Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Во взглядах Эйнштейна на философию науки была значительная доля преемственности. В связи с этим неправильно было бы настаивать, что в его способе мыслить произошел крутой поворот от эмпиризма к реализму39. Тем не менее можно сказать, что в 1920-е годы, сражаясь с квантовой механикой, он перестал быть безоговорочным последователем Маха и стал большим реалистом, то есть тем, как он и сформулировал в статье в честь Максвелла, кто верит в основополагающую реальность, существующую вне зависимости от наших наблюдений над ней.

Это нашло отражение в лекции, прочитанной Эйнштейном в июне 1933 года в Оксфорде, где он кратко изложил свою философию науки. Лекция называлась “О методе теоретической физики” и начиналась с предупреждения. Чтобы по-настоящему понять методы и философию физиков, советовал Эйнштейн, “не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их работы”40.

Если и мы остановимся на том, что Эйнштейн делал, а не на том, что говорил, станет ясно, что, как и всякий истинный ученый, он верил, что конечным результатом любой теории должны стать выводы, допускающие эмпирическую проверку и подтвержденные опытом. Он славился тем, что заканчивал свои статьи призывом ставить эксперименты для проверки теории.

Но что он сам использовал как отправную точку в своих рассуждениях физика-теоретика, на каких принципах и постулатах основывались его логические построения? Как мы уже видели, обычно исходной точкой не были экспериментальные данные, которые требовалось объяснить. Описывая путь к общей теории относительности, Эйнштейн говорил: “Никакой набор эмпирических фактов, сколь угодно полный, не мог бы привести к формулировке таких сложных уравнений”41. Во многих знаменитых работах он специально подчеркивал, что при построении теорий не слишком опирался на результаты экспериментов. Речь шла о наблюдении броуновского движения, неудачных попытках обнаружить эфир или данных измерений фотоэлектрического тока.

Вместо этого он часто начинал с постулатов, которые формулировал на основании собственного понимания физической природы мира. Например, к выводу об эквивалентности гравитации и ускорения Эйнштейн пришел не на основании изучения экспериментальных данных. Его сила как теоретика состояла в том, что в сравнении с другими учеными он несравненно лучше умел формулировать то, что сам называл “общими постулатами и принципами, способными послужить отправной точкой”.

В этом процессе интуиция соединялась с чутьем, позволявшим выделить те факты, которые следовало обнаружить среди экспериментальных данных. “Ученый должен выведать эти общие принципы у природы, распознав во всей совокупности эмпирических фактов надежные общие характеристики явления”42. Эйнштейн описал суть этого процесса в письме Герману Вейлю: “Я верю, что для того, чтобы реально продвинуться вперед, опять надо обнаружить общий принцип, который следует отвоевать у природы”43. В то время он пытался найти свою точку опоры для построения единой теории поля.

Когда такой принцип у природы удавалось вырвать, Эйнштейн надеялся, что в следующем эпизоде свою роль сыграет физическая интуиция и формальный математический подход, после чего можно будет двинуться по направлению к доступным проверке выводам. В молодости он иногда относился пренебрежительно к роли, отведенной чистой математике. Но во время решающего рывка к общей теории относительности именно математический аппарат позволил ему пересечь финишную черту.

С тех пор в погоне за единой теорией поля он все больше зависел от математического аппарата. “Построение общей теории относительности показало Эйнштейну всю мощь абстрактного математического подхода, особенно тензорного исчисления, – пишет астрофизик Джон Барроу. – Необычайная физическая интуиция гармонично сочеталась с математическим аппаратом общей теории относительности, но в последующие годы баланс был нарушен. При поиске единой теории поля Эйнштейн поддался очарованию абстрактного формализма”44.

Лекцию в Оксфорде Эйнштейн начал с реверанса в сторону эмпиризма: “Все познание реальности исходит из опыта и возвращается к нему”. Но сразу затем он обратился к вопросу о том, какую роль играет “чистый разум” и логическое мышление. Эйнштейн не колеблясь признал, что успех, достигнутый с помощью тензорного исчисления при выводе уравнений общей теории относительности, превратил его в поклонника формального математического подхода. Использовать такой подход, подчеркивающий простоту и элегантность уравнений, надежнее, чем полагаться на роль эксперимента.

Тот факт, что подобный метод сработал в случае общей теории относительности, сказал он, “убеждает нас в том, что природа представляет собой реализацию самых простых возможных математических понятий”45. Это очень изысканное и к тому же удивительно интересное мировоззрение позволяет понять ход мыслей Эйнштейна, когда десятилетиями математическая “простота” направляла его поиск единой теории поля. Да, оно созвучно и великому правилу Исаака Ньютона из третьей книги “Начал”: “Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей”.

Но Эйнштейн не привел доказательства, подтверждающего его символ веры, такого, которое могло бы опровергнуть современную физику элементарных частиц46. Не объяснил Эйнштейн и того, что именно понимает он под математической простотой. Вместо этого он просто утверждал, что по его глубокому убеждению Бог именно так создавал Вселенную. “Я убежден, что с помощью только математических построений можно открыть новые элементы знания и законы, связывающие их между собой”, – заявлял он.

Эту свою уверенность, а фактически – символ веры он изложил во время предыдущего визита в Оксфорд в мае 1931 года, когда ему была присвоена степень почетного доктора. В прочитанной по этому поводу лекции Эйнштейн объяснял, что в своем постоянном поиске единой теории поля он следует скорее за соблазном математического изящества, чем за экспериментами. “Не груз экспериментальных фактов направляет мой поиск, а притягательность математической простоты, – сказал он. – Я могу только надеяться, что эксперимент последует за знаменем математики”47.

Подобным образом Эйнштейн закончил и свою оксфордскую лекцию в 1933 году, сказав, что пришел к такому убеждению: математические уравнения полевой теории – наилучший способ познания “реальности”. До сих пор, признал он, это не срабатывает на субатомном уровне, где, как представляется, управляют шанс и вероятность. Но, сказал Эйнштейн собравшимся, он по-прежнему убежден, что точка здесь не поставлена: “Я все еще верю в возможность построения модели реальности, то есть теории, которая выражает сами вещи, а не только вероятности их появления”48.

В далеком 1917 году, когда Эйнштейн анализировал свою “космологическую модель”, являющуюся следствием общей теории относительности, большинство астрономов считали, что Вселенная состоит только из Млечного Пути, где в пустом пространстве дрейфуют сотни миллиардов звезд. Более того, Вселенная, заполненная звездами, казалась вполне стабильной – не расширяющейся и не стягивающейся к центру.

Это заставило Эйнштейна добавить к полевым уравнениям космологическую постоянную, ответственную за “отталкивающую” силу. Эта сила должна была противостоять гравитационному притяжению, которое, если звезды, обладая достаточно большим импульсом, не будут удаляться друг от друга, собрала бы их в одном месте.