Тайны открытий XX века - Александр Волков

«Кто-то в лаборатории курил трубку, и мы заметили, что струйка дыма, медленно расплывавшаяся по комнате, едва достигнув вращавшегося диска, устремлялась вверх, словно ее что-то отталкивало. Тогда мы поместили на диск намагниченный шарик, соединив его с весами. Показания весов нас удивили, — вспоминал Евгений Подклетнов в интервью журналу «Wired». — Оказалось, что любой предмет, помещенный над диском, чуть-чуть терял в весе, а если диск вращать, этот эффект увеличивался. Подобрав определенную скорость вращения, удалось добиться максимального уменьшения веса предметов на два процента».

По словам Подклетнова, уменьшение веса наблюдалось и на втором этаже здания, прямо над экспериментальной установкой. Если же два диска ставили один над другим, вес предметов над ними уменьшался уже на четыре процента. Кроме того, ртутный барометр, помещенный над диском, показал, что атмосферное давление уменьшилось на 4 миллиметра ртутного столба.

В 1995 году Подклетнов повторил свой эксперимент в Москве, использовав кольцо из сверхпроводящего материала диаметром 28 сантиметров и толщиной 1 сантиметр. Он вновь констатировал, что предметы, помещаемые над диском на расстоянии до трех метров, немного теряют в весе. Максимальный эффект составил 2 процента при скорости вращения 3500 оборотов в минуту. Даже над неподвижным диском предметы становились легче примерно на несколько сотых долей процента. Эффект потери веса также наблюдался, когда между сверхпроводящим кольцом и исследуемым объектом помещали толстую металлическую пластину.

Идеями Подклетнова заинтересовалось немало энтузиастов — и теоретиков, и практиков.

Джованни Моданезе из Туринского университета и Нинг Ли из Алабамского университета даже разработали теорию, которая объясняет, почему возможен эффект Подклетнова. Так, по мнению Ли, элементарные частицы внутри вращающегося сверхпроводника создают особое поле, которое меняет силу гравитации.

В НАСА потратили более 600 тысяч долларов, чтобы построить «антигравитационную установку», но в конце концов признали метод Подклетнова «изначально ошибочным». Затем «бороться с гравитацией» взялись руководители американской аэрокосмической компании «Боинг». Поговаривают, что подобными идеями увлеклись и военные, а потому вся информация по антигравитации, хранившаяся в библиотеках, внезапно исчезла…

Чем реже встречаются новые сообщения об антигравитации, тем чаще вспоминаются давние поборники этой идеи. Немало их было в СССР.

Так, академик В.Н. Челомей в 1960-е годы опытным путем установил, что при вибрационном воздействии массивные тела, погруженные в воду, всплывают, а легкие, наоборот, тонут.

В 1980-е годы кандидат технических наук Генрих Талалаевский предложил модель гравитолета, напоминавшего летающую тарелку. Наружная часть корпуса гравитолета стремительно вращалась и якобы противодействовала силе тяжести.

Возможно, подобные аппараты когда-нибудь и заменят космический и авиационный транспорт. Пока же все их проекты существуют лишь на бумаге. Недаром многие ученые склонны сравнивать поиски антигравитации с конструированием перпетуум-мобиле — вечного двигателя.

В поисках гравитационных волн

В любом случае до подобных полетов еще далеко. «Частицы гравитации», похоже, — самые неуловимые из элементарных частиц. Пока же ученые пытаются обнаружить другой феномен, связанный с гравитацией, — гравитационные волны.

Еще в 1916 году Альберт Эйнштейн, описав гравитацию как «геометрическое искривление динамического пространства-времени», предсказал их существование. «Волны, эти завитки искривленного пространства-времени, доносят до нас тайные весточки мироздания — подобно тому, как акустические волны доносят до публики информацию об оркестре», — поясняет известный американский физик Кип Торн.

При столкновении черных дыр возникают гравитационные волны. Перед вами компьютерная модель подобной коллизии 

Согласно общей теории относительности, действие гравитации распространяется не мгновенно, а со скоростью света. И, подобно тому, как в электромагнитной теории Максвелла ускоренно движущиеся заряды порождают электромагнитные волны, так и ускоренно движущиеся массы должны создавать гравитационные волны — своего рода «сотрясения», периодические колебания пространства-времени.

Подобные волны пронизывают пространство, словно сейсмические волны — Землю. Они пробегают с одного конца Галактики на другой, и вся толща материи, лежащая на их пути, не способна их ослабить. «Под действием гравитационных волн материя, лежащая на их пути, — поясняет Торн, — поочередно растягивается и сжимается в направлении, перпендикулярном оси, вдоль которой распространяются эти волны». Однако эти отклонения минимальны. Мы не замечаем их. Так, если бы мы имели дело с мостом, выстроенным от Земли до Солнца, то под действием гравитационной волны он изменился бы на миг всего… на один диаметр атома.

Попробуйте уловить подобные — неощутимые — колебания! Теоретики убеждают нас в том, что доказать существование гравитационных волн очень просто: раз они есть, их можно измерить! Теоретики описывают, как это сделать, и… кивают на практиков. Только как измерить все эти волны? Порой кажется, что прибор подобной чувствительности построить нельзя. Легко советовать: «Возьмите груз и детектор…»

Легко говорить: «Представим себе мост, выстроенный от Земли до…»

* * *

Астрономы делят источники гравитационных волн на несколько классов.

«Барстеры», кратковременные источники волн, в считанные доли секунды излучают больше энергии, чем Солнце за все время своего существования. Возникают барстеры при взрывах звезд и столкновении черных дыр. Их мощность достигает примерно 1045 (десять в сорок пятой степени) ватт.

Периодические гравитационные волны можно заметить лишь из космоса, поскольку вести наземные наблюдения мешает сейсмическая активность нашей планеты. Источником их являются двойные звезды, а также нейтронные звезды (пульсары). Для их отслеживания нужен спутниковый интерферометр с базовой длиной в миллионы километров. В 2013 году для наблюдения за этими волнами планируется запустить в космос три зонда (в этом проекте участвуют европейские и американские ученые). В 50 миллионах километров от Земли они образуют равносторонний треугольник с длиной стороны 5 миллионов километров. Точность подобного детектора будет в миллионы раз выше, нежели наземных установок.

Стохастические (случайные) волны возникают при наложении нескольких периодических процессов, протекающих очень далеко от Земли, а также при наложении слабых или очень отдаленных единичных событий. Можно назвать такие процессы, как: 1) столкновения первых звезд, возникших вскоре после Большого Взрыва, 2) процессы, протекавшие в молодой Вселенной и вызвавшие нарушения пространственно-временной структуры, 3) реликты Большого Взрыва, а также 4) гравитационное торможение — оно наблюдается, когда две звезды пролетают мимо друг друга.

2013 году для наблюдения за гравитационными волнами планируется запустить в Космос три зонда 

Подсчитано, что длина гравитационной волны, создаваемая, например, сверхновой звездой, составляет около 300 километров, а частота — порядка 1000 герц. В принципе, эти волны находятся в акустическом диапазоне, но мы не слышим их из-за их крайне малой амплитуды.

В окрестностях Ганновера сооружена установка GEO-600 для наблюдения за гравитационными волнами 

Американский инженер и физик Джозеф Уэбер из Мэрилендского университета еще в конце пятидесятых годов размышлял о том, как измерить «пространственно-временные завитки». Он же первым стал оборудовать гравитационные детекторы. В его исполнении это были алюминиевые цилиндры длиной 2 метра и диаметром 0,5 метра. Каждый из них весил одну тонну. Когда гравитационная волна пересекает подобный цилиндр, его концы сжимаются и расширяются на неимоверно малую величину. Уэбер пытался измерить эти крохотные осцилляции. Он помещал на поверхность цилиндра пьезоэлектрические кристаллы. При их растяжении или сжатии возникает электрическое напряжение. Прибор должен был его измерить. Однако ученый потерпел неудачу. Он не сумел зафиксировать эти неуловимые колебания.

Более тридцати лет назад советские ученые Герценштейн и Пустовойт, а также Райнер Вайс из Массачусеттского технологического института предложили использовать для измерения гравитационных волн лазерные интерферометры. Фиксируя разность фаз двух лазерных лучей, теоретически можно заметить деформацию пространства.