Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [99]
Падения света. «Материя» в высказывании Уилера включает и свет. Ему (свету) пространство-время тоже говорит, как двигаться: по геодезическим. «Надменность» света, впрочем, никуда не делась, и подходящие для него геодезические несколько отличаются от остальных – они не могут описывать движение никакого тела, но это тоже геодезические в строгом математическом смысле. Они ожидаемо называются «световые геодезические». Особая роль света проявляет себя и в том, что свет движется только по геодезическим. Обычное тело можно толкать палкой, увозить в трюме ракеты или приделать к нему моторчик – и тогда оно уже не будет свободно падать, т. е. двигаться под действием одной только гравитации, и в пространстве-времени его движение не будет описываться геодезической. Но со светом ничего такого проделать нельзя; его можно только притянуть гравитационно, а это и значит, что его траектории в пространстве описываются геодезическими в пространстве-времени. И пространственные траектории вовсе не обязательно оказываются прямыми!
Распространение света – это всегда свободное падение
Световые геодезические таковы, что, в частности, свет далеких звезд, проходя вблизи Солнца, отклоняется от прямой линии. Эти отклонения можно измерить; правда, к таким измерениям надо специально готовиться, потому что требуется загородить Солнце, чтобы оно не слепило. Для этой цели прекрасно подходит Луна – правда, только в короткие минуты солнечных затмений и в тех регионах, где затмение полное. После первого такого измерения в 1919 г. Эйнштейн буквально проснулся знаменитым: почему-то именно отклонение света, а не вращение орбиты Меркурия вызвало публичный резонанс. Возможно, дело в исторически сложившейся «драматургии»: аномалия в движении Меркурия была сначала измерена, а потом получила объяснение, тогда как отклонение света сначала было предсказано, а потом измерено. Современные высокоточные наблюдения позволяют зафиксировать и отклонения лучей света, проходящих на таком угловом расстоянии от Солнца, что «выключения» светила не требуется; космический телескоп Hipparcos Европейского космического агентства, а затем его преемница Gaia, работающая в точке Лагранжа L>2 системы Солнце – Земля, проделали десятки тысяч таких измерений. Отклоняют свет, только намного сильнее, и объекты в сотни миллиардов и более раз массивнее Солнца – галактики и скопления галактик; этот эффект называется гравитационным линзированием. Здесь для успеха наблюдения нужно найти яркий источник света за какой-нибудь галактикой. Не очень далекая галактика ZW 2237+030 (400 млн световых лет) учетверяет изображение такого яркого источника (квазара), находящегося на расстоянии около 8 млрд световых лет, а изображение галактики SDP.81 (11,7 млрд световых лет от нас) имеет вид кольца из-за линзирования другой, более близкой галактикой (рис. 6.20)[112].
Чтобы увидеть, как проявляют себя законы, по которым отклоняется – да, свободно падает – свет, вместо разбрасывания гаек надо светить фонариком в сторону притягивающего центра. Из-за того, что вместе со светом нельзя отправить никакие предметы, включая часы, нет «внутреннего» способа измерять протяженность вдоль световой геодезической; как следствие – в световых геодезических меньше разнообразия, чем в «обычных». Это станет заметно, как только мы заменим космический разбрасыватель гаек на тот или иной вариант космического лазера: разнообразие возможных орбит сократится, и вместо двух параметров (энергии и количества вращения относительно центра) результаты наших экспериментов по запуску света в сторону притягивающего центра будут зависеть только от одного. В этом качестве особенно удобно использовать «прицельное расстояние» – минимальное расстояние, на котором луч прошел бы от центра, если бы двигался по прямой. Свет не распространяется по прямой мимо центра притяжения, но параметр все равно удобный, да и название хорошее. А вот от энергии света ничего не зависит: если вы одновременно пошлете свет из обычной лампы и из рентгеновского лазера, то эти два «света» нигде не разделятся, не разойдутся в стороны и не отстанут друг от друга.
