Глава 9. Антигравитация

Сегодня еще невозможно предсказать дальнейшую судьбу эйнштейновской теории гравитации. Феномен гравитации ставит перед нами большое количество загадок. Тем не менее непреходящим остается тот факт, что Эйнштейн научил нас смотреть на гравитационные силы под совершенно новым углом зрения.

У. Каспер.

Тяготение, загадочное и привычное

Несомненно, поиск принципов «тяготения наоборот», или антигравитации, является актуальнейшим из нерешенных задач современной науки. Обыденный опыт подсказывает, что гравитация всегда означает только притяжение. Но как только закон всемирного тяготения стал общепризнан, сразу же появился вопрос – а может ли существовать антитяготение?

Ньютонова теория ничего определенного на этот счет не говорила, а вот гравитация Эйнштейна принципиально отрицает подобную возможность. Тем не менее в печати с завидным постоянством появляются сообщения о том, что та или иная группа физиков создала устройство, способное хоть отчасти преодолеть силы тяготения. Обычно при этом в качестве ключевых элементов упоминаются всяческие вращающиеся диски и балансиры, включая всевозможные гироскопы. К глубочайшему сожалению, пока еще нет ни малейшего повода сомневаться в правильности общей теории относительности, однако и теоретики и экспериментаторы настойчиво ищут силы, которые хотя бы отчасти напоминали антигравитацию. При этом поиск идет и на сверхмикроскопических дистанциях, и в масштабах метагалактики.

Поле тяготения на подобных сверхмалых масштабах выходит из-под контроля общей теории относительности, приобретая совершенно новые черты супергравитации, включающей составляющую антитяготения. Здесь еще очень многое непонятно, но общая идея теоретических построений вполне ясна: необходимо объединить квантовую механику и релятивистскую гравитацию неким суперсимметричным образом.

Когда речь заходит об общих принципах антигравитации, часто вспоминают, что закон всемирного тяготения формально весьма схож с законом Кулона для взаимодействующих зарядов. Различаются они лишь отсутствием в природе неких «гравитационных зарядов» и разными фундаментальными константами, поскольку формула Ньютона включает так называемую гравитационную постоянную. Впрочем, ее величина во многом зависит от используемой системы единиц, так что ее легко можно сделать единичной.

Можно сказать, что общая теория относительности Эйнштейна постулирует полное равенство массы и гравитационного заряда, полагая, что гравитационные заряды в отличие от электрических имеют только один знак. Отсюда и следует всеобщее притяжение всех тяготеющих тел в природе.

Первые проблески надежды на открытие антитяготения возникли после открытия широкого класса античастиц и гипотез о существовании антимиров. Однако вскоре выяснилось, что концепция антимира в общем-то не имеет никакого отношения к проблеме антигравитации! Вначале предполагалось, что в гипотетическом антимире могут существовать как притягивающие, так и отталкивающие силы. При этом они полностью зависят от рода взаимодействующих тел – «вещественных» или «антивещественных». Вещество и антивещество в теории должны притягивать друг друга точно так же, как это происходит в обычном гравитационном поле. Но при этом же выяснилось, что обычные тела должны еще и отталкивать друг друга! Естественно, в природе ничего подобного не наблюдается, и концепция антитяготеющего антимира не получила дальнейшего развития.

Вторая попытка выявить антитяготение связана с открытием новых качеств физического вакуума, оказавшегося в некоторых теоретических представлениях антигравитирующей субстанцией, ответственной за ускоренное расширение Вселенной. До сих пор ситуация крайне сложна и неоднозначна, поскольку в бурной полемике о природе космологической антигравитации столкнулось сразу несколько разных точек зрения.

Еще одна попытка разобраться с антигравитацией была предпринята из глубин микромира с теоретической платформы квантовой гравитации и основывалась она на том, что сами процессы на сверхмалых дистанциях в теории должны напоминать ступенчатые сдвиги не некоторой условной поверхности, шаг за шагом изменяя сам рельеф эйнштейновского пространства-времени. Есть место для антитяготения и в концепции петлевой квантовой гравитации, где пространство микромира предстает в образе пузырящейся поверхности, покрытой шапкой некоей «спиновой пены».

Принцип антитяготения в теории квантовой гравитации позволяет несколько по-иному взглянуть на изначальную эволюцию Вселенной, ведь силы, вызвавшие расширение нашего пространства, вовсе не самоочевидны, поскольку и сам Большой взрыв не имеет ничего общего с привычными взрывными процессами, разбрасывающими вокруг себя «взрывной силой» остатки химических реакций «взрывного горения». Дело в том, что около четырнадцати миллиардов лет назад произошло своеобразное «вспучивание с разрывом» самой метрики протопространства, и его последующий разлет, скорее всего, никак не мог обойтись без антигравитационной составляющей, известной сегодня как темная энергия.

Согласно современным представлениям гравитационное поле должно быть квантуемо и содержать гравитоны, движущиеся со скоростью света, и кванты электромагнитного поля – фотоны. Теория предсказывает, что, подобно фотонам, гравитоны являются безмассовыми частицами и не имеют собственной массы покоя. Некоторые теоретики считают, что концепция гравитонов таит в себе новые возможности для развития антигравитационных представлений. Например, существует теория антигравитации, где ее сила всецело зависит от скорости движения объектов. Получается, что на очень быстро вращающееся массивное кольцо в поле земного тяготения должна действовать некая подъемная сила. Однако все поставленные опыты совершенно не поддержали подобных теоретических построений, и данная весьма любопытная концепция в целом была признана несостоятельной.

При решении задач антигравитации очень важны некоторые аспекты теории квантовой гравитации, антигравитационные эффекты возникли на дистанциях эффективного рассеяния гравитонов – квантов поля тяготения. Гравитоны, движущиеся, как и фотоны, со скоростью света, должны проявлять свои уникальные качества лишь на очень малых дистанциях (меньших одной тысячной диаметра адронов).