Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2008 № 05

С тех пор как Коперник открыл, что Земля, как и другие небесные тела, вращаются вокруг нашего светила по замкнутым траекториям, не мог не возникнуть вопрос: «Какая сила удерживает планеты и астероиды на их орбитах?»

Ответ предложил Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения.

В справедливости этого закона никто не сомневался, пока Альберт Эйнштейн не попытался распространить законы физики не только на Солнечную систему, но и на всю Вселенную. Поначалу и он предполагал, что отдаленные галактики постоянно находятся на одних и тех же местах. Однако в 1929 году американский астрофизик Эдвин Хаббл, имя которого ныне носит всем известный космический телескоп, упомянутый в предыдущей статье, выяснил, что все галактики разбегаются друг от друга.

Установить это ему удалось по так называемому «красному смещению». Помог ему в том закон Доплера, открытый в 1842 г. австрийским физиком Кристианом Доплером. Стоя как-то на перроне, Доплер обратил внимание, что гудок уходящего поезда имеет тон ниже, чем гудок приближающегося. Ну, а Хаббл применил эффект Доплера к оптическому сигналу. И по смещению его спектра сумел вычислить скорость разбегания галактик. (Теперь постоянная Хаббла входит во все учебники физики.)

Некоторые ученые подозревают, что темная материя разбросана по Вселенной в виде неких невидимых «островов», влияющих своей гравитацией на окружающее пространство.

Почему же галактики разбегаются? Ответили на этот вопрос таким образом: некогда наша Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. С той поры все небесные тела — осколки того взрыва — разлетаются в стороны.

Однако из практического опыта известно, что чем дальше летит осколок от эпицентра взрыва, тем меньше его скорость. А вот в космосе, судя по замерам, все обстоит как раз наоборот: скорости разбегания галактик на окраинах Вселенной все увеличиваются и увеличиваются. Почему?

Пытаясь разрешить очередную загадку, космологи решили, что во всем виновата загадочная скрытая масса, которой дали название «темная материя». По их расчетам получалось, что около 25 % массы Вселенной увидеть нельзя. И эта темная материя проявляет себя лишь своим тяготением. Располагаясь по окраинам Вселенной, она как бы тянет на себя галактики, заставляя их ускорять движение от центра.

Впервые о темной материи заговорили еще 75 лет назад, когда американский астроном из Калифорнийского технологического института Фриц Цвики, обратил внимание на то, что галактики в скоплении Кома движутся слишком быстро для того, чтобы это можно было бы объяснить инерцией Большого взрыва. Ученый и предположил тогда, что в скоплении присутствует некая невидимая сила, которая своим гравитационным воздействием галактики ускоряет.

В эту идею поверили лишь в 60-е годы ХХ века, когда обнаружили, что многие звезды на перифериях галактик движутся с такой большой скоростью, что галактики своим притяжением просто не могли бы их удержать, согласно тому же закону всемирного тяготения, однако почему-то удерживают.

За прошедшие три с лишним десятилетия накопилось огромное количество фактов, косвенным образом подтверждающих существование скрытой массы. Впрочем, саму темную материю никому обнаружить пока так и не удалось.

А потому наряду с увеличением количества ученых, которые уверены в существовании скрытой массы, растет и количество скептиков. Так, недавно канадский астрофизик Джон Моффат вместе со своим коллегой Билли Джоэлом придумал, как можно объяснить происходящие процессы без помощи гипотезы о темной материи.

Он попытался ввести в уравнения Эйнштейна, описывающие разбегающуюся Вселенную, некоторые поправки. У него получилось, что закон всемирного тяготения верен лишь для относительно небольших, по вселенским понятиям, масс и расстояний. А вот в галактических масштабах эта сила существенно выше, чем получалось в результате прежних расчетов. И такая поправка позволяет объяснить поведение галактик в крупных скоплениях-кластерах уже без введения дополнительной темной материи.

Наши российские теоретики, впрочем, отнеслись к рассуждениям канадца довольно сдержанно. «Эта сенсация несколько запоздала», — считает, к примеру, профессор Владимир Бусарев, заведующий отделом внегалактической астрономии Государственного астрономического института. И с ним можно согласиться.

Дело в том, что еще четверть века назад, в 1983 году, израильский теоретик Мордехай Мильдгром сделал первую попытку усовершенствовать теорию гравитации. И с тех пор регулярно появляются новые версии этой модификации. В основе этих попыток лежит предположение, что гравитация — величина переменная. Причем зависит она не только от масс небесных тел, но и от ускорений, с которыми они движутся.

Однако у этих теорий свой недостаток. Они подвергают сомнению закон всемирного тяготения, но не дают взамен столь же удобной и емкой формулы, в которую бы входили и ускорения. Не удается подтвердить изменение силы тяжести и в неоднократно проводившихся экспериментах с крутильными весами.

Возможно, дело сдвинется с мертвой точки, если удастся окончательно отработать «теорию всего», о которой мы писали в «ЮТ» № 3 за 2008 г. И тогда «невидимку» в том или ином виде все-таки обнаружат по оставленным им следам.

С. НИКОЛАЕВ, научный обозреватель «ЮТ»

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ

Ковер-самолет вполне реален

Математическая формула показала: ковер может стать… самолетом.

Математики Гарвардского университета во главе с Л. Махадеваном доказали, что ковер-самолет может быть создан в реальности. «Летать он сможет за счет частых колебаний своей поверхности с частотой до 10 раз в секунду, — уверяет профессор. — Однако максимальная площадь такого ковра пока что может быть лишь нее большой, сравнимой с площадью денежной купюры…

Но если химики и текстильщики создадут достаточно прочный и жесткий материал, размеры этого небольшого летательного аппарата можно будет увеличить».

Что же кроется за этим сообщением? Ужели и правда может появиться принципиально новый способ полета?

На этот вопрос хочется ответить отрицательно. Частоте десять колебаний в секунду, о которой сообщает профессор, соответствуют звуковые волны длиной 34 м. По отношению к ним опытный образец ковра площадью с денежную купюру — ничтожно малая величина. Более того, звуковое давление будет направлено во все стороны сразу, и подъемная сила не возникнет. Однако в следующих сообщениях со ссылкой на того же Л.Махадевана, говорится, что ковер будет колебаться с амплитудой 0,25 мм и сможет летать только вблизи земли, на высоте 0,1 мм. А вот это уже другое дело! Отраженный от земли звук начнет складываться с тем, что излучается пластиной. Образуется зона повышенного давления воздуха, а из узкой щели между землей и пластиной ему будет очень трудно выйти. Возникнет нее что вроде акустической подушки, на которую и сможет опираться поверхность ковра.

Профессор математики Гарвардского университета Л.Махадеван.

Джон Кили в своем кабинете.

Однако вообще-то сила звукового давления мала. Даже вблизи сверхмощного киловаттного громкоговорителя давление составляет лишь десятки граммов на квадратный метр. Трудно придумать применение летательному аппарату с максимальной высотой полета в несколько миллиметров и подъемной силой, измеряемой, в лучшем случае, килограммами. Но не будем торопиться с выводами.

Дело в том, что за последние 100 с лишним лет был сделан ряд открытий, говорящих о том, что звук может быть источником больших сил и энергий. Речь идет о том, что при правильном учете свойств среды и подборе частоты звук способен вызвать появление дополнительной энергии.

Первым, как ни странно, столкнулся с проявлением этой энергии американский музыкант Джон Кили (1837–1898). Он публично демонстрировал свои достижения и утверждал, что для каждого тела существует мелодия, способная изменить его вес как в сторону уменьшения, так и увеличения.

В доме, где жил Кили, сохранилась его лаборатория. В ней когда-то находились многочисленные и непонятные устройства с не менее странными названиями — либратор, симпатический передатчик, дезинтегратор. Они состояли из музыкальных инструментов, органных труб, камертонов и объемных резонаторов в виде сфер, конусов и цилиндров. То тут, то там попадались диски с тонкими спицами из золота и платины. Отдельные элементы соединялись свободно висящими шелковыми нитями. Одна из них тянулась к большому механизму с колесами, цилиндрами и шестернями. Когда Кили трогал смычком струны цитры, вся система, представлявшая собой сложный и точно настроенный акустический резонатор, откликалась, и в углу лаборатории приходил сам собою в движение массивный механизм с колесами и поршнями.