Тайны пространства и времени

Комаров Виктор Ноевич

Создание антигравитационных двигателей помогло бы решить многие проблемы, связанные с освоением космоса. Что говорит о подобной перспективе современная физическая наука?

В рамках общей теории относительности возможность существования антигравитационных сил практически исключена. Дело в том, что в основу этой теории положен «постулат» о равенстве «гравитационных зарядов» массам взаимодействующих тел для любых форм и видов материи. А так как отрицательных масс в природе, по-видимому, не бывает, то не могут существовать и отрицательные «гравитационные заряды».

Значит ли это, что придется отказаться от всяких надежд? Общая теория относительности Эйнштейна – великая теория! Сегодня это признается

всеми. Но тем не менее и у нее, видимо, должны существовать границы применения. И предположение о том, что за этими границами антигравитация все же может существовать, не содержит в себе ничего антинаучного. В частности, в последние годы физики обнаружили нечто такое, что, возможно, открывает реальный путь к победе над тяготением. Согласно квантовой физике, любое физическое поле состоит из элементарных порций – квантов. Не должны, очевидно, составлять исключение из этого правила и поля тяготения. Исследование природы различных физических взаимодействий привело ученых к выводу о том, что существует не одно-единственное поле тяготения, как считалось раньше, а – три, различающиеся по своим свойствам. На больших расстояниях эти поля как бы сливаются, образуя единое «супергравитационное поле». Однако на малых расстояниях они расщепляются и становятся независимыми друг от друга. Пока это только гипотеза, но знаменательно, что современная теоретическая физика приходит к ней разными путями, отталкиваясь от самых различных предположений. Скорее всего, это не простая случайность. Обычно подобная ситуация свидетельствует о том, что полученный вывод соответствует действительности.

Но если полей тяготения три, то каждое из них должно иметь и свои собственные кванты. Кванты обычного гравитационного поля получили название «гравитонов». Они всегда движутся точно со скоростью света и, подобно фотонам, а, возможно, и нейтрино, не имеют «массы покоя». Правда, в отличие от этих частиц, обнаружить гравитоны экспериментально никому до сих пор не удалось. Может быть, потому, что эти частицы чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом и поэтому обладают фантастической проникающей способностью, которая во много раз превосходит проникающую способность даже таких «всепроницающих» частиц, как нейтрино.

Что же касается квантов двух других гравитационных полей, получивших названия «гравифотонного» и «гравискалярного», то будучи столь же неуловимыми как гравитоны, они, в отличие от своих «собратьев», обладают вполне определенными массами. Впрочем, массы эти скорее всего весьма невелики, но в то же время не меньше, чем несколько тысячных триллионной доли массы электрона. Дело в том, что чем «легче» кванты, тем больше радиус их действия. И если бы гравифотоны и гравискаляры были чересчур легкими, то их влияние должно было бы неизбежно сказаться на характере движения небесных тел. А это неминуемо было бы зарегистрировано астрономами и астрофизиками.

Однако нельзя исключить и другую возможность. Гравифотоны и гравискаляры могут оказаться весьма тяжелыми частицами с массами, в сотни и тысячи раз превосходящими массу протонов – ядер атомов водорода. Но тогда их действие может проявляться лишь на ультрамалых расстояниях, то есть в глубинах микромира. Ответ на вопрос, каковы реальные значения масс этих образований, могут дать только будущие исследования.

Но самое интересное – другое. Оказывается, гравискалярные силы, подобно обычным силам тяготения, могут быть только «притягивающими». А гравифотонные – как «притягивающими», так и «отталкивающими», в зависимости от того, из чего состоят взаимодействующие тела – из вещества или антивещества. И тут мы сталкиваемся с совершенно неожиданным парадоксом: массы, состоящие из вещества и антивещества, должны притягиваться, а объекты, состоящие из обычного вещества – наоборот… отталкиваться.

Иными словами, самые обычные окружающие нас предметы под действием гравифотонного поля тяготения должны разлетаться в разные стороны. Однако ничего подобного, как известно, не происходит. Почему? Возможно, гравифотонное взаимодействие значительно уступает по силе гравитационному и соперничать с ним просто не в состоянии. А, может быть, оно в самом деле проявляется лишь на ультрамалых расстояниях. Однако не исключено и другое. Вполне возможно, что гравифотонная антигравитация уравновешивается гравискалярным притяжением. И проявляет себя только привычное гравитационное притяжение.

Вот тут-то и появляется надежда на решение антигравитационной проблемы.

Для этого нужно воспользоваться теми ситуациями, когда гравискалярное притяжение слабее гравифотонного отталкивания. Определенные указания на реальность подобной возможности имеются. Весьма точные измерения «постоянной тяготения», проведенные в последние годы на разных высотах над земной поверхностью и в глубоких шахтах, показали, что ее значения в разных точках несколько различаются. Не исключено, что эти различия как раз и объясняются проявлениями антигравитации. Есть и другие обнадеживающие наблюдения.

В принципе возможен и контрольный проверочный эксперимент. Как было отмечено выше, и гравифотонные, и гравискалярные силы должны работать на притяжение. Поэтому в поле тяготения Земли антивещество должно весить больше, чем вещество. Соответствующий эксперимент может быть осуществлен на ускорителях элементарных частиц.

Разумеется, от гравифотонного отталкивания до создания антигравитационного космического корабля еще так же далеко, как от воздушного змея до реактивного авиалайнера. Однако важен сам факт. Главное, что антитяготение, судя по всему, существует. А остальное, как говорится – дело техники.

Кроме того, если бы все, о чем только что говорилось, подтвердилось, мы узнали бы много нового и о структуре нашего пространства.

От гравитации к супергравитации

Как известно, значение научных теорий заключается в том, чтобы намного опережать экспериментальные и наблюдательные исследования. И в этом плане на одном из первых мест в современной теоретической физике стоит теория «симметрии», которые были квалифицированы Е. Вигнером как высший уровень понимания физических явлений, устанавливающий или, лучше сказать, «отражающий» связь между законами природы.

На первый взгляд, понятие «симметрии» выглядит довольно элементарно, с ним хорошо знакомы все, кто проходил курс школьной геометрии. С их проявлениями мы встречаемся буквально на каждом шагу – зеркальная, центральная, осевая… а физики в свое время заинтересовались симметриями в связи с изучением геометрических свойств различных кристаллов. Однако в дальнейшем выяснилось, что симметрии имеют не только чисто геометрический, но и более глубокий смысл – они отражают глубинные, сокровенные физические связи между явлениями. И с этой точки зрения Вигнер совершенно прав!

В современной физике симметрия – это неизменность (или инвариантность) основных свойств материальной системы и происходящих в этой системе процессов и взаимодействий при тех или иных ее преобразованиях, изменениях ее характеристик. Известна, например, симметрия всех явлений природы при замене всех частиц на соответствующие античастицы.

Изучение подобных симметрии позволяет связать доступные наблюдению физические процессы с теми явлениями, которые протекают в глубинах микромира или в отдаленных областях пространства, а также с теми процессами, которые происходили в далеком прошлом, в первые мгновения существования Вселенной.