Самая большая ошибка Эйнштейна - читать онлайн книгу. Автор: Дэвид Боданис cтр.№ 20

Разрыв вымотал его, как и непрестанная работа. Не прошло и месяца после разрыва с Марич, как в Европе разразилась война. Условия жизни в Берлине стремительно ухудшались. Вскоре ввели ограничения на продукты, электричество и топливо. Начался подъем истерического национализма. Эйнштейн писал своему старому другу Бессо: «Разговаривая с местными жителями, я чувствую в их сознании нечто патологическое». А в письме голландскому знакомому он замечал: «Убежден, что здесь всех охватила какая-то психологическая эпидемия».

Личная жизнь Эйнштейна погрузилась в хаос, но ничто не могло заставить его прекратить свои изыскания. Он просто обязан распутать проблему гравитации, над которой, с перерывами, бился начиная с 1907 года. Он должен раскрыть самую глубинную, самую важную тайну Вселенной.

И в ноябре 1915 года он это сделал.

В ту промозглую военную берлинскую зиму Эйнштейн совершил величайший со времен Ньютона переворот в понимании физического устройства Вселенной. Его открытие стало одним из главных научных достижений всех времен. Пожалуй, если бы Эйнштейн никогда не родился, кто-нибудь другой наверняка вывел бы формулу E = mc², причем ненамного позже, чем в 1905 году, когда он сделал это сам. Так, француз Анри Пуанкаре и голландец Хендрик Лоренц отставали от него самое большее на несколько лет. Но никто в ту пору и близко не подошел к достижениям Эйнштейна 1915 года. Хотя подробности достаточно сложны (кое-какие мы постараемся бегло осветить в Приложении, где покажем, в частности, что искривляется не только пространство, но и время), основную идею можно изложить следующим образом.

Уподобим по-настоящему пустое пространство поверхности громадного батута. Пускай она будет плоской, без всякой кривизны, без впадин или всхолмий. Если запустить по такому батуту крошечный металлический шарик, он совершенно не исказит поверхность и будет просто двигаться по прямой.

А теперь поместим на наш батут небольшой камень. Его вес заставит поверхность батута несколько прогнуться. Если снова запустить шарик и если он пройдет близ этого камня, то он чуть отклонится в сторону камня из-за этой вмятины.

Масса камня заставляет батут искривляться. Это искривление меняет траекторию других объектов (скажем, нашего шарика), оказывающихся поблизости.

Так видел это Эйнштейн. В этом, по его мнению, и состоит объяснение того, откуда берется искривление пространства. (Он пытался объяснить эту кривизну с тех самых пор, как вообразил себе искателя приключений, попавшего в лифт.) Причина искривленности – все эти штуки (массы и энергия), которые разбросаны по всему пространству! Там, где сосредоточены масса или энергия, они искажают пространство вокруг себя, подобно тому, как камень прогибает наш батут. Перемените положение объекта какой-то небольшой массы (скажем, взмахните рукой, изменив ее положение в воздухе на несколько дюймов) – и вы словно нажмете на невидимые резиновые листы, так что конфигурация пространства вокруг объекта (вашей руки) слегка изменится. А если свое положение изменит тело огромной массы (представим себе Землю, мчащуюся по орбите), это породит куда более серьезные искажения в невидимом пространстве вокруг нас.

Это была блистательная и очень смелая идея, во многих смыслах созвучная более ранним работам Эйнштейна по обнаружению туннеля между двумя городами М и Е, каждый из которых накрыт куполом. Эйнштейн осознал: да, энергию и массу соединяет незримая связь, но при этом они неразрывно вплетены и в окружающее их пространство, в то пространство, которое они занимают. Он всегда полагал, что во Вселенной есть глубинное единство, и теперь он еще на один шаг приблизился к тому, чтобы это единство описать.

Теория Эйнштейна об искажении пространства стала поворотным моментом в истории физики, но это лишь половина его открытия. Выявив воздействие, которое вещи оказывают на окружающее их пространство, он к тому же сумел понять и то, как это измененное (искривленное) пространство влияет на другие вещи, находящиеся поблизости.

Что происходит, когда батут прогибается? Искажения его геометрии заставляют объекты, оказывающиеся поблизости от прогиба, изменять свою траекторию. Шарик, который катится по провисающему батуту, не находится под действием какой-то загадочной силы со стороны камня. Он просто следует кратчайшим – со своей точки зрения – путем.

Идея интуитивно понятна. Создайте в каком-то месте искаженную геометрию, и в результате все движущиеся объекты, что окажутся неподалеку, будут следовать по новому пути, не объяснимому никак иначе. Мы уже видели: именно поэтому два недоумевающих финских конькобежца неизбежно будут все сильнее сходиться по мере приближения к Северному полюсу, ведь они катятся по двухмерной поверхности, которая обернута вокруг нашей трехмерной планеты. Вот почему два яблока, отпущенные в свободно падающей кабине лифта, начнут медленно сближаться друг с другом, если внизу имеется источник гравитации. Они движутся по трехмерному пространству, которое, по мысли Эйнштейна, должно как бы представлять собой искривленную поверхность невидимого для нас четырехмерного пространства, вокруг которого «обернуто» трехмерное. И бедный узник лифта, парящий между яблоками, просто видит, как они движутся вдоль этой кривой.

Эйнштейн радикально пересмотрел взгляды человечества на пространство. Итак, совершенно незачем воображать себе дополнительную силу – силу гравитации. Гравитация, по его мнению, – просто результат искривления пространства. Заснеженный Северный полюс вовсе не посылает какую-то незримую силу, которая тянет конькобежцев друг к другу. Если ничто не отталкивает их друг от друга, объекты всегда следуют по кратчайшим («наиболее прямолинейным») каналам, которые перед ними находятся. Более того, ни к чему даже представлять себе ледяной Север или падающий лифт. Поглядите, как серфингист взмывает на своей доске на несколько футов. Если бы мы не видели волны под ним, этот подъем казался бы нам величайшей загадкой – как и последующий спуск вниз. Но как только вы увидите воду, для вас все станет ясно.

Эйнштейн понял: и геометрия пространства, и движение объектов в нем определяются его искажениями, а причина этих искажений – сами же объекты. Если в пространстве ничего нет, то нет и никаких искажений: это неискривленный геометрический объект вроде совершенно ровной плоскости. Если же на этой «плоскости» появится хоть одна планета, обязательно возникнет некоторое искажение, поскольку планета заставит окружающее пространство «прогибаться». А если появятся десятки планет, возникнет еще больше искажений, поскольку все эти объекты будут воздействовать на окружающее их пространство.

Осознание этого феномена коренным образом изменило наше понимание самой ткани Вселенной. В 1816 году немецкий математик Гаусс писал: «Быть может, в другой жизни мы сумеем постичь природу пространства, которая сейчас для нас совершенно непредставима». Не прошло и столетия, как Эйнштейн это сделал. Оказывается, царство Вещей и Геометрия пространства, окружающего эти Вещи, вовсе не отделены друг от друга. Между ними существует глубинная взаимосвязь. Разместите где-нибудь гигантскую каменную глыбу (скажем, позвольте нашей планете Земля занять некое место в Солнечной системе) – и ее колоссальная масса вызовет прогиб пространства, достаточный для того, чтобы крепко прижать к поверхности людей, и яблони, и целые горные хребты; для того, чтобы направлять движение самолетов, и космических челноков, и даже далекой Луны. Именно так Солнце управляет движением Земли: оно словно бы прорыло вокруг себя незримую борозду, и мы по ней летим. Нам кажется, будто мы всегда движемся прямолинейно, но это лишь иллюзия, просто мы не в силах «отступить назад и увидеть» гигантскую кривую, вдоль которой скользим. Но Эйнштейну это удалось – он сумел разглядеть ее мысленным взором.