Книга: Чем мир держится?

Сколько сантиметров в секунде?

Сколько сантиметров в секунде?

Вопрос, ставший названием этой главки, отнюдь не попытка пооригинальничать. Он имеет не только вполне определенный физический смысл, но и вполне определенный ответ. В секунде 310¹⁰ сантиметров, то есть триста тысяч километров. Совпадение с величиной, характеризующей скорость света, здесь вовсе не случайно. Чтобы сделать если не сам ответ, то хотя бы путь к нему в какой-то степени понятным, придется начать издалека.

Пространство-время, пространство-время… Четырехмерный мир, в котором три координаты — пространственны: длина, ширина, высота, а четвертая координата — время. Как представить себе это наглядно? Уже достаточно тривиальной, но от этого не менее справедливой, стала мысль, что действительно наглядной эйнштейновская картина мира окажется не под влиянием научно-популярных книг, а в пору, когда общая теория относительности придет в начальную школу и займет там такое же место, какое давно заняла таблица умножения. В конце концов специалисты-математики само умножение простых чисел рассматривают как чрезвычайно глубокую и сложную для познания операцию.

Многие вещи, которые мы себе как будто неплохо представляем в пространстве, выглядят в пространстве-времени иначе. Вот простой пример, который приводится в нескольких серьезных книгах о гравитации. И камень, брошенный ребенком, и винтовочная пуля летят по траекториям, представляющим собой (в некотором приближении) дуги окружностей. Радиусы этих окружностей разнятся — в пространстве — во многие сотни раз. В пространстве-времени эти радиусы имеют один и тот же порядок величии. В качестве доказательства физики приводят формулу, которую вряд ли имеет смысл воспроизводить в популярной книге, но сомневаться в которой не следует по той простой причине, что ее верность строго доказана. (Впрочем, что удивляться сходству траектории камня и пули, когда еще Ньютон подчинил одному общему закону падение яблока и движение Луны!)

Мало того. Дж. Уилер в книге «Гравитация, нейтрино и Вселенная» категорически утверждает, что все физические параметры тел и явлений можно передать через… длину. По его словам, гравитация и электромагнетизм оперируют только с длинами и ни с чем иным. Исторически сложившаяся терминология скрывает этот факт, но не уничтожает его. Уилер полагает, что измерять пространство-время в одном направлении в сантиметрах, а в другом — в секундах так же нелепо, как измерять ширину обычного шоссе в одних единицах, а длину — в других. Ведь время, согласно общей теории относительности, не есть понятие, независимое от понятия пространства. И масса, по Дж. Уилеру, тоже длина, только выраженная другим способом. Он тут же излагает метод, которым можно измерить массу Солнца в единицах длины. Мы знаем, говорит он, что масса Солнца отклоняет проходящий вблизи него луч света. Степень отклонения определяется, естественно, массой Солнца и расстоянием от его центра до этого луча. Следовательно, зная степень отклонения луча и расстояние, на котором луч проходит от Солнца, можно вычислить солнечную массу, оперируя только величинами, характеризующими эти отклонения и расстояния. Естественно, при таком способе вычислений результат выражается в единицах длины. Масса Солнца равна всего-навсего 1,5 10⁵ сантиметра.

Достаточно умножить этот результат на квадрат скорости света и разделить на гравитационную постоянную, чтобы вернуться к привычной нам массе Солнца, равной 210³³ граммам.

Сходным образом секунды переводятся в сантиметры и наоборот.

Наверное, школьникам будущего все эти взаимопревращения граммов, сантиметров и секунд будут казаться не более удивительными, чем нам взаимопереход, скажем, тепловой и механической энергии. Все мы проходили в школе, что джоуль — единица энергии и работы в Международной системе единиц — равен не только работе силы один ньютон при перемещении ею тела на расстояние один метр, но и 0,2388 калорий, а в калориях измеряется, как известно, количество теплоты.