Чи існують гравітаційні хвилі?
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Чи існують гравітаційні хвилі? Мені здається, що поки ще рано категорично відкинути знак питання в кінці цієї фрази. Правда, питання, що стоїть перед теоретичною фізикою слід сформулювати трохи інакше: чи здатна зміна кривизни простору переносити енергію? Ейнштейн і Еддінгтон, здавалося б, не тільки позитивно відповіли на це питання, але навіть дали формулу для обчислення такої енергії. Чого ж, здається; більше? Але ось один з найвизначніших учнів і послідовників Ейнштейна, відомий польський фізик Інфельд ставить під сумнів можливість перенесення енергії гравітаційними хвилями.
До цього висновку він прийшов у результаті складних математичних перетворень рівнянь руху багатьох тіл в загальній теорії відносності. Величезну роль у цій теорії відіграє вибір системи координат. Тут, мабуть, не місце вдаватися в докладне роз’яснення, як це виходить. Але, коротко кажучи, існування гравіохвиль не повинно залежати від того, з якої «точки зору» їх спостерігають. Так само, наприклад, вага тіла не змінюється від того, в чому його висловити: в кілограмах, фунтах або унціях (втім, на цьому схожість і закінчується).
Так от, Інфельд дійшов висновку, що завжди можна підібрати таку систему координат, в якій енергія гравітаційних хвиль виявиться рівною нулю. А отже, і в будь-який інший системі координат вона теж не повинна відрізнятися від нуля (нуль кілограмів дорівнює нулю унцій, нулю пудів, нулю тонн).
Ряд вчених не згоден з висновками Інфельда. Вони вважають, що справа йде набагато складніше. При переході від однієї системи координат до іншої можуть змінитися не тільки одиниці виміру. Скажімо, якщо ми замість системи відліку, що рухається прямолінійно і рівномірно, візьмемо систему, що рухалася прискорено, наприклад обертове тіло, то з’являться цілком реальні фізичні силові поля, яких раніше не було – поле відцентрової сили і сили Коріоліса. На Землі завдяки відцентровій силі вага тіл на поверхні планети змінюється залежно від широти, сила Коріоліса теж викликає помітні природні явища, з нею доводиться рахуватися при багатьох технічних розрахунках, наприклад при створенні турбін. Щось у цьому роді, можливо, і не враховує Інфельд.
З іншого боку, і саму загальну теорію відносності не можна звинуватити в тому, що вона в своєму нинішньому стані не може дати вичерпні відповіді на всі питання, що стосуються гравітації. Широко поширена думка про «закінченість» і «завершеність» теорії відносності неправильна. Це велике творіння людського розуму можна уподібнити прекрасній будівлі, в якій є, однак, деякі недоробки. Теорія відносності продовжує розроблятися; кінець розробки і розвитку будь-якої теорії може бути тільки початком кінця самої теорії, що передвіщає виникнення нової, більш досконалої.
Але навіть, якщо на питання про існування гравітаційних хвиль буде дано чітку і ясну позитивну відповідь, якщо спірне твердження перетвориться на незаперечну істину, – і тоді залишиться під сумнівом можливість штучного одержання і особливо використання гравітаційних хвиль.
Умоглядно можна собі уявити багато чого. Але фантастика фантастиці різниться. Скажімо, фотонні ракети, про які багато говорять останнім часом, з точки зору фізики, в принципі цілком реальна річ, хоча можливість їх технічного здійснення ще сумнівна.
У питанні про отримання та використання гравітаційних хвиль справа йде ще складніше. Обертання або коливання макротіла з потрібною швидкістю винятково важко. А в мікросвіті гравітаційні ефекти мізерно малі порівняно з усіма іншими, зокрема електромагнітними.
Будь-яке явище природи має бути детально досліджене і пізнане людиною. Тут сумнівів бути не може. Але не завжди і не всяке пізнане явище можна використовувати для наших практичних потреб.
Автор: М. Ф. Широков.