В своей автобиографии Эйнштейн писал: «Ньютон, прости меня. В свое время ты нашел тот единственный путь, который был пределом возможного для человека величайшего ума и творческой силы» [1].
Появление теории относительности привело к такому прорыву, о котором даже не мечтали, например, к овладению атомной энергией и коренному изменению научных представлений о мире.
И, тем не менее, желание проверить теорию относительности Эйнштейна никогда не оставляло ученых. Что-то все-таки смущало ученых в этой теории.
Еще в 1959 году было выдвинуто предложение проверить теорию Эйнштейна экспериментальным путем, но пришлось ждать почти полвека, прежде чем эта проверка стала технически возможной. Она была проведена в 2004 году силами американского Национального аэрокосмического агентства НАСА.
Специалисты НАСА запустили в 2004 году специальный спутник, внутри которого находились четыре кварцевых шара, покрытых ниобием. Их температура поддерживалась близкой к абсолютному нулю. Они были помещены в самую «спокойную» среду из существующих, а именно в емкость со сверхжидким гелием. При выведении на орбиту шарам задали вращательный импульс. Если теория Эйнштейна правильна, то под влиянием массы и вращения Земли, которая будет находиться на расстоянии 640 километров от шаров, шары должны будут сместиться на некоторое расстояние [4].
Полученные с помощью спутников данные выявили смещение этих шаров, хотя и весьма незначительное. Если бы Эйнштейн ошибся, то оси кварцевых шаров не отклонились бы от своего положения.
Искривление пространства и времени вокруг Земли оказывает влияние на близлежащие объекты. С большими трудностями удалось установить, что за год отклонение оси шариков составило всего одну тысячную угловой секунды.
«Одна тысячная угловой секунды – это толщина человеческого волоса, видимая на расстоянии 16 километров. То есть это очень маленький угол, и вот такой точности должен был достичь созданный аппарат», – пояснил руководитель группы ученых, профессор Стэнфордского университета Френсис Эверетт.
Уже после 2004 года ученые еще и еще раз проверяли правильность теории относительности, и в 2011 году руководитель проекта Френсис Эверетт, наконец, подвел черту под этими проверками. Он заявил: «Представьте, если бы Земля была погружена в мед. При вращении планеты вокруг своей оси и Солнца мед вокруг нее деформировался бы и закручивался». Лучше общую теорию относительности не объяснить.
Сомнения в правильности ОТО
И, тем не менее, проверки правильности теории относительности продолжаются.
Другая точка зрения на общую теорию относительности. Доктор технических наук, академик РАЕН В. А. Ацюковский утверждает следующее: «В основе ОТО лежат десять постулатов, пять из которых использованы в СТО и о которых мы упоминали выше.
Шестой постулат распространяет все предыдущие постулаты на гравитационные явления, что может быть сразу же опровергнуто, ибо рассматриваемые выше явления световые, то есть электромагнитные. Гравитация же никакого отношения к электромагнетизму не имеет. Поэтому надо было бы такое распространение постулатов как-то обосновать. Но оно не обосновывается, потому что в этом нет нужды, ведь это постулат!
Седьмой постулат заключается в том, что свойства масштабов и часов определяются гравитационные полем. Почему они так определяются? Это постулат!
Восьмой постулат гласит, что все системы уравнений относительно координатных преобразований ковариантны, то есть преобразуются одинаково. Почему? Это постулат!
Девятый постулат радует нас тем, что скорость распространения гравитации равна скорости света. Постулат!
Десятый постулат сообщает, что пространство, оказывается, „немыслимо без эфира, поскольку общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами“. Эйнштейн догадался об этом в 1920 году и подтвердил свою прозорливость в 1924 году. Понятно, если бы ОТО не наделила пространство физическими свойствами, то и эфира в природе бы не было. Но раз наделила – имеет право быть, несмотря на то, что в СТО эфира нет, и в ней он права на существование не заработал» [5].
В конце октября 2011 года появилось сообщение, что итальянские физики получили доказательства возможности движения со скоростями больше скорости света [6].
Сенсация состоялась в сентябре 2011 года, когда международная группа физиков-экспериментаторов объявила, что нейтрино, посылаемые сквозь земной шар из исследовательского центра Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в подземную итальянскую лабораторию Гран-Сассо (Апенинский хребет) на расстояние в 732 километра, прибывают в детектор на 60 наносекунд раньше, чем положено по знаменитой теории, то есть движутся быстрее света в вакууме.
Заявление последовало после двух лет опытов и кропотливой работы по отсеиванию любых ошибок в измерениях. Тем не менее, остается возможным, что какую-то погрешность экспериментаторы не учли. Раскрыть истину очень важно, так как даже скромное превышение знаменитой константы приведет к необходимости пересмотра ряда основополагающих теорий о строении мира.
«Вот почему несколько дней назад физики начали отправлять из ЦЕРНа в Гран-Сассо новые пучки нейтрино», – пояснил директора ЦЕРНа по экспериментальным исследованиям итальянский профессор Серджо Бертолуччи. Он добавил, что ученые не могут измерить время пробега между двумя научными установками каждой частицы по отдельности. Свои цифры физики получают после статистической обработки результатов огромного числа событий – отправки импульса и его прохождения.
Чтобы повысить точность измерений, в новой серии опытов, которая продлится до ноября, ученые используют гораздо более короткие нейтринные импульсы – длительностью в 1–2 наносекунды с паузой по 500 наносекунд между ними. Раньше каждый импульс длился 10 микросекунд, и приборы различали его начало и конец.
Эксперимент по посылке пучков нейтрино из Швейцарии в Италию, приведший к сенсационным результатам, теперь повторяется с иными начальными условиями. Ученые намерены или убедиться, что имеют дело с превышением константы, или найти ошибку в своих подсчетах [6].
Тем временем, как отмечает РАН, по результатам предыдущего цикла исследований, начиная с сентября, уже выпущено более восьмидесяти научных работ: в одних статьях авторы предлагают объяснение полученного эффекта, а в других сообщают о научных проблемах, которые это явление может повлечь за собой.
Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Валерий Трубицин пояснил, что теоретически может измениться в нашей жизни в связи с полученным итальянскими учеными результатом [7].
«Я слышал об открытии, – говорит Трубицин. – Итальянские ученые пишут, что уже 15 тысяч раз повторили опыт, и все подтвердилось. Тогда все сильно поменяется. И в первую очередь будет опровергнута теория Эйнштейна, который говорит о том, что быстрее скорости света в мире ничего нет. Придется писать новые формулы для физиков-ядерщиков. Получится, что Вселенная моложе, чем мы полагали. Кстати, от размера невидимого протона до размера десятисантиметрового яблока она расширилась во много раз быстрее, чем если бы делала это со скоростью света. Но это было только в самом начале, а дальнейшее расширение пошло даже медленнее скорости света. Если этот постулат будет опровергнут, изменится вся наука о частицах. Тогда, может быть, зря все искали „частицу Бога“ – бозон Хиггса, может, его и нет вовсе».
Словом, все это надо еще многократно проверить. Если теория относительности была ошибочной (а от ошибок никто не застрахован), то слишком уж высока цена этой ошибки гения. Уж слишком большие изменения ожидаются в науке. Второй подобной ошибки допустить нельзя. Но очень интересно, прав ли Эйнштейн?
Об атомной и субатомной физике
Как мы уже знаем, великий древнегреческий философ Демокрит, основоположник атомизма, считал, что все вещества состоят из атомов, а атомы из амеров – неделимых и невесомых элементов. Вся совокупность амеров, перемещающихся в пустоте и соударяющихся друг с другом, является общемировой средой, которую Аристотель назвал эфиром. К концу XIX века эфир был утерян, и основой мироздания, его «кирпичиком», стал считаться неделимый атом.
Ученым казалось, что еще немного, и все тайны мироздания будут раскрыты. Что же представлял собой этот кирпичик с их точки зрения?
Классическая физика в то время понимала материю как совокупность атомов, а атом как совокупность электронов[6], обладающих единичным электрическим зарядом.
По мнению ученых того времени, модели атома хорошо соответствовал «пудинг с изюмом». Изюм – это электроны, а пудинг – это положительный заряд, равномерно распределенный по всему атому. То есть, это некое электромагнитное поле, обеспечивающее связь электронов в атоме. Все многообразие окружающей природы – это результат перемещений и комбинаций электронов [8].
Первое свидетельство в пользу того, что пудинг с изюмом не годится в качестве модели атома, и он (атом) обладает некой структурой, появилось уже в 1895 году в связи с открытием немецким физиком Рентгеном рентгеновских лучей. В 1896 году французский физик Беккерель, работая с ураном, обнаружил еще один вид неизвестного проникающего излучения, которое получило название радиоактивного. Вскоре была обнаружена радиоактивность тория, а в 1898 году французские физики Мария и Пьер Кюри открыли еще два радиоактивных элемента – полоний и радий. Все это свидетельствовало в пользу того, что структура атома достаточно сложна [9].
В 1911 году Резерфорд, исследуя атомы, подвергал их бомбардировке альфа-частицами и по траектории этих частиц после столкновения пытался понять, как устроен атом.
Результат оказался сенсационен и совершенно неожиданен: атом представлял собой ядро и движущиеся вокруг него на достаточно большом расстоянии невероятно мелкие частицы – электроны. Электроны, казалось, были прикованы к ядрам некими силами.
По результатам исследований Резерфорд предложил планетарную модель атома, с которой мы все хорошо знакомы: в центре атома тяжелое ядро, вокруг которого вращаются электроны. Миниатюрный атом, диаметр которого примерно одна миллионная сантиметра, состоит из положительно заряженного ядра, которое в то время считалось неделимым, и движущихся вокруг него по орбите отрицательно заряженных электронов.
Ученых потряс тот факт, что атом состоит практически из пустоты.
Чтобы понять, как выглядит атом, давайте представим следующее. Если в центре Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге, самого большого собора России, поместить крупинку сахара, олицетворяющую ядро, вращающееся вокруг собственной оси, а в самом дальнем углу собора расположить пылинку – электрон, вращающуюся с неимоверной скоростью вокруг крупинки сахара, то это будет приближенная модель атома водорода.
Если добавить еще восемь пылинок, вращающихся по своим орбитам, то это будет приближенная модель атома кислорода. А если представить, что в центре Исаакиевского собора вращается сахарная крошка, состоящая из 56 крупинок сахара, а вокруг нее носятся с огромной скоростью 26 пылинок, то получится модель атома железа.
Таким же образом можно представить абсолютно все элементы Периодической системы Менделеева, которые отличаются друг от друга количеством электронов, вращающихся вокруг ядра, и количеством нуклонов, составляющих ядро. В таблице Менделеева все атомы химических элементов родились циклически последовательно из атома водорода.
Менделеев, сумев понять «код творения», расположил элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировал элементы с аналогичными свойствами физической материи, присвоив химическим элементам порядковые номера.
И всегда атомное ядро занимает одну триллионную часть всего атома. Где же материя?
Перед учеными встал ряд вопросов. Если атомы, образующие твердую материю (например, железо), состоят практически из пустоты, то почему мы не можем проходить сквозь стены? Что придает веществу твердость? Почему атомы железа в свободном состоянии и атомы железа, подвергнутые термообработке или механической обработке абсолютно идентичны? Почему атомы кислорода, например, в воздухе миллионы раз сталкиваются друг с другом и, тем не менее, после каждого столкновения приобретают прежнюю форму? Никакая система планет, подчиняющаяся законам классической механики Ньютона, не выдержала бы таких столкновений. Со временем ответы на эти вопросы были найдены.
Так, на вопрос о твердости был получен следующий ответ. Скорость вращения электрона вокруг ядра может достигать более тысячи километров в секунду. Вот атом и воспринимается как непроницаемая сфера, точно так же, как воспринимается вращающийся с большой частотой вращения пропеллер, который выглядит как диск. Очень сложно еще больше сжать атом, поэтому материя кажется нам твердой.
Выяснилось, что орбиты электронов значительно отличаются от орбит планет Солнечной системы вследствие их волновой природы. Атом нельзя уподобить маленькой планете, ибо нам следует представлять себе не частицы, вращающиеся вокруг ядра, а вероятностные волны. Как мы выясним чуть позже, квантовая механика убедительно доказывает, что все частицы, из которых состоит атом, обладают двойной природой: являются одновременно и волной, и частицей.
Исследование атома продолжалось. Выяснилось, что электроны не только придают материи свойство твердости, но и обеспечивают связи для образования молекул, участвуют в химических реакциях и отвечают за химические свойства вещества. Именно взаимодействие электронов с ядром обеспечивает возможность существования твердых тел, жидкостей и газов, а также живых организмов и биологических процессов, связанных с их жизнедеятельностью.
Выяснилось, что ядро атома в сто тысяч раз меньше самого атома и все же содержит почти всю его массу. Это значит, что плотность вещества внутри ядра гораздо выше, чем в привычных нам формах материи. В самом деле, если бы человеческое тело обладало плотностью ядра, оно было бы величиной с булавочную головку. Именно поэтому так трудно расколоть ядро. И, тем не менее, ученым удалось это сделать.
О протоне
Оказалось, что ядра всех элементов, кроме водорода, состоят из протонов и нейтронов[7]. И только ядро водорода, элемента, лежащего в основе всего материального мира, представляет собой один протон, который имеет положительный электрический заряд, равный по величине электрону +1.
Заряд каждого последующего элемента определяется количеством протонов в ядре атома и шифруется буквой «Z», и вследствие этого можно сказать, что «все химические элементы действительно эволюционно развиты на основе единой системы жизни – атома водорода, как Атома Жизни в соответствии с причинно-следственной моделью формирования этапов развития Мироздания по закону Бытия» [10].
Как установили физики Казахстана (их работы опубликованы в «Вестнике Международного научно-исследовательского института космической антропоэкологии (МНИИКА)»), протон, несмотря на свои малые размеры (примерно 10–15 метра), обладает всеми атрибутами больших систем.
У него присутствуют первичные элементы системы (кварки), имеются силы взаимодействия между ними (глюоны), есть конфигурация и фон системы. Протон обладает рядом уникальных свойств:
• максимально широко распространен во Вселенной;
• чрезвычайно устойчив;
• имеет структуру открытых систем.
Что интересно, ученые Международного научно-исследовательского института космической антропоэкологии (МНИИКА, Новосибирск) экспериментально установили, что протон имеет конфигурацию, которая роднит его с ДНК. Это еще раз подчеркивает фундаментальность протона! Вполне возможно, что атом водорода, а фактически протон, лежит в основе не только таблицы Менделеева, но и в основе биологической жизни.
Существует интересная гипотеза, по которой дух входит в материю через протон, а физическая материя проявляется через электроны. В этом есть некий смысл, ведь все химические элементы собираются из атомов водорода за счет добавления к ним нейтронов и электронов. Автор этой гипотезы Т. Д. Шубейкина пишет: «Периодический закон Д. И. Менделеева, выраженный в спиралевидном варианте, есть Единый Закон Творения Всего Сущего из первичного Атома Водорода как Атома Жизни, начиная с простейшей живой клетки на Земле (в том числе самой планеты и Человека)» [10].