Чем мир держится?

Аналогично этому пытались найти среди космических тел такое, массу которого можно было бы принять за эталон, — тоже не получилось.

Итак, ни общая теория относительности, ни квантовая механика по отдельности не смогли найти эталона длины, массы или времени. А вместе они, похоже, такой универсальный размер дают.

Его назвали длиной Планка, равна она десяти в минус тридцать третьей степени сантиметра; меньшие, чем длина Планка, отрезки, как полагают многие ученые, невозможны.

Перед нами — квант пространства. Казалось бы, величина из микромира, где гравитация слишком мала, чтобы себя проявлять. Тем не менее в формулу, по которой вычислили этот квант пространства, входят и гравитационная постоянная, и постоянная Планка, и скорость света.

Тут, видимо, пришло время напомнить, что на поразительное единство и взаимосвязанность законов природы, действующих в разных ее областях, обращали внимание многие мыслители. Максвелла поражало сходство уравнений, описывающих электромагнитные колебания и колебания обыкновенного маятника.

Владимир Ильич Ленин видел проявление единства природы в том, что дифференциальные уравнения, относящиеся к различным областям явлений, поразительно аналогичны.

То обстоятельство, что крайности сходятся, что звезды исследуют порой, образно говоря, в камере Вильсона, а на электроны наводят телескоп, что, исследуя атомное ядро, мы можем кое-что узнать не только о частицах, которые там есть, но и о тех, которых там нет, — все это имеет, безусловно, глубокий философский смысл. Картина мира — мозаика, в которую каждый раздел науки дал свои кусочки смальты. Но свойства любого кусочка зависят от свойств остальных и в чем-то, в свою очередь, определяют их свойства.

Гравитационная постоянная

Она появилась на свет из-под пера Исаака Ньютона, как Афина-Паллада в древнем мифе из головы Зевса. Мало было великому Ньютону понять, что тяготение прямо пропорционально массе тел и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Надо было еще ввести коэффициент пропорциональности, Этот коэффициент и стал в дальнейшем именоваться гравитационной постоянной, заняв почетнейшее — первое уже по старшинству — место среди физических постоянных, или констант.

Менялись только латинские буквы, обозначающие этот коэффициент. Одно время его представляла в формулах строчная f, теперь чаще всего эту роль берет на себя заглавное G. Над самой гравитационной постоянной не властна среда, разделяющая массы, она не зависит от химических и любых иных свойств этих масс. Холодные планеты и самые горячие из звезд не в силах изменить коэффициент в формуле Исаака Ньютона. Он остается тем же в уравнениях и для двух протонов и для двойной звезды. Это воистину постоянная. Большинство, пожалуй, даже огромное большинство ученых полагают, что над гравитационной константой не властно даже время.

Поль Дирак, автор множества смелых идей, человек, предсказавший, в частности, существование позитрона — «положительного электрона», поставил под сомнение неизменность гравитационной постоянной во времени. Если он прав, то получается, что хотя в истории Вселенной тяготение всегда определялось, как и сегодня, массой тяготеющих тел и расстоянием между ними, сила тяготения изменялась. Точнее, уменьшалась.

Размеры такого уменьшения были предположительно определены: на три стомиллиардные доли за триста шестьдесят пять дней.

Неисчислимы проистекающие из такого взгляда последствия для наших представлений об эволюции всего нашего мира и, в частности, маленькой планеты Земля.

Физик Иордан сделал из гипотезы Дирака о постоянном ослаблении гравитационной постоянной определенный вывод, что в результате этого процесса Земля должна расширяться, как шарик, который надувают воздухом.

Между тем некоторые геологи совершенно независимо от физиков пришли к тому же выводу о расширении Земли на протяжении всей ее истории. (А другие, напротив, категорически отстаивают неизменность размеров планеты или даже говорят об ее сжатии; есть и предположение, что Земля то расширяется, то сжимается — пульсирует.)

Уменьшение гравитационной постоянной «по Дираку» за год примерно на три стомиллиардные доли ее теперешней величины должно иметь в числе своих следствий удаление Луны от Земли каждый год примерно на два сантиметра с соответствующими изменениями ее орбиты. Обработка данных лунных затмений за девятнадцать лет как будто подтвердила сам факт удаления Луны, но связан ли он именно с уменьшением гравитационной постоянной? С нашей соседкой и спутницей у ученых вообще относительно много хлопот, и такой эффект может объясняться, конечно, и иначе.

По расчетам одного американского физика получается, что если бы гравитационная постоянная по мере углубления в прошлое росла, то всего один миллиард лет назад температура на поверхности нашей планеты должна была превышать сто градусов по Цельсию. Чем больше притяжение, тем больше должно было быть давление в центре Солнца. Выше давление — выше температура ядерных реакций — ярче Солнце — жарче на Земле. Ясно, что при такой температуре жизнь невозможна. Между тем у нас есть веские доказательства того, что миллиард лет назад жизнь на Земле процветала.

Но не будем торопиться. Тем более, что в своем широком космическом, даже космологическом варианте, в виде самой гипотезы Дирака, это предположение все-таки не теряет своей популярности.

Ученые снова обращают внимание на сходство между характеризующими Метагалактику величинами. Время при космологических расчетах можно исчислить в так называемых атомных единицах. За атомную единицу принимается время, за которое свет проходит расстояние, равное «классическому радиусу электрона».

Атомная единица времени равна примерно десяти в минус двадцать третьей степени секунды — одной стосекстилльонной доле секунды. Наша Метагалактика существует на протяжении примерно десяти в сороковой степени таких единиц.

Итак, перед нами десятка в сороковой степени. Отношение электромагнитных сил в атоме к гравитационным, если усреднить данные по электронам и нуклонам (об этом говорилось во введении к книге), составляет примерно десять в сороковой степени. По мнению ряда специалистов, эти величины слишком близки друг к другу, чтобы сходство могло оказаться случайным. Ослабление притяжения — прямое следствие возраста нашего мира. Старость — не радость…

Но ведь изменение гравитационной постоянной должно было сказываться не только на размерах Земли, ион на ее орбите вокруг Солнца, как и на орбитах всех других планет.

А что должно было происходить, скажем, с двойными звездами в прошлом, когда взаимное притяжение в этих системах было намного больше, чем сегодня?

Сама эволюция звезд, как достоверно известно, зависит от их массы; примем можно сказать, что не столько от массы, сколько от произведения массы на гравитационную константу. Представление о вековом уменьшении гравитационной постоянной должно бы заставить астрономов-теоретиков пересмотреть такое количество устоявшихся теорий, что это вызвало бы, пожалуй, настоящий кризис их науки. Даже нынешние взгляды на историю и ход синтеза элементов во Вселенной подлежали бы пересмотру. Как и то, что мы считаем известным относительно множества деталей, касающихся, например, эволюции планетных атмосфер.

Вот простой пример. Сейчас, пожалуй, даже школьники младших классов знают, что такое вторая космическая скорость — наименьшая скорость, которую надо придать телу, находящемуся у поверхности космического тела, чтобы оно без воздействия каких-либо дополнительных сил покинуло это космическое тело навсегда. Для Земли вторая космическая скорость — одиннадцать и две десятых километра в секунду, для Луны — всего два и четыре десятых километра в секунду, для Юпитеpa — шестьдесят один, для белых карликов — четыре тысячи километров в секунду. И это еще не предел. На поверхности нейтронных звезд она равна уже половине скорости света! Вот как трудно вырваться из их объятий. Что уж говорить о черных дырах, где и скорости света для этого мало.