физикам: — Я подчиняюсь Эйнштейну, а не Ньютону.
Это было триумфом новой физики. По всему миру прокатилась волна восторга ученых. И не только ученых. Торжество теоретического предсказания всколыхнуло широкие массы рядовых любителей науки. Тогда- то к сорокалетнему Эйнштейну и пришла шумная слава, не утихшая до конца его жизни.
У Ньютона был дальний взгляд, обзор природы с птичьего полета.
Эйнштейн вооружил физику умением исследовать небесные движения вблизи, в тонких подробностях, которые не могли попасть в поле зрения ньютоновской теории. Так случилось с отклонением света вблизи Солнца. Так вышло и с обращением вокруг Солнца самой близкой планеты — Меркурия.
По Ньютону, орбита Меркурия — эллипс. В небесной механике его досконально рассчитали, на столетия вперед и назад составили «расписание» прибытия планеты в различные его места. Через каждый меркурианский год Меркурий обязан возвращаться в точку, пройденную по эллипсу год тому назад.
И вот многолетние астрономические наблюдения опровергли это теоретическое расписание. На деле оно не исполнилось. Через год Меркурий не возвращался на старое место, а оказывался лишь рядом с ним. Разобравшись, астрономы поняли, что эллипс меркурианской орбиты сам движется — очень медленно обращается вокруг Солнца. Строго говоря, Меркурий описывает не эллипс. Его путь похож на контур цветка ромашки, на своеобразную розетку.
За столетие эллипс орбиты Меркурия поворачивался на угол в 43 секунды — только и всего. Но эти злосчастные секунды с позиций старой механики были досадно непонятны. Они вносили неприятный диссонанс в гармонию строго согласных с ньютоновской теорией небесных движений. Откуда они взялись?
В теории Эйнштейна розетка меркурианской орбиты стала обязательна: так уж пролегает соответствующая геодезическая линия в мире, искривленном солнечной массой. Это засвидетельствовали вычисления. Давняя загадка нашла объяснение.
Мало того. По Эйнштейну, подобные же розетки, только еще менее заметные, обязаны описывать и соседка Меркурия — Венера, и соседка Венеры — Земля. В орбите Венеры астрономы-наблюдатели пока не могут найти релятивистских особенностей. Но зато тщательнейшие астрономические исследования как будто подтвердили предсказание для нашей планеты. Путь Земли оказался чуть-чуть иным, чем назначил Ньютон. И, по-видимому, близким к тому, что указан общей теорией относительности. Так сам шар земной, не очень, правда, уверенно (потому что точных измерений еще не сделано), объявил ученым:
— Я повинуюсь Эйнштейну!
Луч, склонившийся к Солнцу, безмерно медленное смещение орбит Меркурия, Земли — налицо явные подтверждения эйнштейновской теории. В скором будущем есть надежда тщательно изучить орбиты искусственных спутников, обегающих планету, и тут тоже должны объявиться намеки на розетки.
Быть может, удастся уловить еще одно явление, предсказанное Эйнштейном, но пока не подтвержденное в эксперименте или наблюдении, — зависимость земного тяготения от вращения планеты вокруг своей оси.
У Ньютона вращение не играло никакой роли. Кружится ли Земля, неподвижна ли — Луна притягивается ею совершенно одинаково.
У Эйнштейна иначе. Вращение придает Земле дополнительную энергию, значит, и массу. Поэтому неподвижная и вращающаяся планеты по-разному деформируют вокруг себя метрику мира. Около вращающейся Земли геодезическая линия спутника будет поэтому иной, чем около неподвижной. Этот эффект еще тоньше, еще незаметнее. И все же физики намереваются подвергнуть эйнштейновскую теорию и этому строжайшему экзамену.
Здесь уместно в виде отдыха коротенькое раздумье.
Нас с вами с первых страниц этой книжки интересовал падающий камень.
Мало-помалу мы разобрались в его поведении, вслед за Эйнштейном свели тяготение к инерции. Но подтверждение нашли совсем не в камне — в световом луче, в орбите планеты.
Ну, а камень? Есть ли что-нибудь специфически эйнштейновское в падающем булыжнике?
Памятуя то, что сейчас было сказано о спутниках, я рискну ответить на этот вопрос утвердительно. Ибо спутник — не что иное, как камень, с достаточной быстротой выброшенный с земной поверхности. И, может быть, настанет день, когда прямо в лаборатории, в каком-нибудь настольном приборе обыкновенный падающий булыжник обнаружит некую фантастически крошечную, неправдоподобно тонкую черту своего релятивистского характера. Это будет значить, что и камень вместе с лучом, планетой, спутником заявит:
— Я за Эйнштейна!
Думаю, что рано или поздно физики вырвут у камня это признание. Потому что могущество экспериментальных средств растет очень быстро.
В наше время, когда астрономия все более становится экспериментальной наукой, небесная проверка идей Эйнштейна обретает близкое сходство с лабораторным опытом.
И в небе порой хорошо заметно то, что в земных условиях и масштабах отыскать невозможно.
Многие из вас, вероятно, слышали про необычные звезды — белые карлики. Их вещество обладает небывалой плотностью — в сотни тысяч раз тяжелее нашего свинца. Поэтому они создают вокруг себя колоссальное тяготение, значительно деформируют пространство — время. Как следует из теории относительности, тяжесть служит там «машиной времени», замедляет темп бытия атомов. Так вот, свет белых карликов несет в себе явный отпечаток этого действия. Из-за «тяжелых условий» рождения световые колебания замедлены. А понижение частоты — это изменение цвета лучей. Например, красная спектральная линия, излучаемая водородом, «более красна», чем такая же линия на Земле.
Это явление с полной достоверностью зарегистрировали астрономы. Да и не только на белых карликах. Оно замечено даже на Солнце, где тяжесть, хоть и велика, но не идет в сравнение с могучим гравитационным полем белого карлика.
После чудес предыдущей главы это, впрочем, не выглядит странным.
Но вот новинка, отличный повод для очередного (какого уже по счету!) удивления.
Оказывается, был сделан и лабораторный опыт, благодаря которому удалось непосредственно зафиксировать замедление темпа времени в поле тяжести.
Эксперимент исполнен впервые в 1960 году. Авторы — американцы Паунд и Ребка, воспользовавшиеся замечательным открытием физика из ФРГ Рудольфа Мессбауэра, сделанным в 1958 году. Как видите, перечисляются события совсем недавнего прошлого.
Вообразите башню. На ней двое часов. Одни внизу, у подножия, другие вверху, под крышей. Если верно предсказание Эйнштейна, нижние часы должны отставать от верхних, потому что поле тяжести внизу чуть- чуть больше, чем наверху.
Разумеется, часы должны быть предварительно выверены. В равных условиях они обязаны идти совершенно одинаково.
В опыте Паунда и Ребки были и башня и двое одинаковых часов. Башня самая натуральная, старинная, высотой 22 метра. А роль часов исполнили ядра атомов в кристалле радиоактивного железа, замороженного до сверхнизких температур в жидком гелии.
Ядра наверху излучали кванты (порции) гамма-лучей — коротковолнового электромагнитного излучения со строго точной частотой колебаний. То была «радиостанция». А внизу стоял «приемник» — атомные ядра, призванные поглощать посланные сверху лучи. Поглощение могло произойти лишь тогда, когда частота спустившихся гамма-квантов совпадала с частотой таких же квантов, если бы они испускались внизу.
Тут очень важна точность настройки «радиостанции» и приемника. Она и была соблюдена благодаря открытию Мессбауэра.
Прежде частоту гамма-лучей не удавалось делать строго определенной. Она «гуляла» — оказывалась
