Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки
Шрифт:
Затмение состоялось 29 мая 1919 года. Обработка фотографий, их сравнение с полученными заранее фотографиями той же части неба, но в отсутствие Солнца — долгий и кропотливый процесс. Пока Эддингтон готовится сообщить о результатах наблюдений, возвратимся к нашей модели — к обручу, затянутому холстом. Но теперь заменим холст прозрачной пленкой. Натянем ее так же туго, как прежде был натянут холст. Эта пленка, кроме своей прозрачности, должна обладать двумя свойствами. Во-первых, она должна слегка, рассеивать свет. Благодаря этому луч света, идущий внутри пленки, становится видимым со стороны. Во-вторых, материал пленки должен быть выбран таким, чтобы его плотность увеличивалась при изгибании пленки, причем увеличивалась тем сильнее, чем круче изгиб. Такие прозрачные вещества действительно существуют.
Все готово к мысленному опыту. Пленка натянута. Ее поверхность плоская. На ней справедлива геометрия Евклида. Пустим внутрь пленки через
Положим теперь в центр пленки тяжелый шар. Пленка изогнется, причем изгиб будет наиболее крутым вблизи шара, переходя в пологий конус по мере приближения к обручу. Это значит, что плотность пленки, а следовательно, и ее показатель преломления, определяющий скорость света внутри вещества, будут возрастать от периферии к центру. Теперь вспомним, что в более плотных средах скорость света меньше, чем в менее плотных. Значит, скорость света вблизи центра пленки окажется меньшей, чем около обруча, причем это изменение будет определяться изменением кривизны пленки.
Вот он, решающий момент! Направив луч света внутрь пленки так, чтобы он прошел вблизи шара, лежащего в ее центре, мы увидим, что луч света искривится в сторону шара. Луч света, этот символ прямизны, изогнулся под влиянием кривизны поверхности — поверхности, для которой теперь справедлива неевклидова геометрия. Так же выглядел и луч света, проходящий от удаленной звезды мимо Солнца в прибор Эддингтона во время солнечного затмения. Его искривление очень мало. Измерение этого искривления связано с большими трудностями. Наблюдать такое явление непосредственно в лаборатории совершенно невозможно. Поэтому мы прибегли к модели, в которой отклонение луча света усилено благодаря свойствам пленки, резко изменяющимися при ее переходе от плоской поверхности к криволинейной — неевклидовой — поверхности.
Лишь в сентябре кропотливая работа экспедиции была закончена. Эддингтон сообщил о полученных результатах Лоренцу. Лоренц 22 сентября телеграфировал Эйнштейну. 27 сентября Эйнштейн написал своей матери: «Сегодня хорошие новости! Лоренц телеграфировал мне, что британская экспедиция действительно доказала смещение света вблизи Солнца». Почти столь же кратко он сообщил об этом своим коллегам. 9 октября 1919 года редакция журнала «Натурвиссеншафтен» («Науки о природе») зарегистрировала его заметку под названием «Доказательство общей теории относительности». Вот ее текст:
«Согласно телеграмме, посланной проф. Лоренцом автору этих строк, английская экспедиция под руководством Эддингтона, направленная для наблюдения за солнечным затмением 29 мая, обнаружила отклонение света на краю солнечного диска, требуемое общей теорией относительности. По предварительной оценке наблюденное значение между 0,9 и 1,8 дуговой секунды. Теория требует 1,7 секунды».
Эддингтон официально доложил о полученных результатах 6 ноября на совместном заседании Королевского общества и Королевского астрономического общества. Открывая заседание, президент Королевского общества Дж. Дж. Томсон сказал: «Это не открытие отдельного острова, а целого континента новых научных идей. Это величайшее открытие со времен Ньютона».
Газеты разнесли новость по всему свету — ее восприняли так, как будто бы она относилась не к подтверждению предельно отвлеченной научной теории, а была важнейшим политическим событием или касалась личной жизни кинозвезды. Эйнштейн стал знаменит. Его слава затмила известность генералов и политиков, писателей и актеров. Его теорией и его взглядами интересовались миллионы. Но существо теории относительности оставалось доступным лишь немногим. Рассказывают, что однажды Эддингтона спросили: правда ли, что теорию относительности понимают лишь три человека? Когда собеседник заметил странную задумчивость Эддингтона и начал уверять его, что не сомневается в том, что Эддингтон является вторым из них, тот признался, что не может сообразить, кто же третий…
Популярные книги о теории относительности расходились огромными тиражами. Вероятно, люди, уставшие от тревог и лишений военных лет, хотели найти в науке опору и уверенность в будущем. Лучшей из популярных книг, посвященных этой труднейшей области, и сейчас является небольшая книга «О специальной и общей теории относительности (общедоступное изложение)», написанная ее создателем в 1916 году, в год опубликования общей теории относительности. В предисловии к ней сказано:
«Настоящая книга имеет целью дать возможно точное представление о теории относительности читателям, интересующимся этой теорией с общенаучной, философской точки зрения, но не владеющим математическим аппаратом теоретической физики. Предполагается, что читатель имеет общеобразовательную подготовку, а также достаточно терпения и силы воли. Автор приложил много усилий для того, чтобы достигнуть по возможности более ясного и простого изложения основных мыслей в той последовательности и связи, в какой они фактически возникали. В интересах ясности оказались неизбежными повторения; пришлось отказаться от стремления к изящности изложения: я твердо придерживался рецепта гениального теоретика Больцмана — оставить изящество портным и сапожникам. Я, по-видимому, не утаил от читателя трудности, лежащие в основах теории. Эмпирические физические основы теории изложены очень кратко, чтобы читатель, близко не соприкасающийся с физикой, не оказался в положении путника, который из-за деревьев не видит леса. Пусть чтение этой книги доставит читателю несколько радостных часов.
Декабрь 1916 г. А. Эйнштейн».
Это предисловие приведено здесь полностью для того, чтобы побудить читателя отыскать книгу и постараться самому вкусить несколько радостных часов.
Общая теория относительности возникла как ответ на вопрос: чем ускоренное движение отличается от движения по инерции. Вот что пишет по этому поводу создатель теории относительности:
«Представим себе обширную область пустого мирового пространства, настолько удаленную от звезд и больших масс, что со значительной степенью точности осуществляется случай, предусмотренный основным законом Галилея (законом инерции). Тогда для этой части мира можно выбрать галилеевское тело отсчета, относительно которого покоящиеся точки остаются в покое, а движущиеся — в состоянии прямолинейного и равномерного движения. В качестве тела отсчета представим себе обширный ящик в виде комнаты; в нем находится наблюдатель, снабженный необходимыми приборами. Для него, естественно, тяжесть не существует. Он должен прикрепить себя к полу веревками, чтобы от малейшего удара о пол не всплыть медленно к потолку комнаты».
В отличие от первых, да и многих последующих читателей книги Эйнштейна, нам не трудно представить себе ощущения и заключения его гипотетического наблюдателя. Ведь мы много раз видели по телевизору, как свободно парят в невесомости космонавты. Для них тяжесть не существует, хотя они и летят вблизи Земли. Они не испытывают силы земного тяготения именно потому, что свободно летят по инерции по орбите вокруг Земли или, как это было в экспедициях «Аполлон», по орбите Земля — Луна или обратно. Человек и приборы не испытывают силы тяжести, если они свободно летят в поле тяжести. Это было задолго до космических полетов ясно Эйнштейну. Этого не понимал Жюль Верн, автор знаменитого романа «Из пушки на Луну», герои которого испытывали силу тяжести в течение всего полета за исключением небольшого участка, где, по мнению Жюля Верна, притяжение Луны уравновешивает притяжение Земли. При всей своей эрудиции знаменитый фантаст допустил ошибку — невесомость наступает сразу после выключения двигателя. В романе это должно было произойти, когда снаряд покинул ствол орудия.
Но предоставим снова слово Эйнштейну: «Пусть в центре крышки ящика с наружной стороны прикреплен трос, за который какое-то существо начинает тянуть ящик с постоянной силой. Тогда ящик с наблюдателем будет двигаться равномерно ускоренно «вверх». Его скорость с течением времени будет возрастать до фантастической величины, если наблюдать с другого тела отсчета, которое никто не тянет.
Как же судит об этом явлении человек, находящийся в ящике? Ускорение ящика передается ему давлением со стороны пола. Следовательно, он будет воспринимать это давление своими ногами, если только не захочет прийти в соприкосновение с полом всем своим телом. При этом он стоит в ящике совершенно так же, как и в комнате своего дома на Земле. Если он выпускает из рук некоторое тело, то этому телу уже не будет передаваться ускорение ящика; поэтому оно будет приближаться к полу с ускорением относительно последнего. Далее наблюдатель убедится, что ускорение тела относительно пола ящика всегда одинаково, с каким бы телом ни производился опыт. Итак, человек в ящике, основываясь на своих сведениях о поле тяжести… придет к выводу о том, что он вместе с ящиком находится в постоянном во времени поле тяжести. Правда, какое-то время он будет удивлен тем, что сам ящик не падает в этом поле тяжести. Но затем он обнаружит в центре крышки крюк с прикрепленным к нему натянутым тросом и придет к выводу, что ящик подвешен и покоится в поле тяжести. Можем ли мы посмеяться над этим человеком и сказать, что его предположение ошибочно? Думаю, что мы не вправе поступить так, если хотим оставаться последовательными; мы должны также признать, что его предположение не содержит ни логических противоречий, ни противоречий с известным законом механики. Мы можем рассматривать ящик покоящимся, если даже он движется ускоренно относительно упомянутого выше «галилеевского пространства». Следовательно, мы имеем достаточно точное основание распространить принцип относительности на тела отсчета, движущиеся ускоренно одно относительно другого; таким путем мы получаем сильный аргумент в пользу обобщенного постулата относительности».