Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки - Ирина Львовна Радунская

Массивное тело искажает геометрию «пространства — времени», делая ее неевклидовой. Оно образует поле тяготения, а не притягивает к себе другие тела непосредственно.)

Возможности модели, которой мы здесь воспользовались, далеко не исчерпаны. В этой книге мы прибегнем к ней еще дважды. А пока возвратимся к нашему повествованию.

Но прежде чем идти дальше, необходимо сделать еще одно замечание. Мы, приводя шарик в движение, не только присвоили себе право первого толчка, предоставленное Ньютоном богу, но и совершили «чудо», обсуждая наш опыт так, как будто мы смотрим на поверхность холста сверху. Но ведь мы с самого начала условились, что в нашем опыте нет «верха» и «низа». Существует только двухмерная поверхность холста, плоская или искривленная, соответственно евклидова или неевклидова, и ничего более. Мы должны были бы обсуждать опыт с точки зрения двухмерного плоского существа, для которого не существует самих понятий «верх» и «низ». По холсту должен был двигаться не шарик, а этакий плоский живой листок, скользящий по инерции в евклидовом мире по прямым, а в неевклидовом по геодезическим линиям. И сам плоский листок должен был бы наблюдать свое движение и сообщать нам о результатах опыта. В неевклидовом мире на искривленной к центру поверхности это плоское существо испытывает гравитационное притяжение к центру кривизны. Читатель сам может перевести весь опыт на язык этого плоского существа, вместо того чтобы взирать на него из несуществующего для этого существа трехмерного мира.

Эйнштейн нигде не описал такого опыта. Однако, вероятно, имел в виду нечто подобное, когда отвечал на вопрос своего малолетнего сына: «Папа, почему ты, собственно, так знаменит?» Он сказал: «Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут, мне же посчастливилось заметить это».

Теория относительности заменила тяготение геометрическим искривлением «пространства — времени», но в 1915 году, когда Эйнштейн писал обсуждаемую сейчас статью, эта теория еще не ответила на многие вопросы. Мгновенно ли возникает это искривление «пространства — времени», или оно расходится подобно волнам? Это были вопросы без ответов, хотя высказывались интересные и курьезные гипотезы…

Железная необходимость перемен

Не прошло и двух недель, как новый вариант теории принес первые плоды. Он показал, что ожидаемое искривление луча света, проходящего вблизи Солнца, должно быть вдвое большим, чем давали прежние расчеты, которые еще не учитывали кривизну пространства вблизи больших масс, а опирались только на то, что фотоны обладают массой. Однако это уточнение казалось мелочью по сравнению со вторым результатом.

Прежние уравнения общей теории относительности переходили в пределе в уравнения механики Ньютона и давали, как следствие, законы Кеплера, описывающие движения планет. Новые уравнения предложили совершенно неожиданную, хотя и малую, поправку к самому закону движения планет. Для всех планет эта поправка столь мала, что в то время ее невозможно было проверить. Для всех планет, кроме Меркурия, ближайшей к Солнцу планеты.

Для Меркурия еще Леверье открыл удивительную аномалию. Меркурий, в отличие от остальных планет, не движется по эллипсу. Его орбита очень близка к эллипсу. Это как бы эллипс, который медленно вращается вокруг Солнца, проходя около 45 дуговых секунд за столетие. В результате Меркурий описывает в пространстве сложную розетку. Астрономы надежно установили, каково истинное движение планеты, хотя никто не мог указать причину несовпадения движения Меркурия с законами механики Ньютона. Высказывались различные гипотезы, например, предполагалось, что между Меркурием и Солнцем существует еще одна планета, увидеть которую мешает яркий солнечный свет. Известны и другие столь же необоснованные гипотезы.

Теперь новые уравнения гравитационного поля привели к поправке в законе Кеплера, соответствующей наблюдаемому движению орбиты Меркурия с погрешностью, не превышающей одного процента. (В 1915 году движение орбиты Меркурия было измерено менее точно, чем теперь. Исходя из тех данных различие между вычислением Эйнштейна и данными астрономов составило 5 %, но и это было триумфом.)

Наконец 2 декабря 1915 года в редакцию прибывает короткая итоговая статья. В ней впервые в окончательной форме выписаны уравнения теории тяготения. Она фиксирует мнение автора: «Наконец завершено построение общей теории относительности как логической схемы. Постулат относительности в его наиболее общей форме… приводит с железной необходимостью к вполне определенной теории тяготения, объясняющей движение перигелия Меркурия».

Добавим еще, что эта статья обогатила лабораторный жаргон физиков выражением «железная необходимость», породившим затем «железную теорию», «железный вывод» и просто энергичное «железно», которым физики склонны фиксировать свои успехи и подкреплять свои аргументы в научных дискуссиях.

Несмотря на то что Эйнштейн написал выше приведенные слова о завершении общей теории относительности до 2 декабря 1915 года, ее возникновение обычно относят к следующему году. Если принять эту традицию, то днем ее рождения следует считать 20 марта 1916 года, когда в редакцию журнала «Аннален дер физик» поступила большая статья «Основы общей теории относительности». Многолетний труд наконец завершен. Эйнштейн пишет: «Моя главная цель — изложить эту теорию так, чтобы читатель ощутил психологическую естественность выбранного пути и чтобы предпосылки, положенные в ее основу, представлялись бы как можно лучше согласованными с опытом».

Читатель уже, несомненно, освоился с идейными основами и главными результатами общей теории относительности. Но ее автор считал необходимым еще и еще раз повторять и уточнять их формулировки. Это сделано и в новой статье. Проведено наиболее полно и последовательно. Завершено наиболее радикальное обобщение специальной теории относительности, ограниченной случаем равномерных и прямолинейных движений. Теперь стало ясно, что законы физики должны записываться такими математическими формулами, которые остаются справедливыми и неизменными при любых движениях и учитывают влияние материи на структуру четырехмерного «пространства — времени». Именно такие математические формулы составляют плоть монументального творения Эйнштейна — общей теории относительности. Это, в конечном итоге, вытекает из принципа причинности. В науке нет места фиктивным причинам, придумываемым для объяснения того или иного явления. В качестве причин и следствий наука может признавать только наблюдаемые факты. Механика Ньютона не удовлетворяет этому требованию. Ее абсолютное пространство, абсолютное время, абсолютный покой и абсолютное движение по отношению к абсолютно неподвижному пространству являются фикциями и должны быть устранены из науки.

Главные экспериментальные факты, оставшиеся неучтенными и необъясненными в специальной теории относительности (и конечно, лежащие за пределами механики Ньютона), — это существование сил инерции и равенство инертной и тяжелой масс. Эти факты лежат в основе общей теории относительности, центральной частью которой является теория тяготения.

Теория вышла за пределы лифта, ящика, движущегося прямолинейно с постоянным ускорением. Теперь снято и принятое вначале ограничение однородными полями тяготения. Они могут быть любыми, но всегда полностью определяются материей, присутствующей во Вселенной, и энергией, наполняющей ее,