Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [98]
Рис. 6.18. Незамкнутые траектории на практике трудно отличимы от тех, которые замы-каются после очень большого числа оборотов. Показано несколько первых оборотов таких траекторий. Начало обхода орбиты показано утолщенной линией. Слева: орбита с тремя лепестками, одной дополнительной намоткой и правилом «пропустить один лепесток». Справа: орбита с четырьмя лепестками и одной дополнительной намоткой
Равенство без исключений. Мы позабыли о наблюдателях, не падающих свободно в кораблях с выключенными двигателями (или верхом на гайках), а включающих двигатель в своей ракете, или замедляемых атмосферой, или испытывающих давление света, или просто сидящих у себя дома. Одинаковы ли законы природы в картах (малых областях) всех таких наблюдателей? Да, одинаковы. Никакого клуба избранных наблюдателей на самом деле нет, все они равны перед законами природы, и единственное требование, которое остается, – чтобы они (наблюдатели) были локальными, т. е. изучали мир в пределах малого куска пространства-времени. Конечно, включение или невключение двигателя – это две разные ситуации, которые не спутаешь; однако в каждой из них наблюдатель, изолировавшийся от внешнего мира, может упрямо считать себя неподвижным – ценой того, что ему, возможно, придется зафиксировать наличие гравитации. Это видно вот как. Свободное падение с тем или иным ускорением на взгляд со стороны (1g вблизи поверхности Земли; как всегда, требуется убрать воздух) «выключает» гравитацию для участников падения: они ощущают невесомость. Но если ракета, в которой они падали, включает двигатели так, чтобы прервать падение и остановиться на фиксированной высоте над поверхностью (похожая задача решается на рис. 6.19), то вместо невесомости они немедленно ощутят силу тяжести – ту самую, земную, сообщающую всем телам ускорение 1g. А если теперь в такой же ракете где-нибудь вдали от Земли, Солнца и чего угодно включить двигатель с такой же тягой, то ракета полетит с ускорением 1g (относительно равномерных и прямолинейных наблюдателей, о которых, впрочем, мы вот-вот забудем), а на борту будет ощущаться та же самая сила тяжести, сообщающая всем телам ускорение 1g, – гравитация как будто на Земле. Так вот, главное: никакого «как будто». Это и есть гравитация – точно такая же, как на Земле рядом с поверхностью, локально неотличимая от земной. Другими словами, если наблюдатель, на чей-то сторонний взгляд, решил ускориться (затормозить, повернуть или все сразу), то испытываемая им перегрузка неотличима от действия гравитации: отказываясь выглядывать в окно, он может с равным успехом считать, что покоится, но находится в области действия гравитации. Никакие эксперименты, охватывающие малый кусок пространства-времени, не позволяют отличить ускорение от гравитации. В дополнение к двум пунктам в главе «прогулка 5» мы теперь имеем ключевое утверждение, известное как общий принцип относительности:
Все законы природы одинаковы для всех локальных наблюдателей, движущихся произвольным образом относительно друг друга. Локальный наблюдатель не может определить, вызвано ли относительное ускорение какого-либо тела гравитацией или ускорением самого наблюдателя.
Локальные эксперименты не позволяют отличить ускорение от гравитации
Рис. 6.19. Падающая ракета включает двигатель, чтобы остановиться перед касанием поверхности
Эквивалентность гравитации и ускорения имеет множество следствий; одно из них состоит в том, что гравитация замедляет ход времени. Чем в более сильной гравитации находится наблюдатель, тем медленнее течет его время по сравнению с наблюдателем где-то далеко в пустом пространстве. Ускорение ракеты, как мы видели в главе «прогулка 5» (где ракета меняла направление движения на противоположное), имеет эффект замедления времени; общий принцип относительности тогда говорит нам, что это же верно и для гравитации.
Гравитация замедляет время
Поскольку притяжение Земли несколько слабеет с высотой, те, кто работает на верхнем этаже небоскреба, стареют чуть быстрее, чем их коллеги на первом этаже. Сейчас это замедление времени можно измерить для разницы высот уже в несколько десятков сантиметров той же техникой, которая позволила проверить замедление времени на велосипедно-автомобильных скоростях. В эпоху, когда лучшие средства измерения времени были менее точными, требовалась несколько большая разница высот. Осенью 1971 г. прецизионные для того времени цезиевые часы отправились в путешествие на самолетах, после чего их показания сравнили с показаниями часов, остававшихся на базе. Показания разошлись; ситуация эта прекрасна тем, что причин расхождения две и они действуют в разных направлениях в зависимости от направления движения самолета, поэтому часы проделали два кругосветных путешествия в противоположных направлениях. Часы в самолете находятся на некоторой высоте над поверхностью и должны от этого идти быстрее тех, что на базе; часы в самолете движутся относительно базы с контрольными часами, но из-за вращения Земли вокруг своей оси и сама база движется относительно наблюдателя, условно помещенного в центр Земли. С точки зрения этого наблюдателя наибольшей скоростью обладают часы, летящие на восток; с «промежуточной» скоростью движется сама база; меньшая из трех скоростей – у самолета, летящего на запад. Формулы для вычислений простые, сложность же была в том, чтобы как можно точнее оценить условия эксперимента: измерить те, которые меняются (скорость и высота), а остальные поддерживать неизменными. Использовались обычные рейсовые самолеты; для часов и батарей были куплены два отдельных билета на имя Mr. Clock. В восточном направлении цезиевые часы за 65 часов и 25 минут полета проделали путешествие из Вашингтона в Вашингтон через Лондон, Франкфурт, Стамбул, Бейрут, Тегеран, Нью-Дели, Бангкок, Гонконг, Токио, Гонолулу, Лос-Анджелес и Даллас. Ожидаемые расхождения, накапливающиеся за это время, лежат в пределах 200 наносекунд, но сокращение двух эффектов оставило от этих двух сотен лишь десятки: время, прошедшее в самолете, должно было превышать время на базе на (144 ± 14)
Гематолог-онколог Михаил Фоминых доступным языком рассказывает об анатомии и физиологии крови и кроветворных органов, наиболее часто встречающихся синдромах и заболеваниях системы крови, методах диагностики и лечения, о современной теории канцерогенеза, причинах развития онкологических заболеваний, развенчивает распространенные мифы о крови и ее болезнях. Эта книга содержит важные сведения, которые помогут вам более осознанно и уверенно общаться с врачами, однако ее цель – не только рассказать о возможностях диагностики и лечения гематологических заболеваний, но и расширить наши познания о крови – жизненно важной и необыкновенно интересной жидкой ткани организма.
С самого возникновения цивилизации человечество сосуществует с невидимыми и смертоносными врагами – вирусами. Оспа унесла больше жизней, чем все техногенные катастрофы и кровопролитнейшие войны XX века; желтая лихорадка не позволила Наполеону создать колониальную империю и едва не помешала строительству Панамского канала. Ученый-вирусолог, профессор Майкл Олдстоун, основываясь на свидетельствах современников ужасных эпидемий и ученых, «охотников за микробами», показывает, насколько глубоко влияние вирусов на жизнь человечества.
Билл Най — инженер, телеведущий популярных научных передач («Билл Най — научный парень») и директор Планетарного общества, занимающегося исследованиями в области астрономии и освоения космоса, а также популяризации науки. В своей книги об эволюции он увлекательно, с юмором, рассказывает о происхождении жизни, появлении новых видов, о дарвиновской теории и свидетельствах ее достоверности, которые мы можем найти в окружающей нас жизни, а также о последних исследованиях в медицине, биологии и генной инженерии.
Последняя египетская царица Клеопатра считается одной из самых прекрасных, порочных и загадочных женщин в мировой истории. Её противоречивый образ, документальные свидетельства о котором скудны и недостоверны, многие века будоражит умы учёных и людей творчества. Коварная обольстительница и интриганка, с лёгкостью соблазнявшая римских императоров и военачальников, безумная мегера, ради развлечения обрекавшая рабов на пытки и смерть, мудрая и справедливая правительница, заботившаяся о благе своих подданных, благородная гордячка, которая предпочла смерть позору, — кем же она была на самом деле? Специалист по истории мировой культуры Люси Хьюз-Хэллетт предпринимает глубокое историческое и культурологическое исследование вопроса, не только раскрывая подлинный облик знаменитой египетской царицы, но и наглядно демонстрируя, как её образ менялся в сознании человечества с течением времени, изменением представлений о женской красоте и появлением новых видов искусства.
«Быки» и «медведи» — так называются спекулянты, играющие соответственно на повышении и понижении курса ценных бумаг. Фондовая биржа и является тем местом, где скрещивают копья эти спекулянты-профессионалы. Анализируя механизм биржевой спекуляции, закономерности курсов ценных бумаг, кандидат экономических наук В. П. Федоров показывает социально-экономическую роль биржи, обнажает паразитизм биржевиков, царящую там обстановку узаконенного грабежа и прямой преступности. Работа написана популярно и доступна самому широкому кругу читателей.
Воздушную оболочку Земли — атмосферу — образно называют воздушным океаном. Велик этот океан. Еще не так давно люди, живя на его дне, почти ничего не знали о строении атмосферы, о ее различных слоях, о температуре на разных высотах и т. д. Только в XX веке человек начал подробно изучать атмосферу Земли, раскрывать ее тайны. Много ярких страниц истории науки посвящено завоеванию воздушного океана. Много способов изыскали люди для того, чтобы изучить атмосферу нашей планеты. Об основных достижениях в этой области и рассказывается читателю в нашей небольшой книге.