Бегство от удивлений (стр. 33 )

Так всюду. Любое тяготение, несмотря на свою центральность, в локальных явлениях, в малых масштабах или коротких промежутках времени неотличимо от инерции. Соответствующую «малость» всегда можно подобрать, она совсем не обязательно ничтожна, она может быть и весьма крупной.

Этот факт универсален. Исключений нет. Следовательно, принцип локальной эквивалентности инерции и тяготения не должен вызывать возражений у физиков. А это открывает великолепные возможности для исследований.

Вот что надо выяснить.

Раз силы инерции и тяжесть едины в малом, то как они соотносятся в большом? Не вносит ли это какой - либо новой, неведомой ранее ученым, черты в физику нашего мира?

Искать ответы — значит погрузиться в дебри общей теории относительности. Что мы сейчас, набравшись храбрости, и сделаем. Вооружимся терпимостью к варварским упрощениям и постараемся постичь хотя бы самую суть этой труднейшей теории.

Глава 19. НА ВРАЩАЮЩЕМСЯ СТАДИОНЕ

Путевка в XXIII век

Любой современный читатель этой книжки, даже семидесятилетний старец (если таковой среди читателей найдется), может, в принципе, поспеть на сотую Олимпиаду, которая состоится, как я уже говорил, летом 2292 года. Для этого не нужно погружаться в анабиоз, обретать бессмертие или фантастическое долголетие. Нужно только совершить некое путешествие. О том, что подобное теоретически возможно, помнит, вероятно, каждый, кто читал одиннадцатую главу. Через несколько страниц я обещаю вернуться к этой теме. А пока прошу вас вообразить себя счастливцем, заполучившим туристскую путевку на сотую Олимпиаду.

Итак, прозвучали фанфары, взлетели флаги. В открытом космосе вдали от планет вертится космическая карусель: один стадион на спице с противовесом кружит вокруг оси. Туристов, конечно, много, места для них мало, поэтому вся конструкция использована под трибуны. Скамейки всюду — и вокруг стадиона, и на спице, и на оси.

Теперь внимание.

Вы — болельщик. Сидите на скамье трибуны, которая укреплена на спице у самой оси. И кружите вокруг оси вместе со спицей.

Вам не очень удобно. Тяжести почти нет — вы ведь рядом с осью, и центробежная сила мала, ибо она зависит от радиуса вращения, а радиус этот для вас невелик. Далеко «под вами» прикреплен к той же оси олимпийский стадион, и вы смотрите на него в бинокль (или даже в телескоп).

Разумеется, вам хочется «вниз», на стадион — в привычную тяжесть, к полю. Но все близкие места заняты, и вам поневоле приходится обозревать игры издалека, с птичьего полета.

Еще одно (приятное) известие. Наш старый знакомый Клио, бывший космический пират, исправился, остепенился, обзавелся многочисленным семейством и тоже явился на Олимпиаду.

Он работает тут на должности механика, следит за исправным вращением стадиона и строгой неподвижностью оси. (Если ось будет шататься, на стадионе нарушится постоянство центробежной силы, создающей тяжесть, и состязания пойдут насмарку). Очень ответственное дело у старого Клио! Оно осложнено тем, что сооружение ни на чем не укреплено — витает в межпланетном пространстве.

Рабочее место Клио — на оси. А вы — на спице около оси. Поэтому он может переговариваться с вами, сверять часы, делиться впечатлениями. В этой своеобразной обстановке вам и предстоит познакомиться с любопытными особенностями общей теории относительности.

Рекорд под вопросом

На стадионе — состязания спринтеров-землян. Судьи отметили рулеткой стометровку, сверили свои сверхточные секундомеры (все измерительные приспособления были заранее сравнены с эталонами из Всемирной палаты мер и весов). И вот — выстрел, старт, щелчки секундомеров. Рванулась восьмерка бегунов. И спустя несколько секунд — бурный финиш.

Судьи на стадионе единодушно фиксируют победу человекоподобного робота Клиотти. Это — внук Клио! Чемпион пробежал стометровку за семь и две миллионных секунды. Абсолютный мировой рекорд! Прежний рекорд, установленный на Земле, был чуть-чуть хуже.

На стадионе ликование. Победителя обнимают, качают.

Однако некоторые болельщики, наблюдавшие забег издалека, с трибун у оси космической карусели, не согласны с оценкой судей. По их мнению, соревнование проведено неверно. Во-первых, дистанция бега отмечена с ошибкой — на ничтожную долю миллиметра короче ста метров. Во-вторых, время, за которое Клиотти пробежал дистанцию, на столь же крошечную часть секунды больше, чем заявили судьи. А раз так, то никакого абсолютного мирового рекорда нет. Клиотти, хоть и победил, но не вышел в абсолютные чемпионы.

Надо сказать, что болельщики, сидящие у оси, сделали свои оценки отнюдь не на глазок. Они располагали точнейшими угломерными инструментами, идеальными сверхсекундомерами. Вы, сидя рядом с ними, тщательно проверяли их измерения. Клио, находясь на оси, тоже проверял и сам все измерял. Точность оценок, таким образом, была гарантирована. С другой стороны, на стадионе измерения тоже были исполнены безукоризненно.

И вот шум, волнения. Болельщики с оси кричат:

— Эй вы, там, внизу! Сапожники! На мыло!..

Судьи хранят олимпийское спокойствие, но постаревший и поумневший Клио, обрадованный победой внука-чемпиона, возмущен:

— Самих вас на мыло! Не знаете теории относительности!..

И на этот раз Клио прав. Болельщики у оси напрасно нервничают. Несмотря на справедливость своих оценок, они зря обвиняют судей в ошибках. Никаких ошибок нет, рекорд установлен по всем правилам. А спор возник по прежней, уже традиционной для этой книжки, причине: не учтены особенности системы отсчета.

Реабилитация спринтера

При проектировании космической карусели обсуждались, быть может, два варианта ее конструкции. В первом предлагалось спицу жестко скрепить с осью (как в колесной паре железнодорожного вагона), чтобы ось вращалась вместе со спицей. Это удобно и просто. Однако по непонятным причинам был принят второй, менее удачный вариант — спица надета на ось свободно и кружит вокруг нее в подшипнике (вроде велосипедного колеса). Так и сделали карусель. И, запуская ее, ось установили неподвижной относительно звезд. (Как это устроили, я не знаю, но, допустим, устроили.)

Спица стала двигаться относительно оси и, следовательно, относительно звезд. Благодаря такой конструкции карусели Клио (тому, кто сидит на неподвижной оси) особенно ясна причина разногласий в оценке забега Клиотти. Ведь ось неподвижна, а стадион относительно нее движется. В любой достаточно малый отрезок времени можно считать, что стадион движется относительно оси равномерно и прямолинейно. Значит, Клио может вспомнить частную теорию относительности и учесть релятивистские эффекты. По его отсчету продольные (перпендикулярные к спице) длины стадиона будут короче, секунды же стадиона — дольше. Соответственно, дистанция забега Клиотти короче, длительность забега больше, чем для него самого и для окружающих его бдительных и пунктуальных судей.

К такого рода поправкам мы, кажется, уже привыкли с одиннадцатой главы.

Значит, для Клио разница в длинах и длительностях стадиона ясна.

Поэтому он знает, что в собственном времени и расстоянии стадиона Клиотти поставил-таки рекорд. Судьи правы.

Но как объяснить это вам и болельщикам, сидящим на спице? Вы ведь неподвижны относительно стадиона. Стадион и вы покоитесь в одной и той же жесткой системе отсчета. И тем не менее и вы и болельщики отметили те же самые изменения стадионного времени и стадионной длины, что и движущийся относительно стадиона Клио.

Почему?

Именно потому, что вертится космическая карусель. Именно потому, что движение стадиона не прямолинейное.

Публика, сидящая на спице рядом с осью, в каждый момент времени имеет меньшую скорость относительно оси, чем обитатели стадиона, укрепленного на самом конце спицы. Это понятно всем, кто хоть раз в жизни вертел пращу или закидывал удочку: конец лески с грузилом и крючком движется быстрее, чем ее начало, привязанное к удилищу.

А раз ваша скорость относительно оси мала, то и релятивистские эффекты относительно оси ничтожны. Во всяком случае, приближаясь по спице к оси, вы можете свести их на нет.

Вот резко утрированный пример. Стадион на 300-километровой спице делает 30 оборотов в секунду. Тогда он мчится относительно оси со скоростью 100 тысяч километров в секунду. Треть скорости света! Релятивистские эффекты стадиона с оси вполне заметны. А зритель, сидящий на спице в метре от оси, плетется относительно оси всего лишь со скоростью звука. И никаких релятивистских эффектов практически нет.

Словом, раз уж вы — болельщик, сидящий на спице у оси, то у вас метры такие же, как у Клио, и ваши секунды такие же, как у Клио. А поэтому ваша точка зрения и точка зрения Клио на метры и секунды стадиона практически совпадают. Если для него стадионные сантиметры укорачиваются, значит, и для вас тоже, если для него стадионные секунды удлиняются, значит, и для вас тоже.

Шаг через века

Сведениями, добытыми на сотой Олимпиаде, я воспользуюсь, чтобы выполнить обещание, данное в начале этой главы, — объясню, каким способом вы, человек XX века, не старясь, попали на Олимпийские игры в XXIII век.

Теоретически (и фантастически) для обгона столетий годится устройство, называемое центробежной машиной времени. Войдя в нее, погружаешься в замедленное время: сутки в машине равны году или столетию вне ее. Степень замедления зависит от настройки.

На пульте машины есть регулировочная ручка. Оператор ставит ее на цифру «2» — время внутри машины течет вдвое медленнее, чем снаружи. Поставил ручку на «1000» — время в машине замедлено в 1000 раз. Удобно и практично. Кроме того, на пульте размещены всевозможные экраны, кнопки, телефоны. Есть еще люки для передачи пищи тем, кто находится внутри. Пользоваться этими люками придется не часто: при времени, замедленном в тысячу раз, обитатель машины будет обедать раз в три года (это, разумеется, наши, внешние три года, которые для него, сидящего в машине, составят одни сутки).

Ну, снаружи мы машину оборудовали. А внутри она устроена еще проще. Ничего таинственного и нового.

Открываем двери. Входим. Видим внутри карусель. Да-да, опять карусель, но маленькая, сказочно сверхпрочная, способная крутиться с гигантским числом оборотов (что-нибудь порядка десятка миллионов в секунду). Или, если хотите, центрифуга — наподобие той, в которой тренируют космонавтов, только неизмеримо более быстрая.