Безумные идеи

Каждый день в своих исследованиях ученые наталкиваются на ее проявления, раскрывают новые богатства, многочисленные россыпи истины, заключенные в этой величественной системе.

По сей день идет экспериментальная проверка теории относительности.

Дефект массы

К сожалению, пока невозможно отправить космонавта в полет со скоростью, близкой к скорости света, поэтому еще нельзя непосредственно проверить вывод о замедлении жизненных процессов при таком полете. Значит ли это, что невозможно практически подтвердить вывод о том, что в движущихся телах время течет медленнее, чем в неподвижных, и тем медленнее, чем быстрее будет лететь ракета?

Если пока нельзя проверить идею о космическом омоложении, то есть другие надежные пути, убеждающие нас в правильности этого вывода теории Эйнштейна. Один из этих путей – проверка формул теории относительности на частицах космических лучей. Ведь они влетают в земную атмосферу с огромными скоростями. Среди них есть целый набор элементарных частиц, летящих с разными скоростями, достаточно близкими к скорости света. Можно изучить поведение этих микроскопических «ракет». Можно выяснить влияние скорости на их свойства. Такие же опыты успешно проводятся и с частицами, разогнанными почти до скорости света при помощи больших ускорителей.

Частицы больших энергий при подходящих условиях порождают неустойчивые частицы, а ученые знают, что время жизни неустойчивых микрочастиц, тоесть среднее время, за которое половина из наблюдаемых частиц распадется, породив другие частицы, есть постоянная величина, характерная для частиц данного типа. Это время ничем нельзя изменить, ни электрическим или магнитным полем, ни другими подобными воздействиями.

Но, измеряя время их жизни, время распада по лабораторным часам, ученые убедились, что оно зависит от скорости частиц. Быстрые мю-мезоны, например, более живучи, чем медленные. Они как бы испытывают космическое омоложение. Так в опытах с космическими частицами блестяще подтвердились формулы теории относительности. Подтверждаются они и рядом других экспериментов. Современная физика без теории относительности так же немыслима, как здание без фундамента. Сегодняшняя техника во многих случаях тоже бессильна без этой теории. Она лежит в основе таких грандиозных инженерных сооружений, как ускорители заряженных частиц и ядерные реакторы.

Уже циклотрон – первый ускоритель, в котором ускоряемые частицы двигались по орбитам, близким к круговым, обнаружил коварные особенности скоростей, близких к скорости света. В циклотроне заряженные частицы движутся между полюсами большого постоянного магнита, периодически попадая в электрическое поле, заставляющее их еще немного ускорить свой бег. Период обращения частиц по орбите и период изменения электрического поля должны быть одинаковы, иначе поле перестанет ускорять частицы и начнет их тормозить. Именно это и происходило во всех циклотронах. Достигнув определенной скорости, частицы переставали ускоряться.

Причиной оказался эффект, предсказанный теорией относительности. При скоростях, близких к скорости света, масса уже не остается постоянной, как это бывает обычно, а увеличивается с возрастанием скорости. В результате период движения частицы в циклотроне изменяется и расходится с периодом ускоряющего электрического поля. Работа ускорителя нарушается. Так теория относительности впервые вмешалась в технику. Она определила предел энергии, достижимой без учета ее законов.

Выход из тупика указал советский ученый, академик В.И. Векслер. Он предложил несколько путей, которыми можно, несмотря на изменение массы частиц, сохранить совпадение периода их обращения с периодом ускоряющего поля и благодаря этому получать частицы с гораздо большей энергией.

Можно, например, вычислить при помощи теории относительности закон изменения периода частиц при изменении их массы и соответственно изменять период ускоряющего поля. Можно также скомпенсировать изменение массы частицы соответствующим изменением силы магнитного поля, удерживающего частицу на орбите, с тем чтобы период обращения частицы оставался постоянным, несмотря на изменение ее массы. Можно комбинировать оба эти метода.

Сейчас, в соответствии с предложением Векслера, построено много гигантских ускорителей, например известный ускоритель в городе Дубне. Работа этих машин является практическим подтверждением истинности теории относительности и ее удивительного вывода о том, что не только течение времени, но и масса всех тел зависит от их скорости.