О. Деревенский - Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения

• Название: Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Помните, как в школе мы все замирали словно кролики перед удавом перед законом про "всемирное тяготение" всех масс в мире друг к другу. Нам рисовали на доске двухэтажную формулу, а вместо её доказательства рассказывали анекдот про яблоко, поразившее в темечко спящего автора, который проснулся от удара и тут же этот самый закон записал. Особо сомневающимся в факте взаимного тяготения масс предлагалось для доказательства спрыгнуть откуда-нибудь повыше и посмотреть, что будет.

Позже, в институте, доказательство этого закона тоже как-то проскакивали на большой скорости, без ненужных подробностей.

И, как оказалось, далеко не случайно. Поскольку массы друг другу вовсе не притягиваются. А с тяготением всё и гораздо сложнее, и куда интереснее.

Но об этом лучше почитать в самой статье.

---

Вот, полюбуйтесь! Классический и самый прямой способ убедиться в наличии синодической болтанки Земли «к Солнцу – от Солнца» - это обнаружить соответствующее изменение углового диаметра диска Солнца: его увеличение в полнолуние и уменьшение в новолуние. Правда, величина эффекта маловата: всего шесть сотых угловой секунды – и отследить его весьма и весьма сложно. А жаль, очень кстати бы пришлось. Ну да не беда: есть ведь и другие способы! Вот, например: исследование спектральных линий Солнца. Если бы Земля болталась «к Солнцу – от Солнца» - с амплитудной скоростью 12.3 м/с – то, из-за эффекта Допплера, спектральные линии Солнца периодически сдвигались бы туда-сюда. Но чегой-то никто не выступает с радостными заявлениями на этот счёт. И не потому, что спектры Солнца недостаточно хорошо изучены: они изучены вдоль и поперёк. Может, исследователи скромничают? Да некогда им скромничать – они сейчас бурно развивают новое направление: открывание, понимаете ли, экзопланет. Так они называют планеты у далёких звёзд, которые обнаруживают себя единственно через периодические сдвиги спектров своих звёзд – якобы, из-за всё того же эффекта Допплера при обращении звезды около общего с планетой центра масс. Сбацали спектрографы, дающие уму непостижимую точность: в пересчёте на скорость, получается всего 1 метр в секунду! Взять бы это чудо техники да с солнечными спектрами поработать – синодическая болтанка Земли поперёк орбиты стоит того! Но нет: допплеровский метод – он капризный какой-то получается. Лишь в случае далёких, неизученных звёзд всё выходит изумительно: сенсация на сенсации едет и сенсацией погоняет. А в случае Солнца, когда все важные параметры достоверно известны, что-то там фатально заклинивает... Идём дальше, и видим ещё один распрекрасный метод: приём импульсов пульсаров. Здесь синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» проявилась бы во всей своей красе: накапливающиеся за полмесяца запаздывания-опережения моментов прихода импульсов от подходящих пульсаров достигали бы аж три сотых секунды! Чтобы это легко увидеть, нужно было бы всего лишь определять моменты прихода импульсов в системе отсчёта, связанной с центром Земли. Вместо этого, как нарочно, в хронометрировании пульсаров принято пересчитывать моменты прихода импульсов к центру масс Солнечной системы. При этом информация о движении Земли в паре Земля-Луна теряется полностью. Ну, знаете, это уже симптом! Непременно должны быть какие-то «высшие соображения», руководствуясь которыми, исследователи, не поморщившись, выбрасывают целый пласт информации! Что за страшную тайну скрывает этот пласт? Не ту ли, что синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» не существует?

Так или иначе, но эта болтанка упорно не обнаруживается прямыми методами. Поэтому, с горя прибегают к методам кривым. По-простому это называется «через задницу», а по-научному – «оптимизация многих параметров». Мало кто знает, в чём прелесть этого метода. Вон, бывает, что в потоке опытных данных имеются кое-какие особенности, которые из теоретических соображений являются лишними. Тогда проблема легко решается: известен целый набор математических процедур – фильтрация, сглаживание, и др. – которые позволяют удалить из потока данных все лишние глупости. Это дело не хитрое: удалять-то. А что бедным учёным делать в противоположной ситуации: когда в потоке данных упорно отсутствует некоторая особенность – а очень хочется, чтобы она присутствовала? Вот для таких случаев и был разработан метод оптимизации многих параметров. Он тем и хорош, что позволяет вполне наукообразно засвидетельствовать наличие несуществующих эффектов. Для этого записываются сложные, аналитически не решаемые уравнения, в которых желаемый эффект – это ключевой момент! – учитывается так, как будто он реально существует. Чем сильнее уравнения навороченны, и чем больше параметров в них входит – тем лучше. Потому что тем неочевиднее для посторонних глаз становится смысл дальнейшего таинства «оптимизации». А таинство это вот какое. С помощью быстродействующих ЭВМ варьируются входящие в уравнения параметры – таким образом, чтобы найти наилучшее согласие между теорией, в которой желаемый эффект есть, и опытными данными, в которых этого эффекта нет. Кому-то с непривычки может показаться странным – о каком же «наилучшем согласии» может идти речь в таком случае. Да уж о таком, какое получается! Конечно, здесь получается наилучший вариант из никудышных, но он по-честному наилучший! В этом и смысл «оптимизации» - не зря же ЭВМ гоняли, в самом деле! Вот и выдаст ЭВМ пачку значений «оптимизированных» параметров. Причём, выходит особенно мило, если в число этих параметров были включены какие-либо физические постоянные, имеющие важное прикладное значение. После «оптимизации», значения этих постоянных оказываются уточнёнными! Пользуйтесь, товарищи дорогие! И пусть теперь попробует кто-нибудь из дорогих товарищей усомниться в том, что эффект, ради которого затевалась вся эта «оптимизация», реально существует. Как же, мол, ему не существовать, если он учитывался в теории, и было найдено наилучшее согласие этой теории с опытными данными!

Так вот, вернёмся к синодической болтанке Земли «к Солнцу – от Солнца». Все свидетельства о её существовании держатся на одном и том же честном слове: мы, мол, учитывали её в уравнениях, и, после оптимизации многих параметров, она чудненько засвидетельствовалась. Именно так делалось, например, при радиолокации планет, где синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца», имей она место, прямо дала бы соответствующую волну во временах прохождения радиоимпульсов туда-обратно. Казалось бы, чего проще – покажите нам эту волну! Нет-нет, отвечают нам, не всё так просто: без оптимизации многих параметров тут ни фига не получается! А с оптимизацией – милое дело; заодно и система фундаментальных астрономических постоянных уточнилась! Или вот, ещё одна любимая игрушка: слежение за автоматическими межпланетными станциями. Полёт к Венере, например, обычно длится около трёх с половиной месяцев. При плотном радиоконтроле скорости станции и её удаления от Земли, волна из-за синодической болтанки Земли проявилась бы, опять же, во всём своём великолепии. И снова нас методично лишают радости полюбоваться на это великолепие. Впрочем, известен случай, когда американцы обошлись без оптимизации многих параметров. По результатам слежения за «Маринером-6» и «Маринером-7», они чётко заявили о месячной волне в дальномерных и допплеровских данных, по амплитуде которой «прямо и надёжно» определялась амплитуда обращения Земли около центра масс Земля-Луна. Причём, геометрия слежения была такова, что месячную волну дала бы как раз болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца»! И мы поначалу недоумевали: что это за исключение вылезло? Неужто – в самом деле, неужто – не шутя?! Оказалось – шутя! Амплитуда-то болтанки Земли принималась такой, при которой «устранялась, по методу наименьших квадратов, месячная волна остаточных уклонений в данных слежения». Выходит, что месячная волна наблюдалась – держитесь крепче! – в остаточных уклонениях?! А, спрашивается, в уклонениях от чего? Ну, конечно же, от теоретического прогноза, в котором считалось, что болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» имеет место. Но, если бы этот прогноз был верен, то остаточные уклонения были бы нулевые! И, значит… американцы, не желая того, доказали, что синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца»… ну, в общем, что этой болтанки НЕТ! За что боролись, на то и напоролись!

Что же это получается, товарищи учёные? Вы, кажется, вслед за Лапласом утверждаете, что движение Луны вокруг Земли происходит в таком великолепном согласии с законом всемирного тяготения, что на этот счёт не может быть никаких сомнений. Но откуда же быть этому великолепному согласию – при таких невероятных манёврах у пары Земля-Луна? Когда Луна совершает орбитальное движение вокруг некоторого условного центра, а Земля не обращается около него, как положено, а совершает одномерные колебания! И амплитуда у этих колебаний вполне приличная: те самые 4670 км. Прямо-таки неловко становится: обращение Земли – это одно, а одномерные колебания, даже с той же самой амплитудой – это ведь совсем другое! Мальчика от девочки отличить не можете! Вы ещё скажите, что если картина движения пары Земля-Луна была бы такой бредовой – Луна летает по орбите, а Земля под ней колеблется – то это с очевидностью проявилось бы в видимом движении Луны. Посмотрите же правде в глаза: именно это с очевидностью и проявляется! Ведь с давних пор расписание движения Луны по небесной сфере представляло большой практический интерес. Нарушения ровного расписания хорошо известны, они называются неравенствами в движении Луны. Второе по величине периодическое неравенство в долготе – описывающее ускорения-замедления ходя Луны по небесной сфере – называется вариация. Именно такие, как говорит вариация, ускорения-замедления видимого хода Луны (и соответствующие им периодические изменения расстояния до Луны) должны иметь место, если Луна летает по орбите, а Земля под ней колеблется! Следует лишь уточнить, что, при равенстве периодов орбитального обращения Луны и колебаний Земли, эти обращение и колебания сфазированы определённым образом. А именно: в новолуние и полнолуние Земля проходит через центр своих колебаний, а в серединах между новолуниями и полнолуниями Земля находится в том или ином крайнем отклонении от центра своих колебаний – в противоположную от Луны сторону. Невероятно, но вариация и соответствующие ей периодические изменения расстояния до Луны оказываются чисто геометрическими следствиями того, что у Луны движение орбитальное, а у Земли – колебательное. Согласитесь, трудно назвать бредовой картину, которая обнаруживается самым прямым методом, т.е. методом пристального вглядывания!