Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Теперь, когда великий труд давно завершен, все выглядит поразительно просто и ясно. Пусть две звезды вращаются вокруг общего центра тяжести. Астрономы наблюдают множество таких «двойных» звезд. Любая третья звезда испытывает с их стороны притяжение, изменяющееся со временем в темпе вращения этой пары. Закон Ньютона позволяет вычислить эти изменения, но предсказывает, что они будут проявляться одновременно на любых расстояниях от двойной звезды. При этом даже не возникает вопроса о том, тратит ли эта звездная пара часть своей энергии на то, чтобы притягивать окружающие тела. Иное дело в теории относительности. Поле тяготения, окружающее звезду, представляет собой определенное свойство окружающего ее пространства. Вблизи звезды пространство не подчиняется геометрии Евклида. Кратчайшие линии в нем не являются прямыми. Это неевклидово пространство. В нем движению по инерции соответствует свободное падение в поле тяжести, движение по геодезической линии в этом искривленном пространстве.

Если поле тяготения образовано двумя близкими двойными звездами, то для каждой из них движению по инерции соответствует вращение вокруг общего центра тяжести. Это же, но в других терминах, говорит и теория Ньютона. Различие начинается при описании сил, действующих на третье тело. Теория относительности говорит, что пространство, окружающее двойную звезду, искривлено более сложно, чем его искривление в окрестности одиночной звезды, и, главное, это искривление не вращается вместе с ними как единое целое, не охватывает одновременно все беспредельное пространство. Искривление разбегается во все стороны постепенно, в виде волн. От вращающейся пары звезд разбегаются волны, искривляющие пространство, или волны искривления пространства. Это и есть гравитационные волны, волны тяготения. Их скорость очень велика, она равна скорости света. Но она конечна. Поэтому волны тяготения достигают удаленных частей пространства позже, чем их действие проявляется вблизи их источника.

Вспомним наш опыт с куском холста, натянутым на обруч. Если на холсте лежит не один тяжелый шар, а два, они образуют в поверхности холста впадину более сложной формы, чем в случае, когда шар один. Если теперь придать этим шарам вращение вокруг оси, проходящей между ними, можно увидеть, как по поверхности холста по направлению к обручу побегут впадины сложной формы. Это наглядная модель гравитационных волн, излучаемых двойной звездой. Теперь маленький шарик не сможет спускаться от края обруча к его центру по простейшим кривым, напоминающим меридианы на глобусе. Он должен следовать по более сложным кривым. Нужно, однако, помнить, что реальный мир существует в четырехмерном «пространстве — времени», а наша модель представляет трехмерное «пространство — время». В модели поверхность холста двумерна, но при наличии шаров она не плоская, а криволинейная — неевклидова. Волны искривления холста будут увлекать маленький шарик в сторону вращения массивных центральных тел.

Модель отображает природу гравитационных волн и в том, что, при туго натянутом холсте, его искривления, хорошо видимые вблизи центра, быстро убывают к периферии и очень мало заметны вблизи обруча. Гравитационные волны, возбуждаемые вращением двойных звезд, тоже убывают с увеличением расстояния, а расстояния от них до Земли очень велики. Поэтому ученые пока не сумели зафиксировать существование гравитационных волн.

В отличие от теории Ньютона из теории тяготения следует: вращающаяся пара звезд расходует энергию на возбуждение гравитационных волн. Гравитационные волны уносят с собой часть энергии этих звезд. Речь идет о кинетической энергии их вращения вокруг общего центра тяжести.

Значит, двойные звезды не могут вращаться вечно по стационарным орбитам. Излучая энергию в виде гравитационных волн, они должны приближаться одна к другой по очень пологим спиралям, постепенно увеличивая частоту своего вращения. Это потрясающее предсказание казалось Эйнштейну не поддающимся проверке из-за малости энергии, уносимой гравитационными волнами и вследствие трудности измерения периодов обращения двойных звезд. Но совсем недавно радиоастрономы сумели подтвердить это предсказание! В излучении одного из пульсаров (звезд, излучающих периодические, пульсирующие импульсы радиоволн) обнаружены изменения, которые нельзя объяснить иначе, чем постепенным уменьшением периода его обращения вокруг незримого компаньона. Увеличение скорости вращения (уменьшение периода) этой пары не может быть вызвано ничем иным, как потерей энергии на излучение гравитационных волн. Оценки, проведенные для учета возможного действия других эффектов, например, учета влияния приливного трения, подтвердили, что речь может идти только о результате излучения гравитационных волн.