Занимательно о космологии
Шрифт:
В 1919 году Эддингтон — участник экспедиции, созданной по его инициативе для проверки искривления световых лучей во время солнечного затмения. Экспедиция прошла успешно, и Эддингтон получил правительственную премию в 1000 фунтов стерлингов.
Год спустя он пишет книгу «Пространство, время и тяготение»; еще через три года выходит его знаменитая «Математическая теория относительности», которую и сегодня с удовольствием читают студенты, специализирующиеся в этой области. Позже он занимается квантовой теорией. Большие заслуги Эддингтона в астрономии и физике, приветливый ровный характер снискали ему не только величайший авторитет, но и уважение окружающих. У Эддингтона было множество учеников. Он не переставал работать до последнего дня своей жизни, который наступил 22 ноября 1944 года.
Эддингтон
Королевское астрономическое общество учредило медаль Эддингтона, присуждаемую за выдающиеся работы по теоретической астрофизике.
Вы помните, читатель, что некогда это слово, поставленное под чертежом, заменяло древним геометрам длинные рассуждения. Чертеж считался высшим доказательством справедливости. Действительно, если фигура построена, зачем доказывать возможность ее построения?..
В наше время магическое слово «смотри!» заменяют результаты эксперимента. Теория, выводы которой подтверждаются опытом, считается справедливой. Но можно ли экспериментальным путем подтвердить выводы общей теории относительности?..
Эйнштейн сам указал на три следствия, позволяющих проверить правильность теоретических выводов. Первое из них касается изменения частоты (или длины волны) света, когда луч распространяется в поле тяготения. Второе говорило о том, что орбиты планет и спутников должны все время поворачиваться, опережая величину, которая может быть рассчитана по формулам теории Ньютона. Третий эффект, который можно было наблюдать в пределах солнечной системы, заключался в отклонении луча света звезды, когда он проходит вблизи большой тяготеющей массы, например Солнца. Это последнее следствие общей теории относительности и было проверено раньше других. Эйнштейн предложил сравнить положения звезд на небе, когда на пути луча от избранной звезды стоит Солнце. Это можно было осуществить в момент полного солнечного затмения, когда на потемневшем небе проступают звезды. Сравнение следовало произвести с картиной неба, когда Солнца на нем не было.
Простота эксперимента обманчива. На самом деле провести подобные измерения невероятно сложно. Потому что даже возле края солнечного диска расчетное отклонение луча света составляет дугу менее двух секунд. А так как видимое положение всех звезд на небе довольно сильно зависит от свойств земной атмосферы, то уловить эти «две секунды дуги» задача исключительной трудности.
К 29 мая 1919 года две астрономические экспедиции собрались в зонах полного солнечного затмения, которые находились в Гвинее и Бразилии.
Эддингтон, находившийся в первой группе, очень нервничал, так ему хотелось, чтобы эксперимент был удачным. Однажды, перед самой поездкой, его коллега спросил: «Что же будет, если вы подтвердите эффект?». Случившийся поблизости Франк ответил: «Тогда Эддингтон сойдет с ума, и вам придется возвращаться домой одному».
В Гвинее, куда забралась экспедиция, с утра 29 мая небо было затянуто. И лишь незадолго до окончания полной фазы затмения облака рассеялись и нужные фотографии звездного неба были сделаны.
Обработка фотографий продолжалась несколько месяцев. Но зато в сентябре Лоренц сообщил Эйнштейну телеграммой, что выводы общей теории относительности подтвердились.
После его доклада об итогах экспедиции на объединенном заседании Королевского общества и Астрономического общества в Лондоне президент Королевского общества Дж. Дж. Томсон сказал: «Это открытие не отдельного острова, а целого континента новых научных идей. Это величайшее открытие со времен Ньютона».
С тех пор подобные измерения проводились много раз во время солнечных затмений. Есть проверка 1922, 1929, 1947 и 1952 годов. Почти все они дали похожий результат. К сожалению, пока что во всех экспериментах маловата точность, чтобы можно было сделать окончательные выводы. Очень мешает астрономам атмосфера Земли. Вот когда на Луне откроется астрономическая
Второй эффект, позволяющий убедиться в истинности выводов общей теории относительности, касается движения ближайшей к Солнцу точки орбиты Меркурия. Такая точка орбиты любой планеты называется перигелием. Впрочем, сегодня, когда число искусственных спутников Земли едва ли не перевалило за тысячу, объяснять подобные термины, по-видимому, не нужно.
В 1859 году знаменитый французский астроном Урбен Леверье, исследуя движение планеты Меркурий, обнаружил возмущения орбиты, не поддающиеся объяснению действием других планет в рамках ньютоновой теории. Перигелий орбиты Меркурия за сто лет поворачивался на тридцать одну секунду больше, чем разрешала теория. Леверье пытался свалить вину за подобные нарушения на Вулкан — гипотетическую планету, вращающуюся еще ближе к Солнцу. Однако существование еще одной планеты не подтвердилось. Зато англичанин Ньюком, пользуясь собственной более точной теорией движения больших планет, уточнил разницу в смещении перигелия Меркурия и получил на одиннадцать секунд больше — 42'' за столетие. Конечно, автор мог бы привести наглядный пример того, что составляет собой эти 42''. На расстоянии вытянутой руки — это не больше толщины страницы, на которой напечатан данный текст. И тем не менее эти сорок две секунды тяжелым гнетом легли на плечи астрономов. Классическая теория требовала, чтобы перигелий орбиты «посланца богов» смещался на 531 угловую секунду за столетие. А наблюдения упорно показывали — 574. Откуда они набегали?.. Это было тем более непонятно, что во всех остальных отношениях движение планеты ни в чем не противоречило законам Ньютона.
И вот появляется общая теория относительности. И сразу важнейший результат — перигелий Меркурия за счет релятивистских эффектов должен смещаться на 43,03 больше, чем это получается по классической теории!
Чувствуете?.. 574'' - 531'' = 43'', и теория относительности дает 43'',03! Впрочем, измерения были разные. Более точные и менее точные. Здесь интересно отметить исследования советского астронома Г. А. Чеботарева. Он просмотрел множество старых наблюдений за орбитой Меркурия и, используя уточненные значения астрономических постоянных и масс планет, нашел значение неувязки наблюдений с классической теорией в 42,65±0,5. Что, как вы сами видите, находится в прекрасном соотношении с предсказаниями ОТО.
Конечно, соблазнительно было проверить и значение векового эффекта перигелия для других планет по данным измерений. Цифры получились такие: для Венеры — 8,4±08, для Земли — 5,0±1,2, для Марса — 1,1±0,3 угловых секунды за сто лет. И эти величины оказались в весьма хорошем соотношении с предсказанием ОТО. Теория давала для Венеры 8'',6, для Земли 3'',8, для Марса 1'',4.
В общем, сегодня подтверждение указанного эффекта считается важнейшим доказательством правильности идей общей теории относительности.
Нашло подтверждение и «покраснение» светового кванта (фотона). Это явление свидетельствовало о правильности важнейшего вывода, положенного в основу ОТО, — о равенстве инертной и гравитационной масс. Исследователи Р. Паунд и Дж. Ребка умудрились зарегистрировать покраснение света даже в условиях земной лаборатории под влиянием поля тяготения нашей планеты.
Конечно, приведенные данные не должны восприниматься как окончательная опытная проверка общей теории относительности и будто дальше тут делать нечего. Отнюдь, опыты нужно продолжать, все время повышая и повышая точность их результатов с помощью новых технических средств. Об этом говорит и академик В. Л. Гинзбург, предлагая использовать для наблюдения отклонения световых лучей, проходящих вблизи Солнца, аппаратуру на баллонах, поднятую в зону сильно разреженной атмосферы и на спутниках. Это дало бы возможность измерить отклонение световых лучей независимо от затмений.