Martins GARDNERS - RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

(ja taisnība Maham) jāsabrūk Einšteina gravitacijas lau­kam!»

Lai varētu saprast Maha pozīciju, d'Abro apskata šādu domu eksperimentu. Iedomāsimies, ka Visuma lidinās kosmonauts un viņam rokā ir ķieģelis. Mes zi­nām, ka ķieģelis ir bezsvara stāvoklī, jo nav taču gra­vitācijas masas. Bet vai ķieģelim būs inertā masa? Ja kosmonauts ķieģeli izsviestu, vai būs pretestībā viņa rokas kustībai? Pēc Maha uzskata tāda nebūs, jo zvaig­žņu, kuras rada telpas-laika metrisko lauku, taču nav. Tāpēc arī nav nekā, attiecībā pret ko ķieģelis būtu pa­ātrināts. Protams, ir gan kosmonauts, bet, tā kā viņa masa ir tik ļoti maza, tad to var neievērot.

Lai raksturotu Maha uzskatus, Einšteins ieved ter­minu Maha princips. Sākumā Einšteins cerēja, ka šo principu varēs izmantot relativitātes teorijā. Viņš pat izveidoja tādu Visuma modeli (to apskatīsim 9. no­daļā), kurā Visumam telpas-laika struktūra eksistē tikai tad, ja eksistē zvaigznes un citi materiāli ķermeņi, kas veido šo struktūru. «Loģiski veidotā relativitātes teo­rijā,» rakstīja Einšteins 1917. gadā, publicējot šāda mo­deļa matemātisko aprakstu, «nevar būt nekādas inerces attiecībā pret telpu, bet ir tikai masu savstarpējā inerce. Tātad, ja kādu masu aiznesīsim pietiekoši tālu no visām citām Visuma masām, tās inerce samazināsies līdz nullei.»

Vēlāk šādam Einšteina kosmiskajam modelim tika konstatēts liels trūkums, un Einšteinam no Maha prin­cipa bija jāatsakās. Taču šis princips arī vēl tagad stipri ietekmē mūsdienu kosmologu uzskatus, jo tajā jautā­jums par kustību relativitāti ir atrisināts līdz galam. Pavisam pretējs ir uzskats, kas pieļauj telpas-laika met­riskās struktūras eksistenci pat tad, ja nebūtu zvaigžņu. Tādā gadījumā mēs tiešām būtu ļoti tuvu vecajai ētera teojrijai, jo nekustīgais, neredzamais receklis (ko no­sauca par ēteri) būtu aizvietots ar telpas-laika nekus­tīgo, neredzamo struktūru. Pieņemot šādu uzskatu, paātrinājumam un rotācijai būtu neticami absolūts rak­sturs. Tā tas tiešām arī ir, jo šī uzskata aizstāvji ir pār­liecināti, ka paātrinājums un rotācija ir absolūti. Taču, ja jau inerces parādības ir relatīvas attiecībā nevis pret šādu struktūru, bet gan pret zvaigžņu radīto struktūru, tad relativitāte izpaužas vistiešāk.

Asprātīgu teoriju, ejot pa Maha ceļu, radījis angļu

kosmologs Deniss Skiama. Tā saistošā veidā izklāstīta viņa populārajā grāmatā «Visuma vienība». Skiama uzskata, ka inerces parādības, kuras izraisa rotācijas kustība un paātrinājums, ir tādas kustības rezultāts, ko var attiecināt uz visiem Visuma ķermeņiem. Ja tas tie­šām tā būtu, inerces mērījumi ļautu noteikt arī Visuma ķermeņu pilno kustības daudzumu. Skiama iegūtie vie­nādojumi parāda, ka tuvāko zvaigžņu ietekme uz inerci ir ārkārtīgi maza. Pēc viņa aprēķina visas mūsu Galak­tikas zvaigznes dod tikai vienu desmitmiljono daļu no esošā inerces spēka uz Zemes. Lielāko daļu no tā rada tālās galaktikas. Pēc Skiamas domām, apmēram 80% no inerces spēka rodas sakarā ar kustību attiecībā pret tik tālām galaktikām, kuras mēs pat savos teleskopos nevaram ieraudzīt.

Laikā, kad dzīvoja Mahs, nekas vēl nebija zināms par citu galaktiku eksistenci. Tajā laikā pat nezināja, ka mūsu Galaktika griežas. Tagad astronomi zina, ka griežoties rodas centrbēdzes spēki, un tāpēc mūsu Ga­laktika ir stipri saplacināta. Pēc Maha uzskatiem, tā var notikt tikai tad, ja ārpus mūsu Galaktikas eksis­tētu milzīgi vielas daudzumi. «Ja Mahs būtu zinājis par inerces parādībām, kas rodas mūsu Galaktikai griežo­ties,» norāda Skiama, «viņš būtu paredzējis, ka eksistē arī citas galaktikas jau apmēram 50 gadus pirms šo galaktiku atklāšanas.»

īpatnējo Skiamas uzskatu vēl labāk var ilustrēt šādi. Apskatīsim rotaļlietiņu, kas ir kvadrātveida kastīte ar stikla vāciņu. Kastītes vidū iedobumā ir četras mazas tērauda lodītes. Šo centrālo iedobumu ar visiem čet­riem kastītes stūriem savieno renītes, kuras stūros no­beidzas ar mazu iedobumu. Jūsu uzdevums — panākt, lai visas četras lodītes vienlaicīgi atrastos iedobumos kastītes stūros. Ir tikai viens atrisinājums, kā to veikt,— uzlikt rotaļlietiņu uz galda un iegriezt. Tātad atrisinā­jums ir centrbēdzes spēkā. Ja pareizs ir Skiamas uz­skats, tad rotaļlietiņas uzdevumu nevarētu atrisināt, ja milzīgos attālumos no mums neeksistētu galaktiku mil­jardi.

Pa kadu ceļu talak attīstīsies relativitātes teorija? Pa Maha un Skiamas norādīto, vai saglabāsies telpas- laika struktūra, kas nav atkarīga no zvaigznēm? Uz to neviens pagaidām nevar atbildēt. Ja tālāk sekmīgi at­tīstīsies tāda lauka teorija, pēc kuras vielas elementar- daļinas varēsim uzskatīt par telpas-laika lauku, tad ari zvaigznes pašas kļūst par šāda lauka izpausmi. Tad struktūru neveidos zvaigznes, bet gan pati struktura veidos zvaigznes. Taču pagaidam tie visi ir tikai mi­nējumi.

Kā reaģēja pasaulslavenie zinātnieki un filozofi uz šo jauno, savādo relativitātes pasauli? Dažādi. Lielākā daļa fiziķu un astronomu bija samulsināti par veselā saprāta principu pārkāpšanu un ari par vispārīgās relativitātes teorijas matemātiskām grūtībām, tāpēc klusēja. Taču tādi zinātnieki un filozofi, kuri izprata relativitātes teo­riju, pieņēma to ar prieku. Mēs jau pieminējām to, cik ātri Einšteina sasniegumu saprata Edingtons. Rinda iz­cilu filozofu — Moriss Šliks, Bertrands Rasels, Rūdolfs Kerneps, Ernsts Kasirers, Alfrēds Vaitheds, Hansis Rei- henbahs kļuva par šīs teorijas pirmajiem entuziastiem, kuri to aprakstīja un mēģināja izprast tās secinājumus. 1925. gadā pirmo reizi publicēja Rasela «Relativitātes teorijas ābeci», kas vēl līdz pat šai dienai ir viens no populārākajiem relativitātes teorijas izdevumiem.

Tomēr daudzi zinātnieki nespēja atbrīvoties no vecā ņūtoniskā domāšanas veida. Viņi daudzējādi līdzinājās tiem Galileja laika zinātniekiem, kuri savukārt neva­rēja pieļaut, ka Aristotelis būtu kļūdījies. Arī Maikel- sons neatzina relativitātes teoriju, lai gan tieši viņa lielais eksperiments bija viens no tiem, kas sekmēja speciālās relativitātes teorijas rašanos. 1935. gadā es biju Čikāgas universitātes students un mums astrono­mijas kursu lasīja plaši pazīstams zinātnieks profesors Viljams Makmilans. Viņš teica mums tieši tā: «Rela-

tivitātes teorija ir nožēlojams pārpratums!» Savās pie­zīmēs 1927. gadā viņš rakstīja: «Mēs esam pārāk nepa­cietīgi, lai kaut ko sagaidītu. Pagājušajos 40 gados pēc Maikelsona eksperimenta mēs esam atteikušies no visa, ko mums mācīja agrāk; esam radījuši postulātu, kas ir pats bezjēdzīgākais no tiem, kādus vien varējām iedo­māties. Mēs esam pat radījuši neņūtonisku mehāniku, kura atzīst šo postulātu. Sasniegtie panākumi gan pie­rāda mūsu radošās aktivitātes un asprātības lieliskās iespējas, bet nav pārliecības, vai tie parāda arī mūsu veselā saprāta iespējas.»

Pret relativitātes teoriju izvirzīja visdažādākos iebil­dumus. Viens no pirmajiem un visvairāk lietotiem iebildumiem saistījās ar paradoksu, par kuru rakstīja pats Einšteins 1905. gadā publikācijā par speciālo rela­tivitātes teoriju (vārdu paradokss lieto, lai apzīmētu it kā kaut ko pretrunīgu vispārpieņemtajam, bet kas loģiski nerada pretrunas).

Arī mūsdienu zinātniskā literatūra daudz uzmanības pievērš šim paradoksam. Kosmisko lidojumu attīstība ir saistīta ar fantastiski precīzu aparātu laika mērīšanai konstrukciju, tā ka varbūt jau drīz būs iespēja tieši pārbaudīt šo paradoksu.