Занимательно о космологии

Томилин Анатолий Николаевич

На первый взгляд сказанное звучит абсурдным парадоксом. Мы со школьной скамьи твердо знаем, что свободное движение равномерно и прямолинейно. А движение спутников и планет происходит по эллипсам. Камень же в поле тяготения падает ускоренно… Где же может происходить свободное движение? Очевидно, только в пространстве, полностью очищенном от гравитирующих масс, в пустом пространстве.

Действительно, чем дальше мы удаляемся от Солнца, тем меньше его влияние, тем радиус планетных орбит становится больше, а их движение как бы выпрямляется. Точно так же, чем выше мы поднимемся над Землей, тем меньше будет ускорение свободно падающего тела. Недоразумение исчезает, если принять во внимание,

что движение по инерции согласно общей теории относительности происходит в искривленном пространстве-времени.

Свойства физического пространства вблизи тяготеющих масс отличаются от свойств пространства вдали от них. «Структура ОТО, — пишут Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков в статье „Общая теория относительности и астрофизика“, — такова, что уравнения гравитационного поля… совместимы только с таким движением масс… которое удовлетворяет уравнениям сохранения энергии и импульса». Это значит, что если в классической теории уравнения поля существовали отдельно от уравнений движения, то в общей теории относительности — ОТО — уравнения гравитационного поля содержат в себе уравнения движения. Принципиально этот важный вопрос был решен Эйнштейном совместно с сотрудниками Инфельдом и Гофманом. Советские теоретики В. А. Фок и Н. И. Петрова получили сходные результаты для обычного вещества.

Разрабатывая общую теорию относительности, Эйнштейн создал для нее и своеобразный математический аппарат, называемый в силу нашей любви к аналогиям псевдоримановой геометрией.

Если представить себе, что мы с вами, уважаемый читатель, равномерно плывем в «пустом» четырехмерном пространстве-времени, то линии наших с вами жизней выразятся некими прямыми. Вспомните мировую линию Минковского. Но стоит на нашем пути встретиться какой-нибудь массе, обладающей тяготением, как наши мировые линии искривятся. Так, если отправиться в дальнее космическое путешествие и задаться целью зарегистрировать мировую линию своего полета, то мы вправе ожидать, что, проходя мимо планет, эта линия будет слегка искривляться (поле тяготения планет сравнительно невелико), пролегая мимо звезд, искривление будет значительно большим, а в межгалактических просторах мировая линия будет почти выпрямляться, так как там поля тяготения чрезвычайно слабы.

Интересно! А нельзя ли тогда вообще, отказавшись от понятия силы тяготения, заменить ее воздействие искривлением мировых линий? Или, поскольку совокупность мировых линий есть «мир», то искривлением самого пространства-времени?..

М-да! Понять и представить себе физические идеи общей теории относительности было нелегко даже многим выдающимся ученым, воспитанным в традициях наглядной классической физики. Математический аппарат теории тоже был чрезвычайно сложным. А поправки к ньютоновой теории тяготения, получающиеся в результате каторжной вычислительной работы, оказываются настолько ничтожными, что способны убить всякий энтузиазм. Эти обстоятельства сильно препятствовали новой теории завоевать популярность среди ученых умов. Даже Макс Планк, восторженно приветствовавший создание специальной теории относительности, с грустью заметил как-то Эйнштейну по поводу ОТО:

— Все так хорошо объяснялось, зачем вы стали заниматься этими проблемами снова?..

По-видимому, тогда и появилось дополнительное двустишие к знаменитому стихотворению Александра Попа, приведенному в начале книги. Чтобы не повторяться, автор излагает его в несколько иной редакции. Впрочем, смысл от этого не меняется.

Был тьмой кромешной мир планет, Как покрывалами, окутан. Господь вскричал: «Да будет свет!» — И

в мир тотчас явился Ньютон.

Дописанные строки из стиля торжественной оды выпадают и больше напоминают скороговорку нашего времени:

Но сатана недолго ждал реванша; Пришел Эйнштейн, и все пошло, как раньше.

Тем не менее и у этой совершенно «сумасшедшей», с точки зрения здравого смысла, теории нашлись сторонники. Правда, их было немного. Однажды после доклада об основах общей теории относительности, прочитанного Эддингтоном в Кембриджском университете, к нему подошел коллега, чтобы пожать руку и выразить благодарность.

— Прекрасный доклад, профессор Эддингтон. Вы действительно один из трех человек в мире, по-настоящему понимающих смысл теории относительности. — И, заметив легкое смущение на лице Эддингтона, с жаром продолжал: — Уверяю вас, это действительно так, и вы напрасно смущаетесь…

— Нет, — отвечал Эддингтон, — я просто думаю и спрашиваю себя, кого вы считаете третьим…

С именем Эддингтона связано слишком многое в истории коренной ломки наших представлений о вселенной, чтобы обойти его молчанием.

Артур Стенли Эддингтон родился 28 декабря 1882 года в семье с древними фермерскими традициями. С ранних лет мальчик обнаружил феноменальную память и интерес к большим числам. По понятиям нашего времени, он был типичным вундеркиндом. Так, еще ребенком он поставил перед собой задачу сосчитать все буквы в библии… Неизвестно, насколько это предприятие ему удалось. Но по вечерам в ясную погоду он всегда пытался посчитать звезды на небе. Это увлечение детства дало ему возможность сказать в будущем: «Я начал атаковать большие числа в астрономии, когда мне было шесть лет».

Перед поступлением в школу маленький Артур не умел читать, но таблицу умножения знал с начала до конца. По окончании школы он с самыми лучшими рекомендациями поступает в Тринити-колледж, в котором имена Ньютона и Релея, Максвелла и Дж. Дж. Томсона известны просто как имена бывших студентов-выпускников…

В эти годы Эддингтон — чрезвычайно общительный и остроумный студент, с блеском преодолевающий курс за курсом. Ему все удается. В математическом обществе Тринити-колледжа он с успехом докладывает свою работу «Скорость тяготения». И вступает в шахматный клуб, где скоро становится президентом. Он увлекается велосипедными прогулками и вступает еще в один клуб, который носил название «^Y ² V– Клуб». Здесь в течение девяти месяцев он также проходит все стадии от рядового члена до секретаря и президента. Потом он станет членом еще многих клубов. Впрочем, коллекционирование клубов и добровольных обществ — чисто английская черта.

В феврале 1906 года, по окончании учебы, Эддингтон получает направление в Гринвичскую королевскую обсерваторию в качестве главного помощника. А в 1914 он уже директор той же обсерватории. За научные заслуги Эддингтона принимают в Королевское астрономическое общество, и в нем он тоже скоро становится президентом.

Интересы Эддингтона весьма равнообразны. Он изучает движение звезд и строение звездных систем, дает первую теорию внутреннего строения звезд. И совсем отдельно стоит его огромная работа по проверке, внедрению и популяризации взглядов теории относительности. В 1918 году по просьбе Лондонского королевского общества Эддингтон подготовил «Сообщение по релятивистской теории тяготения», которое было опубликовано отдельным изданием. Это было первое полное изложение общей теории относительности, появившееся в Англии.