Кварки, протоны, Вселенная

Прежде всего заметим, что исходное положение о полном уничтожении тяготения подходящим выбором системы координат неточно. Это можно сделать лишь теоретически, если допустить, что сила тяготения совершенно одинакова во всех точках Вселенной. Иначе полной компенсации тяготения не получается: уничтожив его в одном месте, мы сохраним и даже усилим его в других. Например, скорость пикирования самолета, достаточная для создания невесомости на Земле, слабо скажется на весе его пассажиров в условиях массивной планеты Юпитер. Более того, теперь нам известно, что некоторые виды вещества «чувствуют» гравитацию в любой системе координат, независимо от ее скорости. Такими свойствами обладают, в частности, массивные быстро вращающиеся резонансы с большим спином. Действующие на них гравитационные силы зависят от их вращения, и полностью невесомыми эти частицы никогда не бывают.

Ну а если полная компенсация гравитационного поля невозможна, то и вывод о его геометрической природе теряет убедительность ¹. Это не твердое следствие эксперимента, а всего лишь гипотеза. Она может быть верной, а может и ошибочной. В принципе теорию допустимо строить на основе и других гипотез.

Советские физики, академик А. А. Логунов и его сотрудники, считают гипотезу Эйнштейна о чисто геометрической природе тяготения неверной. По их мнению, сегодня нет достаточных оснований отказываться от энергии. Они убеждены, что гравитация — такое же вещественное поле как электромагнитные волны или нейтрино. Его особенность лишь в том, что все без исключения известные нам виды материи имеют гравитационный заряд (массу) одного и того же знака, и поэтому и гравитационные взаимодействия одинаковы. Тяготение играет роль некоего всеобщего фона, на котором происходят все физические процессы.

Исходя из этих соображений, можно построить новую теорию гравитации, у которой будет замечательное свойство. Оказывается, если из ее уравнений исключить поле тяготения, в них останется его «отпечаток» — уравнения будут выглядеть так, будто искривилось, стало изогнутым первоначально плоское пространство. Другими словами, в новой теории есть две равноценные возможности: либо вещественное гравитационное поле в плоском пространстве, либо искривленное пространство-время, но уже без поля.

Но как же возможна замена гравитационного поля пространственной кривизной? Вспомним одно схожее, но более простое и наглядное явление. В строгой теории элементарных частиц невзаимодействующие, изолированные протоны — точечные объекты. Однако, изолировать, полностью заэкранировать от всех других частиц их можно лишь теоретически: на самом деле протоны всегда взаимодействуют с мезонным полем. Вся их «жизнь», все процессы, в которых они принимают участие, протекают на фоне порождаемого ими поля мезонов, и этот фон, облако окружающих их мезонов, проявляется как пространственная «размазка» их заряда и массы. Тут тоже есть две возможности: можно иметь дело с точечными протонами и связывающим их мезонным полем или же забыть об этом поле и рассматривать столкновение протонов-шариков. В «жизни» протонов мезонное поле играет роль посредника.

Вот такую же роль посредника в теории Логунова выполняет и гравитационное поле. Оно не размазывает ни массы, ни заряда тел, но зато искривляет, делает неоднородным пространство и время в их окрестности.

В новой гравитационной теории нет трудностей с энергией. От одного тела к другому взаимодействие передается с помощью вполне материальных, обладающих энергией и импульсом гравитационных волн. А в предельном случае, когда тяготение становится достаточно слабым, общая теория смыкается с упоминавшейся выше теорией гравитонов Бронштейна.

Итак, мы видим, что «простой» вопрос, сохраняется ли энергия, оказывается очень непростым. Многое здесь неясно. Проблема гравитационной энергии — настоящая загадка. Безусловно, будет еще немало споров и острых дискуссий вокруг различных подходов к ее решению. Теория, разработанная Логуновым и его сотрудниками, — только одна из возможностей в этом направлении. Да и теория Эйнштейна, несмотря на противоречия, содержит много привлекательного и не собирается сдавать свои позиции.

***

Мы коснулись основных и, пожалуй, самых трудных проблем современной физической науки — там, где она углубляется в недра микромира и там, где выходит на просторы большого космоса. И оказалось, что все эти проблемы взаимосвязаны. Нельзя познать космос, не изучив законов микромира, и наоборот, новые идеи элементарных частиц проходят проверку в космологии.