Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Izmantojot Mesbauera efektu, angļu fiziķi ir konsta­tējusi, ka atompulkstenis, kas novietots uz ātri rotējoša diska (diametrs 15 cm) apmales, mazliet palēnina savu gaitu. Rotējošo pulksteni var salīdzināt ar dvīni, kurš nepārtraukti maina savu atskaites sistēmu (vai kā dvīni, uz kuru iedarbojas gravitācijas lauks, pieņemot, ka disks ir miera stāvoklī, bet griežas kosmoss). Tāpēc šis eksperiments tieši pārbauda dvīņu paradoksu. Vēl pre­cīzāks eksperiments tiktu veikts tad, kad atompulkste­ni novietotu uz mākslīgā pavadoņa, kas varētu ar lielu ātrumu riņķot ap Zemi. Tad pavadoni nolaistu atpakaļ uz Zemes un salīdzinātu tā pulksteņa rādījumu ar pulk­steņa rādījumu uz Zemes. Protams, tuvojas laiks, kad kosmonauts, dodoties tālā kosmiskā ceļojumā, ņems līdzi atompulksteni un veiks visprecīzāko paradoksa pārbaudi. Neviens fiziķis, izņemot profesoru Dinglu, nešaubās, ka tad, kad šis kosmonauts atgriezīsies uz Zemes, viņa pulksteņa rādījums nedaudz atpaliks no tā atompulksteņa rādījuma, kas būs uz Zemes.

Un tomēr mums vienmēr jābūt gataviem sagaidīt jebkurus pārsteigumus. Atcerieties Maikelsona un Morleja eksperimentu!

Pašreiz nav neviena fiziķa, kas neatzītu speciālo re­lativitātes teoriju, un tikai nedaudzi apstrīd vispārīgās relativitātes teorijas pamatpostulātus. Tiesa, vispārīgā relativitātes teorija vēl nav atrisinājusi daudzas svarīgas problēmas. Arī novērojumi un eksperimenti, kuri ap­stiprina šo teoriju, ne vienmēr ir pārliecinoši, bez tam to ir maz. Bet pat tad, ja arī vispār nebūtu nekādu eks­perimentālu pierādījumu, vispārīgā relativitātes teorija dotu lielu ieguldījumu zinātnē, jo tā fizikā ieved dau­dzus vienkāršojumus.

Vienkāršojumus? Var likties neparasti, attiecināt šādu vārdu uz teoriju, kurā pielieto tik sarežģītu matemā­tisku aparātu. Kādreiz sacīja, ka visā pasaulē šo teoriju saprot ne vairāk kā divpadsmit cilvēku (starp citu, tas ir pārspīlēti maz pat tam laikmetam). Vispārīgās relati­vitātes teorijas matemātiskais aparāts ir tiešām sarež­ģīts, bet vispārējie jautājumi vienkāršojas. Tā, piemē­ram, uzskatot gravitācijas un inerces parādības par vienu un to pašu, vispārīgo relativitātes teoriju veik­smīgi var izmantot, lai radītu priekšstatu par Visuma uzbūvi.

So domu 1921. gadā izteica jau Einšteins Prinsto- nas universitātē lekcijas laikā: «Tas, ka inerces un gravitācijas skaitliskās vērtības ir vienādas, ļauj par tām spriest kā par vienu parādību un vispārīgajai

relativitātes teorijai rada tādas priekšrocības salīdzinā­jumā ar klasiskās mehānikas koncepcijām, ka visas grūtības var uzskatīt par nelielām .. .»

Bez tam relativitātes teorijai piemīt arī tas, ko mate­mātiķi sauc par eleganci, jo tā ir kā sava veida mākslas darbs. «Katram skaistuma mīļotājam,» kādreiz izteicās Lorencs, «ir jāvēlas, lai šī teorija izrādītos pareiza.»

Šajā grāmatas nodaļā neapskatīsim relativitātes teo­rijas stingri iesakņojušos aspektus, bet lasītājam būs jāienirst niknu strīdu dzelmēs, kur katrs uzskats ir tikai pieņēmums, kas savukārt ar zinātniskiem spriedumiem ir vai nu jāpierāda, vai jānoraida. Kas ir Visums? Mēs zinām, ka Zeme ir planēta mūsu Saules deviņu planētu sistēmā. Savukārt Saule ir viena no apmēram simtiem miljardu zvaigžņu, kuras veido mūsu Galaktiku. Mēs arī zinām, ka tajā telpas daļā, kuru esam izpētījuši ar visjaudīgākiem teleskopiem, ir izkliedētas arī citas ga­laktikas, kuru skaits sniedzas miljardos. Vai tas tā tur­pinās līdz bezgalībai? Vai galaktiku skaits arī ir bezga­līgs? Jeb vai telpai tomēr ir kādi galīgi izmēri? Varbūt mums jāsaka mūsu telpa, jo, ja tā ir galīga, tad kāpēc gan nevarētu pastāvēt vēl arī citas?

Astronomi mēģina atbildēt uz šiem jautājumiem. Viņi konstruē dažādus Visuma modeļus — pasaules iedo­māto izskatu, ja pieņem, ka pasaule ir viens vesels. De­viņpadsmitā gadsimta sākumā daudzi astronomi uzska­tīja, ka Visums ir bezgalīgs un tajā ir bezgalīgi daudz sauļu. Telpu uzskatīja par Eiklīda telpu. Taisnas līni­jas, ejot visos virzienos, aizgāja bezgalībā. Ja kosmis­kais kuģis dotos ceļā jebkurā taisnā virzienā, tā ceļo­jums ilgtu bezgalīgi un tas nekad nesasniegtu robežu. Tāds uzskats bija jau arī senajiem grieķiem. Viņi mēdza teikt, ka, ja karavīrs mestu savu šķēpu telpā arvien tālāk un tālāk, viņš nekad nevarētu sasniegt tās bei­gas. Ja tādu telpas nobeigumu mēs tomēr varētu iedo­māties, tad karavīrs varētu nostāties tur un atkal mest šķēpu vēl tālāk.

Šādu uzskatu 1826. gadā apšaubīja vācu astronoms Heinrihs Olberss. Ja jau sauļu skaits ir bezgalīgs un tās izvietotas telpā haotiski, tad taisnei, ejot no Zemes jeb­kurā virzienā, galu galā būtu jāatduras pret kādu no zvaigznēm. Tādā gadījumā visai debesij naktī vaja­dzētu izskatīties kā nepārtrauktai žilbinošai virsmai. Mēs zinām, ka tā nav, tāpēc ir jāpierāda, kāpēc debesis naktī ir tumšas. Tas ir tā saucamais Olbersa paradokss. Lielākā daļa astronomu deviņpadsmitā gadsimta beigās un divdesmitā gadsimta sākumā uzskatīja, ka sauļu skaits ir ierobežots. Pēc viņu domām visas saules ir koncentrētas mūsu Galaktikā. Bet kas ir ārpus šīs Galak­tikas? Nekas! Tikai šī gadsimta divdesmito gadu vidū ieguva neapstrīdamus pierādījumus, ka eksistē miljo­niem galaktiku, kuras atrodas milzīgos attālumos no mūsējās. Tomēr pastāvēja arī uzskats, ka tālo zvaigžņu gaismu var absorbēt kosmisko putekļu sablīvējumi.

Zviedru matemātiķis V. Šarljē šim paradoksam deva visasprātīgāko izskaidrojumu. Viņa doma ir šāda — ga­laktikas grupējas asociācijās, asociācijas — superasociācijās, superasociācijas tālāk supersuperasociācijās utt. līdz bezgalībai. Katrā apvienošanās pakāpē attālumi

starp grupām pieaug ātrāk nekā grupu izmēri. Ja tas būtu pareizi, tad, jo tālāk mēs turpinātu taisno līniju no mūsu Galaktikas, jo mazāka būtu varbūtība, ka tā krustotu citu galaktiku. Šādu asociāciju hierarhija ir bezgalīga, tātad, kā iepriekš varētu apgalvot, Visumā ir bezgalīgi daudz zvaigžņu. Šādā Olbersa paradoksa iz­skaidrojumā nav nekādu kļūdu, izņemot to, ka ir vēl viens, daudz vienkāršāks izskaidrojums.

1917. gadā pats Einšteins, pamatojoties uz relativitā­tes teoriju, izstrādāja jaunu Visuma modeli. Tas bija elegants, lielisks modelis, tikai diemžēl vēlāk Einšteins bija spiests no tā atteikties. Jau agrāk mēs apskatījām, ka gravitācijas lauks ir telpas un laika struktūras izlie­kums, kas rodas lielu masu klātbūtnē. Skaidrs, ka katrā galaktikā ir daudz tādu telpas un laika savērpumu un liekumu. Bet kā ir ar milzīgajiem tukšuma apgabaliem starp galaktikām? Daudzi uzskata, ka, jo attālums no galaktikas ir lielāks, jo telpa kļūst plakanāka. Ja Vi­sumā nebūtu matērijas, tad telpa būtu pilnīgi plakana. Citi fiziķi uzskata, ka šādā gadījumā vispār nav jēgas runāt par kādu Visuma struktūru. Visuma telpa un laiks abos gadījumos izplatās neierobežoti visos virzie­nos.

Einšteins izvirzīja citu priekšlikumu. Pieņemsim, viņš sacīja, ka matērijas Visumā ir tik daudz, ka tam ir po­zitīvs liekums. Šādā gadījumā telpa pati sevi noslēgtu visos virzienos. To nevar izprast, ja neņem palīgā četr- dimensiju neeiklīda ģeometriju, tomēr pašu domu var uztvert pat ar divdimensiju modeļa palīdzību. Iedomā­simies, ka pastāv kāda plakana zeme Plakni ja, kurā dzīvo divdimensiju būtnes. Tās uzskata, ka viņu zeme ir Eiklīda plakne, kura neaprobežoti izplatās visos