3. Теория относительности.
В начале 20-х годов прошлого столетия знаменитый физик Артур Эддингтон заявил, что в мире есть только два человека, понимающих теорию относительности — это сам Эйнштейн и он, Эддингтон. Анализируя современное состояние дел, складывается впечатление, что ситуация не сильно изменилась спустя сто лет. Никоим образом не посягая на величие гениев, попробуем все-таки разобраться, о чем идет речь.
Начнем с конца. Ключевым словом в теории относительности (как специальной, так и общей) является слово «теория». А теории надо подтверждать. И вот, в мае 2011 года на пресс-конференции в Вашингтоне, в штаб-квартире НАСА профессор Ф.Эверитт из Стэнфорда представил результаты миссии «Gravity Probe B». При этом он воскликнул: «Эйнштейн выжил!». А «выжил» Эйнштейн после 47 лет (!) «миссии», на которую американские налогоплательщики потратили 750 (!) миллионов долларов. Целью эксперимента было подтвердить, что так называемое пространство-время действительно искривляется вблизи Земли. Опуская огромное количество технических деталей, отметим лишь некоторые удивительные факты, которые можно найти в официальных публикациях об этом эксперименте в самой что ни на есть научной литературе. Спутник «Gravity Probe B» был запущен в 2004 году (после длительного периода разработки, который начался в 1963 (!) году) и завершил свою работу на орбите ровно через год. Затем шесть лет (!) понадобилось сотрудникам Эверитта для обработки результатов. Они оказались следующие: при высоте полета спутника в 642 километра длина его орбиты превышала 40 тысяч километров. Теперь внимание: было установлено, что Земля «стягивает» при вращении окружность этой орбиты на … 2.8 см(!!!). Почти по 280 миллионов долларов за сантиметр. Неплохо. Любопытно также, что, по словам Ф.Эверитта, полученные экспериментальные результаты подтверждают полученные ранее теоретические оценки. Вот только откуда взялись эти оценки — неясно даже из оригинальной публикации результатов «миссии» в «Physics Review Letters» (опять же, опуская подробности, заметим, что любые расчеты в рамках уравнений теории относительности чрезвычайнотрудны). Зато оттуда же становится очевидным, что на протяжении шести лет результаты данных спутника тщательно «фильтровались», чтобы устранить погрешности, связанные с некоторыми дефектами техники и влиянием ряда внешних факторов — и Земля оказалась не совсем круглой, и гироскопы не идеально сферическими. Но главное, что эксперимент совпал с теорией. Еще бы, такие деньги потрачены…
Теперь — серьезно. Ошибка в три сантиметра на 40 тысячах километров (кстати, точную длину этой орбиты никто не приводит ни в одной публикации, а рассчитывается она по сложнейшей формуле 2рR) возникает даже, если число р взято с недостаточным количеством знаков. Также неизвестно в рамках каких именно упрощающих предположений и как — аналитически или численно — рассчитывались теоретические «предсказания». Учитывалось ли предполагаемое в теории относительности искривление пространства-времени в связи с наличием Луны, Юпитера, наконец, Солнца? Ведь не одна Земля плавает, как сказал Эверетт, «в меду», а все остальные космические тела тоже. Мы понятия не имеем, насколько глубоки те «воронки» пространственно-временного континуума, куда Эйнштейн положил планеты и звезды. Кроме того, ведь теория относительности вообще отвергает эвклидову геометрию, поэтому, возможно, спутник летал в пространстве Минковского и вовсе не по окружности? Знаменитые картинки, которые вы встретите в любом учебном материале, посвященном основам теории относительности, где некая планета лежит на координатной сетке, продавливая ее своей тяжестью — просто спекуляция, поскольку пространство, в котором находится эта планета — не плоское. Продлите эту координатную сетку на верхнюю часть рисунка и окажется, что это, на самом деле, никакое не искривление пространства, а просто некая криволинейная система координат. Общая теория относительности именно так и появилась — она ИЗНАЧАЛЬНО не рассматривает гравитацию как силовое взаимодействие, заменяя ее «искривлением пространства-времени». Поэтому, к примеру, она не в состоянии описать притяжение тел, а лишь гравитацию вблизи массивного тела. А дальше начинаются тензорные метрические поля, которые укрыты совсем не ромашками. Как решать задачи с гравитацией при наличии хотя бы трех космических тел, не знает даже механика Ньютона. Теория относительности тем более не дает ответа. То есть, мы не можем рассчитать даже систему Солнце — Земля — Луна, но выводы делаем в масштабах Космоса. Однако вернемся к экспериментам. Можно подумать, что упомянутые выше 2,8 см — это просто недоразумение, ошибка в расчетах. Увы, привержены «религии теории относительности» имеют в запасе второе доказательство — расчет прецессии орбиты Меркурия.
Оказывается, Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, имеет странную орбиту, которая несколько отличается от той, которая рассчитывается по классической теории Ньютона. О самой планете мы до сих пор знаем мало — только в 2009 году были получены более — менее достоверные данные, однако еще в 1859 (!) году французский математик и астроном У.Леверье рассчитал, что прецессия орбиты Меркурия составляет 5600 угловых секунд за 100 лет. С учетом влияния других космических тел эта цифра была позднее скорректирована до 5557 угловых секунд. И вот, наконец, в начале 20-го века в дело вступила теория относительности. Оказалось, что гениальная теория Эйнштейна вносит в эти цифры впечатляющую, но ничтожную поправку в 42,98 угловых секунды (0,77 %), однако это не помешало громогласно объявить о правильности этой теории. Любопытно, с какой точностью в те времена измеряли расстояние до Меркурия, и что вообще принимали за такое «расстояние»? Учитывались ли предсказанные теорией эффекты деформации пространства-времени вблизи Меркурия, вызванные гравитационным полем Солнца и других небесных тел? Оказывается, подобные смещения орбиты существуют и для других планет — 8,62 угловых секунды за 100 лет для Венеры, 1,35 для Марса и 3,84 — для Земли (привет «Gravity Probe B»!).
Теперь вернемся к началу. Скромный сотрудник патентного бюро Альберт Эйештейн в 1905 году подарил миру специальную, а в 1915 году — общую теорию относительности. Первую из них нет смысла обсуждать детально, поскольку она имеет дело с несуществующим в природе равномерным и прямолинейным движением систем координат относительно друг друга (даже на Земле гравитационное поле неоднородно, да и скорость вращения Земли вокруг оси изменяется во времени под действием гравитации Солнца, Луны и других планет), но некоторые ее постулаты — о конечности скорости света, относительной одновременности пространственно разделенных событий и тому подобное сегодня кажутся очевидными. Коротко ее смысл сводится к следующему: на огромных расстояниях Вселенной мы можем узнать о каких-либо событиях только с помощью электромагнитного излучения (во всяком случае, у нас на сегодня нет никаких других источников космологической информации), а оно распространяется со скоростью света. Поэтому, взирая в звездное небо, мы ВСЕГДА видим как бы прошлое (пусть и на долю секунды), и это создает иллюзию, что наше время и время там, в глубинах космоса, не совпадает. На самом деле время зависит от системы отсчета, а все остальное — математика. Почему из этого должно следовать увеличение массы при увеличении скорости, замедление хода часов и прочее — так никто толком и не объяснил. Просто это вытекает из неких математических формул — преобразований Лоренца. Спешу вас успокоить: похоже, ваш «Бригет» будет отлично идти и при движении со скоростью света, а самое главное — никак не изменится ритм вашего сердца (кроме вполне понятного волнения, конечно). Ибо все это — только теория, доказать которую мы никак не сможем, и в этом ее прелесть. В Природе нет преобразований Лоренца, как не существует вообще ни одного экспериментального доказательства ни одного космологического факта! А вот что случится, если мы будем лететь со скоростью света вдоль некоего светового луча предположить не сложно — мы будем видеть его конечность, то есть, он предстанет в виде светового отрезка, где будет начало и конец. Ведь свет, излученный источником, будет продолжать распространяться даже, если источник выключился.Давайте говорить начистоту — тот факт, что при движениях со скоростью света мы будем регистрировать события позже, не означает, что время замедляется. Замедляется наша способность его регистрировать, но само время какое было, такое и останется. Математическое удобство теории не должно превалировать над здравым смыслом. Если время в Москве и в Куала-Лумпур разное, то это вовсе не потому, что пространство-время искривлено, и ваши часы будут показывать то время, какое вы на них выставили. При переходе через звуковой барьер звук никуда не исчезает — просто мы перестаем его слышать. При переходе через скорость света мы перестанем видеть то, что видим сейчас. Зато, возможно, увидим нечто, что ныне нам недоступно. Тоже неплохо.