Всепроницаемость тяготения

Предисловие

Мыслимо, а, следовательно, возможно, что человек полетит когда-нибудь до отдаленнейших светил.

Альберт Эйнштейн.

Мысль о полетах в глубины вселенной и достижении иных миров автор не считает праздной мечтой. Она полна высокого интереса для науки и для жизни. Было время, когда признавалось невозможным переплыть океан; нынешнее всеобщее убеждение в недосягаемости небесных светил, в сущности, не более обосновано, нежели вера наших предков в недостижимость антиподов. Правильный путь к разрешению проблемы заатмосферного летания и межпланетных путешествий уже намечен, — к чести русской науки, трудами русского ученого. Практическое же разрешение этой грандиозной задачи, невыполнимое сейчас, может осуществиться не в столь далеком будущем.
Этой маленькой экскурсией в область космической физики автор надеется также до некоторой степени рассеять существующее в публике предубеждение против небесной механики и физики, как знаний слишком отвлеченных, неспособных будто бы дать пищу живому уму. Наука, которая открывает возможность успешно соперничать в полете воображения с фантазией остроумнейших романистов, проверять и исправлять их смелые замыслы, наука, указывающая пути осуществления величайших грез человечества, должна перестать казаться сухой и скучной. И если те простейшие сведения из этой области знания, которые рассеяны в настоящей книге, заронят в уме любознательного читателя искру интереса к изучению механики и физики вселенной, если они возбудят желание поближе познакомиться с фундаментом величественной науки о небе, то цель автора будет достигнута вполне.
Чтение этой книги не требует никаких специальных познаний. Материал, предназначаемый для более подготовленных читателей, отнесен в отдел „Прибавлений".
Я. П.
Август, 1915.

Второе и третье издания книжки (под заглавием: „Путешествия на планеты") были заново проредактированы автором. В целях придания тексту большей ясности некоторые места книги развиты были подробнее, другие — чересчур отвлеченные — исключены. Число рисунков увеличено. Отдел „Прибавлений" пополнен проектом летательного прибора известного революционера Н. И. Кибальчича, которому, по справедливости, принадлежит первенство в разработке идеи аппарата, способного летать вне атмосферы.
Я. П.
Январь, 1919.

При просмотре и подготовке текста для настоящего, 4-го, издания были проверены все приведенные в книге расчеты и числовые данные. Заново переработан и значительно пополнен отдел „Прибавлений"; в него включены: параграф о теории тяготения Эйнштейна, заметки о поглощении тяготения, о новейших успехах артиллерии, о проекте Графиньи, о жизни в среде без тяжести, статья о межпланетной сигнализации; приведены новые расчеты, относящиеся к перелету Жюль-Вернова ядра; сообщается более подробно о проектах Кибальчича и Циолковского; расширена статья о невесомости падающих тел, и др.
В настоящем издании восстановлено первоначальное заглавие книжки, история которого не лишена поучительности. В 1915 г. заглавие „Межпланетные путешествия", данное мною первому изданию этой книжки, звучало для многих настолько ново и малопонятно, что в следующих двух изданиях, вышедших в 1919 г., я отказался от него, заменив более ясным „Путешествия на планеты". Но уже за короткий срок, к 1923 г., термин, межпланетные путешествия" успел сделаться общеупотребительным не только в авиационной, но и в общей литературе. Это, несомненно свидетельствует о том, что и самая идея межпланетных перелетов быстро приобретает популярность.
Июнь, 1923.
Я. П.

1. Величайшая греза человечества

Проложенная Ньютоном дорога
Страданий облегчила тяжкий гнет;
С тех пор открытий сделано уже много,
И верно мы к Луне когда-нибудь,
Благодаря парам, направим путь.

Байрон („Дон Жуан",Х, 1823 г.).

Очередная задача техники

Суждено ли нам когда-нибудь совершать путешествия на другие планеты, или же мы обречены навеки оставаться пленниками земного шара? Мысль о странствовании в межзвездных пустынях, о перелетах с планеты на планету — в настоящее время, конечно, не более, как заманчивая греза. Рассуждать на эту тему можно пока разве лишь так, как говорили об авиации в эпоху Леонардо да-Винчи, целые века тому назад. Но ведь авиация на наших глазах из красивой мечты превратилась в повседневную действительность. Отчего же не допустить, что со временем осуществится и мечта о космических путешествиях, что наступит день, когда небесные дирижабли ринутся в глубь вселенной и перенесут бывших пленников Земли на Луну, на планеты, — даже, быть-может, в системы других солнц, далеких звезд?.. И кто знает, среди нынешних робких попыток мысленно разрешить эту грандиозную проблему — не намечается ли уже такая идея, которой впоследствии суждено воплотиться в реальную форму?
Попробуем с этой точки зрения рассмотреть наиболее заслуживающие внимания проекты космических путешествий, высказанные хотя бы и в форме фантастического романа. Быть-может, у кого-нибудь из мечтателей-романистов мы найдем намек на то, в каком направлении техника должна искать путей к осуществлению одной из величайших грез человечества.
Лет двести-триста тому назад, когда и воздухоплавание было только фантастической грезой, вопрос о межзвездных полетах казался тесно связанным с проблемой летания в атмосфере, Однако, мы уже путешествуем в воздухе, перелетаем над реками, горными хребтами, пустынями, морями; смело летим через материки и океаны, добились сказочных успехов в деле летания по воздуху, — а между тем полеты в мировое пространство по-прежнему еще далеки от осуществления.

Заатмосферное летание

Но иначе и быть не может: ведь это две совершенно различные проблемы — летать в воздухе и летать в пустоте.
С точки зрения механики, аэроплан движется так же, как и пароход или паровоз: колеса паровоза отталкиваются от рельсов, винт парохода — от воды, а пропеллер аэроплана отталкивается от воздуха. Но в заатмосферных пустынях, в мировом пространстве, нет воздуха, нет вообще никакой среды, на которую можно было бы так или иначе опираться. Значит, чтобы осуществить межпланетные полеты, техника должна обратиться к иным принципам летания и выработать такой тип снаряда, который мог бы передвигаться в совершенно пустом пространстве, не имея никакой опоры кругом себя. Такое „заатмосферное летание" не может иметь ничего общего с современной авиацией. Для разрешения этой задачи техника должна искать совершенно иных путей.

2. Всемирное тяготение и земная тяжесть

Прежде чем приступить к этим поискам, уделим минуту внимания тем невидимым цепям, которые приковывают нас к земному шару, — познакомимся поближе с действием силы всемирного тяготения. Ведь с нею-то и предстоит, главным образом, иметь дело будущим плавателям мирового океана.

Тяготение

Всемирное тяготение ни на мгновение не перестает проявляться везде и всюду, на каждом шагу, в великом и в малом. „Падение яблока с дерева, провал моста, сцепление почвы, явления прилива, предварения равноденствий, орбиты планеты со всеми их возмущениями, существование атмосферы, солнечное тепло, вся область астрономического тяготения, также как форма наших домов и мебели, совокупность условий обыденной жизни и даже наше существование — всецело зависят от этого основного свойства вещества", — картинно изображает значение тяготения в природе английский физик проф. О. Лодж. Каждые две частицы любого вещества притягивают друг друга, — и никогда, ни при каких условиях это взаимное притяжение не прекращается: оно лишь ослабевает с расстоянием, но не уничтожается от времени.

Притяжение двоих людей

Как же велика эта сила взаимного притяжения тел? Она может быть и невообразимо ничтожна и чудовищно могущественна, — в зависимости от размеров притягивающихся масс и от их взаимного расстояния. Два взрослых человека, отстоящие на сажень один от другого, взаимно притягиваются с силой менее чем 1/100 миллиграмма. Столь ничтожная сила, в тысячу раз меньшая веса мухи, ничем, конечно, не может обнаружиться в условиях обыденной жизни. Она недостаточна даже для того, чтобы разорвать паутинную нить; а ведь, чтобы сдвинуть человека с места, нужно преодолеть трение его подошв о пол; для груза в 4–5 пудов сила трения достигает целого пуда, т.-е. в 2.000 миллионов раз больше, чем упомянутая сила взаимного притяжения двух человеческих тел. Удивительно ли, что в условиях обыденной жизни мы не замечаем на Земле взаимного тяготения предметов?

Но если бы трения не было, если бы два человеческих существа висели без опоры в пустом пространстве и ничто не мешало проявляться их взаимному притяжению, — то какие бы чувства ни питали эти люди друг к другу, они непреодолимо влеклись бы один к другому силою всемирного тяготения. Правда, скорость этого сближения, под действием столь ничтожной силы, была бы мала до смешного. В течение первого часа каждое тело переместилось бы навстречу другому всего на 1½ см. В продолжение второго часа перемещение было бы немного значительнее, но в общем до сближения обоих тел вплотную прошло бы не менее пяти часов. И все-таки, очутись эти двое людей где-нибудь в мировом пространстве (в достаточном удалении от других притягивающих тел), они могли бы образовать нечто в роде темной миниатюрной двойной звезды: сообщив одному из тел ничтожный боковой толчок, мы заставили бы оба тела медленно обращаться вокруг их общего центра тяжести, лениво проползая 1/10 см. в минуту и заканчивая полный оборот в двое суток.

Притяжение двух кораблей

Всемирное притяжение
Закон масс — притяжение пропорционально произведению притягивающихся масс.
1 единица массы притягивает 1 единицу с силою 1 ед.
2 единицы массы притягивают 1 единицу с силою 2 ед.
3 единицы массы притягивают 2 единицы с силою 6 ед.

Увеличьте притягивающиеся массы — и сила их взаимного тяготения заметно возрастет. Провозглашенный Ньютоном закон всемирного тяготения гласит, что „притяжение тел увеличивается пропорционально произведению их масс и уменьшается пропорционально квадрату их расстояния". Можно вычислить, что два дредноута, весом по 25.000 тонн каждый, плавая на расстоянии одной версты один от другого, взаимно притягиваются с силою в 1 золотник. Это почти в полмиллиона раз больше упомянутой силы взаимного притяжения двух человеческих тел, но, разумеется, еще слишком недостаточно, чтобы преодолеть трение кораблей о воду и сблизить их вплотную. Ведь именно для преодоления трения корабля о воду предназначены могучие пароходные машины. Но и при отсутствии трения оба дредноута силою взаимного притяжения сблизились бы в течение первого часа всего только на два сантиметра.

Притяжение двух миров

Зато для таких огромных масс, как целые солнца и планеты, взаимное притяжение даже на гигантских расстояниях достигает степеней, превосходящих человеческое воображение.

Всемирное притяжение
Закон расстояний — притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния.
На двойном расстоянии притяжение уменьшается в 2х2, т.-е. в 4 раза, на тройном — в 3х3, т.-е. в 9 раз, и т. д.

Наша Земля, несмотря на неимоверную отдаленность от Солнца, удерживается на своей орбите единственно лишь могучим взаимным притяжением этих обоих тел. Предположите на минуту, что солнечное притяжение внезапно прекратилось, и что земные инженеры задались целью заменить невидимые цепи тяготения материальными связями, т.-е. попросту желают привязать земной шар к Солнцу стальными канатами. Вы видели, конечно, те свитые из проволоки канаты, на которых висят наши лифты. Каждый из них способен выдержать тяжесть свыше тысячи пудов. Знаете ли, сколько понадобилось бы таких канатов, чтобы заменить ими взаимное притяжение Земли и Солнца? Цифра с пятнадцатью нулями ничего не скажет вашему воображению. Вы получите более наглядное представление о могуществе этого притяжения, если я скажу вам, что вся обращенная к Солнцу поверхность земного шара была бы густо покрыта непроходимым лесом этих канатов, по тридцати на каждый квадратный аршин!
Вот как огромна та невидимая сила, которая притягивает планеты к Солнцу.
Но для межпланетных полетов вовсе не понадобится рассекать эту связь миров и сдвигать небесные светила с их вековечных путей. Будущему моряку вселенной придется считаться лишь с притягательным действием планет на мелкие тела, и прежде всего, конечно, с напряжением тяжести близ земной поверхности: только оно и приковывает нас к нашей планете.

Свободное падение

Земная тяжесть интересует нас в данный момент не потому, что она заставляет каждое лежащее или подвешенное земное тело давить на свою опору. Для нас важнее то, что всем не имеющим опоры телам она сообщает движение „вниз", т.-е. к центру Земли. Вопреки обычному мнению, для всех тел — тяжелых и легких — скорость этого движения, в пустом пространстве, одинакова и по истечении первой секунды падения всегда равна 10 метрам.
По истечении второй секунды падения, к уже имеющейся 10-метровой скорости присоединяются еще 10 метров: скорость удваивается. Возрастание скорости длится все время, пока совершается падение. С каждой секундой скорость падения возрастает на одну и ту же величину — именно на 10 метров. Поэтому к концу третьей секунды она уже равна 30 метрам, и т. д. Если же тело брошено снизу вверх, то скорость его взлета, наоборот, уменьшается каждую следующую секунду на те же 10 метров: по истечении первой секунды она уже на 10 метров меньше, чем первоначальная; к концу второй — еще на 10 метров, т.-е. уже на 20 метров, и т. д., пока не истощится вся первоначально сообщенная ему скорость, и тело не начнет падать вниз. (Так происходит лишь до тех пор, пока тело, поднимаясь вверх, не слишком значительно удаляется от земной поверхности; на большом расстоянии от Земли напряжение тяжести заметно ослабевает, и тогда ежесекундно будет отниматься уже не 10 метров, а меньше).
Сухие цифры, — но они должны нам многое пояснить.

Невидимые оковы тяжести

В старину, говорят, к ноге каторжника приковывали цепь с тяжелой гирей, чтобы отяжелить его шаг и сделать неспособным к побегу. Все мы, жители Земли, незримо отягчены подобною же гирею, мешающей нам вырваться из земного плена в окружающий простор вселенной. При малейшем усилии подняться ввысь эта невидимая гиря дает себя чувствовать и влечет нас вниз с возрастающей стремительностью. Быстрота нарастания этой скорости падения — по 10 метров в каждую секунду, — может служить точною мерою напряжения тяжести на земной поверхности и характеризует отягчающее действие той невидимой гири, которая держит нас в земном плену.
Все мечтающие о полетах по беспредельному океану вселенной, — а какой из пытливых умов не мечтает о них? — должны глубоко сожалеть о том, что человеческому роду приходится жить как-раз на той планете, которую мы именуем „Землей". Среди всех небесных сестер земного шара лишь немногие обладают столь значительным напряжением тяжести, как именно наша планета. Взгляните на прилагаемую табличку, где напряжение тяжести на разных планетах солнечной системы дано по сравнению с напряжением земной тяжести, принятым здесь за единицу:
Вы видите, что из планет нашей солнечной системы только на двух, гигантах Юпитере и Сатурне, напряжение тяжести превосходит земное. На всех же остальных планетах оно слабее. Если бы условия тяжести были у нас такие, как на Марсе или на Луне, то, пожалуй, не пришлось бы теперь писать книг в роде этой, потому что люди давно уже путешествовали бы по мировому пространству. А на мелких астероидах достаточно было бы просто оттолкнуться от планеты, чтобы унестись навеки в необъятный простор вселенной…

Земля в каждый момент, вследствие инерции, стремится двигаться по прямой линии, касательной к ее действительной орбите, и только притяжение Солнца заставляет ее уклоняться от касательной, чтобы следовать по криволинейному пути. (Масштаб не соблюден).

Итак, вопрос о возможности межпланетных путешествий сводится к вопросу о том, какими способами мыслимо бороться с силою земного притяжения.

3. Борьба с тяготением

Мысль наша способна вообразить лишь троякого рода борьбу с земною тяжестью:
1) Можно искать средств укрыться или заслониться от силы притяжения, сделаться для нее неуязвимым:
2) Можно пытаться в достаточной степени ослабить напряжение земной тяжести.
И, наконец,—
3) Оставляя без изменения силу земной тяжести, можно изыскивать средства преодолеть ее.
Каждый из этих трех путей в случае успеха сулит нам возможность освободиться из плена земной тяжести и пуститься в свободное плавание по океану вселенной.
В этой последовательности мы и будем рассматривать здесь наиболее любопытные, наиболее заманчивые или наиболее поучительные проекты осуществления космических путешествий.

При исчезновении силы тяготения „гигантские пушки взлетали бы на воздух, как мыльные пузыри.

4. Можно ли укрыться от силы тяжести?

Мы слишком привыкли к тому, что все вещи, все физические тела прикованы своим весом к земле; нам трудно поэтому даже мысленно отрешиться от силы тяжести и представить себе картину того, что было бы, если бы мы обладали способностью уничтожать эту силу по своему желанию. Такую фантастическую картину нарисовал недавно в одной из своих статей американский ученый Г. Сервис.
„Если бы, — писал этот ученый, — в самый разгар военной кампании мы могли посылать волны, которые, нейтрализовали бы силу тяжести, то всюду, куда бы они ни попадали, немедленно наступал бы хаос. Гигантские пушки взлетали бы на воздух, как мыльные пузыри. Марширующие солдаты вдруг почувствовали бы себя легче перышка и беспомощно поплыли бы в воздухе, как пробка на воде, будучи всецело во власти неприятеля, находящегося вне сферы действия этих волн. Картина смешная и, как может показаться, невероятная, — а между тем так было бы в действительности, если бы людям удалось подчинить силу тяжести своей власти". (Мы приводим здесь заимствованную из того же американского журнала попытку художника изобразить наглядно это необычайное зрелище).
Более того: власть над силой тяготения позволила бы человеку по своему желанию изменить устройство вселенной.

Всепроницаемость тяготения

„Если бы, — продолжает упомянутый ученый, — удалось нейтрализовать всю Землю (т.-е. уничтожить на ней силу тяжести), то она могла бы покинуть нашу солнечную систему и присоединиться к системе какой-нибудь другой звезды. А если бы случилось, что какая-нибудь комета стала угрожать Земле гибелью, то можно было бы, нейтрализовав эту комету, заставить ее свернуть с своего пути и тем отвратить гибель Земли".
Все эти заманчивые возможности — не более, как фантазия. Мы пока и мечтать не можем о том, чтобы распоряжаться силою тяготения по своему желанию. Мы не в состоянии даже хоть сколько-нибудь отклонить эту силу от пути, по которому она распространяется, не можем ни одного тела защитить от всюду проникающего ее действия.

Если бы мы могли посылать волны, которые нейтрализовали бы силу тяжести"…

Всемирное тяготение — единственная сила природы, для распространения которой мы не знаем никаких преград. Какое бы огромное, какое бы плотное тело ни стояло на ее пути, — сила эта проникает сквозь него совершенно так же, как через пустое место. Для тяготения не существует «непрозрачных» тел — нам пока еще такое тело неизвестно. Точные вычисления не обнаружили ни малейшего ослабления притягательной силы от прохождения ее через вещество тел. (Правда, в самые последние годы возникли кое-какие сомнения на этот счет, но пока только в виде подозрений и предположений — см. прибавление 2-ое в конце книги). Можно, однако, мечтать о том, что в будущем гению человеческому посчастливится отыскать такое непроницаемое для тяготения вещество или приготовить его искусственно. Не сможем ли мы тогда с его помощью укрыться от силы притяжения, сбросить с себя на время докучные цепи тяжести и свободно ринуться с Земли в бездны мирового пространства?

Заслон от силы тяжести

Остроумный английский писатель Герберт Уэльс подробно развил эту мысль в научно-фантастическом романе „Первые люди на Луне".
Ученый герой романа, изобретатель Кевор, открыл способ изготовления именно такого вещества, непроницаемого для тяготения. Об этом фантастическом веществе, названном в романе „кеворитом", автор рассуждает так (ведя речь от лица другого своего героя).
„Кевор стремился найти такое вещество, которое было бы „непрозрачно" для всех форм лучистой энергии. Почти каждое тело отличается непрозрачностью для какого-либо рода лучистой энергии и прозрачно для других ее видов. Стекло, например, пропускает видимый свет, но для невидимых лучей, производящих нагревание, оно гораздо менее прозрачно; квасцы, прозрачные для видимых лучей света, полностью задерживают лучи невидимые, нагревающие. Напротив, раствор иода в жидкости, называемой сероуглеродом, непрозрачен для видимых лучей света, но свободно пропускает невидимые, греющие лучи: через сосуд с такой жидкостью не видно пламени, но хорошо ощущается его теплота. Металлы непрозрачны не только для лучей света — видимого и невидимого — но и для электрических колебаний, которые, однако, свободно проходят сквозь стекло или через упомянутый раствор, как сквозь пустое пространство. И т. п.

„Далее. Мы знаем, что для всемирного тяготения, т.-е. для силы тяжести, проницаемы все тела. Вы можете поставить преграды, чтобы отрезать лучам света доступ к предметам; помощью металлических листов можете оградить предмет от доступа электрических волн искрового телеграфа, — но никакими преградами не можете вы защитить предмет от действия тяготения Солнца или от силы земной тяжести. Почему собственно в природе нет подобных преград для тяготения — трудно сказать. Однако, Кевор не видел причин, почему бы и не существовать такому веществу, непроницаемому для тяготения; он считал себя способным искусственно создать такое непроницаемое для тяготения вещество.
„Всякий, обладающий хоть искрой воображения, легко представит себе, какие необычайные возможности открывает перед нами подобное вещество. Если, например, нужно поднять груз, то как бы огромен он ни был, достаточно будет разостлать под ним лист из этого вещества — и груз можно будет поднять хоть соломинкой".
Обладая таким замечательным веществом, герои романа сооружают небесный дирижабль, в котором и совершают смелый перелет на Луну. Устройство снаряда весьма несложно: в нем нет никакого двигательного механизма, так как он перемещается действием внешней силы.
Вот описание этого фантастического снаряда:

Межпланетный дирижабль Уэльса

„Вообразите себе шарообразный снаряд, достаточно просторный, чтобы вместить двух человек с их багажом. Снаряд будет иметь две оболочки — внутреннюю и наружную; внутренняя из толстого стекла, наружная — стальная. "Можно взять с собою запас сгущенного воздуха, концентрированной пищи, аппараты для дистилляции воды и т. п. Стальной шар будет весь снаружи покрыт слоем кеворита. Внутренняя стеклянная оболочка будет сплошная, кроме люка; стальная же будет состоять из отдельных частей, и каждая такая часть может сворачиваться, как штора. Это легко устроить посредством особых пружин; шторы можно будет опускать и свертывать электрическим током, проводимым по платиновым проводам в стеклянной оболочке. Все это уже технические подробности. Главное то, что наружная оболочка снаряда будет вся состоять как бы из окон и „кеворитных" штор. Когда все шторы наглухо спущены, внутрь шара не может проникнуть ни свет, никакой вообще вид лучистой энергии, ни сила всемирного тяготения. Но вообразите, что одна из штор поднята — тогда какое-нибудь весомое тело, которое случайно находится вдали против этого окна, притянет нас к себе. Практически мы сможем путешествовать в мировом пространстве в том направлении, в каком пожелаем, притягиваемые то одним, то другим небесным телом".
Как видим, шар Уэльса, не имея внутри себя никакого двигателя, все же вполне приспособлен для межпланетных странствований…
Интересен у романиста самый момент отправления этого снаряда в путь. По идее Уэльса, тонкий слой „кеворита", покрывающий наружную поверхность снаряда, делает его совершенно невесомым. Невесомое тело не может спокойно лежать на дне воздушного океана; с ним должно произойти то же, что произошло бы с пробкой, погруженной на дно озера: пробка быстро всплывает на поверхность воды. Точно также невесомый снаряд, — отбрасываемый, к тому же, еще и инерцией вращающегося земного шара, — должен стремительно подняться ввысь и, дойдя до крайних границ атмосферы, умчаться по инерции в мировое пространство. Герои романа Уэльса так и полетели. И, очутившись далеко за пределами атмосферы, они, открывая одни заслонки, закрывая другие, подвергая свой снаряд притяжению то Солнца, то Земли, то Луны, — постепенно добрались до поверхности нашего спутника. А впоследствии точно таким же путем снаряд благополучно возвратился на Землю.
Этот проект небесных путешествий, так заманчиво представленный в романе, невольно подкупает своей внешней простотой. На первый взгляд он кажется настолько правдоподобным, что естественно возникает мысль: не заложено ли в нем здоровое зерно, и не в этом ли направлении следует искать разрешения задачи межпланетных путешествий? Нельзя ли, в самом деле, изобрести вещество, непроницаемое для тяготения, и, пользуясь им, устроить космический дирижабль?
Стоит, однако, вдуматься поглубже в эту идею, чтобы убедиться в ее полной несостоятельности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: