Можно ли укрыться отъ силы тяжести?
Всемiрное тяготѣнiе — единственная сила природы, для распространенiя которой мы не знаемъ никакихъ преградъ. Какое бы огромное, плотное тѣло ни стояло на ея пути, — сила эта проникаетъ сквозь него совершенно такъ же, какъ черезъ пустое мѣсто.
| Всепроницаемость тяготѣнiя |
Для тяготѣнiя не существуетъ «непрозрачныхъ» тѣлъ — намъ пока еще неизвестно такое тѣло. Точнѣйшiя вычисленiя не обнаружили ни малѣйшаго ослабленiя притягательной силы отъ прохожденiя ея черезъ вещество тѣлъ. Правда, въ самые послѣднiе годы у астрономовъ возникли кое-какiя сомнѣнiя на этотъ счетъ, но пока только въ видѣ предположенiй *).
*) См. прибавленiе 4-ое въ концѣ книги (стр. 93).
Можно, однако, мечтать о томъ, что въ будущемъ человѣческому генiю посчастливится отыскать такое непроницаемое для тяготѣнiя вещество или приготовить его искусственно. Не могли ли бы мы тогда съ его помощью укрыться отъ силы притяженiя, сбросить съ себя на время докучныя цѣпи тяжести и свободно ринуться съ Земли въ бездны мiрового пространства?
Остроумный англiйскiй писатель Гербертъ Уэльсъ подробно развилъ эту мысль въ научно-фантастическомъ романѣ «Первые люди на Лунѣ» (1901 г.). Ученый герой романа, изобрѣтатель Кеворъ, открылъ способъ изготовленiя именно такого вещества, непроницаемаго
| Заслонъ отъ силы тяжести |
«Кеворъ поставилъ себѣ цѣлью отыскать или изобрѣсти такое вещество, которое было бы непроницаемо для всѣхъ формъ лучистой энергiи. Почти всѣ извѣстныя намъ вещества непроницаемы для той или иной формы лучистой энергiи. Стекло, напримѣръ, пропускаетъ свѣтъ, но въ гораздо меньшей степени теплоту, такъ что оно полезно, какъ экранъ для защиты отъ огня; квасцы же пропускаютъ свѣтъ, но совершенно задерживаютъ теплоту. Напротивъ, растворъ iода въ сѣроуглеродѣ совершенно не пропускаютъ свѣта, но вполнѣ проницаемъ для теплоты; онъ скроетъ отъ васъ пламя, но дастъ возможность проникнуть къ вамъ всему теплу, испускаемому пламенемъ. Металлы непроницаемы не только для свѣта и теплоты, но также и для электрической энергiи, которая черезъ стекло и растворъ iода проходить почти такъ же легко, какъ будто ихъ вовсе не было на пути.
«Далѣе: всѣ извѣстныя вещества проницаемы для силы тяжести. Вы можете употреблять экраны различнага сорта, чтобы отрезать свѣту, теплотѣ или электрическому влiянiю доступъ къ предмету; вы можете при посредствѣ металлическихъ листовъ защитить предметы отъ электрическихъ лучей Маркони, но ничто не можетъ оградить предметы отъ притяженiя Солнца или Земли.
«Однако, почему бы и не существовать такому веществу?
«Всякiй человѣкъ, обладающiй хотя бы самой ничтожной долей фантазiи, пойметъ, какой переворотъ должно произвести подобное чудодейственное вещество. Если, напримѣръ, надо поднять тяжесть, то какъ бы чудовищна она ни была, достаточно поместить под ней пластинку этого вещества, — и ее свободно можно поднять соломинкой»,
Обладая такимъ замѣчательнымъ веществомъ, герои романа сооружаютъ небесный дирижабль, въ которомъ и совершаютъ смелый перелетъ на Луну. Устройство снаряда весьма несложно: въ немъ нѣтъ никакого двигательнаго механизма, такъ какъ онъ перемещается дѣйствиемъ внѣшней силы.
Вотъ описанiе этого снаряда:
«Представьте себѣ полый шаръ, достаточно большой для того, чтобы внутри его свободно могли помѣститься два человѣка со своимъ багажемъ. Шаръ долженъ быть
| Межпланетный дирижабль Уэльса. |
Въ особыхъ прiемникахъ должны находиться достаточные запасы сжатаго воздуха, пищи, еды — словомъ, всего необходимого. «Внутреннiй стеклянный шаръ можетъ быть вылитъ из одного сплошного куска стекла, съ однимъ только входнымъ отверстиемъ. Но зато наружная стальная оболочка должна состоять изъ ряда отдѣльныхъ полосъ изъ которыхъ каждую можно было бы скатывать, какъ штору.
При такой системѣ наружная оболочка шара, покрытая слоемъ кеворита, будетъ состоять какъ бы изъ цѣлого ряда оконъ, которыя мы по своему усмотрѣнiю можемъ закрывать шторами. Если мы закроемъ всѣ шторы, то въ шаръ не будетъ проникать ни свѣтъ, ни тепло, вообще никакой видъ излучаемой энергiи — и шаръ полетитъ въ пространство. Но представьте себѣ, что мы открыли хотя бы одно окно. Тогда всякое крупное тѣло, находящееся въ направленiи этого окна, непремѣнно должно притянуть насъ къ себѣ.
«Мы будемъ имѣть полную возможность передвигаться по мiровому пространству, куда намъ будетъ угодно. Для этого нужно только подвергать себя дѣйствiю силы тяготѣнiя того или иного тѣла.
Какъ видимъ, шаръ Уэльса, не имѣя внутри себя никакого двигателя, вполнѣ приспособленъ для межпланетныхъ странствованiй...
Интересенъ у романиста самый моментъ отправленiя этого снаряда въ путь. По идеѣ Уэльса, тонкiй слой «кеворита», покрывающiй наружную поверхность снаряда, дѣлаетъ его абсолютно невѣсомымъ. Невесомое тѣло не можетъ спокойно лежать на днѣ воздушнаго океана; съ нимъ должно произойти то же, что произошло бы съ пробкой, погруженной на дно озера: пробка быстро всплываетъ на поверхность воды. Точно также невесомый снарядъ, — отбрасываемый, къ тому же, еще и центробежной силой вращающагося земного шара, — долженъ стремительно подняться ввысь и, дойдя до крайнихъ границъ атмосферы, продолжать по инерцiи свой путь въ мiровомъ пространствѣ. Герои романа Уэльса такъ и полетѣли. И очутившись далеко за предѣлами атмосферы, они, открывая однѣ заслонки, закрывая другiя, подвергая свой снарядъ притяженiю то Солнца, то Земли, то Луны, -постепенно добрались до поверхности нашего спутника. А впослѣдствiи точно такимъ же путемъ одинъ изъ нихъ благополучно возвратился на Землю.
Этотъ проектъ небесныхъ путешествiй, такъ заманчиво представленный въ романѣ, невольно подкупаетъ своей внѣшней простотой. На пeрвый взглядъ онъ кажется настолько правдоподобнымъ, что естественно возникаетъ мысль: не заложено ли въ немъ здоровое зерно и не въ этомъ ли направленiи слѣдуетъ искать разрѣшенiя задачи межпланетных путешествiй? Нельзя ли, в самом дѣлѣ изобрѣсти вещество, непроницаемое для тяготѣнiя, и пользуясь имъ устроить космическiй дирижабль?
Стоитъ, однако, поглубже вдуматься въ эту идею, чтобы убѣдиться въ ея полной теоретической несостоятельности.
Не говорю уже о томъ, какъ мало у насъ надежды найти когда-нибудь вещество, непроницаемое для тяготѣнiя. Причина тяготѣнiя намъ неизвѣстна: со временъ Ньютона, открывшаго эту силу, мы ни на шагъ не приблизились къ познанiю ея внутренней сущности. Безъ преувеличенiя можно сказать, что тяготѣнiе — самая
| Самая загадочная сила природы. |
*) О теорiяхъ тяготѣнiя — смотр, прибавленiе 2-е въ концѣ книги (стр. 85).
Но пусть даже экранъ тяготѣнiя — фантастическiй «кеворитъ» — найденъ, пусть съ его помощью сооруженъ снарядъ по проекту англiйскаго романиста. Пригоденъ ли будетъ этотъ снарядъ для межпланетныхъ путешествiй, какъ описано въ романѣ? Посмотримъ.
Смущаетъ насъ, прежде всего, скорость. Тамъ, гдѣ маршруты исчисляются сотнями тысячъ и миллiонами верстъ, отъ экипажа, естественно, требуется огромная быстрота перемѣщенiя. Между тѣмъ, по этой части съ нашимъ межпланетнымъ дирижаблемъ обстоитъ далеко неблагополучно. Въ самомъ дѣлѣ: какая сила движетъ и управляетъ снарядомъ Уэльса? Сила притяженiя различныхъ небесныхъ тѣлъ. Но мы уже знаемъ, что на большихъ разстоянiяхъ эта сила способна сообщить небольшому тѣлу въ первые часы — лишь весьма умѣренную скорость. Можно было бы доказать несложнымъ вычисленiемъ, что подъ дѣйствiемъ луннаго притяженiя предметъ съ разстоянiя Земли долженъ падать на Луну цѣлыхъ полтора мѣсяца!
Своимъ притяженiемъ Луна можетъ заставить предметъ, находящейся отъ нея на разстоянiи Земли, передвинуться в первую секунду всего лишь на несколько тысячныхъ долей дюйма. Подъ дѣйствiемъ Солнца то же тѣло перемѣстилось бы на 1/8 дюйма. Влiянiе притяженiя далекихъ планетъ, а более — звездъ, на нашъ фантастическiй снарядъ было бы исчезающе ничтожно*). И хотя полученная снарядомъ скорость увеличивается съ каждой секундой, — все же пришлось бы ждать цѣлые часы и сутки, чтобы снарядъ накопилъ скорость, хоть сколько-нибудь сравнимую съ тѣми гигантскими разстоянiями, которыя придется преодолѣвать въ межпланетныхъ пустыняхъ.
*) Притяженiе даже ближайшей звѣзды способно сообщить тѣлу, находящемуся въ нашей солнечной системѣ, лишь столь ничтожную скорость, что даже послѣ цѣлаго года непрерывнаго дѣйствiя тѣло все еще двигалось бы медленнѣе пѣшехода.
Но медленность перемѣщенiя — только неудобство, весьма, конечно, досадное, однако-жъ не такое, чтобы ради него отказаться отъ путешествiй на планеты. Лишь бы только такiя путешествiя были возможны! А это-то какъ разъ и сомнительно, если возлагать всѣ надежды только на экранъ, защищающiй отъ тяготѣнiя. Мы подходимъ къ самому убiйственному доводу противъ проекта англiйскаго романиста, къ первородному грѣху его основной идеи. Въ умѣ читателя, вѣроятно, уже мелькнула тѣнь сомнѣнiя, когда романистъ говорилъ намъ о возможности поднять тяжелый грузъ, «как] соломинку», помѣстивъ подъ нимъ непроницаемый для тяготѣнiя экранъ. Да вѣдь это же значитъ ни болѣе ни менѣе, какъ разрѣшить древнюю проблему вѣчнаго двигателя, создать энергiю «изъ ничего»! Вообразите, въ самомъ дѣлѣ, что мы уже обладаемъ экраномъ тяготѣнiя. Тогда мы подкладываемъ этотъ экранъ подъ
| Экранъ тяготѣнiя и „вѣчный двигатель“ |
Выходитъ, что непроницаемый для тяготѣнiя экранъ даетъ намъ чудесную возможность создать энергiю, сотворить ее «изъ ничего», ибо ея появленiе, повидимому, не сопровождается предварительнымъ исчезновенiемъ равнаго количества энергiи въ какой-нибудь иной формѣ или въ другомъ мѣстѣ. Если бы герой Уэльса, дѣйствительно, побывалъ на Лунѣ и возвратился на Землю тѣмъ способомъ, какой описанъ въ романѣ, то въ результатѣ подобнаго путешествiя мiръ обогатился бы новымъ запасомъ энергiи. Общее количество ея во вселенной увеличилось бы ровно на столько, сколько составляетъ разность работъ, совершаемыхъ силою тяжести при паденiи человѣческаго тела съ Луны на Землю и съ Земли на Луну. Земля притягиваетъ сильнее, чѣмъ Луна, и, следовательно, первая работа больше второй. Пусть этотъ приростъ энергiи ничтоженъ по сравненiю съ неисчерпаемымъ запасомъ ея во вселенной — все же это сотворенiе энергiи есть несомнѣнное чудо, противорѣчащее основному закону природы: «общiй запасъ энергiи во вселенной ни при какихъ обстоятельствахъ не увеличивается и не уменьшается, а остается постояннымъ».
Если мы пришли къ столь явному противоречiю съ законами природы, къ возможности создавать энергiю «изъ ничего», — то это значитъ, что въ нашемъ разсужденiи кроется какая-то незамѣченная нами основная ошибка. Нетрудно понять, гдѣ именно надо искать эту погрѣшность. Идея экрана, непроницаемаго для тяготѣния, нисколько не нелѣпа сама по себѣ но ошибочно думать, будто помощью его можно сдѣлать тѣло невѣсомымъ, не затрачивая при этомъ никакой энергiи. Нельзя перенести тѣло за экранъ тяготѣнiя, не производя никакой работы. Невозможно задвинуть шторы «кеворитнаго» шара, не примѣняя силы. То и другое должно сопровождаться затратой опредѣленнаго количества энергiи, равнаго тому количеству ея, которое потомъ является словно созданнымъ « изъ ничего». Въ этомъ и состоитъ разрешение софизма, къ которому мы пришли.
Задвигая заслонки своего межпланетнаго снаряда, герои Уэльса тѣмъ самымъ словно разсѣкали невидимую цѣпь притяженiя, которая приковывала ихъ къ Землѣ. Мы въ точности знаемъ крѣпость этой цѣпи и можемъ вычислить величину работы, необходимой для разрыва. Это та работа, которую вы совершили бы, если бы перенесли вѣсомое тѣло съ земной поверхности въ безконечноудаленную точку пространства, где сила земного притяженiя равна нулю. Физикъ называетъ эту работу «потенциаломъ тяготѣния на поверхности земного шара» и можетъ вполнѣ точно вычислить ее.
Большинство людей привыкло относиться к слову «бесконечность» почти с мистическимъ благоговѣнием, и упоминанiе этого слова нерѣдко порождаетъ въ умѣ не-математика совершенно превратныя представленiя. Когда я говорилъ о работѣ, производимымъ тѣломъ на безконечномъ пути, многiе читатели, безъ сомнѣнiя, уже решили про себя, что эта работа безконечно велика. На самомъ же дѣлѣ она хотя и очень велика, но имѣетъ вполнѣ конечное значенiе, которое математикъ можетъ въ точности вычислить. Работу перенесенiя вѣсомаго тѣла съ земной поверхности въ безконечность мы можемъ разсматривать, какъ сумму безконечнаго ряда слагаемыхъ, которыя быстро уменьшаются, потому что съ удаленiемъ отъ Земли сила притяженiя безпредѣльно ослабѣваетъ. Сумма такихъ слагаемыхъ, хотя бы ихъ было и безчисленное множество, нерѣдко даетъ результатъ конечный.
Прибавьте къ копѣйкѣ полкопѣйки, затѣмъ еще ¼ копѣйки, затѣмъ ⅛, потомъ 1/16, 1/32 и т.д.; вы можете продолжать такой рядъ цѣлую вечность, присчитывая все новыя и новыя прибавки, — и все-таки въ результате суммирования получите не болѣe 2-хъ копѣекъ! При учетѣ работы тяготѣнiя мы имѣемъ нѣчто въ родѣ подобнаго сложенiя, и читатель не долженъ удивляться, что эта работа даже на безконечномъ пути имѣть конечное значенiе. Можно вычислить, что для груза въ 1 килограммъ работа перенесенiя гири съ земной поверхности въ безконечность составляетъ немного болѣе 6-ти миллiоновъ «килограммометровъ». Такъ какъ эта техническая оцѣнка работы не для всѣхъ понятна, то я замѣчу, что она равна величинѣ работы, которую произвелъ бы, напримѣръ, человѣкъ, поднявъ паровозъ на крышу 10-этажнаго дома (12.000 пудовъ на высоту 15 саженъ). Это не безконечно большая работа, хотя и достаточно внушительная для человѣческихъ силъ.
Въ смыслѣ затраты работы совершенно безразлично, перенесете ли вы грузъ съ Земли въ бесконечно удаленную точку, или въ, такое мѣсто (хотя бы и весьма близкое), гдѣ онъ вовсе не притягивается Землей. И въ томъ и въ другомъ случаяхъ вы совершили бы одинаковую работу, ибо величина ея зависитъ не отъ длины пройденнаго пути, а только отъ различая силы притяженiя въ крайнихъ точкахъ пути. Но при переносѣ тѣла въ безконечность работа эта производится постепенно, на всемъ безконечно длинномъ пути, а при переносѣ за экранъ тяготѣнiя такое же количество энергiи затрачивается въ тѣ нѣсколько мгновенiй, пока совершается этотъ переносъ *). Надо ли говорить, что на практики вторую работу было бы гораздо труднѣе произвести, чѣмъ первую?
*) О работѣ погруженiя въ «тѣнь тяготѣнiя» — см. прибавленiе 5-ое, въ концѣ книги (стр. 94).
Теперь становится очевидной вся безнадежность фантастическаго проекта Уэльса. Романистъ не подозрѣвалъ, что столь простое на видъ дѣйствiе, какъ перенесенiе тѣла за экранъ, непроницаемый для тяготѣнiя — представляетъ собою неимоверно трудную механическую задачу: вѣдь для этого надо сделать такое же усилiе, какъ и для того, чтобы удалить тѣло съ Земли въ безконечность! Если выстрелить изъ пушки съ целью закинуть ядро за подобный экранъ, то, как не покажется нам это страннымъ — ядро остановится на границѣ экрана, словно задержанное невидимою рукою, и упадетъ обратно на землю, не долетѣв до цѣли! Современная пушка не въ состоянiи была бы сообщить ядру скорость, необходимую для того, чтобы преодолеть всю силу тяжести и, следовательно, закинуть ядро въ среду, недоступную для тяготѣнiя. Мы увидимъ позже, что ядру необходимо сообщить начальную скорость болѣе 10-ти верст в секунду, если мы хотимъ заставить его удалиться
| Волшебные свойства экрана тяготения |
 |
Но для космическихъ путешествiй экранъ тяготѣнiя — увы! — совершенно безполезенъ. Романистъ упустилъ изъ виду, что задвинуть заслонки его снаряда вовсе не такъ легко и просто, какъ захлопнуть дверцу кареты: въ тотъ краткiй мигъ, когда закрывается послѣдняя заслонка и пассажиры отделяются отъ вѣсомого мира, должна быть выполнена работа, равная работѣ перенесенiя полнаго вѣса пассажировъ въ безконечность. А такъ какъ два человека вѣсятъ свыше 100 килограммовъ, то, значитъ, задвигая заслонки снаряда, герои романа должны совершить работу ни мало ни много — въ 600 миллiоновъ килограммометровъ! Это почти такъ же легко выполнить, какъ втащить броненосецъ на крышу Исаакiевскаго собора, и при томъ въ теченiе всего нѣсколькихъ секундъ. Если бы мы были подобными богатырями, мы могли бы безъ всякаго «кеворита» буквально прыгнуть съ Земли на Луну... Никому не приходилось бы ломать голову надъ проблемой межпланетныхъ путешествий.
Итакъ, идея странствовать во вселенной подъ защитою вещества, непроницаемаго для тяготѣнiя, приводитъ насъ къ тому, что въ логикѣ называется «порочнымъ кругомъ». Чтобы воспользоваться
| «Порочный кругъ» |
Этотъ безотрадный выводъ остается справедливымъ, независимо отъ того, какъ представлять ceбѣ сущность тяготѣнiя: вѣдь мы вовсе и не касались внутренней природы этой силы, а делали наши выводы, опираясь единственно лишь на незыблемый законъ сохраненiя энергiи.
в началоназад