Текст книги "Межпланетные путешествия. Полёты в мировое пространство и достижение небесных тел"

Автор книги: Яков Перельман

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

Межпланетный дирижабль Уэльса

„Вообразите себе шарообразный снаряд, достаточно просторный, чтобы вместить двух человек с их багажом. Снаряд будет иметь две оболочки – внутреннюю и наружную; внутренняя из толстого стекла, наружная – стальная. «Можно взять с собою запас сгущенного воздуха, концентрированной пищи, аппараты для дестилляции воды и т. п. Стальной шар будет весь снаружи покрыт слоем кеворита. Внутренняя стеклянная оболочка будет сплошная, кроме люка; стальная же будет состоять из отдельных частей, и каждая такая часть может сворачиваться, как штора. Это легко устроить посредством особых пружин; шторы можно будет опускать и свертывать электрическим током, проводимым по платиновым проводам в стеклянной оболочке. Все это уже технические подробности. Главное то, что наружная оболочка снаряда будет вся состоять как бы из окон и „кеворитных» штор. Когда все шторы наглухо спущены, внутрь шара не может проникнуть ни свет, никакой вообще вид лучистой энергии, ни сила всемирного тяготения. Но вообразите, что одна из штор поднята – тогда какое-нибудь весомое тело, которое случайно находится вдали против этого окна, притянет нас к себе. Практически мы сможем путешествовать в мировом пространстве в том направлении, в каком пожелаем, притягиваемые то одним, то другим небесным телом".

Как видим, шар Уэльса, не имея внутри себя никакого двигателя, все же вполне приспособлен для межпланетных странствований…

Интересен у романиста самый момент отправления этого снаряда в путь. По идее Уэльса, тонкий слой „кеворита", покрывающий наружную поверхность снаряда, делает его совершенно невесомым. Невесомое тело не может спокойно лежать на дне воздушного океана; с ним должно произойти то же, что произошло бы с пробкой, погруженной на дно озера: пробка быстро всплывает на поверхность воды. Точно также невесомый снаряд, – отбрасываемый, к тому же, еще и инерцией вращающегося земного шара, – должен стремительно подняться ввысь и, дойдя до крайних границ атмосферы, умчаться по инерции в мировое пространство. Герои романа Уэльса так и полетели. И, очутившись далеко за пределами атмосферы, они, открывая одни заслонки, закрывая другие, подвергая свой снаряд притяжению то Солнца, то Земли, то Луны, – постепенно добрались до поверхности нашего спутника. А впоследствии точно таким же путем снаряд благополучно возвратился на Землю.

Этот проект небесных путешествий, так заманчиво представленный в романе, невольно подкупает своей внешней простотой. На первый взгляд он кажется настолько правдоподобным, что естественно возникает мысль: не заложено ли в нем здоровое зерно, и не в этом ли направлении следует искать разрешения задачи межпланетных путешествий? Нельзя ли, в самом деле, изобрести вещество, непроницаемое для тяготения, и, пользуясь им, устроить космический дирижабль?

Стоит, однако, вдуматься поглубже в эту идею, чтобы убедиться в ее полной несостоятельности.

Самая загадочная сила природы

Не говорю уже о том, как мало у нас надежды найти когда-нибудь вещество, непроницаемое для тяготения. Причина тяготения нам неизвестна: со времен Ньютона, открывшего эту силу, мы ни на шаг не приблизились к познанию ее внутренней сущности. Без преувеличения можно сказать, что тяготение – самая загадочная из всех сил природы. Мгновенная быстрота, с которой она, повидимому, распространяется, лишает нас возможности придумать удовлетворительное объяснение ее сущности [5]5
  В самое последнее время высказано предположение, что тяготение распространяется не мгновенно, а со скоростью света (теория Эйнштейна). О теориях тяготения – см. прибавление 2-ое в конце книги.


[Закрыть].

Столь же непостижимо и то, что тяготение изменяется сообразно не поверхности тела, не его объему, а массе, т.-е. способности тела приобретать большее или меньшее ускорение под действием силы. При таких условиях ставить решение проблемы небесных путешествий в зависимость от изобретения фантастического экрана (заслона) для тяготения – значит обречь себя на неопределенно долгое, быть-может, и бесплодное ожидание.

Но пусть даже заслон тяготения – фантастический „кеворит" – найден, пусть с его помощью сооружен снаряд по проекту английского романиста. Пригоден ли будет этот снаряд для межпланетных путешествий, как описано в романе? Посмотрим.

Смущает нас, прежде всего, скорость. Там, где маршруты исчисляются сотнями тысяч и миллионами верст, от экипажа, естественно, требуется огромная быстрота перемещения. Между тем, по этой части с нашим межпланетным дирижаблем обстоит далеко неблагополучно. В самом деле, какая сила движет и управляет снарядом Уэльса? Сила притяжения различных небесных тел. Но мы уже знаем, что на больших расстояниях эта сила способна сообщить небольшому телу в первые часы лишь весьма умеренную скорость. Можно было бы доказать несложным вычислением, что под действием одного лишь лунного притяжения предмет с расстояния Земли должен падать на Луну больше 43 дней!

Своим притяжением Луна может заставить предмет, находящийся от нее на расстоянии Земли, передвинуться в первую секунду всего лишь на несколько тысячных долей дюйма. Под действием Солнца то же тело переместилось бы в первую секунду на 1/8 дюйма. Влияние притяжения далеких планет, а тем более – звезд, на наш фантастический снаряд было бы исчезающе ничтожно [6]6
  Притяжение даже ближайшей звезды способно сообщить телу, находящемуся в нашей солнечной системе, лишь столь ничтожную скорость, что даже после целого года непрерывного действия тело все еще двигалось бы медленнее пешехода.


[Закрыть].

И хотя полученная снарядом скорость увеличивается с каждой секундой, – все же пришлось бы ждать целые часы, целые сутки, чтобы снаряд накопил скорость, хоть сколько-нибудь сравнимую с теми гигантскими расстояниями, которые придется преодолевать в межпланетных пустынях [7]7
  Впрочем, при перелетах на планеты, обращающиеся снаружи земной орбиты, можно было бы пользоваться тем, что совершенно невесомый снаряд должен, вследствие инерции, отделиться от Земли со скоростью 30 километр. в сек. по касательной к земной орбите (это скорость движения Земли вокруг Солнца). Такая скорость достаточно велика, чтобы в десять дней перенести снаряд на 25 миллионов километров. Надо было бы только, при выборе момента отправления, дождаться надлежащего расположения планет.


[Закрыть].

Экран тяготения и вечный двигатель

Мы подходим к самому убийственному доводу против проекта английского романиста, к первородному греху его основной идеи. В уме читателя, вероятно, уже мелькнула тень сомнения, когда романист говорил нам о возможности поднять тяжелый груз „хоть соломинкой", поместив под ним непроницаемый для тяготения экран. Да ведь это же значит ни более ни менее, как разрешить древнюю проблему вечного двигателя, создать энергию „из ничего"! Вообразите, в самом деле, что мы уже обладаем экраном тяготения. Тогда мы подкладываем этот экран под любой груз, поднимаем, без всякой затраты энергии, наш теперь уже невесомый груз на любую высоту и затем снова убираем экран. Груз, конечно, падает вниз и может произвести при падении некоторую работу. Мы повторяем эту простую операцию дважды, трижды, тысячу, миллион раз, сколько пожелаем – и получаем произвольно большое количество энергии, не заимствуя ее ниоткуда!..

Выходит, что непроницаемый для тяготения экран дает нам чудесную возможность создать энергию, сотворить ее „из ничего", ибо ее появление, повидимому, не сопровождается одновременным исчезновением равного количества энергиии в какой-нибудь иной форме или– в другом месте. Если бы герой Уэльса, действительно, побывал на Луне и возвратился на Землю тем способом, какой описан в романе, то в результате подобного путешествия мир обогатился бы новым запасом энергии. Общее количество ее во вселенной увеличилось бы ровно на столько, сколько составляет разность работ, совершаемых силою тяжести при падении человеческого тела с Луны на Землю и с Земли на Луну. Земля притягивает сильнее, чем Луна, и, следовательно, первая работа больше второй. Пусть этот прирост энергии ничтожен по сравнению с неисчерпаемым запасом ее во вселенной – все же такое сотворение энергии есть несомненное чудо, противоречащее основному закону природы, который гласит:

„Общий запас энергии во вселенной ни при каких обстоятельствах не увеличивается и не уменьшается, а остается постоянным".

Если мы пришли к столь явному противоречию с законами природы, к возможности создавать энергию „из ничего", – то это по-просту значит, что в наше рассуждение вкралась незамеченная нами основная ошибка. Нетрудно понять, где именно надо эту погрешность искать. Идея экрана, непроницаемого для тяготения, сама по себе нисколько не нелепа; но ошибочно думать, будто помощью его можно сделать тело невесомым, не затрачивая при этом никакой энергии. Нельзя перенести тело за экран тяготения, не производя никакой работы. Невозможно задвинуть шторы „кеворитного" шара, не применяя силы. То и другое должно сопровождаться затратой определенного количества энергии, равного тому количеству ее, которое потом является словно созданным „из ничего". В этом и состоит разрешение загадки, к которой мы пришли.

Задвигая заслонки своего межпланетного снаряда, герои Уэльса тем самым словно рассекали невидимую цепь притяжения, которая приковывала их тела к Земле. Мы в точности знаем крепость этой цепи и можем вычислить величину работы, необходимой для ее разрыва. Это та работа, которую вы совершили бы, если бы перенесли весомое тело с земной поверхности в бесконечно удаленную точку пространства, где сила земного притяжения равна нулю.

Большинство людей привыкло относиться к слову „бесконечность" с мистическим благоговением, и упоминание этого слова нередко порождает в уме не-математика совершенно превратные представления. Когда я упомянул о работе, производимой телом на бесконечном пути, многие читатели, без сомнения, уже решили про себя, что работа эта бесконечно велика. На самом же деле она хотя и очень велика, но имеет значение конечное, которое математик может в точности вычислить. Работу перенесения весомого тела с земной поверхности в бесконечность мы можем рассматривать как сумму бесконечного ряда слагаемых, которые быстро уменьшаются, потому что с удалением от Земли сила притяжения беспредельно ослабевает. Сумма таких слагаемых, хотя бы их было и бесчисленное множество, нередко дает результат конечный. Прибавьте к копейке полкопейки, затем еще 1/4 копейки, затем 1/8, потом 1/16, 1/32, и т. д.; вы можете продолжать такой ряд целую вечность, присчитывая все новые и новые прибавки, – и все-таки в результате суммирования получите не более двух копеек! При учете работы тяготения мы имеем нечто в роде подобного сложения, и читатель не должен удивляться, что работа эта даже на бесконечном пути имеет конечное значение. Можно вычислить, что для груза в 1 килограмм работа перенесения гири с земной поверхности в бесконечность составляет немного более 6-ти миллионов „килограммометров". Так как эта техническая оценка работы не для всех понятна, то поясню, что она равна величине работы, которую произвел бы, например, подъемный кран, подняв паровоз с тендером на высоту 30 сажен (100 тонн на высоту 60 метров). Это не бесконечно большая работа, хотя и достаточно значительная для человеческих сил.

Погружение в тень тяготения

В смысле затраты работы совершенно безразлично, перенесете ли вы груз с Земли в бесконечно удаленную точку, или в такое место (хотя бы и весьма близкое), где он вовсе не притягивается Землей. И в том, и в другом случаях вы совершили бы одинаковую работу, ибо величина ее зависит не от длины пройденного пути, а только от различия силы притяжения в крайних точках пути. При переносе тела в бесконечность работа эта производится постепенно, на всем бесконечно длинном пути, а при переносе за экран тяготения такое же количество энергии затрачивается в те несколько мгновений, пока совершается этот перенос. Надо ли говорить, что практически вторую работу было бы гораздо труднее произвести, чем первую?

Теперь становится очевидной безнадежность фантастического проекта Уэльса. Романист не подозревал, что столь простое на вид действие, как перенесение тела за экран, непроницаемый для тяготения – представляет собою неимоверно трудную механическую задачу: ведь для этого надо сделать такое же усилие, как и для того, чтобы удалить тело с Земли в бесконечность!

Уэльс упустил из виду, что задвинуть заслонки его снаряда вовсе не так легко и просто, как захлопнуть дверцу кареты: в тот краткий миг, когда закрывается последняя заслонка и пассажиры отделяются от весомого мира, – должна быть выполнена работа, равная работе перенесения полного веса пассажиров в бесконечность. А так как два человека весят свыше 100 килограммов, то, значит, задвигая заслонки снаряда, герои романа должны совершить работу ни мало, ни много – в 600 миллионов килограммометров! Это почти так же легко выполнить, как втащить броненосец на купол Йсаакиевского собора, и притом в течение всего нескольких секунд. Будь мы были подобными богатырями, мы могли бы без всякого, кеворита" буквально прыгнуть с Земли на Луну… Не приходилось бы долго размышлять над проблемой межпланетных путешествий.

Безвыходный круг

Итак, идея странствовать во вселенной под защитою вещества, непроницаемого для тяготения, приводит нас к тому, что в логике называется „безвыходным кругом". Чтобы воспользоваться таким веществом, необходимо преодолеть притяжение Земли – т.-е. выполнить именно то, ради чего и придуман экран тяготения. Следовательно, вещество, непроницаемое для тяготения, бесполезно для небесных путешествий.

V
Можно ли ослабить земную тяжесть?

Если несбыточны надежды укрыться от силы тяжести, то, быть-может, существуют способы хотя бы ослабить тяжесть на земной поверхности?

Увеличить объем Земли

Казалось бы, простой и ясный закон Ньютона не допускает подобной возможности даже в теории: сила притяжения зависит ведь от массы земного шара, которую уменьшить мы не в состоянии. Однако, это не так. Речь идет о напряжении тяжести на поверхности нашей планеты, а оно, как известно, зависит не от одной лишь массы, но также и от расстояния до центра земного шара, т.-е. от величины земного радиуса. Если бы мы могли разрыхлить земной шар настолько, чтобы, увеличившись в объеме, он имел радиус, например, вдвое больше, чем теперь, то напряжение тяжести на поверхности такого шара стало бы вчетверо меньше. В самом деле: находясь на поверхности Земли, мы были бы вдвое дальше от притягивающего центра (шарообразные тела притягивают так, как будто вся их масса сосредоточена в центре). Выгода от подобного грандиозного переустройства обитаемой нами планеты получилась бы еще и та, что поверхность земного шара увеличилась бы при этом в четыре раза. Людям жилось бы на Земле буквально вчетверо свободнее и вчетверо легче…

Разумеется, ни современная техника, ни, вероятно, и будущая не в состоянии осуществить ничего подобного.

Миллионы лет назад

Любопытно, однако, что некогда, – в древние геологические эпохи, – радиус нашей планеты был действительно больше, нежели теперь; тогда и напряжение тяжести было соответственно слабее. Как утверждают геологи (теория Зюсса), горы на земном шаре образовались вследствие того, что наша планета, охлаждаясь, уменьшалась в объеме; при этом земная кора сморщивалась, как кожа иссохшего яблока. Морщины эти и есть горы. Если мысленно расправить все складчатые горы земного шара, то определится, насколько поверхность нашей планеты была некогда больше, нежели теперь. Этим путем вычислено, что в древнейшую геологическую эпоху (альгонкинскую) радиус земного шара был на 1/4 больше, нежели теперь. Мы знаем, что с удалением от центра напряжение тяжести уменьшается пропорционально квадратурасстояния. Значит, если поверхность Земли была тогда в дальше от центра, чем теперь, то напряжение тяжести должно измениться в раз, т.-е. составляло приблизительно нынешней силы тяжести. Вы видите, что не всегда тяжесть на Земле была такой, как теперь: миллионы лет тому назад нынешний пуд весил на Земле всего около 25 фунтов. Приходится только пожалеть, что мы не жили на Земле несколькими миллионами лет ранее, когда задачу межпланетных путешествий можно было разрешить легче, нежели теперь…

Ускорить вращение Земли

Механика указывает и другой путь к ослаблению земной тяжести. Этот способ состоит в том, чтобы ускорить быстроту вращения Земли вокруг оси. Уже и теперь центробежная сила, возникающая при вращении земного шара, уменьшает вес всякого тела на экваторе на долю. В соединении с другой причиной (вздутием земного шара у экватора) центробежная сила действует так, что все тела на экваторе весят на % меньше, чем близ полюсов. Паровоз, весящий в Москве 10.000 пудов, становится по прибытии в Архангельск на 10 пудов тяжелее, а в Одессу – настолько же легче. Партия угля в 300.000 пудов, доставленная с Шпицбергена в какой-нибудь экваториальный порт, уменьшилась бы в весе на 1.200 пудов, если бы приемщику пришла фантазия принять груз, пользуясь пружинными весами, выверенными на Шпицбергене. Броненосец, весивший в Архангельске 20.000 тонн, становится по прибытии в экваториальные воды легче на 80 тонн, т.-е. почти на 5.000 пудов; но это, конечно, остается неощутительным, так как соответственно легче делаются и все другие тела, не исключая и воды в океане. Всю эту разницу веса похищает, главным образом, центробежная сила: на экваторе она несколько больше, чем в высоких широтах, где точки земной поверхности при вращении Земли описывают гораздо меньшие круги.

Весьма нетрудно доказать, что если бы Земля вращалась в 17 раз быстрее, чем теперь, то центробежная сила на экваторе увеличилась бы 17 X 17, т.-е. почти в 290 раз. Если вы вспомните, что центробежная сила теперь похищает у тел как-раз долю их веса, то поймете, что на экваторе такой быстро вращающейся Земли тела совсем не имели бы веса! Стоило бы тогда лишь достичь экватора, чтобы, слегка оттолкнувшись здесь, быть отброшенным в мировое пространство. Задача межпланетных путешествий разрешалась бы крайне просто. А если бы Земля вращалась еще быстрее, то мы сделались бы небесными странниками поневоле, так как инерция вращения сама отбросила бы нас в бездонную глубь неба. Людям приходилось бы задумываться уже над проблемой „земных", а не межзвездных странствований…

Но в силах ли мы заставить обитаемый нами земной шар вращаться быстрее, нежели теперь? Ведь это значит совершить нечто в роде чуда Иисуса Навина – приказать Солнцу изменить свой (кажущийся) дневной путь по небесному своду!

Многим читателям, без сомнения, приятно будет узнать, что теоретически это в нашей власти. При помощи довольно простого приема люди могли бы ускорить или, если угодно, замедлить вращение земного шара.

Придется, однако, начать несколько издалека, чтобы объяснить эту возможность.

Вам случалось, вероятно, замечать, что когда, спеша выйти на берег, вы идете по дну причалившей лодки, она, к немалой досаде вашей, сама отодвигается от берега. Этим неприятным сюрпризом вы обязаны тому закону механики, который называется „законом действия и противодействия". Закон состоит в том, что всякая действующая сила всегда вызывает равную силу противодействия. Что происходит, когда вы идете по дну лодки? Вы отталкиваете свое тело от опоры; вместе с тем отталкивается назад и сама опора. При ходьбе по неподвижному полу этого не замечается, так как отталкивающее усилие уничтожается сопротивлением неподвижной опоры  [8]8
  Точнее – тут отталкивается назад весь земной шар! Это звучит очень странно, но далее будет объяснено, что именно так и происходит.


[Закрыть].

Не заметите вы обратного перемещения и в том случае, когда лодка очень велика или тяжело нагружена: это потому, что одна и та же сила сообщает различным телам различное движение, в зависимости от их массы – тяжелое тело она перемещает с меньшею скоростью, нежели легкое. Переходя по палубе большого парохода от кормы к носу, вы также отталкиваете ногами все судно назад; но скорость этого перемещения, даже если бы ему не препятствовало трение о воду, была бы ничтожна: во столько же раз меньше скорости вашего собственного перемещения, во сколько раз пароход тяжелее вас самих. Но вернемся к нашей лодке. Представьте себе, что она имеет не удлиненную форму, а форму большой плавающей тарелки, и вообразите, что вы ходите кругом вдоль борта такой круглой лодки. Что при этом произойдет с ней? Догадаться не трудно: она придет во вращательное движение в обратном направлении, т. е., отталкиваясь ногами, вы, подобно лошади на топчаке, заставите ее вращаться. Проделав тот же маневр на палубе большого парохода, вы, конечно, не приведете его во вращение: масса такой громады слишком велика по сравнению с массой вашего тела; да и, кроме того, усилие ваших ног должно при этом преодолеть трение погруженной части судна о воду. И все же, теоретически рассуждая, некоторое перемещение достижимо: чем дольше вы будете кружиться по палубе, тем на больший угол повернется пароход. Возможно, что, сделав миллион кругов, вы повернете пароход на некоторую долю градуса… Чем значительнее груз, перемещаемый по палубе, тем большую силу затратите вы на его перемещение, а следовательно, тем сильнее будет и отталкивающее действие. Запрягши слонов в пушки и заставив их в течение многих суток кружиться по палубе, вы добились бы менее ничтожных результатов, чем кружась сами.

Вот небольшой приборчик (см. черт.), помощью которого можно наглядно иллюстрировать это отталкивающее действие движущегося тела на опору. Миниатюрный заводной паровозик бегает по кольцеобразным рельсам, укрепленным на легкоподвижном столике. И можно прямо видеть при этом, как весь столик сам вращается в обратную сторону.

Игрушечный паровозик, иллюстрирующий отталкивательное действие движущегося тела на опору: когда паровозик бежит по рельсам, подвижная платформа вращается в обратную сторону.

Мы подошли, наконец, вплотную к интересующему нас вопросу. Вообразите, что по экватору или по параллельным кругам Земли с востока на запад совершается непрерывное перемещение грузов: мчатся поезда, плывут пароходы, течет вода в каналах и т. д. – все в одном и том же направлении. Как отразится это на вращении Земли? После всего сказанного ответ ясен. Земля сама вращается с запада на восток; перемещение грузов на запад должно сообщить ей добавочное вращение в восточную сторону; следовательно, Земля будет вращаться быстрее. Значит, мы можем сократить продолжительность суток! Теоретически, как видите, это вполне в нашей власти; практически же осуществить это трудно по многим причинам, и прежде всего за недостатком времени. Масса тех паровозов, пароходов и той воды, которые будут перемещаться по земной поверхности, так мала по сравнению с колоссальной массой земного шара, что пройдут тысячи веков, прежде чем длина суток изменится на ничтожную долю секунды. А ведь нам нужно сократить сутки в 17 раз!

Впрочем, если бы выполнение подобного проекта и оказалось по силам человечеству, то, вращаясь столь быстро, земной шар под действием огромной центробежной силы расплющился бы в диск (в плоскости своего экватора), а, быть-может, даже еще ранее разлетелся бы на части, как черезчур быстро заверченный жернов [9]9
  Астрономы предполагают, что Земля наша некогда уже имела подобную скорость вращения, опасную для ее целости. Сутки длились в ту эпоху всего несколько часов. И тогда от раскаленного шара, каким была наша Земля в те отдаленные времена, – шара, более крупного, нежели теперь, – оторвалась значительная часть материи и унеслась в мировое пространство. Наша Луна есть не что иное, как эта оторвавшаяся материя, собравшаяся в шар и затвердевшая при остывании. (См. книги: Джордж Дарвин „Приливы" и Роберт Болл „Века и приливы").


[Закрыть].

Возможность путешествовать в межзвездных пространствах была бы приобретена слишком дорогой ценой…