Полет шара из кейворита (Герберт Уэллс, «Первые люди на Луне»)

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ МАССА

Попробуйте задуматься – в чем же может заключаться сущность антигравитации, и после некоторых размышлений вы наверняка придете к удивительному понятию тел с отрицательной массой. Мы уже отмечали поразительное сходство ньютоновского закона всемирного тяготения и закона Кулона для взаимодействующих электрических зарядов. В одном – массы, в другом – заряды, все остальное одинаково. Поразительное сходство законов сразу наводит на мысль о том, что масса – это гравитационный заряд. Вот только почему он всегда одного знака, ведь электрические заряды бывают положительными и отрицательными, а гравитационные – только положительными. Может быть, это просто локальное свойство окружающего нас пространства и где‑то в глубинах космоса существуют области антитяготения? Но тогда по каким признакам астрономы и физики должны вести поиск антигравитационной материи?

С первого взгляда может показаться, что различия в свойствах плюс‑ и минус‑вещества не больше, чем у положительных и отрицательных электрических зарядов. Однако физический анализ показывает, что вселенные из плюс‑ и минусгравитирующего вещества обладали бы существенно различными свойствами. Чтобы убедиться в этом, вспомним о школьном втором законе Ньютона: ускорение тела равно действующей на него силе, поделенной на массу. У обычного и антигравитирующего вещества оно будет направлено в разные стороны, и если оттолкнуть предмет с отрицательной массой, он, наоборот, начнет приближаться. Любопытно было бы наблюдать полеты самолетов и ракет в таком мире! Все их движение происходило бы соплами вперед, а винты и турбины захватывали бы воздух в кормовой части и выбрасывали перед кабиной пилотов. А какое странное вооружение носили бы воинственные аборигены антигравитационных миров! Луки с тетивой, натягиваемой вперед, катапульты, выбрасывающие ядра назад, и очень необычное огнестрельное оружие, построенное по принципу безоткатных орудий и выбрасывающее вместе с пороховыми газами снаряды через затворную часть.

В общем, жить на планете с антигравитирующим веществом было бы совсем не просто. Известно, как трудно космонавтам научиться обращаться с предметами в невесомости, привыкнуть же к отрицательным массам было бы несравненно труднее! Получается, что законы механики в антигравитационном мире как бы имеют обратное действие, давая прекрасный сюжет для научно‑фантастического повествования! Тем не менее подобная удивительная реальность вполне возможна и не противоречит ни физике, ни логике.

Чтобы понять все парадоксы мира антигравитации, надо вспомнить о двух типах физических масс: гравитационной, входящей в закон всемирного тяготения, и инертной из формулы, связывающей ускорение с силой. Создавая свою общую теорию относительности, Эйнштейн вывел очень важный принцип эквивалентности обеих масс. Этот принцип проверялся множество раз с все более возрастающей точностью, и ученые до сих пор не нашли отличия гравитационных сил от механических инерционных.

Рассмотрим взаимодействие двух тел, причем первое создает гравитационное поле и притягивает второе, как говорят, пробное тело. Ускорение пробного тела равно силе, поделенной на инертную массу, а сила притяжения пропорциональна произведению гравитационных масс обеих тел. Поскольку гравитационная и инертная массы пробного тела одинаковы, они сокращаются, и в результате получается, что его ускорение полностью определяется массой первого тела. Получается, что обычное вещество притягивает все тела независимо от того, какая у них масса, положительная или отрицательная, а вот антигравитирующая материя отталкивает от себя все другие тела, вне зависимости от вида массы. Самое же любопытное происходит при встрече обычного и антигравитирующего тел. Первое тело тянет антигравитанта к себе, а тот всячески отталкивается! Если усилия такого тандема направлены в одну сторону, то пара начинает двигаться как бы сама по себе, да еще и с ускорением!

Вот таким образом можно было бы сконструировать современный прообраз ковра‑самолета или семимильных сапог. Откуда же будет браться энергия для подобных сказочных чудес? Закон сохранения энергии составляет фундамент современной физики, и любое его несоблюдение мгновенно уничтожает проекты не только до сих пор многочисленных лжевечных двигателей, но и красивых физических идей.

Однако, как это ни странно, никакие законы сохранения не нарушаются при движении системы из положительных и отрицательных гравитационных зарядов. Рассмотрим общую энергию нашей необычной системы тел. Для равных масс обычного и антигравитирующего тел суммарная энергия всегда остается равной нулю, независимо от того, движется эта пара или покоится. Отрицательная кинетическая энергия ковра‑антигравитанта будет компенсировать положительную кинетическую энергию его седока, и в целом закон сохранения энергии не нарушится. В мире с отрицательными массами возникновение энергии «самодвижения» всего лишь означает ее перераспределение. Правда, в мире антигравитации должно наблюдаться множество необычных физических эффектов. К примеру, при облучении обычного вещества потоком элементарных частиц вещество тормозит частицы или даже задерживает их в себе. А вот антигравитирующие частицы при прохождении обычной материи будут только ускоряться, а их собственная отрицательная энергия возрастать по абсолютной величине. Обычное тело может стать своеобразным ускорителем элементарных частиц – антигравитантов!

Итак, в мире антитяготения действуют все те же законы сохранения, однако в природе существуют и другие фундаментальные запреты. Наиболее подозрителен с этой точки зрения принцип причинности, запрещающий объединение событий в замкнутые петли, когда, двигаясь вперед по времени, тем не менее удается попасть в прошлое. Например, больше скорости света может стать скорость движения центра тяжести двух разлетающихся в противоположные стороны тел. Если они состоят из обычного вещества, их центр тяжести всегда располагается между ними и его скорость никогда не бывает больше световой. Однако если одно из тел имеет отрицательную массу, то центр тяжести будет располагаться снаружи пары и его скорость тем больше, чем ближе по абсолютной величине массы разлетающихся тел. Для равных масс его скорость вообще будет стремиться к бесконечности. Разгадка этого парадокса связана с принципом «сверхсветового зайчика» или мнимых «сверхсветовых ножниц». Дело в том, что даже небольшое перемещение антигравитирующей массы приводит к очень резкому сдвигу центра тяжести, подобно тому как небольшое покачивание зеркальца в солнечном луче выражается в гигантских скачках светового блика – зайчика или легкое движение ручек воображаемых ножниц приводит к сверхбыстрому движению их сверхдлинных концов, скорость которого вполне может превысить световую.

Однако все эти умозрительные парадоксы нисколько не нарушают основополагающий принцип причинности. Ведь теория относительности запрещает сверхсветовое перемещение материи, энергии и информации, так как только такие процессы воздействуют на тела и происходящие с ними события. Ну а поскольку ни солнечный зайчик, ни воображаемый рычаг сверхдлинных ножниц не несут с собой ни материи, ни энергии, ни информации, то с их помощью невозможно нарушить «логику физических событий». Таким же образом движется и центр тяжести пары положительного и отрицательного гравиазарядов, напоминая перемещение мнимой математической точки.

Итак, непреодолимых запретов для антигравитирующей материи пока еще теоретически не выявлено, и есть все основания продолжать разработку данной удивительной концепции. Существует научный принцип познания окружающей природы, гласящий: все, что не противоречит известным нам законам, имеет право на существование. С этой точки зрения поиск вещества с отрицательной массой вполне оправдан. Только вот где его искать?

Впервые идея антигравитирующей материи появилась много лет назад в работах выдающегося английского физика Поля Дирака, который пытался объединить квантовую механику с теорией относительности. Он посчитал найденные решения ошибочными, поскольку они содержали отрицательные значения энергии и массы. В связи с этим идея отрицательных гравитационных зарядов долго не имела дальнейшего развития, как призрак возникая и исчезая в различных физических теориях.

В середине прошлого века исследования возможности построения теории антигравитации проводили известный английский теоретик Г. Бонди и советский физик Я. П. Терлецкий. В свое время Бонди прославился своими исследованиями звездной аккреции (падения вещества на поверхность звезд) и разработкой теории стационарной Вселенной, что и наложило отпечаток на его концепцию антигравитирующей материи. Впрочем, однозначного и убедительного ответа на вопрос о том, может ли подобное вещество существовать в природе, данные ученые так и не смогли сформулировать.

Сравнительно недавно появились новые публикации в научных журналах, возвращающие нас к интригующей загадке отрицательных масс. По мнению группы английских физиков, не исключено, что миллиарды лет назад в новорожденной Вселенной положительные и отрицательные гравитационные заряды были хаотически перемешаны. В последующем под влиянием гравитационных сил положительная материя собралась в комки планет, звезд и галактик, а отрицательная, отталкиваясь от всего на свете, распределилась более или менее однородно, образовав космические пустоши на границе Метагалактики. Если это так, то распределение вещества в мире должно быть похожим на гигантские соты с ячейками, заполненными разреженной антигравитирующей материей, и пограничными стенками из сконденсированного обычного вещества. Любопытно, что астрономы действительно наблюдают нечто похожее и не нашли еще однозначного объяснения такой субструктуре Метагалактики.

Впрочем, вполне возможно, что антигравитирующей материи в нашей Вселенной просто не осталось к настоящему времени по той же причине, почему нет небесных тел из антивещества. Эту загадку решил в свое время академик Андрей Дмитриевич Сахаров, обратив внимание на то, что античастицы при очень высоких температурах вступают в реакции чаще частиц, и поэтому при формировании материи после Большого взрыва они просто выгорели без остатка. Подобным образом могут вести себя в условиях сверхвысоких температур и разноименные гравитационные заряды, взаимодействуя с различной скоростью реакций. Поэтому вполне вероятно, что антигравитирующее вещество до наших дней практически не сохранилось.

Не вполне также ясно, почему частицы‑антигравитанты никогда не рождаются в столкновениях обычных быстрых элементарных частиц. При бомбардировке мишеней разогнанными на ускорителях протонами образуются мощные ливни вторичных частиц. Среди них часто находят античастицы, но ни разу не была зарегистрирована антигравитирующая частица. Может быть, это связано с тем, что рождающиеся частицы по закону сохранения количества движения всегда движутся в одну сторону и мгновенно при этом аннигилируют? Однако очень точные и тонкие методы наблюдения в современной атомной и ядерной физике позволяют фиксировать и гораздо более быстрые процессы аннигиляции виртуальных частиц… Конечно, можно предположить, что положительные и отрицательные гравиазаряды крайне слабо взаимодействуют между собой – и поэтому в обычных столкновениях элементарных частиц антигравитанты практически никогда не рождаются. К сожалению, все это мало подкреплено теоретическими разработками и больше напоминает гадание на кофейной гуще… (рис. 24 цв. вкл.).

Ускоритель ядерных частиц

Некоторые эксперименты ставились лишь для изучения отклонений медленных нейтронов в поле земного тяготения. Ничего неожиданного они не принесли, и это еще более укрепило уверенность физиков в том, что антигравитации место лишь на страницах научно‑фантастических произведений.