Martins GARDNERS - RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

«Bet kas notiks,» sacīja viens no viņiem, «ja mēs konstatēsim divas reizes lielāku novirzi, nekā paredzēja Einšteins?»

«Tad,» atbildēja otrais, «Edingtons zaudēs prātu.»

Par laimi, eksperimenti pierādīja, ka novirze bija tuva Einšteina aprēķinātajai. Edingtona ekspedīcija bija plaši reklamēta, tāpēc daudzi sāka interesēties par vis­pārīgo relativitātes teoriju. Šodien astronomi uz Eding­tona iegūto rezultātu skatās skeptiski, jo izrādās, ka grūtības, kuras jāpārvar, novērojot zvaigznes Saules pilna aptumsuma laikā, ir daudz lielākas, nekā domāja Edingtons. Ja salīdzina rezultātus, kurus ieguva vēlāk dažādās ekspedīcijās, novērojot Saules aptumsumu, tad tie tomēr nedaudz atšķiras. Šo jautājumu zinātnieki apsprieda 1962. gada februārī Karaliskās biedrības konferencē Londonā. Viņi nāca pie secinājuma, ka šādā eksperimentā ir pārāk daudz grūtību, un tāpēc nav nozīmes veikt šādus mērījumus.

Pašreiz ir izdarīti daži eksperimenti, kas apstiprina vispārīgo relativitātes teoriju, un ir iespējams veikt milzīgi daudz eksperimentu (kuri ne tikai nav vēl iz­darīti, bet nav pat apspriesti), kuri vēl labāk apstipri­nātu šo teoriju. Tomēr iespējami arī tādi eksperimenti, kuri relativitātes teoriju var stingri diskreditēt. Kolo- rādo universitātes pazīstamais fiziķis Džordžs Gamovs apraksta vienu tādu eksperimentu, ko-veic ar antidaļi­ņām. Tās ir elementārdaļiņas, pilnīgi līdzīgas parasta­jām, tikai uzlādētas ar pretējas zīmes lādiņu. Pēc dažu

zinātnieku uzskatiem tām varētu būt pat negatīva masa. Tātad jebkurš spēks, kas uz tām iedarbosies, da­ļiņas paātrinās pretējā virzienā. No tādām antidaļiņam sastāvošs antiābols nevis nokristu uz Ņūtona deguna, bet, atrāvies no ābeles, uzlidotu gaisā. Pagaidām nav pierādīts, vai antidaļiņām ir negatīva masa, bet, ja tas tā būtu, relativitātes teorijai rastos lielas grūtības.

Lai to izprastu, iedomāsimies kosmisko kuģi, kas at­tiecībā pret zvaigznēm ir miera stāvoklī. Vienā no tā nodalījumiem telpas centrā peld antiābols ar negatīvu masu. Šāds kuģis sāk kustēties griestu virzienā ar pa­ātrinājumu g. (g — brīvas krišanas paātrinājums, kurš uz Zemes ir 9,8 m/s 2 . Tātad katrā sekundē kuģa ātrums pieaug par 9,8 m/s.)

Kas notiks ar ābolu?

Novērotājs ārpus kuģa, kam inerciālā atskaites sis­tēma būs saistīta ar kosmosu, redzēs, ka ābols paliek tajā pašā vietā attiecībā pret zvaigznēm un uz to ne­darbojas nekāds spēks. Kuģis ābolam nepieskaras, tas vispār var būt pat tālu no tā. Taču kuģa nodalījuma grīda turpinās kustēties uz augšu un beidzot tā pie­skarsies ābolam. (Šajā domu eksperimentā mēs neinte­resēsimies par to, kas notiktu pēc šīs sadursmes.)

Viss būtu pavisam citādi, ja par nekustīgu atskaites sistēmu mēs uzskatītu kuģi. Tad novērotājam būs jāpie­ņem, ka kuģī rodas gravitācijas lauks, kas liks krist antiābolam griestu virzienā ar paātrinājumu 2 g (attie­cībā pret zvaigznēm). Salīdzinot abus gadījumus, re­dzam, ka abas pieņemtās atskaites sistēmas nevar viena otru aizvietot, tātad šeit relativitātes pamatprincips nav spēkā.

Šāds piemērs parāda, ka vispārīgā relativitātes teo­rija izslēdz negatīvas masas jēdzienu, turpretim Ņū­tona inerces princips pieļauj tādas masas pastāvēšanu. Klasiskā fizika vienkārši izmanto tikai pirmo izskaidro­jumu, kad kuģis attiecībā pret ēteru atrodas absolūtā kustībā un ābols ir absolūtā miera stāvoklī. Tādā gadī­jumā nerodas nekādi gravitācijas lauki, kas tad arī visu sarežģī.

«Ja atklātu negatīvo masu un līdz ar to arī antigravi- tācijas efektu,» secina Gamovs, «mums būtu jāizšķiras starp Ņūtona inerces likumu un Einšteina ekvivalences principu.» Autors noteikti tic tam, ka tas nebūs jādara.

Einšteina ekvivalences princips nosaka, ka, ķerme­nim kustoties paātrināti vai rotējot, rodas spēku lauks, kuru var uzskatīt gan par inerces, gan gravitācijas at­karībā no atskaites sistēmas izvēles. Bet izrādās, ka līdz ar to rodas viens ļoti svarīgs jautājums, kurš iz­virza tālākus, vēl neatrisinātus uzdevumus.

Kā rezultāts tad ir spēku lauks? Vai to rada kustība attiecībā pret telpu-laiku, kas eksistē neatkarīgi no vie­las, vai to izsaka pati telpa-laiks, kuru radījusi viela? Citiem vārdiem sakot, vai galaktikas un citi Visuma ķermeņi rada telpu-laiku?

Speciālistu domas dalījās. Tika izteiktas agrākās as­toņpadsmitā un deviņpadsmitā gadsimta domas par tel­pas un ēteia pastāvēšanu atsevišķi — neatkarīgi no vielas, tikai tagad bija strīds par kosmosa telpas-laika struktūru (to kādreiz sauc par metrisko lauku). Lielākā daļa zinātnieku, kuri aprakstīja relativitātes teoriju (Arturs Edingtons, Bertrands Rasels, Alfrēds Vait- heds u. c.), uzskatīja, ka zvaigznes telpas-laika īpašības neietekmē, lai gan vietējos izliekumus, protams, rada zvaigznes. Ja Visumā būtu tikai Zeme, tad, kā apgalvo šie autori, Zeme varētu griezties attiecībā pret telpu- laiku. (Jautājums par to, kāds liekums kopumā ir tel­pai — pozitīvs, negatīvs vai nulles, šajā strīdā nav sva­rīgs.) Tādā gadījumā, piemēram, vienīgais ķermenis

—

Visumā — kāds kosmiskais kuģis, ieslēdzot dzinējus, iegūtu paātrinājumu un kosmonauti kuģa iekšpusē tūlīt izjustu inerces spēku iedarbību. Griežoties telpā, vien­tuļā Zeme saplaktu ekvatoriālā virzienā, jo vielas da­ļiņas spēka iedarbībā kustētos telpā-laikā nevis pa ģeo­dēzisko līniju. Daļiņām šādā gadījumā būtu jākustas telpā-laikā it kā pret spalva. Uz šīs vientuļās Zemes varētu izmērīt pat inerces spēku (tā saucamo Koriolisa spēku *) un tādā veidā noteikt Zemes griešanos.

Arī Einšteins pieļāva tādu uzskatu, bet (vismaz savā jaunībā) tas viņam ne sevišķi patika. Viņš priekšroku deva citam uzskatam, kuru pirmais izvirzīja īru filo­zofs bīskaps Berklijs. Ja jau Zeme ir vienīgais ķerme­nis Visumā, secināja Berklijs, tad taču ir bezjēdzīgi ru­nāt par tās griešanos. Līdzīgi uzskati bija arī 17. gs. vācu filozofam Leibnicam un holandiešu fiziķim Kristi­ānām Heigensam. Taču to aizmirsa, un tikai deviņpa­dsmitā gadsimtā tam atkal pievērsās austriešu fiziķis Ernsts Mahs, pie tam radot ticamu zinātnisku teoriju. Savos rakstos Einšteins atzīmē Maha darbu ietekmi uz viņa uzskatu veidošanos. Kad daudzas Maha idejas bija atspoguļotas Einšteina relativitātes teorijā, Mahs, bū­dams jau sirms, diemžēl šo teoriju neatzina.

Pēc Maha domām, kosmosam, ja tajā nebūs zvaigžņu, nebūs tādas telpas-laika struktūras, attiecībā pret kuru Zeme varētu griezties. Lai eksistētu gravitācijas (vai inerces) lauki, kas varētu saplacināt planētu vai pacelt

* 19. gs. sākumā franču zinātnieks Korioliss pirmais pilnīgi iz­analizēja inerces parādības, kuras rodas sakarā ar Zemes griešanos ap savu asi. Tāpēc šo inerces spēku nosauca par Koriolisa spēku. Sis spēks novirza starpkontinentālās raķetes pa labi (ja tās lido ziemeļu puslodē uz ziemeļiem) un pa kreisi (ja lido dienvidu puslodē uz dien­vidiem). Šī spēka dēļ rodas arī cikloni un citas rotācijas kustības at­mosfērā.

šķidrumu gar rotējoša spaiņa malām, ir nepieciešamas zvaigznes, jo tikai ta var radīt vajadzīgo telpas-laika strukturu. Ja telpai-laikam nav tādas struktūras, tiem nevar būt arī ģeodeziskās struktūras. Apskatot gais­mas stara kustību pilnīgi tukšā telpā, mēs pat nevarētu apgalvot, ka tas kustas pa ģeodēzisko līniju, jo, ja nav telpas-laika strukturas, tad gaismas stars nevar ne­vienai no trajektorijām dot priekšroku. Kā saka A. dAbro savā lieliskajā grāmatā «Zinātniskās domas evolūcija»: «Gaismas stars taču nezinātu pa kādu ceļu tam jāiet!» Tad nav iespējama pat Zemei līdzīgu sfē­risku ķermeņu eksistence. Gravitācija ne tikai savāc Zemes daļiņas^vienkopus, bet arī pārbīda tās pa ģeodē­ziskajam līnijām. Tātad, ja telpai-laikam nav struktū­ras, nav arī_ ģeodēzisko līniju, un Zeme, kā saka dAbro, nezinātu kādu formu tai veidot. Te var citēt arī humorisku Edingtona teicienu: «Pilnīgi tukšā Visumā