E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
Шрифт:
Но, разумеется, все сложилось иначе. Эйнштейн создал кое-что еще, вытекающее из E=mc 2, но пошедшее гораздо дальше и сделавшее его самым знаменитым ученым мира.
То, что Эйнштейн опубликовал в 1905 году, охватывало лишь равномерное движение физических тел, в котором гравитация, способная ускорять их, особой роли не играла. Уравнение E=mc 2остается «справедливым» и в этих случаях, но вот сохранит ли оно свою истинность, если отказаться от этих условий? Это ограничение, а наряду с ним и другие, всегда тревожили Эйнштейна, и в 1907 году он впервые увидел возможность решения более широкого: «Я сидел за моим столом в бернском патентном бюро и мне вдруг пришла в голову одна мысль… Она меня ошеломила».
Впоследствии
Впрочем, у Эйнштейна имелся человек, способный помочь ему с математикой, — его старый университетский друг Марсель Гроссман, тот самый друг, который на последнем курсе университета одолжил ему свои конспекты. (И тот, отец которого написал письмо, позволившее Эйнштейну получить место в патентном бюро.) Гроссман просиживал с Эйнштейном долгие часы, объясняя ему, какие из новейших математических средств он может использовать.
«Счастливейшая мысль» 1907 года привела Эйнштейна к идее о том, что, чем большая масса или энергия сосредоточена в каком-либо месте, тем сильнее искривляются в окрестности этого места пространство и время. Эта теория была куда более мощной, чем та, которую он разработал первой, поскольку она и охватывала гораздо больший круг явлений. Работа 1905 года получила название «специальной» теории относительности. Теперь настал черед ее общей теории.
Маленькое твердое тело вроде нашей планеты обладает лишь небольшой массой и энергией, и потому лишь незначительно искривляет вокруг себя ткань пространства и времени. Куда более мощное Солнце натягивает облекающую его ткань значительно туже.
Уравнение, в котором суммируется эта идея, обладает великой простотой, удивительно схожей с простотой E=mc 2. В E=mc 2царство энергии располагается с одной стороны уравнения, царство массы с другой, а мостиком, который их связывает, является знак «=». В новой, более широкой теории Эйнштейна речь идет о том, как вся «энергия-масса», находящаяся в определенной области, связана с окружающим ее «пространством-временем», или, символически, о том, что энергия-масса = пространство-время. «Е» и «m» уравнения E=mc 2оказываются теперь просто членами, стоящими на одной стороне этого более общего уравнения.
Земля со всей ее массой автоматически движется по кратчайшему пути из числа пространственно-временных «кривых», которые нас окружают. Гравитация этой уже не сила, действующая в инертном пространстве — скорее, гравитация это попросту то, что мы наблюдаем, перемещаясь в конкретной конфигурации пространства и времени.
Проблема, однако, в том, что это выглядит противоречащим здравому смыслу! Как могут искривляться пустые, по всей видимости, пространство и время? А именно это должно происходить, если расширенная теория, которая теперь включает в себя и E=mc 2, но в более обширном контексте, верна. Эйнштейн понимал, что его теории необходима экспериментальная проверка, некая демонстрация ее справедливости, причем настолько очевидная и мощная, что усомниться в ней никто уже не сможет.
Да, но какая? Идея такой проверки следует из основного положения теории, согласно которому окружающее нас пространство искривлено. Если пустое пространство действительно может натягиваться и искривляться, тогда путь, по которому доходит до нас свет далекой звезды, должен «загадочным» образом изгибаться вблизи нашего Солнца. То есть должно происходить нечто схожее с крученым ударом в бильярде, при котором шар огибает лузу и уходит в другом направлении. Только теперь это должно происходить в небе, о наличии «угловых луз» в котором никто никогда и не подозревал.
При обычных условиях мы не смогли бы заметить, как Солнце искривляет путь прохождения света, поскольку это случается, лишь когда он проходит совсем близко от нашего светила, сияние которого вообще никаких звезд в дневное время увидеть не позволяет.
А как обстоит дело при солнечном затмении?
Каждому герою необходим соратник. У Моисея был Аарон. У Иисуса — его ученики.
Эйнштейну, увы, достался Фрейндлих.
Эрвин Фрейндлих работал младшим сотрудником в королевской Прусской обсерватории Берлина. Я не сказал бы, что он был наихудшим неудачником из всех, о ком мне когда-либо приходилось читать. Возможно, существовал человек, который, пережив крушение «Титаника», решил впоследствии полетать на «Гинденбурге». Но, если и не наихудшим, то очень близко к тому. Фрейндлих надумал сделать карьеру, продвинув вперед общую теорию относительности — проведя наблюдения, которые докажут, что предсказания профессора Эйнштейна верны. Желание вполне великодушное — в том смысле, в каком был великодушен Лавуазье, разрешивший жене помогать ему в наблюдениях за нагревом и ржавлением металла. В виде особого свадебного подарка своеймолодой жене Фрейндлих в 1913 году свозил ее в Цюрих — просто ради того, чтобы жена посмотрела, как он будет обсуждать со знаменитым профессором наблюдения за звездами.
На следующий год было предсказано солнечное затмение, которое можно было наблюдать из Крыма. Обстоятельный Фрейндлих приехал в Крым за два месяца до затмения — в июле 1914-го. Худшего места для немца по национальности выбрать было, пожалуй, нельзя. Спустя месяц произошло объявление войны. Фрейндлиха арестовали, посадили в одесскую тюрьму, а всю его аппаратуру реквизировали. В конце концов, его и других немцев обменяли на группу арестованных в Германии офицеров русской армии, однако к этому времени затмение уже состоялось.
Впрочем, Фрейндлих не сдался. В 1915-м, уже в Берлине, он решил, что сможет помочь профессору Эйнштейну, измерив искривление света двойных звезд. В феврале он получил результаты, подкреплявшие новую теорию, и Эйнштейн начал рассказывать об этой хорошей новости в письмах к друзьям. Однако четыре месяца спустя коллеги Фрейндлиха по обсерватории обнаружили, что он совершенно неверно оценил массу этих звезд, и Эйнштейну пришлось извиняться перед друзьями. Большинству людей (о чем, наверное, говорила Фрейндлиху его молодая жена) этих двух неудач хватило бы за глаза, он же решил предпринять новую попытку. Почему бы не попытаться измерить отклонение звездного света массивным Юпитером, планетой, с помощью которой сам великий Ремер столь убедительнейшим образом разрешил научную проблему более раннего времени? Фрейндлих обратился с этим предложением к Эйнштейну. Эйнштейну нравился его ревностный молодой помощник и в декабре он послал директору Прусской обсерватории письмо с просьбой разрешить Фрейндлиху предпринять такую попытку.
Лучше бы он снова отправил Фрейндлиха в одесскую тюрьму. Начальник прогневался на то, что какой-то профессор осмеливается лезть в дела его обсерватории. Он пригрозил Фрейндлиху увольнением, оскорбил его на глазах у коллег и позаботился о том, чтобы его и близко не подпускали к оборудованию, которое могло быть использовано для проверки предсказания Эйнштейна посредством наблюдения за Юпитером.
Впрочем, это было уже и не важно. У Фрейндлиха появилась новая надежда. На 1919 год была запланирована большая экспедиция, цель которой состояла в наблюдении за полным солнечным затмением. Если обстановка в мире позволит ему выехать из Германии, он сможет, наконец, показать себя.