Знание-сила, 2002 № 01 (895)

С точки зрения четырехмерной геометрии формулы Лоренца описывают повороты координатных осей.

t- временная, х-одна из пространственных осей

Представление о четырехмерном пространстве-времени лежит в основе обеих гравитационных теорий – и Эйнштейна, и Логунова. И вот тут мы встречаемся с фундаментальной неоднозначностью в понимании этого пространства, со своеобразной теоретической развилкой, различающей подход Эйнштейна и подход, развиваемый Логуновым и его сотрудниками.

С точки зрения Эйнштейна, в природе существует бесчисленное множество пространств, различающихся своей кривизной, и плоский мир Пуанкаре – только одно из них. Эту идею высказывали еще в середине XIX века российский геометр Н. Лобачевский и немецкий математик Б. Риман. Понятно, что в искривленном пространстве тела будут двигаться несколько иначе, чем в плоском. Это выглядит так, как если бы на них действовала размазанная по пространству отклоняющая сила. Эйнштейн предположил (и в этом суть его подхода), что всемирное тяготение, гравитация, как раз и является такой силой. Это – поле кривизны, чисто геометрическое, принципиально отличающееся от всех других, материальных полей – электромагнитного, внутриядерных, – действующих на его фоне.

По мнению Логунова, ареной всех происходящих в природе процессов является плоское пространство Пуанкаре, бесконечное по всем четырем своим осям и абсолютно неизменное, ни от чего не зависящее, а гравитация – это такое же материальное поле, как и все другие. Если же «извернуться» и рассматривать явления не по отношению к «чистому пространству», а по отношению к распределенному в нем гравитационному полю, то все будет выглядеть так, как будто наш мир искривлен. При этом гравитация формально становится проявлением «эффективной кривизны».

Итак, искривленное, изменяющееся с течением времени четырехмерное пространство, кривизна которого – сила тяготения, или бесконечное, неизменное, плоское пространство, а гравитация – распределенная в нем, фигурально говоря, намазанная на него полевая субстанция.

Можно до хрипоты спорить, какая из этих концепций «самая правильная». Как любил говорить в таких случаях Д.И. Блохинцев, в наших спорах мы часто ведем себя, как та курица, которая громко кудахчет о том, что ее яйцо – самое лучшее и все другие следует разбить, а на поверку оказывается, что яйцо-то – болтун! В логическом плане обе точки зрения – гипотезы, и ответ на вопрос, какая лучше, может дать лишь изучение их следствий – Обшей теории относительности Эйнштейна (сокращенно ОТО) и Релятивистской теории гравитации (РТГ) Логунова с сотрудниками.

Прав ли Эйнштейн?

Хотя геометрия искривленных пространств была известна математикам уже более полувека, она описывала застывшие, не изменяющие свои свойства пространства. Время в теории Пуанкаре тоже рассматривалось всего лишь как еще одна геометрическая ось. Эйнштейн потратил целых десять лет на то, чтобы после многих попыток вывести уравнение, описывающее самодвижение пространства – изменение его кривизны с течением времени. Он воспользовался фактом, известным еще из опытов Галилея: ускорение падающих тел не зависит от их массы. Легкий деревянный и тяжелый стальной шарики в отсутствие сопротивления воздуха падают с одинаковой скоростью. На основании законов Ньютона каждый из нас знает, что ускорение тела обратно пропорционально его массе, а вот для силы тяготения это не так. Обычно мы об этом не задумываемся, хотя это – удивительный факт!

Впрочем, есть еще один тип сил, которые ведут себя подобно гравитационным, – силы инерции, которые мы испытываем при разгоне или торможении автомобиля. Эйнштейн выдвинул гипотезу: инерция и тяготение имеют одно и то же происхождение. Массивное тело продавливает, изгибает окружающее пространство, и соседние тела скатываются к центру воронки. Разгоняемое или теряющее свою скорость тело тоже изменяет кривизну пространства, и мы опять-таки скатываемся с невидимой пространственной «горки». При этом крутизна горки и ее положение зависят от того, с каким ускорением движется наблюдатель, и для разных наблюдателей они различны. Тела изменяют окружающее их пространство и влияют на темп времени.

Схожесть гравитации и инерции особенно наглядно проявляется в падающем лифте и в пикируюшем самолете: сила инерции противоположна вектору тяготения и человек испытывает ощущение свободного полета. На него как бы не действуют никакие силы – все падающие тела движутся одинаково.

В отличие от абстрактных математических искривленное физическое пространство Эйнштейна не остается неподвижно-застывшим, а само по себе, без всяких внешних сил, изгибается, деформируется. Как показал ленинградский физик А.А. Фридман, оно может, например, распухать в каждой своей точке, подобно поверхности мыльного пузыря, или, наоборот, сжиматься – схлопываться.