Существует ли «нулевая гравитация» в принципе?

30.01.2017 18:11

Когда мы видим космонавтов в космосе, плавающих выше земной атмосферы, мы говорим, что они испытывают нулевую гравитацию: истинную невесомость. Но ведь их все равно гравитационно притягивают Земля, Луна, Солнце и любая другая масса во Вселенной. Что же такое нулевая гравитация? Существует ли она в принципе? Проводятся ли эксперименты на МКС в условиях «нулевой гравитации»? Чем хорош этот вопрос, так это тем, что вам не нужно отправляться в космос, чтобы испытать эту самую «нулевую» или «ненулевую» гравитацию.

Представьте себе разницу между тем, что вы делаете сейчас — вероятнее всего, сидите, — и падением. Разница заключается не в стуле, не в кресле и даже не в силе тяжести, которая действует на вас. Вы можете все это иметь и все равно падать, будто на американских горках во время стремительного спуска. Разница заключается в том, что ваше сиденье (пол, кровать или что-нибудь другое) толкает вас, сопротивляясь силе тяжести. Причина того, что вы не испытываете ощущение падения, связана не с силой тяжести, а с нормальной силой (силой нормальной реакции, N), как говорят в физике. Не то чтобы она противостояла ненормальной силе; нормальная сила попросту является нормальной (или перпендикулярной) по отношению к поверхности, на которой вы стоите, сидите, лежите. Теперь уберем эту силу. Сделать это можно по-разному:

Можно убрать поверхность, которая ее производит, пол, стул или что там еще вас поддерживает.
Можно выключить гравитацию, что сделает вас невесомым.
Можно выключить электромагнитные взаимодействия между вами и атомами на поверхности.

В первом случае вы просто упадете вниз, как если бы вы пошли по тонкому льду и провалились. Во втором случае вы осознаете, что единственная причина наличия нормальной силы заключается в том, что гравитация притягивает вас к Земле, а стул оказывает на вас равное и противоположное действие.

Выключив гравитацию, вы сведете силу тяжести к нулю, а значит и силу противодействия. В третьем случае сила тяжести будет существовать и притягивать вас к центру Земли, но без взаимодействия электромагнитных сил между атомами вас и пола вы просто будете падать сквозь него. Существует ли «нулевая гравитация» в принципе? Эти три случая, очевидно, сильно различаются. В первом случае гравитация будет тянуть вас вниз, ускоряя вас по направлению к центру Земли, и будет делать это, пока вы либо не прекратите ускоряться из-за силы сопротивления воздуха, либо пока вы не испытаете силу Земли (или другого твердого тела).

Во втором случае вы будете испытывать невесомость и вовсе не будете ускоряться; это будет истинная нулевая гравитация. В третьем случае вы будете ускоряться по направлению к центру Земли по эллипсоиду с центром Земли в одном из фокусов и возвращаться в стартовую точку через каждые 90 минут. Что самое смешное, во всех трех случаях при этом начальном моменте вы будете чувствовать себя одинаково. Существует ли «нулевая гравитация» в принципе? Невесомость — это сосание в желудке, дезориентация — вот чувство «нулевой гравитации». Что еще более странное, во втором и третьем сценарии — если отключить гравитацию или ускоряться в свободном падении, ни с чем не взаимодействуя — вы не сможете их различить, если не откроете глаза.

Невозможно отличить отсутствие гравитации и однородное ускорение в процессе свободного падения. Это кажется противоречивым, но в глубине этого лежит важнейший принцип, который привел Эйнштейна к его общей теории относительности. Сегодня он известен нам как принцип эквивалентности Эйнштейна. Существует ли «нулевая гравитация» в принципе? Принцип утверждает, что не существует никакого способа отличить гравитационное ускорение от любой другой формы ускорения, например, ракетной тяги. Он гласит, что если вы и точки отсчета будете ускоряться одновременно и одинаково, это будет эквивалентно отсутствию ускорения вовсе.

Сила, которую вы чувствуете на Земле, вращающейся вокруг своей оси и вокруг Солнца, идентична силе, которую вы чувствовали бы, если бы Солнце исчезло, а Земля просто вращалась бы в пустоте космоса одна. Существует ли «нулевая гравитация» в принципе? Когда мы говорим «нулевая гравитация», мы не подразумеваем, что сила гравитации перестает существовать. Нет во Вселенной места, где можно было бы успешно скрыться от силы тяжести, да и не нужно. Все, что нам нужно, это выключить нормальную силу, а значит поставить себя и точку отсчета в одни условия. Нужно ускориться точно так же, как и наше окружение, без дифференциальной силы между нами.

Так работает поездка на «рвотной комете», когда двигатели самолета отключаются и он падает в течение 40 секунд вместе с вами на борту. Невесомость, которую вы испытываете, может быть очень похожей на падение, если бы не воздух, который не проносится мимо вас. Не существует относительной гравитации между вами и тем, что вы считаете «низом». Если бы вы подверглись нулевой относительной гравитации в этом смысле, вы бы получили все виды физических недугов: потерю костной ткани, атрофию мышц, нарушения зрения или даже слепоту, потерю всех ваших мозолей на ногах, а ваши внутренности увеличат метеоризм.

И космонавты подвергаются всем этим рискам: астронавт «Аполлона-16» Джон Янг был печально известен своим «космическим пердежом» на Луне, в чем он бесцеремонно обвинял апельсиновый сок. Однако ощущение нулевой гравитации может быть абсолютным мифом, поскольку нигде во Вселенной вы не сможете укрыться от этой силы. При этом с точки зрения вашего физического тела, пока ваше окружение ускоряется с такой же скоростью, что и вы, разницы не будет заметно вовсе. Нахождение в условиях невесомости и в условиях свободного падения — это синонимы для вашего восприятия. Поэтому хотя технически ничто во Вселенной не может испытать нулевую гравитацию, все может падать, а значит это равноценно. Взято с hi-news.ru