Другим источником наших представлений об окружающем мире является гравитация, которая, можно считать, формирует свое "гравитационное пространство", отличное от светового.
Характерной особенностью гравитационных сил является то, что они объемны и универсальны. Это позволяет использовать их как некоторую характеристику материального тела, его количественный показатель. Такую характеристику мы называем "массой". Но таким же свойством обладают и инерционные силы, которые возникают при перемещении тела в гравитационном поле. Они тоже объемны и пропорциональны массе тела, но не связаны с какими-то взаимодействиями, кроме вызвавших их — гравитационных. Эти свойства существенно влияют на характер "гравитационного пространства", следствием чего и является его отличие от "светового пространства".
Для того чтобы разобраться в этом отличии, рассмотрим случай полета космического корабля по круговой орбите вокруг планеты. Состояние невесомости в его кабине объясняется тем, что сила притяжения к планете (P3 = mg) в каждый момент полета будет уравновешиваться противоположно направленной центробежной силой (Рц = mv2/R) (рис. 1).
При оптическом восприятии происходящего и при взгляде со стороны легко обнаружить и перемещение корабля, и кривизну орбиты. Это происходит потому, что в качестве базы для наблюдения используется "световое пространство", связанное, по нашим представлениям, с прямолинейным распространением светового луча и не поддающееся гравитационным воздействиям.
Допустим, что по каким-то причинам космонавты не могут использовать оптические наблюдения и вынуждены полагаться на гравитационные и инерционные воздействия. Поскольку они взаимно компенсируются, у космонавтов создается впечатление, что корабль никуда не перемещается и находится в состоянии покоя.
Рис. 1. Силы, действующие на спутник, перемещающийся по круговой орбите вокруг планеты.
Представление об окружающем мире в "гравитационном пространстве" существенно отличается от "светового пространства". Это можно проиллюстрировать таким примером. Допустим, что где-то около нашей планеты мы поместили длинный прямолинейный предмет (рис. 2, а) — таким он будет восприниматься зрительно. Однако, поскольку отдельные части этого предмета по-разному удалены от центра планеты (li>l0), то в "гравитационном пространстве" это тело будет восприниматься изогнутым (рис. 2, 6), так как гравитационные воздействия на отдельных его участках будут разными.
Рис. 2. Представление о материальном теле в "световом" и "гравитационном" пространствах.
С позиции "гравитационного пространства" прямое тело должно быть на всем своем протяжении параллельно поверхности планеты (рис. 2, г), с тем чтобы по всей его длине сохранилось одно и то же ускорение силы тяжести (gi = gj). В этом случае в "световом пространстве" тело будет восприниматься как изогнутое (рис. 2, в). Таким образом, представление о прямой, полученное в "гравитационном пространстве", не будет соответствовать действительности. В этом легко убедиться, поворачивая тело вокруг его продольной оси. Естественно, можно сомневаться в целесообразности использования "гравитационного пространства" в наших выкладках, поскольку "оптическое пространство" дает более правильное представление об окружающем мире. Однако это не так. Во-первых, следует заметить, что "световое пространство" в ряде случаев также подвержено существенным изменениям под действием некоторых внешних факторов (например, закон Фридмана) и потому не может быть признано объективным отражением действительности, во-вторых, в ряде случаев "гравитационное пространство" позволяет получить более правдивую картину мира, чем "световое пространство".
Рассмотрим такой случай. Поместим обычный волчок в бесконечном удалении от каких-либо материальных тел и постараемся решить вопрос, вращается он или нет. Если волчок вращается, то должны появиться центробежные силы, которые будут зависеть от числа оборотов волчка. Но число оборотов возможно определить только относительно какой-то координатной системы, которую можно считать неподвижной. Как же определить эту координатную систему и что значит "неподвижная координатная система"? Обычно в таких случаях, исходя из наших представлений о "световом пространстве", предлагается ориентировать эту систему на "неподвижные звезды".
Этот подход не нов. Почти триста лет назад Ньютоном была предложена концепция неподвижного или абсолютного пространства: "Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешне, остается- всегда одинаковым и неподвижным". Центром абсолютного пространства Ньютон считал Солнце, а координатные оси направлялись к трем "неподвижным звездам". В дальнейшем эта концепция претерпела некоторые изменения и уточнения. Было предложена просто считать, что абсолютная система координат должна строиться относительно "неподвижных звезд".
Таким образом, Вселенная уподобляется некому гигантскому аквариуму, ограничивающему абсолютное пространство, и истинные, неподвижные системы координат следует обязательно привязывать к граням этого аквариума. Концепция абсолютного пространства смыкается с нашим понятием "светового пространства", поскольку она строится на информации, получаемой через электромагнитные взаимодействия.
Но эта концепция находится в прямом противоречии с принципом относительности и вводит в ранг непогрешимой истины субъективно воспринимаемое "световое пространство". Наконец, само понятие "неподвижные звезды" является полнейшим абсурдом, даже сторонники этой гипотезы признают условность такого определения. При решении практических задач, связанных с проявлением инерциальных и центробежных сил, мы исходим из других представлений и пользуемся координатными осями, построенными относительно определенных гравитационных масс, например планет, а не обращаемся к концепции "неподвижных звезд".
Но вернемся к нашему волчку, Центробежные силы возникают в нем только в том случае, если при своем вращении он (волчок) перемещается с ускорением или вращается относительно некоей гравитационной среды или гравитационного пространства, которое определяется гравитационными линиями, аналогичными по своему характеру магнитным силовым линиям. Таким образом инерционные силы, в том числе центробежные, являются вторичными или производными от гравитационных. Вне гравитационного пространства (поля) инерционные силы не проявляются… Вращение волчка и возникновение центробежных сил возможны только относительно координатной системы, единственной для данной точки пространства, у которой одной осью будет являться суммарный гравитационный вектор, а две другие координаты будут перпендикулярны и привязаны к результирующим гравитационным силовым линиям.
В результате перемещения гравитационных масс в пространстве относительно друг друга суммарные гравитационные векторы могут изменяться во времени как по величине, так и по направлению. Не исключено, что во Вселенной существуют зоны, где суммарный гравитационный вектор будет равен нулю и где инерционные силы вообще проявляться не будут. Здесь теряют смысл такие понятия, как скорость, ускорение, вращение. Попавшие в такие точки пространства тела оказываются как бы вне пространства и времени. Не исключено, что в таких зонах будут исчезать световые лучи и радиоволны, а попавшие туда тела, создавая собственные гравитационные поля, окажутся центрами концентрации материи.
Однако такие зоны не следует смешивать с "черными дырами", обязанными своим появлением нейтронным звездам, т. е. небесным телам с громадной гравитационной плотностью, которая искривляет и притягивает к себе световые лучи и радиоволны. Это полярно противоположные образования.
Итак, "гравитационное пространство" представляет собой сложный комплекс постоянно изменяющихся результирующего, гравитационного вектора и суммарных гравитационных полей, зависящих от взаимного расположения в пространстве материальных тел, являющихся источником гравитационных взаимодействий. Для каждой точки пространства, в каждый момент времени существует только одна инерциальная координационная система, ориентированная по результирующему гравитационному вектору и гравитационным силовым линиям, относительно которой возможны определение и расчет угловых скоростей и центробежных сил.
Такая точка зрения противоречит провозглашенному Эйнштейном принципу эквивалентности, который утверждает, что гравитационные и инерционные силы эквивалентны, и различить их практически невозможно. Если быть последовательным, то следствием признания принципа эквивалентности является допущение существования некоторой всеобщей координатной системы или всеобщей среды, в которой происходит перемещение тела и относительно которой определяются ускорения.
Вводя понятия "световое" и "гравитационное" пространство, мы допускаем некоторую условность. Так, например, "световое пространство" подразумевает его проявление не только в видимой части спектра, но и во всем многообразии электромагнитных излучений, начиная от гамма-лучей, до низких частот, характеризующих процессы, протекающие в электрических цепях. Еще сложнее обстоит дело с "гравитационным пространством", поскольку его природа до сих пор не познана нами.
3. ПУСТОТА, ПРОСТРАНСТВО И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Об относительности нашего восприятия окружающего мира свидетельствует такой факт. Как известно, любое материальное тело или среда состоят из атомов. В центре каждого из них размещается ядро, а вокруг него по орбитам перемещаются электроны. Такая картина подробно описана в любом учебнике физики и не вызывает возражения. Но мало кто задумывается над тем, каковы пространственные параметры атомов, хотя все их основные показатели можно найти в физических справочниках.
Основная масса атома — свыше 99,9 % — концентрируется в его ядре, где плотность материи колоссальна и составляет 100 миллионов тонн в одном кубическом сантиметре. Если бы мы смогли заполнить атомными ядрами спичечную коробку, то ее вес составил бы около 2,5 миллиардов тонн! Вместе с тем атом железа, например, имеет плотность всего около 8 граммов на кубический сантиметр. Итак, сопоставим 100 миллионов тонн или 8 граммов в одном кубическом сантиметре. Не сопоставимая разница!