Давид Ласерна - Эйнштейн. Теория относительности. Пространство – это вопрос времени.

• Название: Эйнштейн. Теория относительности. Пространство – это вопрос времени.
• Автор: Давид Ласерна
• Издательство: Де Агостини
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015

Альберт Эйнштейн – один из самых известных людей прошлого века. Отгремело эхо той бурной эпохи, в которую ученому выпало жить и творить, эхо мировых войн и ядерных атак, но его гениальные открытия и сегодня не потеряли остроты: закон взаимосвязи массы и энергии, выраженный знаменитой формулой Е = mc² , поистине пионерская квантовая теория и особенно теория относительности, навсегда изменившая наши, до того столь прочные, представления о времени и пространстве.

---

Математик практически полностью проигнорировал экспериментальный контекст. Релятивистское прочтение гравитации было одним из аспектов его аксиоматической теории, которая охватывала не только гравитацию, но также электромагнетизм и его взаимодействие с материей. Гильберт считал, что фундаментальные уравнения физики должны быть выведены из функции, которую он назвал мировой, а ее свойства определил в паре аксиом. Его лекция имела название «Основания физики», и речь в ней шла о дисциплине, из которой теперь должна была «возникнуть такая наука, как геометрия».

Математик использовал гораздо более сложный аппарат, чем Эйнштейн, и решил некоторые задачи более прямым образом. Однако его стремление унифицировать относительность и электромагнетизм, между делом осмыслив внутриатомные процессы, не увенчалось успехом. Впрочем, Эйнштейн считал, что достижение этой цели потребовало бы сверхчеловеческих усилий.

Возможно, Герман Вейль, ученик Гильберта, сделавший важный вклад в теоретическую физику, как никто другой понял произошедшее: «Такие люди, как Эйнштейн и Нильс Бор, прокладывают себе дорогу на ощупь, в темноте, пока не достигнут своих концепций общей теории относительности или структуры атома. Их опыт и воображение отличаются от тех, которыми обладают математики, хотя математика, несомненно, очень при этом важна».

Эйнштейн крайне ревниво воспринял работу Гильберта, и это заметно в некоторых письмах ученого. Однако Гильберт никоим образом не пытался оспорить его первенства, и 20 декабря 1915 года Эйнштейн написал примирительное письмо.

«Между нами возникла некоторая враждебность, причины которой я не берусь анализировать, – писал ученый. – Я боролся с чувством горечи, которое пробудилось во мне, и победил его полностью. Я снова думаю о тебе с теплотой и очень прошу тебя попытаться сделать то же по отношению ко мне».

По иронии судьбы, после того как Минковский заразил Гильберта своим увлечением физикой, Гильберт, в свою очередь, передал Эйнштейну свои масштабные, практически сверхчеловеческие устремления, и тот посвятил последние десятилетия своей жизни построению теории, объединяющей электромагнитное и гравитационное поля. Это был поиск, обреченный на провал.

ГЛАВА 4 Мировые шкалы отсчета

Возведя сооружение из уравнений теории относительности, Эйнштейн попытался объяснить свое видение мира. Космология – наука, которая до того времени основывалась исключительно на умозрительных предположениях, – благодаря Эйнштейну сделала огромный шаг вперед. Экспериментальное подтверждение отклонения света под действием гравитации принесло ученому мировую известность.

В конце каждого творческого подъема Эйнштейн заболевал от нервного истощения. Если после месяцев чрезмерной активности, сопутствующей статьям 1905 года, он провел в постели две недели, то теория относительности стоила ему нескольких лет выздоровления. Состояние ученого ухудшали размышления о войне. С 1917 года он испытывал приступы упадка сил, страдал от желчнокаменной болезни и был вынужден провести в постели много недель. За два месяца Эйнштейн потерял 25 килограммов.

С приходом лета Эльза сняла для него квартирку в том же доме, где жила сама, и незаметно стала для него сиделкой, кухаркой, соседкой и любовницей. Видя ее полную отдачу, Эйнштейн решил вплотную заняться разводом. Уговорить Милеву ему помогло обещание отдать ей Нобелевскую премию – правда, пока еще не полученную. Первой реакцией Милевы был гнев, но спустя несколько недель она уступила, поняв, что брак разрушен окончательно, и даже дети не могут его спасти. Что ей оставалось? Только примириться с неизбежным. Теперь Эйнштейну нужно было преодолеть все бюрократические препоны. «Любопытно, что продлится дольше, – шутил Эйнштейн,- мировая война или наше дело о разводе». Развод занял больше времени.

Милева была, вероятно, самой большой любовью его жизни. В первом браке он искал радостей и для тела, и для души. В письмах к Эльзе чувствуется не только его влюбленность, но и некоторые опасения: «Брак не перестает меня пугать совсем не из-за отсутствия истинной привязанности!» Возможно, Милева была идеальным объектом любви для двадцатилетнего молодого человека, в то время как Эльза – для сорокалетнего. Кузина дарила ученому спокойствие и мир и довольствовалась менее глубокими чувствами. И даже если между ними не было страстной любви, взаимная забота и поддержка были однозначно.

Мне нравится, что моя нынешняя жена, в отличие от моей первой супруги, ничего не смыслит в науке.

Из письма Эйнштейна к его ученице Эстер Саламан

Эйнштейн постепенно получил признание в мировом научном сообществе. Ученый жаловался: «Чтобы наказать меня за мое презрение к авторитетам, судьба сделала авторитетом меня самого».

Во время развода Эйнштейн обещал Милеве: «Никогда не откажусь жить один – я себя чувствую при этом невыразимо счастливым». Однако прошло меньше четырех месяцев после развода, и он уже был женат снова.

Паулина восприняла развод сына с Милевой так, словно выиграла в лотерею. «Как бы радовался бедный папа, если бы мог увидеть это!» Однако всего год спустя у матери Эйнштейна нашли рак желудка. Еще одним ударом для нее стало отдаление Альберта.

Затмение

В 1804 году баварский астроном Иоганн Георг фон Зольднер (1776-1833), основываясь на корпускулярной теории Ньютона, согласно которой свет состоял из частиц, чувствительных к силе тяжести, сформулировал следующее любопытное утверждение: «Световой луч, проходящий рядом с небесным телом, под воздействием силы его притяжения описывает гиперболу, вогнутую в противоположную сторону от тела, притягивающего луч». Фон Зольднер рассчитал, что рядом с Солнцем угол отклонения (или угол пертурбации) составит 0,84 секунды. Заметно ли такое отклонение с Земли? «При наблюдении за неподвижными звездами, ближайшими к Солнцу, это явление следовало бы принять к сведению. Однако, поскольку такое наблюдение с Земли невозможно, мы можем не учитывать это отклонение». В XIX столетии корпускулярная теория света уступила место волновой теории, и предположение фон Зольднера, которое было невозможно проверить средствами эпохи, довольно скоро ушло в историю.

В июне 1911 года, отталкиваясь от различных научных догадок, Эйнштейн в своей статье «О влиянии силы тяжести на распространение света» вслед за фон Зольднером пришел к той же идее и указал практически тот же угол отклонения: 0,83 секунды. Однако он сделал диаметрально противоположный зольднеровскому вывод:

«Так как звезды соседних с Солнцем частей неба делаются видимыми при полных затмениях, то это следствие теории сравнимо с опытом. […] Было бы крайне желательно, чтобы астрономы заинтересовались поставленным здесь вопросом даже в том случае, если бы предыдущие рассуждения казались недостаточно обоснованными или рискованными».

Описание наблюдений Кроммелина в Собрале (Бразилия), напечатанных в «Иллюстрированных лондонских новостях» 22 ноября 1919 года.

Три года спустя после публикации статьи Эйнштейна в «Анналах физики», 21 августа 1914 года, состоялось полное солнечное затмение, во время которого стало возможным проверить теорию Эйнштейна.

Молодой астроном из Висбадена Эрвин Фрейндлих (1885- 1964) решил принять участие в этой проверке, но его экспедиции в Крым помешала Первая мировая война. 1 августа, сразу же после объявления войны, в России была арестована группа немецких астрономов, принятых за шпионов. «Мой хороший друг астроном Фрейндлих,- жаловался Эйнштейн в письме к Паулю Эренфесту, – вместо того чтобы проводить в России опыты, связанные с затмением Солнца, на своем опыте проверит, что такое тюрьма в этой стране». Эйнштейн тогда не знал, что царская Россия оказала ему услугу: его теория еще не была готова выдержать проверку, и наблюдения Фрейндлиха вместо того, чтобы подтвердить принципы относительности, опровергли бы их.

Эйнштейн доработал свое уравнение и в уже упоминавшемся докладе на конференции 25 ноября 1915 года сделал второй подсчет, результаты которого не совпадали с выводами фон Зольднера: угол пертурбации был равен 1,7 секунды. Эта разница стала отличным поводом для сопоставления релятивистского взгляда на силу тяжести и классического ньютоновского. Артур Эддингтон (1882-1944), глава обсерватории в Кембридже, проверил данные теории на практике во время затмения 29 мая 1919 года:

«Эффект искривления сильнее всего заметен для света звезд, которые находятся ближе всего к Солнцу, поэтому единственная возможность произвести наблюдения – это воспользоваться временем полного затмения. Даже в этом случае большое количество света выходит за пределы солнечного ореола и распространяется далеко от диска. Астроном, наблюдающий за звездами, скажет, что самый благоприятный день для расчета отклонения луча света – 29 мая. В этот день Солнце, двигаясь по своей орбите, проходит через звездные скопления различной плотности; 29 мая оно находится посреди исключительно ярких звезд – в скоплении Гиад, лучшей доступной области звездного неба».