Уже к концу первой половины XIX века было установлено, что закон всемирного тяготения Ньютона в наблюдаемой Вселенной выполняется повсеместно.
Корпускулярная теория гравитации
Теория гравитации Ньютона завоёвывала все больше сторонников, В законе обратных квадратов мало кто сомневался. Шли дискуссии о природе гравитации. Поскольку механизм передачи гравитационного взаимодействия с помощью частиц (корпускул) казался самым естественным, то именно он был более популярным. Как это ни странно, корпускулярный подход имеет сторонников и в наше время, и теория продолжает развиваться. Поэтому нельзя не рассказать о ней, хотя бы кратко.
Сейчас чаще всего корпускулярную теорию гравитации связывают с именем Жоржа–Луи Ле Сажа (1724–1803), швейцарского математика и физика. Тем не менее, первое известное построение такой теории принадлежит другому швейцарскому математику из Базеля Николасу Фатио де Дуилье (1664–1753). В 1690 году содержание его рукописи зачитали перед Лондонским Королевским обществом, но она не произвела впечатления. Однако де Дуилье не оставил своих исследований, хотя теория не воспринималась, и ни одна из его рукописей не была издана при жизни. Их частичное издание проходило на протяжении последующих столетий, почти до наших дней.
Некоторые фрагменты рукописей Фатио, включая одну в стиле поэмы, были приобретены Ле Сажем, но и он не смог найти издателя. А в 1748 году Ле Саж на их основе предложил свой вариант, который давал простое механическое объяснение формуле всемирного тяготения. Некоторое время эти результаты были не очень известны, но стали темой повышенного интереса в конце XIX века в контексте только что появившейся кинетической теории газов.
Обсудим содержание теории Ле Сажа. Предполагается, что Вселенная заполнена быстрыми маленькими «гравитационными частицами», интенсивность потока которых изотропна. Тогда удалённый от всех других тел объект А (рис. 3.2) испытывает равномерное сдавливание внутрь, но внешней направленной силы не возникает. Появление рядом другого объекта В приведёт к их взаимной экранировке, и из‑за дисбаланса сил внешних ударов тела будут прижимаются друг к другу. Этим имитируется сила притяжения.
Однако развитие теории требовало постоянной корректировки. Например, если считать, что столкновение частиц полностью упруго (рис. 3.2), то отражённые частицы между объектами А и В компенсируют «экранирующий» эффект. Пришлось «подгонять» коэффициент отра
Рис. 3.2. Схема корпускулярной теории гравитации
жения. Чтобы имитировать пропорциональность массам в законе притяжения, приходится вводить ряд ограничений и на сами частицы, и на строение вещества. Эти ограничения и в то время выглядели умозрительными, а с точки зрения современных представлений недопустимы, и т. д.
Поэтому теорию Ле Сажа скорее отклоняли, чем принимали. Мы приведём несколько пунктов современной критики.
1) Гравитационные частицы Ле Сажа не вписываются в современную хорошо подтверждённую Стандартную модель элементарных частиц.
2) Чтобы объяснить движения небесных тел, частицы Ле Сажа должны иметь скорость, существенно превышающую световую, что также противоречит современным данным (см. ниже).
3) Требуемая большая интенсивность фона гравитационных частиц противоречит модели горячей Вселенной (см. ниже).
1) Существуют также возражения, связанные с термодинамикой среды гравитационных частиц.
Все это вызывает значительный пессимизм в отношении теории Ле Сажа. Он усиливается успехами общей теории относительности. Тем не менее, периодически появляются новые работы, развивающие корпускулярную теорию, видимо, из‑за наглядности и простоты. Возможной причиной внимания является отсутствие теории тяготения на микроуровне. Но мы к корпускулярной теории больше не вернёмся.
Глава 4. От механики Ньютона до электродинамики Максвелла
Мне не стоило большого труда отыскание того, с чего следует начинать, так как я уже знал, что начинать надо с самого простого и доступного пониманию…
Сейчас нам придётся отвлечься от понятий, связанных непосредственно с теорией тяготения. Дело в следующем: чтобы подойти к обсуждению общей теории относительности (теории тяготения) необходимо понимать, что представляет собой её предшественница — специальная теория относительности, не имеющая прямого отношения к описанию тяготения, Это связано с тем, что одна теория в определённом смысле «вырастает» из другой. Действительно, специальную теорию относительности можно мыслить как теорию плоского пространства–времени, в то время как общая теория относительности — это теория искривлённого пространства–времени. В этой главе мы обсудим предпосылки создания специальной теории относительности, а в следующей — принципы её построения, интерпретацию и интересные эффекты.