Сказано — сделано. Спица спаяна с осью (для этого Клио, по обыкновению, применил свое огненное дыхание). Получился «железнодорожный» вариант карусели — более простой и удобный, тот, что резонно было устроить с самого начала.
В этой спокойной обстановке, располагающей к отдыху, Клио устраивается в кресле, вытягивает ноги...
Но вдруг, ради удобств популяризации, наступает очередное маловероятное событие — гаснут звезды.
Да-да, гаснут все звезды на небе. Наплыло облако космической пыли или что-нибудь в этом роде.
Это не очень-то приятно для механика. Это сбивает его с толку.
Кругом кромешная тьма, не видно ни зги. Пропало ощущение плавного вращения, которое только что создавалось поворотом сверкающей небесной сферы. Вместо вращения Клио чудится полный покой, незыблемая неподвижность. Он ведь скрепил ось со спицей, относительное движение их в подшипнике прекратилось, и к тому же исчезло перемещение небесных ориентиров — звезд. Словом, пропали внешние признаки, по которым можно доказать собственное движение.
И вот Клио приходит в голову тревожная мысль: а что, если и в самом деле карусель остановилась? Завязла в этом космическом облаке и потеряла вращение? Он, механик, должен быть готов к любым неожиданностям.
«Нет, — думает Клио, — этого не может быть. Случись такое — исчезла бы центробежная сила на стадионе, бегуны там стали бы невесомы и не смогли бы бегать». А игры, как он видит, идут своим чередом. Соревнования продолжаются. В ярком свете прожекторов спортсмены вообще не замечают нагрянувшей небесной темноты. Им не до звезд. Значит, невесомости на стадионе нет, все, видимо, в порядке.
Тем не менее Клио гложет червь сомнения. Возникает совсем уж неправдоподобное предположение: остановилась карусель, быть может, потому, что стадион притянулся к какой-нибудь планетке, к тяготеющей массе, и она создала «настоящую» тяжесть, подобную той, которая была сфабрикована вращением — центробежной силой инерции. Что и говорить, событие довольно нелепое. Но в этой досадной тьме Клио ничем не может доказать неверность изложенной гипотезы. А если что-то подобное случилось, он это обязан знать — такая уж у него должность.
Как же быть? Неужели нет никакой возможности узнать, движется стадион или покоится в поле тяготения? Эти вопросы Клио задает вам, читателю и гостю сотой Олимпиады.
Если верить эйнштейновскому принципу эквивалентности, задача безнадежна, — отвечаете вы.— Никаких признаков отличия существовать не должно.
Вот оказия! — говорит Клио.— А может, его как-нибудь обойти, этот принцип?..
Наказание за кощунство
Растерянный и обескураженный, Клио старается вывернуться из затруднительного положения. И в конце концов, как ему кажется, находит одну хитрость. «Те самые различия в отсчетах расстояния и времени, которые так разволновали публику на трибунах, — вот, — думает робот-механик, — признак вращения карусели». Ведь, как говорилось выше, это релятивистские эффекты, и вызваны они именно движением стадиона. Так ведь?
Объяснение кажется Клио убедительным и утешительным, потому что неучи-болельщики продолжают кричать и возмущаться (доносятся возгласы «Долой жуликов!», «Судьи подыгрывают землянам!»). Значит, и сейчас, во время новых забегов на стадионе, релятивистские эффекты налицо и, следовательно, стадион движется, карусель вращается. Чем не доказательство?! [14]
Клио доволен. Он восхищен своей сообразительностью. И успокоен, уверен, что в наплывшей темноте с каруселью ничего не произошло. В пылу самодовольства он забывает, что допустил непозволительную вольность— кощунственно пренебрег эйнштейновским принципом эквивалентности инерции и тяготения.
Не мудрено, что хвастливое ликование длится недолго.
Облако космической пыли исчезает, снова зажигаются звезды — и Клио, к своему ужасу, видит: они неподвижны! Карусель остановилась. И под стадионом торчит, как он и боялся, неведомо откуда взявшаяся злосчастная планетка, маленькая, да удаленькая — сверхплотная и создавшая поэтому достаточное тяготение на стадионе. И, следовательно, именно это «настоящее» тяготение вызвало на стадионе замедление времени и уменьшение расстояний. Так же, как раньше эти эффекты вызывало вращение карусели.
Как видите, принцип эквивалентности опять оказался справедливым — в масштабах стадиона поле сил инерции, вплоть до тончайших своих особенностей, повторено гравитационным полем. Не сумел хитрый Клио обойти Эйнштейна. Не сумел отличить вращение от покоя в условиях тяжести.
А все потому, что сей эпизодический персонаж, во- первых, остался личностью, склонной к нечестным манипуляциям, а во-вторых, знает теорию относительности только до того места этой книжки, в котором он очередной раз появляется.
Две морали
Принимаю как должное упреки в чрезмерной фантастичности и искусственности вышеизложенного мысленного эксперимента. Но зато из него следуют поучительные морали, с которыми, как мне кажется, теперь будет легко согласиться.
Первая мораль. Не только скорости, но и ускорения ведут к изменениям времени и пространства в движущихся системах отсчета (с точки зрения наблюдателей, движущихся иначе). Такова лодка вращающейся карусели. Центростремительная сила все время ее сворачивает с прямого пути, отчего появляется центробежная сила инерции. Поэтому можно сказать короче: в поле инерционных сил происходит изменение времени и пространства.
Любопытно, что это следует только из частной теории относительности, которая, вообще говоря, применима лишь к системам отсчета, движущимся прямолинейно. Тем не менее вывод строг, его много раз приводил сам Эйнштейн.
И вторая мораль. Если инерция изменяет время и пространство, то, не желая повторять ошибки злополучного Клио, мы смело применяем принцип эквивалентности и сразу заключаем: тяготение тоже обязано изменять время и пространство. Раз, по принципу эквивалентности, сила инерции в локальных масштабах неотличима от тяжести, это должно касаться всех и всяческих проявлений инерционных и гравитационных сил. Тут уже действует общая теория относительности.
Конечно, у Эйнштейна на пути к этому удивительному заключению не было никаких спортивных и космических небылиц. Была строгая логика — сухая, трудная и, быть может, скучная для людей, мало склонных к предельно абстрактному мышлению. Было обобщение идей частной теории, соединение их с принципом эквивалентности, и в итоге родилось предсказание: в гравитационном поле время и пространство деформированы.
От локального к всеобщему
В поворотных местах популяризаторского сюжета этой книжки я следую доброй пословице: «Повторенье — мать ученья». На этом основании вкратце вспомним логическую цепочку предыдущих глав.
В малых масштабах подмечена неразличимость инерции и тяжести (Людмила, обманутая Черномором, и т. д.). Отсюда провозглашен принцип эквивалентности инерции и тяготения. Далее выяснено, что в поле сил инерции происходит деформация времени и пространства (споры болельщиков на сотой Олимпиаде). По принципу эквивалентности последовал вывод: в поле тяжести тоже происходит деформация времени и пространства (казус с механиком Клио).
Так сделан немаловажный шаг — отыскан физический признак, присущий в равной мере силам инерции и тяготению: тут и там для внешнего наблюдателя неизбежно изменение времени и пространства.
Пока это заключение законно только в локальных масштабах, где безоговорочно справедлив принцип эквивалентности, то есть для ограниченных объемов или малых промежутков времени (вспомните возражение Маленького Принца). Для планеты в целом такой вывод сделать нельзя, потому что Земля имеет центр масс. Полное земное тяготение, благодаря его центральности, сразу везде и надолго невозможно повторить неинерциальным движением или, наоборот, уничтожить его свободным падением системы.
Вышеизложенное известно из предыдущих глав.
