На плечах гигантов - Стивен Хокинг

Альберт Эйнштейн и его вторая жена Эльза.

Специальная теория относительности коренным образом изменила понятия времени и массы, а общая теория относительности – наши представления о пространстве. Ньютон писал, что «абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным». Пространство Ньютона – это пространство Евклида, бесконечное и безграничное. Все тела в нем тяготеют друг к другу, однако никак не воздействуют на структуру самого пространства. Напротив, общая теория относительности Эйнштейна гласит, что гравитационная масса тела воздействует не только на все остальные тела, но и на структуру пространства. Если тело достаточно массивно, пространство вокруг него искажается. Свет в такой области пространства искривляется.

В 1919 году сэр Артур Эддингтон решил экспериментально проверить общую теорию относительности. Эддингтон организовал две экспедиции – в Бразилию и в Западную Африку – с целью пронаблюдать, как звездный свет проходит мимо массивного тела – Солнца – во время полного солнечного затмения 29 мая. В обычных условиях сделать такие наблюдения невозможно, поскольку слабый свет далеких звезд при дневном свете незаметен, однако во время затмения его пусть ненадолго, но видно.

В сентябре Эйнштейн получил телеграмму от Хенрика Лоренца – коллеги-физика и близкого друга. Там говорилось: «Эддингтон обнаружил смещение звезд у кромки солнечного диска, предварительные измерения от девяти десятых секунды до значения вдвое больше». Данные Эддингтона вполне соответствовали смещению, предсказанному общей теорией относительности. На фотографиях из Бразилии известные звезды во время затмения находились в небе не там, где обычно по ночам, когда их свет не проходил мимо Солнца. Общую теорию относительности удалось подтвердить, и это навсегда изменило ход научного прогресса. Много лет спустя, когда один студент спросил Эйнштейна, что бы он почувствовал, если бы теорию опровергли, Эйнштейн ответил: «Я от души пожалел бы Господа Бога. Теория верна».

Подтверждение общей теории относительности принесло Эйнштейну всемирную славу. В 1921 году он был избран членом Британского Королевского общества. Почетные степени и награды ожидали его повсюду, куда бы он ни прибыл. В 1927 году Эйнштейн приступил к работе над основами квантовой механики совместно с датским физиком Нильсом Бором, однако не упускал из виду свою мечту – единую теорию поля. Он часто ездил в США и в результате в 1932 году получил место профессора математики и теоретической физики в Институте передовых исследований в Принстоне, в штате Нью-Джерси.

Эйнштейн читает лекцию в Принстоне. 1932 год.

Год спустя он навсегда перебрался в Принстон, поскольку нацистская партия, взявшая верх в Германии, проводила политику против «еврейской науки». Имущество Эйнштейна конфисковали, ученого лишили гражданства Германии и возможности работать в немецких университетах. До той поры Эйнштейн считал себя пацифистом. Однако когда Гитлер превратил Германию в военную машину, опустошавшую Европу, Эйнштейн пришел к мысли, что использование силы против Германии морально оправданно. В 1939 году, в самом начале Второй мировой войны, Эйнштейн понял, что немцы, вероятно, вот-вот сумеют создать атомную бомбу – оружие, ставшее возможным благодаря его же исследованиям, так что он чувствовал себя в ответе за него. Тогда Эйнштейн обратился с письмом к президенту Франклину Д. Рузвельту, предупредил его о такой возможности и посоветовал, чтобы США тоже предприняли ядерные исследования. Это письмо он составил вместе со своим другом и коллегой Лео Силардом, и оно послужило толчком для запуска проекта «Манхэттен», в результате чего и были созданы первые атомные бомбы в мире. В 1944 году Эйнштейн продал рукопись своей статьи 1905 года и вырученные средства – шесть миллионов долларов – передал на нужды союзников.

Представления Эйнштейна об искажении пространственно-временного континуума под воздействием массивных тел.

После войны Эйнштейн продолжил заниматься волнующими его общественно-политическими вопросами. В ноябре 1952 года ему предложили стать президентом Израиля, поскольку он много лет поддерживал сионизм. Эйнштейн учтиво отказался, сославшись на недостаток опыта. В апреле 1955 года, за неделю до смерти, Эйнштейн написал письмо философу Бертрану Расселу, в котором соглашался поставить свою подпись под манифестом, призывающим все страны отказаться от ядерного оружия.

Эйнштейн умер от острой сердечной недостаточности 18 апреля 1955 года. Он всю жизнь стремился разгадать тайны мироздания, опираясь исключительно на разум, а не на чувства. «Истинную теорию видишь не глазами, а разумом», – заметил он однажды.

К ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ

Известно, что если применить электродинамику Максвелла в ее современном виде к движущимся телам, то это приведет к нарушению симметрии. Однако такое нарушение, по всей видимости, для самих явлений нехарактерно. Например, рассмотрим электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником, по которому идет ток. На наблюдаемое явление здесь влияет только относительное движение проводника и магнита. Однако, согласно привычному представлению, два случая, в которых движется либо одно, либо другое тело, должны быть строго обособлены. Действительно, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле. Это электрическое поле обладает некоторым количеством энергии, которое порождает ток в тех местах, где находятся части проводника. Если покоится магнит, а движется проводник, то никакого электрического поля вокруг магнита не возникает. В проводнике в этом случае возникает электродвижущая сила, которой самой по себе не соответствует никакая энергия. Эта электродвижущая сила – в предположении о тождественности относительного движения в обоих рассматриваемых случаях – вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и электрическое поле в первом случае.

Примеры подобного рода, а также неудачные попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды» ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя. Более того, они ведут к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка. Это предположение (содержание которого далее будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, следующее добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии. Свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, которая не зависит от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение «светоносного эфира» окажется при этом лишним, потому что в предлагаемой теории не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделенное особыми свойствами. Кроме того, ни одной точке пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается какой-нибудь вектор скорости.