|
|
Субботний блик науки № 6
Шарики
В дачном домике моего соседа есть место для многих полезных в дачном домике вещей, например для бильярда. Когда шар идет мимо лузы, сосед любит сообщить, что этот шар не круглый, а с дефектом, поэтому и катится не туда. Но шары он никак не заменит — времени не хватает. А между тем, самые круглые на свете шарики через неделю улетают в космос. Да. Правда, их всего четыре. Зато они упрятаны внутри большого термоса. Это не бред. Это «Гравитационный Зонд» с литерой «Б» (Gravity Probe B), разработка NASA.
Бильярд известен с давних времен. История нашего «Гравитационного Зонда» началась позже, и хотя материализация произошла недавно, точка отсчета для самой идеи — 1916 — год, когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою Общую теорию относительности (ОТО). Эта, без сомнения, самая известная широкой публике физическая теория, — несмотря на 88 лет своего существания, по-прежнему самая непроверенная, именно что «теория». Особенно в плане важнейшей для понимания мироустройства своей части — взгляда на природу гравитации.
Гравитация вездесуща, фундаментальна и загадочна. Все и вся испытывает ее воздействие, но до сих пор с природой этого явления ничего не ясно. Ньютон считал гравитацию силой взаимопритяжения материи. По Эйнштейну гравитация — это искривление пространства. В модели Ньютона проявление гравитации сродни притяжению стального шара магнитом: расположите их на бильярдном столе — и один покатится в направлении другого. Для демонстрации эйнштейновского понимания достаточно нормальных, а не стальных, шаров, но придется изрядно поработать и какими-то силами искривить плиту стола, «надавив» и придав ей форму воронки, так, чтобы шары сами скатывались к центру.
Ни в том, ни в другом случае нормального бильярда не получается: либо шары не такие и магнит мешает, либо стол совсем не ровный. То же и в физике: и ньютоновская гравитация, и эйнштейновская — всего лишь приближения. Да, последняя дает на порядок лучший результат, позволивший объяснить несколько явлений, неразрешимых в терминах Ньютона, но она никак не вяжется с другими областями физики (например, с современным взглядом на микроструктуру пространства).
Кроме прочего, «сильных» подтверждений исключительной правильности ОТО в «макромире» пока получить не удалось. Ряд эффектов, предсказываемых ОТО, наблюдали: например, искривление лучей света вблизи массивных тел. Но все это косвенные свидетельства, к тому же не обладающие требуемой современному знанию об устройстве Мира точностью. Особенно омрачает физиков то, что самого искривления пространства никто не видел.
Увидеть, насколько пространство окривело, должен наш «Гравитационный Зонд». Сам по себе этот точнейший физический прибор — искусственный спутник Земли, который, если погода будет благосклонна, отправится на орбиту уже 17 апреля. «Шарики» — это четыре сферических гироскопа, расположенных на борту аппарата, внутри самого что ни на есть настоящего термоса (если по научному — разновидности сосуда Дьюара), призванного защитить их от внешних воздействий, способных подпортить впечатление досадными ошибками.
За термосом с шариками скрывается сложная физика. Несомненно, пригодная, как и любая другая, к изложению в нескольких простых словах. Как известно, гироскоп сохраняет направление оси вращения постоянным, если на него не действуют никакие внешние силы. На борту зонда, гироскопы — те самые идеально сферические шарики — как раз и будут изолированы от всех нежелательных воздействий. Вращению запрятанных в термос сфер ничто не будет мешать: ни температурные перепады — на то он и термос, ни дефекты изготовления — сферы для гироскопов выполнены настолько идеальными, что других таких круглых предметов на Земле не сыскать. Не помешает даже сама гравитация — ведь на борту невесомость. Однако, если ОТО действует и Земля искривляет пространство вокруг себя, то это искривление все ж будет влиять на гироскопы, находящиеся внутри зонда, и характер их вращения изменится вполне предсказуемым образом — оси вращения сдвинутся относительно «стартового» положения. Зафиксировав «сдвиг осей», и можно наблюдать искривление. Более того, его даже можно измерить.
Концепция экспериментальной проверки важнейшего камня фундамента эйнштейновской теории с помощью космического зонда появилась в 1964 году. Сперва казалось, что вот-вот — и спутник полетит тестировать холмы кривизны пространства, но на деле весь набор нужных для реализации технологий появился только сорок лет спустя. И вот аппарат, обошедшийся в общей сложности в 700 миллионов долларов, готов, ему предстоит провести четырнадцать месяцев на орбите, тщательно следя за четырьмя гироскопами. Что же дадут измерения?
Исходов может быть несколько.
Может быть, собранные данные целиком (вернее — с нужной точностью) совпадут с предсказаниями, вычисленными в рамках ОТО, — это печальный, рутинный исход. Да, выяснится, что удалось весьма сильно улучшить «приближение» реального мира математическим аппаратом эйнштейновской теории, но никаких новых знаний о гравитации получено не будет. Все останется как прежде. Например, астрофизики смогут и дальше искать Черные Дыры в ядре Галактики, ибо они, дыры, есть одно из важных для астрофизики следствий «эйнштейновской гравитации» (о чем рассказано здесь).
Но вероятно, а в канве развития современной физики куда как более вероятно, собранные данные не совпадут с предсказаниями. Возможно выяснится, что никакого искривления пространства нет. Это самый привлекательный исход: он докажет, что гравитация в терминах ОТО — всего лишь удачное приближение, и, что главное!, это приближение уже не работает и не согласуется с опытом. Такое развитие событий сдвинет, наконец-то, физику с мертвой точки и заставит ее с еще большим рвением искать новую теорию, способную как-то более правдоподобно объяснить феномен гравитации. Внимание! Бонус: астрофизики перестанут искать Черные Дыры и радовать ими обывателей, так как окажется, что теория, в рамках которой Черные Дыры заполняли небеса, не слишком верна.
Впрочем, возможен и «пограничный» вариант: либо зонд сломается совсем, либо не удастся достичь требуемой, для принятия однозначного решения, точности. Это самый обидный расклад — опять деньги на ветер. Но вероятность его мала, так как аппарат все ж не на Марс летит, да и готовилось все тщательно. Как-никак сорок лет подготовка заняла.
Так что в ближайший год четыре самых отполированных за всю историю человечества шарика, из идеально чистого кварца, покрытых тончайшей пленкой ниобия, диаметром в полтора дюйма каждый, вертящихся в вакууме, в электромагнитном подвесе, со скоростью 10000 оборотов в минуту, отменят Общую теорию относительности. Вот так. А вы: бильярд, бильярд.
10.04.2004
Теги: NASA
космические аппараты
физика
|
Ваш отзыв автору
|
|
|
