Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)

Кузнецов Борис Григорьевич

178

межгалактическую область, где тяготение незначительно и мировая линия выпрямляется. Затем она снова проходит через ряд четырехмерных пригорков и гор - новую галактику. Но существует ли здесь общая кривизна Вселенной в целом, аналогичная общей кривизне двумерной поверхности Земли? Двигаясь по кратчайшему пути между двумя точками поверхности Земли, т.е. по дуге меридиана или экватора, мы в конце концов опишем окружность и попадем в исходную точку. Соответственно, если мир в целом обладает кривизной, то мы вернемся в исходную мировую точку.

Такое предположение Эйнштейн отбросил. В самом деле, вернуться в исходную мировую точку - это значит покинуть некий географический пункт, скажем, в полдень 14 июля 1971 г. и через триллионы лет, обойдя Вселенную, вернуться в этот пункт опять

же в полдень 14 июля 1971 г. Это невозможно, кривизна пространства-времени, замыкающая мировую линию в этой же мировой точке, не может существовать.

Эйнштейн предположил, что искривлено только пространство, а время не искривлено. Поэтому, отправившись из данного географического пункта по кратчайшему пути в путешествие по Вселенной, мы опишем замкнутую пространственную траекторию и вернемся в тот же пункт в иное время, скажем, в квадриллионном году нашей эры. Значит, мировое пространство конечно (в том же смысле, в каком конечно двумерное пространство - поверхность нашей Земли), а время бесконечно. Мы можем найти по аналогии двумерное пространство - поверхность, кривую и конечную в одном измерении, но прямую и бесконечную в другом измерении. Такова поверхность цилиндра.

Если мы проведем (по кратчайшему пути) линию вокруг цилиндра бесконечной длины, мы вернемся в ту же точку. Если мы проведем черту вдоль цилиндра, она будет прямой и бесконечной. Исходя из этой аналогии, гипотеза Эйнштейна об искривленном мировом пространстве и неискривленном времени была названа гипотезой цилиндрического мира.

В 1922 г. А. А. Фридман высказал предположение о том, что кривизна мирового пространства в целом меняется с течением времени. По-видимому, Вселенная расширяется. Это предположение подтверждается некоторыми астрономическими наблюдениями.

Подтверждение теории относительности

Не действуют ли тела на свет на расстоянии и не изгибают ли этим действием его лучей?

Ньютон

Идея гравитационной массы света и соответственного искривления светового луча под действием тяжелого тела - в его гравитационном поле напоминает помещенный вопрос из "Оптики" Ньютона. Но аналогия здесь чисто внешняя [1]. Ньютон имеет в виду объясняющее дифракцию отталкивание света от тел, притом не зависящее от их массы. Высказанная в эпиграфе к главе "Фотоны" ньютонова формулировка корпускулярной теории света близка по существу к идее Эйнштейна - идея фотонов в некоторой степени возвращается к взглядам Ньютона. Но идея искривления лучей в искривленном пространстве-времени не имеет таких прецедентов.

Она не имеет и непосредственных экспериментальных истоков и входит в число открытий, подобных открытию Леверрье или включению еще не найденных элементов в таблицу Менделеева: в них теоретический расчет предшествует экспериментальному доказательству. Для Эйнштейна существование таких открытий было неопровержимым аргументом против любой - последовательной или непоследовательной - формы агностицизма, включая новейший позитивизм [2]. Генезис идеи искривления лучей в поле тяготения хорошо иллюстрирует эйнштейновскую схему "внутреннего совершенства" и "внешнего оправдания". Указанная идея возникла примерно следующим образом.

1 См. примечание С. И. Вавилова к этому месту из "Оптики": (Ньютон И. Оптика. Перев. С. И. Вавилова, изд. 2. М., 1954, с. 355).

2 Эйнштейн, 4, 298.

180

Специальная теория относительности покончила с эфиром как абсолютным телом отсчета и с абсолютным (т.е. независимым от пространственной системы отсчета) временем. Вслед за мгновенным дальнодействием Ньютона рухнула и следующая опора абсолютной одновременности - возможность синхронизации событий с учетом скорости движущихся систем относительно неподвижного эфира. Но вместо бесконечного неподвижного эфира осталось бесконечное пустое пространство, которое участвует в наблюдаемых процессах, ускоренное движение в пустом пространстве вызывает динамические эффекты, силы инерции. Такое представление противоречит "классическому идеалу" картине мира, в которой нет ничего, кроме движения и взаимодействия материальных тел. Эйнштейн ищет пути для устранения абсолютного движения, нарушающего каузальную гармонию

бытия. Он находит этот путь, пытаясь устранить также не имеющее каузального объяснения совпадение гравитационных и инертных масс тел. Но чтобы пойти по этому пути, необходимо допустить наличие гравитационной массы света. Эйнштейн предполагает ее существование отнюдь не под давлением конкретного экспериментального результата. Он исходит из общей идеи, вытекающей из всей совокупности данных эксперимента и практики. В этом смысле общая теория относительности отличается от специальной теории, также исходившей из общих посылок, но подготовленной результатами опыта Майкельсона.

Отсюда различие в резонансе двух теорий Эйнштейна. Специальная теория объяснила уже известные факты, и ее ореол зависел от общности и естественности объяснения по сравнению с ранее выдвинутыми концепциями. "Внешнее оправдание" специальной теории было исходным фактом, оно не могло поразить современников. Напротив, общая теория первоначально обладала высоким и бесспорным "внутренним совершенством", и поразительным было наблюдение, в котором она обрела "внешнее оправдание". Такое наблюдение показало, помимо прочего, что рациональная мысль, исходящая из гармонии и познаваемости мира, приводит к достоверному представлению о действительности.

181

В самом начале 1917 г. известный английский астроном и физик Артур Эддингтон высказал очень важную для развития теории относительности мысль о возможности проверить непосредственным наблюдением, обладает ли свет гравитационной массой. Эддингтон принадлежал к числу наиболее активных участников разработки и популяризации идей Эйнштейна. Сохранился рассказ об одном забавном разговоре. Как-то некий собеседник сказал Эддингтону, что он входит в число трех ученых, действительно понимающих смысл теории относительности, и, заметив на лице ученого некоторое смущенное недоумение, стал уверять его, что это действительно так: "Нет, - ответил Эддингтон, - я просто спрашиваю себя, кого вы считаете третьим?.."

Эддингтон отличался удивительной - иные говорили, чрезмерной - научной фантазией и изобретательностью. На этот раз она привела к идее астрономических наблюдений, оказавших очень большое влияние на судьбу теории относительности. Если свет обладает гравитационной массой, т.е. весом, он неизбежно отклонится в сторону тяжелого тела, проходя мимо этого тела так же, как летящий над Землей снаряд отклоняется в сторону Земли и в конце концов падает на ее поверхность. Световой луч не упадет на Землю. Из теории тяготения Эйнштейна вытекает, что, проходя возле Земли, он отклонится в сторону (т.е. в сущности будет падать на Землю) так, что это останется незаметным. Луч отклонится в течение секунды (т.е. на пути, равном 300 000 километров) всего на 10 метров. Но, проходя возле более тяжелого тела, т.е. испытывая большее воздействие гравитационных сил, луч отклонится в большей степени. Вблизи Солнца отклонение будет в 27 раз большим, чем вблизи Земли. Если луч звезды, прежде чем попасть на Землю, пройдет вблизи Солнца, он отклонится, и на фотографии звездного неба изображение этой звезды окажется смещенным по сравнению с фотографией, сделанной в отсутствие Солнца в наблюдаемой части небосвода. Но когда Солнце на небе, звезды, в особенности близкие к его диску, нельзя ни увидеть, ни сфотографировать. Поэтому нужно фотографировать звезды, видимые вблизи диска Солнца (т.е. звезды, лучи которых проходят возле Солнца) во время солнечного затмения. Нужно было выбрать такое затмение, когда Солнце находится на пути лучей ярких звезд.

182

Именно такое затмение должно было произойти 29 мая 1919 г. Эддингтон начал подготавливать экспедицию в районы, где это затмение должно было быть полным. Решили послать две экспедиции: одну на остров Принчипе в Гвинейском заливе, другую в деревню Собраль в Бразилии.

Приехав в Бразилию, английская астрономическая экспедиция была встречена заметкой в бразильской газете, очень характерной для первого послевоенного года Газета писала: "Вместо того чтобы пытаться подтвердить немецкую теорию, члены экспедиции, находящиеся в столь близких отношениях с небом, позаботились бы лучше о дожде для этой страдающей от засухи страны" [3].