Алим Войцеховский - Знак вопроса 1993 № 1-2

Первым об этом задумался сам Ньютон — тот человек, который впервые, при помощи несложного уравнения, называемого ныне законом всемирного тяготения, описал, как одно массивное тело может взаимодействовать с другим.

Закон этот оказался правильным. Благодаря ему мы понимаем теперь, почему планеты вращаются вокруг Солнца, почему Луна вращается вокруг Земли. Знание этого закона позволяет нам особо не удивляться, что на орбитальной станции наступает невесомость: сила тяжести уравновешивается центробежной силой. Благодаря тому же закону, положенному в основу расчетов небесной баллистики, астронавты смогли попасть на поверхность Луны, на себе ощутить справедливость расчетов земных ученых, задолго до этой экспедиции рассчитавших, что сила тяжести, или гравитация, на поверхности естественного спутника Земли вшестеро меньше земной.

Но вот до сих пор никому, в том числе и самому Ньютону, не удалось достаточно наглядно показать, каким именно образом действует эта самая сила гравитации, какова ее природа. Хотя попыток, как уже говорилось, было сделано немало.

В.А. И одну из первых, пожалуй, предпринял Лессаж…

С.З. Совершенно верно. В один из майских дней 1749 года молодой преподаватель математики и физики Георг Луи Лессаж объяснял своим воспитанникам закон всемирного тяготения. Но когда кто-то из особо пытливых учеников спросил, может ли учитель объяснить причину тяготения, тот только развел руками: «Этого пока не знает никто…»

Ученики, вполне возможно, уже на следующий день забыли о том, что учитель не смог ответить на один вопрос. Но сам Лессаж никак не мог забыть об этом.

И однажды он вспомнил слова знаменитого Декарта: «Мы считаем сосуд пустым, когда в нем нет воды, на самом деле в таком сосуде остается воздух. Если из „пустого“ сосуда убрать и воздух, в нем опять что-то должно остаться, но мы это „что-то“ уже просто не чувствуем».

Внезапно вспыхнула мысль: небесные тела не притягиваются, а подталкиваются друг к другу! И подталкивает их то самое «нечто», которое мы не ощущаем.

В.А. После Лессажа подобная мысль приходила в головы многих других ученых. И все они на первых порах были счастливы своим открытием. Суть его можно описать так: представим себе, что все пространство между небесными телами заполнено неким газом, состоящим из крошечных частиц, летающих во всех направлениях. При определенных условиях эти частицы, наталкиваясь, скажем, на Солнце и Землю, подталкивают их друг к другу.

Однако чтобы удовлетворить тем условиям, при котором такое подталкивание возможно, такие частицы, оказывается, должны обладать удивительными свойствами. Должны двигаться со сверхсветовыми скоростями. И при этом, пробегая колоссальные расстояния, не сталкиваться друг с другом. Более того, сами небесные тела тоже не являются преградой для подобных частиц: они пронизывают их насквозь, лишь слегка задерживаясь с своем стремительном беге.

Было рассчитано, что именно в таком газе должен выполняться Закон всемирного тяготения, при котором сила взаимного притяжения (или подталкивания, если хотите) прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Однако тут же возникает и противоречие. Если Земля движется вокруг Солнца в таком газе, то он непременно должен тормозить ее движение, чего на практике не наблюдается.

И это лишь одно из затруднений. Существовали и другие.

В те времена модели, гипотезы и теории эфира рассматривали довольно узкий круг явлений. Декарт и Ньютон, к примеру, ничего не знали об электромагнитных феноменах, а тем более о внутриядерных взаимодействиях, хотя по идее эфир должен участвовать и в этих процессах. Модели Навье, Мак-Куллаха, В. Томсона и Дж. Томсона пытались учесть круг электромагнитных явлений, но в суть строения веществ и этим ученым проникнуть практически не удавалось.

Кроме того, большинство моделей рассматривали эфир как сплошную среду, в иных случаях даже как некую «идеальную» жидкость. Естественно, такой подход рождал противоречия: с одной стороны, частицы эфира должны были подталкивать тела друг к другу, с другой стороны — не мешать их движению.

И наконец, многие теории рассматривают отдельно материю эфира и материю вещества. В итоге Френелю и Лоренцу, к примеру, пришлось изобретать даже три самостоятельные, независимые субстанции: вещество, независимое от эфира; эфир, свободно проникающий сквозь вещество; свет, непонятным образом генерируемый веществом и передаваемый эфиру, да к тому же еще и распространяющийся в нем неведомым образом!

Понятное дело, устав от бесплодных попыток создать непротиворечивую модель эфира, многие ученые постепенно стали отказываться и от самой идеи. И напрасно!

С.З. То есть, говоря иначе, если ты не сумел обуздать лошадь, это вовсе не значит, что на ней нельзя ездить в принципе…

В.А. Аналогия, скажем прямо, притянутая за уши, но, в общем-то, обрисовывающая суть положения.

С.З. Тогда, очевидно, самое время рассказать и о новой модели эфира?

В.А. Ну что же, давайте попробуем. Для начала прикинем, какое из трех состояний вещества — твердое, жидкое или газообразное годится для нового эфира.

Возьмем любое твердое тело. В нем всегда присутствуют неоднородности, дислокации. А они наверняка будут мешать распространению каких-то взаимодействий (например, той же гравитации) во всех направлениях одинаково. Да и как-то трудно даже чисто психологически представить себе, что все межпланетное пространство заполнено чем-то твердым, а мы этого не замечаем.

Теперь представим себе жидкость, помещенную в невесомость. Силы поверхностного натяжения соберут ее в шары. В пространстве между планетами таким образом получится один шар, другой, третий… Между ними опять-таки останутся пустоты, а мы знаем, что межпланетное пространство достаточно изотропно, в нем нет ни сверхпустот, ни шаров с некоей жидкостью.

Таким образом, получается, что на роль мирового эфира годится только газ. А наличие в природе тел различной удельной массы говорит о том, что газ может сжиматься в достаточно широких пределах. Он обладает весьма малой вязкостью, а потому небесные тела могут двигаться относительно свободно. Но тот же газ при больших давлениях может «организовать» действие больших сил на малых площадях, как это мы имеем в случае сильных ядерных взаимодействий.

С.З. Ну а раз эфир — газ, а не какой-то абстрактный вакуум, значит, он должен иметь все характеристики и параметры, полагающиеся реальному газу: плотность, температуру, давление, вязкость… Так ведь?

В.А. Совершенно с вами согласен. И все эти данные удалось рассчитать, поскольку газовая среда достаточно хорошо описывается уравнениями газогидродинамики, которую в данном случае я назвал бы эфиродинамикой.

Параметры эфира в околоземном пространстве:

Эфир в целом

Плотность 8,85·10-12 кг·м-3

Давление > 2·1032 Н·м-2

Энергосодержание > 2·1032 Дж·м-3

Температура 7·10-51 К

Скорость первого звука > 5,3·1021 м/с

Скорость второго звука 3·108 м/с

Коэффициент температуропроводности 105 м2/с

Коэффициент теплопроводности 2·1091 м·с-3К

Кинематическая вязкость 105 м2/с

Динамическая вязкость 10-6 кг·м-1·с-1

Показатель адиабаты 1–1,4

Теплоемкость C(P) > 3·1095 м2·с-2·К

Теплоемкость C(V) > 2·1095 м2·с-2·К

Амер (элемент эфира)

Масса < 7·10-117 кг

Диаметр < 4·10-45 м

Количество в единице объема > 1,3·10105 м-3

Средняя длина свободного пробега < 5·10-17 м

Средняя скорость теплового движения 6,6·1021 м/с

Более того, можно достаточно наглядно представить, чем же является элемент, или «элементарная частица», такой среды. Иначе его можно, пожалуй, назвать еще амером, поскольку именно этим термином Демокрит когда-то предпочитал называть неделимую часть вещества. «Амер» в переводе означает «истинно неделимый» в отличие от «атома», который имеет в виду что-то неразрезаемое, то есть неделимое достаточно условно. Ведь то, что нельзя разрезать, можно, скажем, разбить. Совокупность амеров образует эфир — газ, в котором могут существовать течения, вихри…

С.З. Но вихри ведь тоже бывают разные: большие и маленькие, вращающиеся по часовой стрелке и против, стоящие на месте и перемещающиеся…

В.А. Верно. И в данном случае мы можем произвести соответствующую классификацию всех движений эфира, в том числе и вихрей.

В основе всех форм движения обычного газа лежит поступательное движение его молекул. В основе эфира лежит тоже поступательное движение амеров. Кроме того, у эфира опять-таки по аналогии с обычным газом должны существовать еще два вида движения — вращательное и диффузионное.