Великая тайна всемирного тяготения

С силой тяготения — гравитацией, как говорят физики, — мы знакомимся уже в первые месяцы нашей жизни, когда из рук падает погремушка или набиваем себе первый синяк.

И вместе с тем, несмотря на ее кажущуюся простоту и обыденность, это — одно из самых загадочных и плохо изученных явлений. Какова природа гравитации? Что это — материальное поле, подобное электромагнитному, или же, как думают многие ученые, проявление каких-то «изначальных» свойств самого пространства?

Каков «передаточный механизм» тяготения? Из повседневной практики мы хорошо знаем, что сила тяжести всегда связана с энергией (вспомним работу воды на гидростанциях, мощь океанских приливов и просто энергию падающего камня). А вот общая теория относительности Эйнштейна, одна из краеугольных плит в здании современной физики, говорит, что у ноля тяготения нет никакой энергии. Что это - вопиющая ошибка теории, как считают некоторые ученые, или же на примере гравитации мы встречаемся с принципиально новой «сущностью», для которой нет закона сохранения энергии?

Если же теория относительности Эйнштейна все-таки неточна и противоречива (стечением времени в любой теории обнаруживаются «швы» и «прорехи»), то как ее усовершенствовать? Или нужна совсем новая теория?

Почему падает яблоко?

Это был необычайно одаренный и талантливый человек, но с очень вздорным и склочным характером. Роберт Гук - выдающийся английский ученый и изобретатель, личность почти легендарная. Именно он оспаривал приоритет открытия закона всемирного тяготения у своего современника и коллеги Ньютона. По-видимому, так оно и было к мысли о том, что все тела в природе притягивают друг друга, Гук пришел независимо от Ньютона, хотя еще раньше эту идею высказал знаменитый польский ученый Николай Коперник. Глубоко религиозный человек, служитель церкви, он приписывал это всеобщее свойство природы мудрости Творца.

«Тяжесть есть не что иное,— писал он на полтора века раньше Ньютона и Гука,— как естественное стремление, которым отец Вселенной одарил все частицы, а именно, соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы».

О том, что все тела надают на Землю, было известно, конечно, с глубокой древности, однако считалось, что они ведут себя так лишь по отношению к Земле и их вес зависит от того, сколько содержится в них особых «тяжелой» и «легкой» субстанций. Такие представления, берущие начало еще в трудах древнегреческих ученых, оставались общепринятыми в течение более чем двух тысячелетий и за это время так прочно укоренились в сознании людей, что стали почти предрассудками. Кажущаяся нам сегодня такой естественной идея всемирного тяготения выглядела на этом фоне необычайно смелой и поражала воображение: выходило так, что в каждом теле, даже в самой маленькой пылинке, было скрыто нечто таинственное, что-то такое, что заставило ее «чувствовать» другие тела и с возрастающей скоростью устремляться им навстречу.

Найденная Ньютоном и Гуком количественная формулировка закона тяготения позволила с большой точностью рассчитать орбиты планет и создать первую математическую модель Вселенной.

По преданию, на мысль о всемирном тяготении Ньютона навело падение яблока с дерева. Он объяснил, почему происходит падение. Но оставался более сложный вопрос — как оно происходит, как и с помощью чего одно тело «чувствует» другое. Ведь должно же быть что-то такое, что передает взаимодействие!

Ответ на этот вопрос пытались найти многие ученые. Одним из первых был Джеймс Максвелл, создавший в середине прошлого века теорию электромагнитных явлений. Он обратил внимание на то, что ньютоновская формула всемирного тяготения очень похожа на закон Кулона для взаимодействия электрических зарядов: от одного закона.к другому можно перейти простой заменой массы тела (его «гравитационного заряда») на электрический заряд или наоборот. И Максвелл решил, что гравитация, подобно электромагнетизму, имеет полевую природу. Он представлял себе ее в виде особых натяжений (силовых линий) в упругой, заполняющей все пространство среде эфире. Что-то вроде поля упругих сил, действующих в деформированном, растянутом или сжатом куске резины. Так в науку вошла идея о распределенном в пространстве гравитационном поле.

Предположение о сходной природе гравитационных и электромагнитных сил стало особенно привлекательным после того, как точные опыты доказали, что по крайней мере часть массы физических тел имеет электромагнитное происхождение — заключена в электромагнитном поле, образующемся вокруг заряженных частиц, из которых состоят тела. Разработке электромагнитной теории гравитации много сил отдал знаменитый голландский физик-теоретик Гендрик Лоренц, тот самый, кто вместе с А. Пуанкаре и А. Эйнштейном в начале нашего века создал теорию относительности. Одно время физикам казалось, что его усилия близки к успеху. Однако более тщательный анализ всякий раз выявлял в теории дефекты и противоречия. Неудачными оказались и все другие попытки свести гравитацию к электромагнетизму или найти какое-либо объяснение всепроникающему притяжению материальных тел. Трудно было понять, почему все гравитационные заряды-массы — одного знака, в то время как электрические заряды бывают положительными и отрицательными, а о свойствах эфирной среды приходилось делать такие невероятно фантастические, исключающие друг друга предположения, что становилось ясным — теория неверна в самой своей основе. Чтобы понять «механизм» всемирного тяготения, был нужен какой-то принципиально новый подход.

Искривление пространства

Хорошо известно, что электрические силы зависят от того, в какую среду помещены заряженные тела (на этом основаны электрические конденсаторы, их емкость зависит от того, какое вещество находится между их обкладками), от электромагнитного поля можно заэкранироваться. А вот гравитация, напротив, не зависит ни от среды, ни от экранов. Она универсальна. Это подсказывает, что всемирное тяготение, возможно, каким-то образом связано со свойствами самого пространства — универсальной арены, на которой протекают все физические процессы. Но прежде чем эта мысль возникла в умах ученых, должна была произойти революция в представлениях о свойствах пространства, ведь с глубокой древности считалось, что это — пустое ничто, которое всегда и всюду одинаково, не зависит от заполняющих его тел, н у него нет ничего, что могло бы изменяться.

Казань середины прошлого века была грязным провинциальным городом, где редкие островерхие мечети контрастировали с луковицами церквей, а светлое, в несколько этажей здание университета — с низкими, тесно прижавшимися друг к другу домишками вдоль пыльных улиц, по которым носились ватаги чумазых татарских ребятишек. Трудно поверить, что в этих условиях могла родиться теория, перевернувшая представления, безраздельно владевшие умами более двух тысячелетий, с тех пор, как древнегреческий ученый Евклид собрал, и привел в систему то, что стало потом называться евклидовой, геометрией (она и сегодня излагается в школьных учебниках.)

С вершины современных знаний многое из того, что входило в науку с большим трудом, выглядит просто очевидным, и кажется странным, как это люди не могли понять таких простых вещей! Но именно такие простые, веками почитаемые за очевидные взгляды труднее всего изменить. Описывающая плоский мир геометрия Евклида более двух тысячелетий успешно служит людям, и никому в голову не приходило, что могут быть еще и другие геометрии, столь же последовательные и непротиворечивые, но только для искривленных миров А с точки зрения церковных догм, сама мысль о многообразии, миров выглядела еретической и напоминала о трагической, судьбе Джордано Эруно.

Неудивительно, что когда ее высказал профессор математики Казанского университета Николай .Иванович Лобачевский, его работы не нашли понимания даже у лучших математиков того времени. Он послал работы в Петербург, в Академию наук, но получил резкий отрицательный отзыв, подписанный знаменитым математиком Остроградскиад.

Лобачевский в своих книгах первым создал неевклидову геометрию и поставил вопрос: какова же реальная геометрия нашего мира? Плоская евклидова или же искривленная неевклидова? Более того, он пытался ответить на этот вопрос экспериментально — путем астрономических наблюдений измерить сумму углов треугольника, образованного тремя яркими звездами. Работы Лобачевского и выполненные независимо от него расчеты венгерского математика Яноша Бойаи, который тоже пришел к идее неевклидовых геометрий, послужили фундаментом для всех последующих теорий искривленных пространств, в том числе и для теории Бернгарда Римана. Этот немецкий ученый разработал математический аппарат для анализа пространств различных типов. В его теории пространство могло быть скрученным и изогнутым, по-разному в различных точках, могло иметь разрывы и дырки, быть многомерным. Свои идеи Риман изложил в конкурсной лекции перед тем, как занять в Геттингенском университете место приват-доцента. В лекции, которая называлась «О гипотезах, лежащих в основаниях геометрии», не было ни одной формулы — для математического доклада весьма необычно. Рассказывают, что, выслушав Римана, престарелый «король математиков» Гаусс молча встал и вышел из зала. Лекция молодого ученого привела его «в состояние наивысшего изумления».

Рождение теории

В начале нашего века мысль о том, что при определенных условиях пространство может стать искривленным и скрученным, уже не казалась еретической, а хорошо разработанный математический аппарат позволял анализировать его различные геометрические свойства. Однако связь физики и математики в то время не была такой тесной, как сегодня, и изящные математические построения Римана большинству физиков оставались неизвестными. А главное, не было еще физических идей, которые позволили бы применить эти построения к описанию гравитационных явлений. Рождением этих идей мы обязаны Альберту Эйнштейну, который вместе с группой швейцарских и немецких ученых создал современную теорию гравитации — общую теорию относительности, как 'часто ее называют, подчеркивая то, что она имеет дело с различными видами пространств и произвольными системами координат: прямоугольными, криволинейными, покоящимися и движущимися с различным ускорением.

Размышления о природе гравитации увлекли Эйнштейна, когда ему было немногим больше двадцати пяти лет, и не оставляли в течение всех последующих пятидесяти' лет его жизни. Он довольно быстро уяснил себе глубокую связь, существующую между гравитацией и пространством. Более того, открытые незадолго до этого Лоренцем формулы для перехода от одной движущейся системы координат к другой говорили, что пространство нельзя рассматривать отдельно от времени. Три пространственных координаты и время входили в эти формулы так симметрично, что можно было говорить о едином четырехмерном пространстве-времени. Но с каким конкретным свойством пространства-времени следует связать силу тяготения — это оставалось неясным.

Помог профессор математики Цюрихского политехникума Марсель Гроссман, с которым Эйнштейн дружил еще в студенческие годы. Один из их знакомых вспоминал впоследствии, " как, приехав однажды в Цюрих, усталый, измученный безуспешными попытками найти адекватное математическое выражение своих идей, Эйнштейн обратился к своему другу: «Гроссман, ты должен мне помочь, иначе я сойду с ума!» Цюрихский математик слабо разбирался в физике, зато был хорошо знаком с геометрией искривленных многомерных пространств Римана. Выслушав Эйнштейна, он сразу сообразил, что это как раз то, что нужно.

Чтобы создать теоретическую механику, Ньютону потребовалась совершенно новая область математики — дифференциальное и интегральное исчисление. Максвелл в основу своей электромагнитной теории положил новый математический аппарат — многомерные дифференциальные уравнения. Гравитационная теория продолжила эту традицию и ввела в физику многомерную риманову геометрию.

Мощный математический аппарат позволил далеко продвинуться в понимании свойств гравитационного поля. Именно тогда Эйнштейн пришел к основным идеям общей теории относительности и к самой главной мысли — что силу тяготении следует связать с кривизной нашего пространства. Однако основные уравнения этой теории впервые вывел все же не он, а знаменитый геттингенский математик Давид Гильберт.

Он был старше Эйнштейна почти на двадцать лет. К нему по праву перешел от Гаусса титул «короля математиков», его идеи оказали на современную математику такое же влияние, как идеи Эйнштейна — на физику. Но, пожалуй, самым важным, что сближало этих ученых, было стремление найти единую, цельную картину мироздания. Идеалом Эйнштейна была теория некоего единого поля, из которой как частный случай можно было бы вывести уравнения для всех известных нам частиц и действующих между ними сил. Гильберт старался вывести всю математику, и даже физику, из нескольких максимально общих исходных аксиом. И хотя эти идеи оказались неосуществимыми - - природа неисчерпаемо многообразна, и ее нельзя описать какой-либо одной теорией, — «единый подход» Эйнштейна и Гильберта оставил глубокий след в науке.

Уравнения гравитационного поля Гильберт вывел почти одновременно с Эйнштейном, он опередил его всего лишь на пару недель. Однако в вопросах приоритета не только недели, но иногда даже часы бывают решающими. Например, американский изобретатель Э. Грей сделал заявку на «говорящий телефон» всего на два часа позднее Грэхема Белла и остался безвестным. Поэтому, хотя Гильберт исходил из идей Эйнштейна, главные уравнения общей теории относительности называют уравнениями Гильберта — Эйнштейна.

Сам Гильберт всегда подчеркивал приоритет Эйнштейна в создании этой теории, физикам хорошо известна его шутливая фраза: «Каждый мальчишка на улицах Геттингена понимает в четырехмерной геометрии больше, чем Эйнштейн, и, несмотря на это, Эйнштейн сделал все, а не математики!» Что же касается первой части этой фразы, то специалисты- математики всегда, скажем мягко, несколько скептически относились к математическим познаниям физиков...

Надежды и трудности

Уравнения Гильберта — Эйнштейна устанавливают количественную связь сил всемирного тяготения с кривизной пространства. Оказалось, что там, где есть поле тяготения, пространство всегда искривлено. И наоборот, пространственная кривизна проявляется в виде сил гравитации. Материальные тела как бы прогибают пространство и катятся по образовавшимся ложбинкам и балочкам. Чем сильнее гравитация, тем глубже такие овраги и складки.

И вот что замечательно: из уравнений следует, что искривлено не только пространство, но и... время! Можно сказать, что темп его течения зависит от конкретных физических условий и разный в различных областях пространства. Этого не предвидели ни Лобачевский, ни Бойаи. В перепадах гравитационных полей время может замедляться, почти замирать или резко ускоряться.

Прошло всего два года, и теория блестяще подтвердилась опытом: во время очередного солнечного затмения было открыто предсказанное ею искривление световых лучей гравитационным полем Солнца. Измерения прекрасно согласовались с расчетом, новая теория устранила и небольшое, но очень беспокоившее астрономов расхождение наблюдаемого и рассчитанного по теории Ньютона движения планеты Меркурий. ,Все это заставляло верить ее выводам. А они были поразительны!

Если несколько веков назад теория Ньютона позволила впервые объяснить строение Солнечной системы, то из эйнштейновской теории следовали выводы о строении и эволюции всей Вселенной в целом — о ее рождении в крошечном, практически точечном объеме и последующем стремительном расширении четырехмерного пространства-времени. С новой теорией ученые связывали оптимистические надежды понять далекую праисторию мира и предсказать его дальнейшую судьбу.

Нельзя сказать, что теория Эйнштейна сразу завоевала признание — уж очень необычными были ее выводы. Но постепенно к ним привыкли, и теория прочно утвердилась в учебниках. Вместе с квантовой механикой она сегодня составляет основу научных представлений об окружающем мире. И как это иногда бывает, стрелка общественного мнения (а она и в науке играет важную роль) качнулась в другую сторону — недоверие к теории сменилось восхищенным преклонением. Ее стали рассматривать как некий идеал — образец для всех других физических теорий. «Ни один вопрос,— писал несколько лет назад один известный советский физик,— не остается в ней без ответа, нигде нет трудностей или неясностей даже в малейших деталях; если бы вся теоретическая физика достигла такой завершенности, наступил бы «седьмой день творения» для ученых, и, увидев, что созданное хорошо, они могли бы отдохнуть от принципиальных вопросов и навсегда посвятить себя приложениям!»

Это, конечно, преувеличение. Австрийский математик и логик Курт Гедель еще полвека назад доказал теорему о том, что в любой теории, какой бы стройной и самосогласованной она ни была, обязательно есть внутренние противоречия и вопросы, на которые она не может ответить. Как говорится, даже на солнце есть пятна! Гравитационная теория Эйнштейна — не исключение.

Понятно, что физические явления не зависят от того, какую систему координат мы выбираем для их описания — прямоугольную, декартову или сферически симметричную, полярную. Это наше дело, с какой точки зрения смотреть на вещи и происходящие с ними процессы, сами они от этого не зависят. Но в теории Эйнштейна это не так. Выбирая ту или иную систему координат, энергию гравитационного поля в ней можно сделать, например, равной нулю или даже бесконечности. Правда, все другие физические величины при этом не изменяются, но вот с энергией дело обстоит плохо. Ни одна из многочисленных попыток устранить эту трудность к успеху не привела.

Многие ученые считают, что поскольку гравитация — свойство пространства (образно говоря, его «рельеф»), то с ней вообще нельзя сопоставить какую-либо энергию — у нее такого свойства просто нет. Можно сказать, что материальные тела обладают энергией по отношению друг к другу и относительно пространственного «рельефа местности», сам же «рельеф» энергии не имеет. Подобной точки зрения придерживался и сам Эйнштейн. Но уж очень это радикальный отход от привычных физических представлений! Энергия — одна из самых фундаментальных физических величин, и без крайней нужды «ущемлять» ее право нежелательно. Тем более, что для слабых гравитационных полей можно построить теорию в плоском пространстве, в которой гравитация обладает свойствами обычного материального, энергетического поля — такого же, как электромагнитное, мезонное и все другие известные нам поля. Такую теорию в середине тридцатых годов создал советский физик М. П. Бронштейн, физические тела в ней притягиваются, обмениваясь квантами гравитационного поля — частицами-гравитонами.

Проблема энергии -- главная трудность общей теории относительности Эйнштейна. Она касается самых основ нашего знании (как говорят философы, имеет концептуальное значение), и ее изучение может стать исходной точкой для какого-то нового «этажа» физики.

В теории есть и другие трудности. Например, она приводит к парадоксальному выводу о том, что очень массивные тела под действием собственной силы тяжести должны неудержимо сжиматься и «схлопываться» — практически исчезать из окружающего их пространства. Теория говорит, что такая судьба ожидает все тяжелые звезды после того, как иссякнет ядерное горючее и энергии происходящего внутри них «непрерывного ядерного взрыва» станет недостаточно для поддержания равновесия. Подобным образом могут сжиматься целые миры. И, наоборот, как показал советский физик А. А. Фридман, при определенных условиях из точки (из нуля!) может развиться новая вселенная с мириадами звезд и галактик. В недавно изданной на русском языке книге «Гравитация» американские физики называют «схлопывание в точку» величайшим кризисом физики. Это мнение разделяют многие ученые — физики и философы.

Тем не менее можно думать, что, по сравнению с проблемой энергии, эта трудность не так важна и имеет временный характер. Ведь классическая электродинамика Максвелла тоже предсказывала коллапс вещества из-за постепенного замедления вращения и неминуемого падения атомарных электронов на положительно заряженные ядра атомов. Это тоже был кризис. Его устранила квантовая механика, показав, что теория Максвелла просто неверна в области субатомных масштабов. Гравитационные уравнения Гильберта — Эйнштейна не учитывают квантовых эффектов, и их тоже нельзя применять на очень малых расстояниях. Квантовое обобщение гравитационных уравнений — дело будущего, сегодня в этом направлении физики делают первые шаги.

Как заметил однажды немецкий философ Гегель, истина — это не отчеканенная монета, которая всегда в готовом виде и в таком виде может быть спрятана в карман. Всякая теория, в том числе и общая теория относительности, — лишь этап в развитии физики. Она рождается, чтобы объяснить опыт и устранить противоречия предшествующей теории, преодолевает косность и сопротивление, набирает силу, когда ее сторонникам кажется, что с ее помощью можно познать чуть ли не весь мир, и, наконец, сама начинает страдать от обнаруживающихся в ней парадоксов и противоречий. «Седьмого дня творения» в физике никогда не наступит, перед учеными всегда будет безбрежный океан загадок.

«Кто хочет познать наибольшие тайны природы, — говорил Джордано Бруно,— пусть рассматривает и наблюдает минимумы и максимумы противоречий и противоположностей».

Новые рубежи

Чтобы понять, как можно обойти трудности гравитационной теории Эйнштейна, вернемся к ее исходному положению о чисто геометрической (пространственно-временной) природе тяготения. К мысли о том, что силы гравитации принципиально отличаются от всех других известных нам сил, Эйнштейн пришел, размышляя над особенностями свободного падения тел. Такие тела — например, пассажир стремительно спускающейся кабины лифта — приобретают невесомость. При этом тяготение исчезает для всех тел одинаково, независимо от их массы и внутренних свойств. Получается так, что гравитационное поле можно полностью уничтожить, сделать равным нулю простым преобразованием системы координат'— путем перехода от неподвижной системы, связанной с Землей, к движущейся системе кабины лифта. А поскольку материальную субстанцию преобразованием координат устранить нельзя — она существует и будет существовать независимо от того, с какой платформы, движущейся или неподвижной, мы ее наблюдаем,— отсюда, казалось бы, неизбежно следует вывод о совершенно особой, «невещественной» природе поля тяготения.

Теперь остался только шаг, чтобы окончательно связать гравитацию с геометрией, ведь четырехмерное пространство- время — единственная известная нам «нематериальная сущность» природы, и если гравитация — не материя, то, значит, она чисто геометрического происхождения.

Конечно, можно лишь гадать, как рассуждал сам Эйнштейн, но, если судить по его статьям и книгам, было, по-видимому, что-то похожее.

Насколько «железными» являются все эти рассуждения с современной точки зрения? Нет ли другой возможности для объяснения происходящих вокруг нас гравитационных явлений?

Прежде всего заметим, что неточно исходное положение о полном уничтожении тяготения выбором подходящей системы координат. Это можно сделать лишь теоретически — в случае, когда сила тяготения совершенно одинакова во всех точках Вселенной. Иначе полной компенсации тяготения не получится — уничтожив его в одном месте, мы сохраним и даже усилим его в других. Например, скорость пикирования самолета, достаточная для создания невесомости на Земле, слабо скажется на весе его пассажиров в условиях массивной планеты Юпитер. Более того, теперь нам известно, что некоторые виды вещества «чувствуют» гравитацию в любой системе координат, независимо от ее скорости. Такими свойствами обладают, в частности, массивные быстровращающиеся элементарные частицы — «частицы-волчки». Действующие на них гравитационные силы зависят от их вращения, и полностью невесомыми эти частицы никогда не бывают.

Ну а если полная компенсация гравитационного поля невозможна, то и вывод о его «нематериальной сущности» теряет убедительность. Для читателя, который хотел бы детальнее разобраться в этом вопросе, заметим, что важна именно полная компенсация, полное уничтожение поля. В небольшой, ограниченной области пространства выбором системы координат можно скомпенсировать не только гравитационное, но и другие, заведомо материальные поля, например, силу электростатического притяжения заряженной частицы между пластинами конденсатора, силы, действующие на железную пылинку в однородном магнитном поле и так далее.

Другими словами, тезис о геометрической природе гравитации, положенный Эйнштейном в основу его теории,— это не «железное» следствие эксперимента, а всего лишь гипотеза. Она может быть верной, а может и не быть. В принципе теорию можно строить и на основе других гипотез.

Советские физики, академик А. А. Логунов и его сотрудники, считают гипотезу Эйнштейна о чисто геометрическом характере тяготения неверной. По их мнению, сегодня нет достаточных оснований отказываться от энергии. Они убеждены в том, что гравитация — такое же вещественное поле, как электромагнитные волны или нейтрино. Его особенность лишь в том, что все, без исключения, известные нам виды материи имеют гравитационный заряд (массу) одного и того же знака и поэтому их гравитационные взаимодействия происходят подобным образом. Тяготение играет роль некоего всеобщего фона, на котором протекают все физические процессы.

Исходя из этих соображений, можно построить новую теорию гравитации, которая обладает замечательным свойством. Оказывается, если из ее уравнений исключить поле тяготения, в них останется его «отпечаток» — уравнения будут выглядеть так, как будто искривилось, стало изогнутым и скрученным первоначально плоское пространство. Говоря по-другому, в новой теории есть две равноправные возможности: либо вещественное гравитационное поле в плоском пространстве, либо искривленное пространство-время, но уже без поля.

Чтобы пояснить, как возникает эффект замены гравитационного поля пространственной кривизной, обратимся к похожему, но более простому и наглядному явлению. Известно, что в строгой полевой теории элементарных частиц невзаимодействующие, изолированные протоны — точечные объекты. Однако изолировать, полностью заэкранировав от всех других полей, их можно лишь теоретически, в действительности же протоны всегда взаимодействуют с мезонным полем. Вся их «жизнь», все процессы, в которых они принимают участие, протекают на фоне порождаемого ими поля мезонов, и этот фон, облако окружающих протон мезонов, проявляется как пространственная размазка его заряда и массы. Тут тоже есть две возможности: можно иметь дело с точечными протонами и связывающим их мезонным полем или же забыть об. этом поле и рассматривать столкновение протонов-шариков. В «жизни» протонов поле мезонов играет роль посредника.

Вот такую же роль «посредника» в теории Логунова выполняет и гравитационное поле. Оно не размазывает ни массы, ни заряда тел, но зато искривляет, делает неоднородным пространство и время в их окрестности.

В новой гравитационной теории нет трудностей с энергией. От одного тела к другому взаимодействие передается с помощью вполне материальных, обладающих энергией и импульсом гравитационных волн. А в предельном случае, когда тяготение становится достаточно слабым, общая теория смыкается с упоминавшейся выше теорией гравитонов Бронштейна.

Интересно, что в новой теории нет «схлопывания» тел в точку под действием собственного тяготения. Когда плотность вещества в сжимающемся теле становится большой, сжатие постепенно ослабевает и в пространстве образуется плотный компактный объект.

Новая гравитационная теория обладает многими достоинствами. Вместе с тем от динамичной эйнштейновской картины неразрывно связанного с материей пространства она снова возвращает нас к бесконечному плоскому пространству — инертному вместилищу тел. По мнению ее противников, это существенный недостаток теории. Впрочем, возможно, связь свойств материи и пространства (вакуума) осуществляется на более глубоком, квантовом уровне...

Нужны факты!

Итак, что же такое гравитация — геометрическое свойство пространства-времени или же специфическая форма материи? Пока это загадка. У конкурирующих теорий есть свои плюсы и минусы, свои сторонники и ярые противники. Физику сотрясают споры и дискуссии, сегодня здесь одна из ее самых «горячих точек».

Чтобы разгадать тайну всемирного тяготения, нужны новые экспериментальные факты. И вот тут мы встречаемся еще с одним парадоксом. Хотя тяготение «вокруг нас», без него на Земле и шагу ступить нельзя, опытных данных о свойствах сил тяготения крайне мало. Большинство их не выходит за рамки ньютоновского закона тяготения. Похоже на то, как если бы в электродинамике мы имели дело лишь с законом Кулона!

Принципиально новые данные могут дать астрофизические наблюдения или очень точные лабораторные опыты. А опыты эти необычайно сложны. Например, мощность гравитационных волн, испускаемых Солнцем, в триллион триллионов раз меньше мощности его электромагнитного излучения. Чувствительность приемников, которые могли бы заметить всплески приходящего к нам из космоса гравитационного излучения, находится на пределе современных технических возможностей. Это потруднее, чем заметить с Земли маленький красный огонек папиросы, горящий на далеком Нептуне или Плутоне! Еще сложнее зафиксировать гравитационные волны от земных источников. Но техника эксперимента быстро совершенствуется, и во многих лабораториях группы энтузиастов уже работают над созданием сверхпрецизионной гравитационной аппаратуры.

Этим рассказом, конечно, отнюдь не исчерпываются загадки и парадоксы гравитации. С удивительными теоретическими находками, обнаруженными в последнее время физиками, мы познакомим вас в последующих номерах журнала.