роль. Открытия атомной физики отучили нас от презрения к малым масштабам микромира, которые оборачиваются для макромира то трагедиями атомных бомб, то рождением атомных электростанций.

Что же, в любом случае истину о тахионах надо, необходимо узнать.