По следам сенсаций - Лев Бобров

Так начинает свою статью доктор Уильям О. Дэвис, полковник в отставке, бывший сотрудник научно-исследовательской лаборатории в атомном центре Лос-Аламос, ныне директор по научной части крупной нью-йоркской корпорации. Бьющий в нос скепсис, скорее даже пессимизм во взглядах на научный прогресс не помешал автору статьи без тени сомнения, без самомалейшего вопросительного знака, прямо-таки по-солдатски лихо начертать в заголовке три коротких слова, которые способны сразить наповал даже видавшего виды физика: «Четвёртый закон движения».

Три грации считались в древнем мире.Родились вы… Всё ж три, а не четыре!

Так подтрунивал Пушкин над претензиями одной из своих современниц. Но бравому полковнику не до шуток.

Классическая физика знала три закона движения.

Вот как сформулированы они у самого Ньютона в его «Математических началах натуральной философии».

Первый: всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.

Короче — инерция.

Второй закон: всякая сила, действующая на тело, сообщает последнему ускорение, прямо пропорциональное величине силы и обратно пропорциональное массе тела.

В школьных учебниках это записывается формулой: сила равна массе, помноженной на ускорение.

Закон третий: действию всегда есть равное и обратное по направлению противодействие.

Вот и всё. А теперь пусть наука узнает его, Дэвиса, четвёртый! Такого решительного вторжения в ньютонианское миропонимание история не припомнит со времён создания теории относительности и квантовой механики. Откроем маленький секрет: статья Дэвиса напечатана в том же журнале «Аналог», где и статья Кемпбелла, только два года спустя — в августе 1962 года. Но учёный есть учёный, с какой бы трибуны он ни обращался к аудитории со своими идеями. Так что предоставим слово самому Дэвису.

Прочность материалов, говорит Дэвис, зависит от скорости, с какой они деформируются. Баллистика изобилует примерами, когда снаряды продолговатой формы глубоко проникали в мишень благодаря тому, что действовали на неё на манер отбойного молотка. Объяснить подобные эффекты с позиций одной лишь ньютоновской механики трудно.

Исследуя ударные процессы в прессах для бумаги и текстиля, Дэвис обратил внимание, что резкое изменение ускорения сопряжено с интересными явлениями. (Здесь следует, пожалуй, напомнить, что ускорение — это скорость, с какой изменяется скорость движения. Если скорость тела нарастает равномерно, значит ускорение остаётся постоянным. Но оно может и меняться, тогда скорость будет получать с каждой секундой уже не одинаковые, а всё большие или, наоборот, всё меньшие надбавки. Тормозиться тело может тоже как равномерно, так и неравномерно.)

«Интерес к этим вопросам был подогрет дискуссией вокруг машины Дина, начатой Дж. Кемпбеллом на страницах этого журнала в 1960 году. Мои (более ранние) исследования привели к гипотезе, что действие этой машины, если бы она работала, можно в какой-то степени объяснить влиянием скорости, с какой изменяется ускорение. Настоящая статья не ставит своей основной целью объяснить действие «безреактивных» аппаратов, но, безусловно, имеет отношение к оценке устройств этого типа».

Когда ускорение остаётся неизменным или его вообще нет, продолжает Дэвис, системы тел достаточно хорошо описываются законами Ньютона. Трудности возникают лишь в условиях, когда ускорение начинает изменяться.

Ключевым понятием в дэвисовском анализе динамических систем служит одновременность. Законы движения предполагают строгую одновременность действия и противодействия. Иначе говоря, если сила, с которой масса № 1 действует на массу № 2, внезапно изменилась, то и сила воздействия массы № 2 на массу № 1 должна измениться в тот же миг. Так считал Ньютон. Эйнштейн, однако, доказал, что условие одновременности в ньютоновском понимании невыполнимо для тел, разделённых дистанциями астрономического размера, ибо изменения в поле тяготения не могут распространяться быстрее света, а скорость света ограниченна, хотя и чудовищно велика — 300 тысяч километров в секунду. Стало быть, две звезды не могут взаимодействовать мгновенно. Потребуется некоторое время (иногда это миллиарды лет), пока гравитационный импульс распространится от одной звезды к другой. Эта закономерность справедлива и для небольших тел, хотя вскрыть её практически невозможно: настолько ничтожны земные расстояния для скорости 300 тысяч километров в секунду. Понятно, мол, почему ускользнула она от проницательнейшего взгляда Ньютона.

Тем не менее Дэвис узрел неодновременность действия и противодействия и на Земле. «Рассмотрим, например, стальной стержень длиной в метр. Попытаемся сдвинуть его, толкнув с торца. Тотчас же вдоль стержня побежит импульс в виде волны сжатия. Скорость волны около 5000 метров в секунду. Дойдя до противоположного конца стержня, волна отразится, чтобы с той же скоростью возвратиться к точке, где была приложена сила. И до тех пор, пока волна не вернулась, то есть в течение четырёх десятитысячных долей секунды, стержень и не подумает двигаться, как мы ожидаем этого в соответствии со вторым законом Ньютона! Независимо от величины приложенной силы он не подчинится закону раньше, чем через указанный срок.

Полковник Джон П. Стапп, хирург военно-воздушных сил США, подвергал себя действию перегрузок, чтобы оценить опасность, которой подвергается пилот при катапультировании. Он нашёл, что масштабы повреждений, причинённых людям и, оборудованию, зависят от скорости изменения ускорения не меньше, чем от величины самого ускорения. Более того, в наши дни военная авиация устанавливает разумные пределы не только для ускорения, но и для скорости изменения ускорения.

Так вот, чтобы раскрыть загадку аномалий, вызванных резкими изменениями ускорения, логично постулировать, что существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, равно как и ньютоновская сила, пропорциональная самому ускорению».

Эту добавочную силу Дэвис включает в уравнение второго закона механики в виде дополнительного слагаемого. Далее следует решение дифференциального уравнения третьего порядка; из него автор выводит целый ряд следствий, формулируя четвёртый закон механики, а попутно и четвёртый закон термодинамики.

Один из выводов касается изобретения Дина, вернее даже, как говорит Дэвис, «целого ряда безреактивных машин, которые демонстрировались в последние годы». Дескать, варьируя длительность паузы между действием и противодействием в механизме вибратора, рано или поздно удастся подобрать такой режим, когда при прыжке аппарата кверху добавочная сила, обусловленная изменением ускорения, будет всегда больше, чем при падении вниз. Короче, машина Дина обретёт постоянную подъёмную силу за счёт вращения своих эксцентриков, а изобретатель получит, наконец, долгожданную возможность вознестись в небо над равнодушным Вашингтоном…

«Если устройство описанного типа работает, — оговаривается Дэвис, — что же станется с законами сохранения энергии и количества движения? Примерно сто лет назад искренне верили, будто переменный ток не способен производить полезную работу, ведь средний ток равен нулю! Потом выяснилось, что уравновешивающие друг друга токи не являются равными и противоположно направленными одновременно. Стало быть, работа совершаться может. Чтобы отстоять закон сохранения движения, на подмогу было призвано излучение. Попытаемся и мы прибегнуть к такому же приёму.

Если существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, то логично допустить, что существует особого вида энергия — назовём её виртуальной. (Конечно, если ускорение постоянно, то добавочный член, описывающий виртуальную энергию, равен нулю, и уравнение немедленно становится ньютоновским.)

А теперь вспомним: движущийся электрический заряд создаёт магнитное поле. Эйнштейн предположил, что движущийся «гравитационный заряд» (масса) тоже образует особое поле, подобное магнитному. Предвидимая напряжённость такого «инерционного» поля исчезающе мала при небольших скоростях — во всяком случае, много меньше, чем у обычного поля тяготения, создаваемого массой и подобного электростатическому. Волны, если они действительно возникают при наложении друг на друга инерционного и гравитационного полей (подобно тому как электромагнитное излучение вызывается взаимодействием электрического и магнитного полей), должны быть столь неощутимыми, что ими можно пренебречь в любой реальной системе.

Я полагаю, однако, более целесообразным постулировать существование такого инерционного поля, которое обусловлено не просто скоростью массы, а её ускорением. Тогда гравитационным зарядом можно представить себе не просто движущуюся массу, а количество движения (произведение массы на скорость).