Расстояние от оси лучше делать побольше. И вот почему.
Пусть длина спицы, на которой держится стадион, невелика — скажем, 100 метров. Тогда поле стадиона (шириной в те же 100 метров) будет либо кривым, как дно корыта, либо, если его сделать прямым, в разных местах будет иметь разное тяготение. В центре прямого поля тяготение окажется в √3/2 раза меньше, чем по краям (учтя, что центробежная сила пропорциональна радиусу, проверьте это сами — простейшая геометрическая задачка). В обоих случаях прыгать и бегать будет затруднительно. Спортсмены попросят устроить прямое поле. И чтобы везде на нем было одинаковое тяготение.
Исполнить это требование можно.
Надо сделать так, чтобы размер стадиона был невелик по сравнению с длиной спицы. А поскольку длину беговых дорожек наши потомки, надо полагать, менять не пожелают, придется увеличить длину спицы. При двух-трехкилометровой спице на прямом стадионе вес игроков, перебегавших с краев к центру, будет варьироваться меньше, чем на свою тысячную долю. Пожалуй, терпимо.
А какова должна быть скорость вращения космической олимпийской карусели?
Чтобы устроить на стадионе, закрепленном на спице в километре от оси, такое же по силе тяготение, как на земной поверхности, стадион придется (опять простенькая школьная задачка!) заставить совершить один полный оборот вокруг оси за две минуты. Линейная скорость стадиона при этом окажется довольно значительной — 100 метров в секунду [13].
Говорит Маленький Принц
В чем достоинства олимпийской карусели?
Ее не придется непрерывно разгонять, как того требовали ускоряющиеся платформы со стадионами. В космосе отсутствует сопротивление среды — значит, достаточно одного хорошо рассчитанного толчка ракетными двигателями, и карусель начнет кружиться как положено и создавать надлежащее тяготение.
В общем, проект вышел неплохой. Я даже намеревался взять на него патент и принялся сочинять авторскую заявку. Но произошло волшебство: на мой письменный стол прилетел Маленький Принц из сказки Антуана де Сент-Экзюпери. Он сказал:
Здравствуй, — и присел на стопку книг.
Здравствуй, — сказал я.— Как поживаешь?
Он не ответил, поглощенный разглядыванием того, как я выписываю буковки на белой бумаге. Чтобы не вспугнуть его, я сделал вид, что нисколько не удивился. Наконец он вежливо попросил:
Пожалуйста, нарисуй мне то, что ты описываешь.
Я нарисовал ему олимпийскую карусель с беговой дорожкой и объяснил, что к чему. Маленький Принц на минутку задумался, и славное личико его стало печальным. Губы вздрогнули, из глаз полились слезы.
Я опешил. И тут же заговорил наигранно-бодрым голосом:
Ты совершенно напрасно плачешь. С чего это вдруг? Или тебе не нравится мой проект?
Не нравится.— Маленький Принц проглотил рыдание.
Почему же? Взгляни-ка, какой он хороший! Каждый житель Солнечной системы получит на нем свою силу тяжести...
Да, каждый, — сказал обиженно Маленький Принц.— Каждый, кроме меня...
Почему же?
Потому что я хочу выпуклый стадион. И выпуклую беговую дорожку. Да такую, чтобы всюду тяжесть была направлена к центру кривизны. Как на моем астероиде. А ты можешь сделать только прямой или вогнутый...
Маленький Принц снова заплакал. Он говорил, что не желает бегать на столе. Он ведь прилетел с крошечной планеты, где любая спортивная площадка как корка на куске арбуза. Я огорченно слушал и не знал, чем его утешить. Действительно, в моих проектах никак нельзя было устроить то, что подошло бы моему новому заказчику.
Карты спутаны
Надеюсь, после визита Маленького Принца читатель несколько запутался. Это как раз и требуется для четкого понимания дальнейшего.
В самом деле, вышло что-то нескладно.
С одной стороны, приведены факты, доказывающие полную взаимозаменяемость инерции и тяготения: похищенная Людмила, жуки-физики в мяче, хладнокровный человек в падающем лифте дружно засвидетельствовали невозможность отличить одно от другого. На этом основании был провозглашен эйнштейновский принцип эквивалентности инерции и тяготения, утверждена относительность всех движений (а не только равномерных и прямолинейных). Стало понятно равенство тяжелой и инертной масс, разъяснялось как будто загадочное свойство пушинки и камня падать в пустоте одинаково быстро.
Сведя тяготение к инерции, я так обрадовался, что взялся выдумывать способы технического изготовления разнообразных сил тяжести для спортивных целей. Предложил ускоряющиеся платформы-стадионы. Изобрел космическую олимпийскую карусель. Все шло ловко и гладко.
Но тут явился Маленький Принц и смешал карты.
Как это произошло?
Маленький Принц напомнил нечто очень важное: центральность сил тяготения. Земля притягивает к себе тела так, как если бы вся ее масса была сосредоточена в одной точке — в центре масс. И Солнце, и Луна, и любая планета, любая звезда. Потому-то и получился на планете Маленького Принца выпуклый стадион со строго одинаковым тяготением в разных точках. Да и на больших планетах, если уж быть пунктуально точным, стадионы со всюду равной тяжестью теоретически чуть- чуть выпуклы.
Однако никаким ускоренным движением невозможно создать в жесткой системе отсчета инерцию, обладающую этим же свойством. Как ни хитри, этого не добьешься. Инерцией можно разбросать тела в разные стороны по расходящимся линиям (на карусели), можно заставить их лететь или давить в параллельных направлениях (на ускоряющихся платформах). Можно устраивать вогнутые и прямые стадионы — пожалуйста, сколько угодно. Но устремить инерционное давление по линиям, сходящимся к какому-то центру, нельзя. Ведь для создания центростремительного тяготения жесткая система отсчета должна сразу ускоряться и «вперед», и «назад», и «вверх», и «вниз», и как угодно «вбок». Она должна вести себя по примеру ускоренно раздувающегося шара. Тела на таком стремительно растущем шаре станут не только давить «вниз», к центру, но и разбегаться в стороны. Но тогда он потеряет свою жесткость, разрушится, взорвется.
Между тем предметы на земной поверхности в стороны не разбегаются, Америка и Азия не рвутся в небеса, не разгоняются в противоположных направлениях.
Нет инерции, в точности повторяющей земное тяготение, — сразу все и надолго (раздувающийся ускоренно шар, правда, воспроизведет полное тяготение, существующее у земной поверхности, но лишь на бесконечно короткое время — пока его стремительно растущий радиус проскочит через величину, равную радиусу Земли).
Нет, значит, и инерции, которая ликвидировала бы земное тяготение — сразу все и надолго (падающий лифт, в котором пропадет все земное тяготение, должен охватывать планету и ускоренно лететь к ее центру, непрерывно сокращаясь в размерах, что не может, конечно, продлиться достаточно долго).
По этой причине буквально все наши примеры выглядят не вполне верными.
Та же Людмила, установи она безупречную параллельность отвесных линий, могла с уверенностью решить: я не на Земле. Потому что на Земле отвесные линии сходятся к центру планеты. Угол между ними не равен нулю.
Подобные измерения могли в принципе сделать и жуки-физики в мяче. А хладнокровный обитатель падающего лифта мог заметить странное поведение двух невесомых грузов, «неподвижно» парящих возле противоположных стенок кабины. По мере приближения лифта к центру Земли эти грузы сближались бы. У самого центра они стукнулись бы друг о друга.
Словом, Маленький Принц поставил под сомнение столь заманчивую, столь восхитившую нас эквивалентность инерции и тяжести? Доказал, что тяготение, благодаря его центральности, нельзя свести к инерции?
И да и нет.
От малого—к большому
Разумеется, Эйнштейн великолепно понимал возражения типа тех, что у нас прозвучали из уст Маленького Принца. Он понимал: выпуклый стадион с помощью инерции не устроишь. Сразу все, везде и надолго земное тяготение не устранишь падением. Он знал, что, вообще говоря, инерция и тяготение в старой, традиционной физике в любых масштабах не эквивалентны. И все- таки он провозгласил принцип эквивалентности!
