Можно ли укрыться от силы тяжести?
Всемирное тяготение — единственная сила природы, для распространения которой мы не знаем никаких преград. Какое бы огромное, плотное тело ни стояло на ея пути, — сила эта проникает сквозь него совершенно так же, как через пустое место.
| Всепроницаемость тяготения |
Для тяготения не существует «непрозрачных» тел — нам пока еще неизвестно такое тело. Точнейшия вычисления не обнаружили ни малейшаго ослабления притягательной силы от прохождения ея через вещество тел. Правда, в самые последние годы у астрономов возникли кое-какия сомнения на этот счет, но пока только в виде предположений *).
*) См. прибавление 4-ое в конце книги (стр. 93).
Можно, однако, мечтать о том, что в будущем человеческому гению посчастливится отыскать такое непроницаемое для тяготения вещество или приготовить его искусственно. Не могли ли бы мы тогда с его помощью укрыться от силы притяжения, сбросить с себя на время докучныя цепи тяжести и свободно ринуться с Земли в бездны мирового пространства?
Остроумный английский писатель Герберт Уэльс подробно развил эту мысль в научно-фантастическом романе «Первые люди на Луне» (1901 г.). Ученый герой романа, изобретатель Кевор, открыл способ изготовления именно такого вещества, непроницаемаго
| Заслон от силы тяжести |
«Кевор поставил себе целью отыскать или изобрести такое вещество, которое было бы непроницаемо для всех форм лучистой энергии. Почти все известныя нам вещества непроницаемы для той или иной формы лучистой энергии. Стекло, например, пропускает свет, но в гораздо меньшей степени теплоту, так что оно полезно, как экран для защиты от огня; квасцы же пропускают свет, но совершенно задерживают теплоту. Напротив, раствор иода в сероуглероде совершенно не пропускают света, но вполне проницаем для теплоты; он скроет от вас пламя, но даст возможность проникнуть к вам всему теплу, испускаемому пламенем. Металлы непроницаемы не только для света и теплоты, но также и для электрической энергии, которая через стекло и раствор иода проходить почти так же легко, как будто их вовсе не было на пути.
«Далее: все известныя вещества проницаемы для силы тяжести. Вы можете употреблять экраны различнага сорта, чтобы отрезать свету, теплоте или электрическому влиянию доступ к предмету; вы можете при посредстве металлических листов защитить предметы от электрических лучей Маркони, но ничто не может оградить предметы от притяжения Солнца или Земли.
«Однако, почему бы и не существовать такому веществу?
«Всякий человек, обладающий хотя бы самой ничтожной долей фантазии, поймет, какой переворот должно произвести подобное чудодейственное вещество. Если, например, надо поднять тяжесть, то как бы чудовищна она ни была, достаточно поместить под ней пластинку этого вещества, — и ее свободно можно поднять соломинкой»,
Обладая таким замечательным веществом, герои романа сооружают небесный дирижабль, в котором и совершают смелый перелет на Луну. Устройство снаряда весьма несложно: в нем нет никакого двигательнаго механизма, так как он перемещается действием внешней силы.
Вот описание этого снаряда:
«Представьте себе полый шар, достаточно большой для того, чтобы внутри его свободно могли поместиться два человека со своим багажем. Шар должен быть
| Межпланетный дирижабль Уэльса. |
В особых приемниках должны находиться достаточные запасы сжатаго воздуха, пищи, еды — словом, всего необходимого. «Внутренний стеклянный шар может быть вылит из одного сплошного куска стекла, с одним только входным отверстием. Но зато наружная стальная оболочка должна состоять из ряда отдельных полос из которых каждую можно было бы скатывать, как штору.
При такой системе наружная оболочка шара, покрытая слоем кеворита, будет состоять как бы из целого ряда окон, которыя мы по своему усмотрению можем закрывать шторами. Если мы закроем все шторы, то в шар не будет проникать ни свет, ни тепло, вообще никакой вид излучаемой энергии — и шар полетит в пространство. Но представьте себе, что мы открыли хотя бы одно окно. Тогда всякое крупное тело, находящееся в направлении этого окна, непременно должно притянуть нас к себе.
«Мы будем иметь полную возможность передвигаться по мировому пространству, куда нам будет угодно. Для этого нужно только подвергать себя действию силы тяготения того или иного тела.
Как видим, шар Уэльса, не имея внутри себя никакого двигателя, вполне приспособлен для межпланетных странствований...
Интересен у романиста самый момент отправления этого снаряда в путь. По идее Уэльса, тонкий слой «кеворита», покрывающий наружную поверхность снаряда, делает его абсолютно невесомым. Невесомое тело не может спокойно лежать на дне воздушнаго океана; с ним должно произойти то же, что произошло бы с пробкой, погруженной на дно озера: пробка быстро всплывает на поверхность воды. Точно также невесомый снаряд, — отбрасываемый, к тому же, еще и центробежной силой вращающагося земного шара, — должен стремительно подняться ввысь и, дойдя до крайних границ атмосферы, продолжать по инерции свой путь в мировом пространстве. Герои романа Уэльса так и полетели. И очутившись далеко за пределами атмосферы, они, открывая одне заслонки, закрывая другия, подвергая свой снаряд притяжению то Солнца, то Земли, то Луны, -постепенно добрались до поверхности нашего спутника. А впоследствии точно таким же путем один из них благополучно возвратился на Землю.
Этот проект небесных путешествий, так заманчиво представленный в романе, невольно подкупает своей внешней простотой. На пeрвый взгляд он кажется настолько правдоподобным, что естественно возникает мысль: не заложено ли в нем здоровое зерно и не в этом ли направлении следует искать разрешения задачи межпланетных путешествий? Нельзя ли, в самом деле изобрести вещество, непроницаемое для тяготения, и пользуясь им устроить космический дирижабль?
Стоит, однако, поглубже вдуматься в эту идею, чтобы убедиться в ея полной теоретической несостоятельности.
Не говорю уже о том, как мало у нас надежды найти когда-нибудь вещество, непроницаемое для тяготения. Причина тяготения нам неизвестна: со времен Ньютона, открывшаго эту силу, мы ни на шаг не приблизились к познанию ея внутренней сущности. Без преувеличения можно сказать, что тяготение — самая
| Самая загадочная сила природы. |
*) О теориях тяготения — смотр, прибавление 2-е в конце книги (стр. 85).
Но пусть даже экран тяготения — фантастический «кеворит» — найден, пусть с его помощью сооружен снаряд по проекту английскаго романиста. Пригоден ли будет этот снаряд для межпланетных путешествий, как описано в романе? Посмотрим.
Смущает нас, прежде всего, скорость. Там, где маршруты исчисляются сотнями тысяч и миллионами верст, от экипажа, естественно, требуется огромная быстрота перемещения. Между тем, по этой части с нашим межпланетным дирижаблем обстоит далеко неблагополучно. В самом деле: какая сила движет и управляет снарядом Уэльса? Сила притяжения различных небесных тел. Но мы уже знаем, что на больших разстояниях эта сила способна сообщить небольшому телу в первые часы — лишь весьма умеренную скорость. Можно было бы доказать несложным вычислением, что под действием луннаго притяжения предмет с разстояния Земли должен падать на Луну целых полтора месяца!
Своим притяжением Луна может заставить предмет, находящейся от нея на разстоянии Земли, передвинуться в первую секунду всего лишь на несколько тысячных долей дюйма. Под действием Солнца то же тело переместилось бы на 1/8 дюйма. Влияние притяжения далеких планет, а более — звезд, на наш фантастический снаряд было бы исчезающе ничтожно*). И хотя полученная снарядом скорость увеличивается с каждой секундой, — все же пришлось бы ждать целые часы и сутки, чтобы снаряд накопил скорость, хоть сколько-нибудь сравнимую с теми гигантскими разстояниями, которыя придется преодолевать в межпланетных пустынях.
*) Притяжение даже ближайшей звезды способно сообщить телу, находящемуся в нашей солнечной системе, лишь столь ничтожную скорость, что даже после целаго года непрерывнаго действия тело все еще двигалось бы медленнее пешехода.
Но медленность перемещения — только неудобство, весьма, конечно, досадное, однако-ж не такое, чтобы ради него отказаться от путешествий на планеты. Лишь бы только такия путешествия были возможны! А это-то как раз и сомнительно, если возлагать все надежды только на экран, защищающий от тяготения. Мы подходим к самому убийственному доводу против проекта английскаго романиста, к первородному греху его основной идеи. В уме читателя, вероятно, уже мелькнула тень сомнения, когда романист говорил нам о возможности поднять тяжелый груз, «как] соломинку», поместив под ним непроницаемый для тяготения экран. Да ведь это же значит ни более ни менее, как разрешить древнюю проблему вечнаго двигателя, создать энергию «из ничего»! Вообразите, в самом деле, что мы уже обладаем экраном тяготения. Тогда мы подкладываем этот экран под
| Экран тяготения и „вечный двигатель“ |
Выходит, что непроницаемый для тяготения экран дает нам чудесную возможность создать энергию, сотворить ее «из ничего», ибо ея появление, повидимому, не сопровождается предварительным исчезновением равнаго количества энергии в какой-нибудь иной форме или в другом месте. Если бы герой Уэльса, действительно, побывал на Луне и возвратился на Землю тем способом, какой описан в романе, то в результате подобнаго путешествия мир обогатился бы новым запасом энергии. Общее количество ея во вселенной увеличилось бы ровно на столько, сколько составляет разность работ, совершаемых силою тяжести при падении человеческаго тела с Луны на Землю и с Земли на Луну. Земля притягивает сильнее, чем Луна, и, следовательно, первая работа больше второй. Пусть этот прирост энергии ничтожен по сравнению с неисчерпаемым запасом ея во вселенной — все же это сотворение энергии есть несомненное чудо, противоречащее основному закону природы: «общий запас энергии во вселенной ни при каких обстоятельствах не увеличивается и не уменьшается, а остается постоянным».
Если мы пришли к столь явному противоречию с законами природы, к возможности создавать энергию «из ничего», — то это значит, что в нашем разсуждении кроется какая-то незамеченная нами основная ошибка. Нетрудно понять, где именно надо искать эту погрешность. Идея экрана, непроницаемаго для тяготения, нисколько не нелепа сама по себе; но ошибочно думать, будто помощью его можно сделать тело невесомым, не затрачивая при этом никакой энергии. Нельзя перенести тело за экран тяготения, не производя никакой работы. Невозможно задвинуть шторы «кеворитнаго» шара, не применяя силы. То и другое должно сопровождаться затратой определеннаго количества энергии, равнаго тому количеству ея, которое потом является словно созданным « из ничего». В этом и состоит разрешение софизма, к которому мы пришли.
Задвигая заслонки своего межпланетнаго снаряда, герои Уэльса тем самым словно разсекали невидимую цепь притяжения, которая приковывала их к Земле. Мы в точности знаем крепость этой цепи и можем вычислить величину работы, необходимой для разрыва. Это та работа, которую вы совершили бы, если бы перенесли весомое тело с земной поверхности в безконечноудаленную точку пространства, где сила земного притяжения равна нулю. Физик называет эту работу «потенциалом тяготения на поверхности земного шара» и может вполне точно вычислить ее.
Большинство людей привыкло относиться к слову «бесконечность» почти с мистическим благоговением, и упоминание этого слова нередко порождает в уме не-математика совершенно превратныя представления. Когда я говорил о работе, производимым телом на безконечном пути, многие читатели, без сомнения, уже решили про себя, что эта работа безконечно велика. На самом же деле она хотя и очень велика, но имеет вполне конечное значение, которое математик может в точности вычислить. Работу перенесения весомаго тела с земной поверхности в безконечность мы можем разсматривать, как сумму безконечнаго ряда слагаемых, которыя быстро уменьшаются, потому что с удалением от Земли сила притяжения безпредельно ослабевает. Сумма таких слагаемых, хотя бы их было и безчисленное множество, нередко дает результат конечный.
Прибавьте к копейке полкопейки, затем еще ¼ копейки, затем ⅛, потом 1/16, 1/32 и т.д.; вы можете продолжать такой ряд целую вечность, присчитывая все новыя и новыя прибавки, — и все-таки в результате суммирования получите не болеe 2-х копеек! При учете работы тяготения мы имеем нечто в роде подобнаго сложения, и читатель не должен удивляться, что эта работа даже на безконечном пути иметь конечное значение. Можно вычислить, что для груза в 1 килограмм работа перенесения гири с земной поверхности в безконечность составляет немного более 6-ти миллионов «килограммометров». Так как эта техническая оценка работы не для всех понятна, то я замечу, что она равна величине работы, которую произвел бы, например, человек, подняв паровоз на крышу 10-этажнаго дома (12.000 пудов на высоту 15 сажен). Это не безконечно большая работа, хотя и достаточно внушительная для человеческих сил.
В смысле затраты работы совершенно безразлично, перенесете ли вы груз с Земли в бесконечно удаленную точку, или в, такое место (хотя бы и весьма близкое), где он вовсе не притягивается Землей. И в том и в другом случаях вы совершили бы одинаковую работу, ибо величина ея зависит не от длины пройденнаго пути, а только от различая силы притяжения в крайних точках пути. Но при переносе тела в безконечность работа эта производится постепенно, на всем безконечно длинном пути, а при переносе за экран тяготения такое же количество энергии затрачивается в те несколько мгновений, пока совершается этот перенос *). Надо ли говорить, что на практики вторую работу было бы гораздо труднее произвести, чем первую?
*) О работе погружения в «тень тяготения» — см. прибавление 5-ое, в конце книги (стр. 94).
Теперь становится очевидной вся безнадежность фантастическаго проекта Уэльса. Романист не подозревал, что столь простое на вид действие, как перенесение тела за экран, непроницаемый для тяготения — представляет собою неимоверно трудную механическую задачу: ведь для этого надо сделать такое же усилие, как и для того, чтобы удалить тело с Земли в безконечность! Если выстрелить из пушки с целью закинуть ядро за подобный экран, то, как не покажется нам это странным — ядро остановится на границе экрана, словно задержанное невидимою рукою, и упадет обратно на землю, не долетев до цели! Современная пушка не в состоянии была бы сообщить ядру скорость, необходимую для того, чтобы преодолеть всю силу тяжести и, следовательно, закинуть ядро в среду, недоступную для тяготения. Мы увидим позже, что ядру необходимо сообщить начальную скорость более 10-ти верст в секунду, если мы хотим заставить его удалиться
| Волшебные свойства экрана тяготения |
 |
Но для космических путешествий экран тяготения — увы! — совершенно безполезен. Романист упустил из виду, что задвинуть заслонки его снаряда вовсе не так легко и просто, как захлопнуть дверцу кареты: в тот краткий миг, когда закрывается последняя заслонка и пассажиры отделяются от весомого мира, должна быть выполнена работа, равная работе перенесения полнаго веса пассажиров в безконечность. А так как два человека весят свыше 100 килограммов, то, значит, задвигая заслонки снаряда, герои романа должны совершить работу ни мало ни много — в 600 миллионов килограммометров! Это почти так же легко выполнить, как втащить броненосец на крышу Исаакиевскаго собора, и при том в течение всего нескольких секунд. Если бы мы были подобными богатырями, мы могли бы без всякаго «кеворита» буквально прыгнуть с Земли на Луну... Никому не приходилось бы ломать голову над проблемой межпланетных путешествий.
Итак, идея странствовать во вселенной под защитою вещества, непроницаемаго для тяготения, приводит нас к тому, что в логике называется «порочным кругом». Чтобы воспользоваться
| «Порочный круг» |
Этот безотрадный вывод остается справедливым, независимо от того, как представлять ceбе сущность тяготения: ведь мы вовсе и не касались внутренней природы этой силы, а делали наши выводы, опираясь единственно лишь на незыблемый закон сохранения энергии.
в началоназад