Оригинал статьи:
http://gregegan.net/INCANDESCENCE/Idea/Idea.html
Роман “Накал” вырос из идеи о том, что общая теория относительности – в которой многие видят одно из величайших достижений человеческого интеллекта – могла быть открыта в доиндустриальной цивилизации, не имеющей ни паровых двигателей, ни электрического освещения, ни радиопередатчиков, и совершенно незнакомой с астрономией.
На первый взгляд, такое развитие событий может показаться довольно сомнительным. Для нас, людей, глубокое понимание гравитации стало результатом столетий кропотливых астрономических наблюдений, важнейшие из которых касались движения планет по небу. Иоганн Кеплер выяснил, что эти наблюдения можно объяснить, предположив, что планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, причем квадрат периода обращения пропорционален кубу главной оси эллипса. Ньютон доказал, что именно такое движение является следствием всемирного закона притяжения, при котором сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами. Эта гипотеза оказалась достаточно точным описанием действительности, чтобы продержаться более трехсот лет.
Когда Ньютон, наконец, был низложен Эйнштейном, своим рождением новая теория была обязана не столько объясняемым ею астрономическим явлениям – вроде загадочного дрейфа точки, в которой Меркурий наименее удален от Солнца – сколько элегантной теории электромагнетизма, возникшей более или менее независимо от идей, касающихся самой гравитации. Электростатические и магнитные явления получили единое объяснение в работах Джеймса Кларка Максвелла, однако уравнения Максвелла допускали лишь единственное значение скорости света, не зависящее от скорости наблюдателя, производящего измерения. Попытка придать смысл этому факту вначале привела Эйнштейна к специальной теории относительности, сделавшей постоянство скорости света неотъемлемой частью геометрии пространства-времени, а затем – к более общей теории, в которой искривление этой же геометрии объясняло свободное падение тел в пространстве.
Таким образом, для нас астрономия сыграла жизненно важную роль даже в достижении ньютоновских высот, в то время как формулировка теории Эйнштейна – не говоря уже о сверхточной проверке ее постулатов, потребовавшей установки атомных часов на спутниках и наблюдений за орбитами пульсаров – опиралась, помимо прочего, на множество других идей и технологий.
Как же тогда моей инопланетной цивилизацией удалось бы достичь того же концептуального уровня, не имея в своем распоряжении ни одной из этих якобы необходимых предпосылок? Короткий ответ звучит так: для этого им пришлось бы жить в подходящей среде – аккреционном диске крупной черной дыры.
Когда читатель научной фантастики пытается представить ощущения наблюдателя, оказавшегося вблизи черной дыры, то, в первую очередь, на ум приходят явления, которые с нашей точки зрения производят впечатление полнейшей экзотики: замедление времени, гравитационное синее смещение, а также масштабное искажение наблюдаемой картины звездного неба. Все эти примеры, однако же, опираются на астрономические наблюдения или, как минимум, основаны на том или ином сопоставлении между ощущениями, которые вызывает близость черной дыры, с аналогичными ощущениями наблюдателей, держащихся от нее на достаточно большом расстоянии. Моим же инопланетянам, скорее всего, пришлось бы жить в глубине некой каменистой структуры, которая бы играла роль укрытия, защищающего их от излучения аккреционного диска – и это не говоря о том, что свечение диска как такового существенно затруднило бы работу местных астрономов.
Разве могли они, не видя неба, изучать гравитацию – не говоря уже о тонкостях общей теории относительности? Не сам Эйнштейн ли утверждал, что мы не сможем обнаружить гравитацию, оказавшись в свободно падающем невесомом лифте без единого окна?
Не совсем! Скрыть само существование гравитации можно лишь в том случае, когда лифт достаточно мал, а наблюдения пассажира ограничены как во времени, так и в пространстве. Если дать ей достаточно времени, гравитация обязательно себя проявит. Забудьте на минуту о черных дырах: даже находясь на космической станции, обращающейся вокруг Земли, и не имея поблизости ни одного окна, вы легко смогли бы доказать, что ваш корабль не просто летит в межзвездном пространстве, удаленный на световые годы от ближайшей планеты. Как именно? Первым делом наденьте скафандр и выкачайте из станции весь воздух. Теперь заполните ее пространство мелкими предметами – скрепками, ручками, чем угодно – постаравшись, чтобы изначально они находились в состоянии покоя относительно стен станции.
А теперь выждите некоторое время и посмотрите, что произойдет.
Большая часть предметов рано или поздно налетят на стены; их точная доля будет зависеть от характера вращения станции. Но вне зависимости от того, как именно вращается станция и вращается ли она вообще – некоторые предметы будут совершать циклические движения вперед-назад с одним и тем же периодом колебаний.
Этот период совпадает с периодом обращения станции вокруг Земли. Скрепки и ручки, перемещающиеся вперед-назад внутри станции, движутся по орбитам, которые едва заметно наклонены по отношению к орбите центра масс станции. Дважды за период орбиты пересекаются, и скрепка проходит через центр масс станции. Затем она удаляется, достигает точки, в которой расстояние между орбитами максимально, после чего меняет направление и движется в обратную сторону.
Этого крошечного отличия в орбитах достаточно, чтобы выявить тот факт, что на самом деле вы вовсе не дрейфуете в межзвездном пространстве. Пружинные весы достаточной точности могли бы обнаружить едва заметную «приливную силу тяготения», которая представляет собой альтернативное описание примерно того же самого явления, но если период орбитального движения не слишком велик вы вполне могли бы обойтись без каких-либо технологических достижений, а просто наблюдать и ждать.
С помощью серии таких простых экспериментов – не труднее опытов, проведенных Галилеем и его современниками – мои инопланетяне смогли бы дорасти до Ньютона. Но подняться на уровень Эйнштейна? Такая затея уж точно обречена на провал?
Изначально я допускал такой вариант, но мое мнение поменялось, после того, как я проделал кое-какие детальные выкладки. Выяснилось, что вблизи черной дыры разница между прогнозами Ньютона и Эйнштейна вполне могла бы оказаться достаточно большой, чтобы ее можно было заметить безо всякого сложного инструментария.
Как же быть с хитроумной математикой? Геометрия общей теории относительности далека от тривиальной, но для нас ее сложность по большей части связана с необходимостью преодоления наших собственных предубеждений. Поскольку местом обитания моих инопланетян стал не плоский и практически евклидов ландшафт, занимающий поверхность какой-нибудь планеты, а мир искривленных и перекрученных тоннелей, им было проще справиться с геометрией похожего свойства.
Результатом стал альтернативный, низкотехнологичный путь, ведущий к одной из самых прекрасных Вселенских истин, открытых за всю историю человечества. Для большего драматизма нужно было придать событиям некое ощущение безотлагательности; другими словами, интеллектуальный прогресс должен был стать для инопланетян вопросом жизни и смерти. Но тех, кто живет в окрестностях черной дыры, опасность всегда будет подстерегать где-то поблизости.