Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев
Проверку предсказания Эйнштейна решили провести, наблюдая полное солнечное затмение 29 мая 1919 года. Времена были непростые. Только что закончилась Первая мировая война, но на территории молодой Советской России находились интервенты из стран Европы и Америки. Тем не менее воюющая Британия выделила средства на экспедицию. Затмение наблюдали по крайней мере в двух точках: из бразильского города Собрал и с острова Принсипи у побережья Африки.
Искривление луча света вблизи Солнца. Наблюдать смещенные положения звезд возможно лишь во время солнечного затмения. Наблюдатель видит звезду сместившейся на угол альфа, то есть луч света, проходя вблизи Солнца, искривился.
Через полгода, 6 ноября 1919 года, на общем собрании Королевского общества (Британской академии наук) и Королевского астрономического общества инициатор проекта, знаменитый астроном сэр Артур Эддингтон (1882–1944), сообщил о результатах наблюдений. Общая теория относительности была блестяще подтверждена! Отклонение света в Бразилии составило 1,98 угловой секунды, на Принсипи — 1,61 угловой секунды. Неизбежная ошибка измерений составляла 0,30 угловой секунды, и это означало, что в пределах ошибки прогноз Эйнштейна был подтвержден. Свет шел не по прямой, а по геодезической, которая изогнулась вместе с пространством под воздействием гравитации Солнца.
Нобелевский лауреат по физике (открыватель электрона) Джозеф Джон Томсон (1856–1940) торжественно провозгласил: «Это самый важный результат, полученный в связи с теорией гравитации со времен Ньютона! Он представляет собой одно из величайших достижений человеческой мысли!»
Итак, согласно новой теории, массивные тела искривляют пространство-время. Если масса велика, велико будет и искривление. Оно может привести к удивительным эффектам — проколам в пространстве-времени, обмену свойствами между пространством и временем, замыканию на себя фрагмента пространства, замыканию времени или изменению направления его стрелы. Эти поразительные эффекты проявляются лишь в экстремальных случаях — вблизи (и внутри) гигантских масс в черных дырах. Но теория предсказывала, что такие явления в принципе существуют.
Теория Эйнштейна выдержала все проверки. Она дает прогнозы, которые оправдываются в экспериментах и наблюдениях. Другие теории не могут объяснить те эффекты, которые объясняет теория относительности. И все это позволяет нам считать теорию относительности правильной.
Газета «Лондон Таймс» опубликовала фотографию Эйнштейна на следующий день после памятного доклада Эддингтона. Статья называлась «Революция в науке». Спустя двое суток об ученом написали по ту сторону океана — в газете «Нью-Йорк Таймс». Альберт Эйнштейн стал знаменитым.
Это поразительный случай в истории науки. В начале ХХ века теория стремительно вошла в культурные коды человечества. Словосочетание «теория относительности» стало широко известным, а сам Эйнштейн — чрезвычайно популярным. Теорию обсуждали в модных салонах, ее упоминали даже те, кто был далек от науки. При этом почти никто (кроме физиков, и то далеко не всех) не понимал сущности этой теории. Фраза «все в мире относительно», которая, с точки зрения автора, является довольно малосодержательной, но якобы выражает суть теории, на самом деле ни к Эйнштейну, ни к его теории никакого отношения не имеет. Но многие ученые свидетельствовали, что, несмотря на кажущуюся внешнюю абсурдность, теория относительности логична, последовательна, математически красива и подтверждается опытом — а значит, верна.
Теория относительности изменила картину мира. Пространство-время перестало быть абсолютным, единым для всей Вселенной. Оказалось, что оно динамично и изменчиво, может изгибаться и искривляться под воздействием погруженных в него масс. Выяснилось, что скорость движения любых тел в пространстве-времени всегда равна скорости света в указанном выше смысле, при этом неподвижное в пространстве тело движется только во времени, зато с ростом скорости в пространстве ход времени тела замедляется.
Не удержусь, чтобы не процитировать хорошо известные стихи в переводе Самуила Маршака:
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Так написал в XVIII веке английский поэт Александр Поуп.
Но сатана недолго ждал реванша:
Пришел Эйнштейн — и стало все, как раньше.
Так ответил ему в XX веке Джон Сквайр.
Конечно же, имелись в виду простота и ясность теории Ньютона и отвергающая здравый смысл (на первый взгляд) теория Эйнштейна.
Замечательно, что две теории на самом деле не противоречат друг другу. Теория Ньютона может (точнее, должна) рассматриваться как часть теории относительности при малых (по сравнению со скоростью света) скоростях. Достаточно сложная математика, использованная Эйнштейном, в случае малых скоростей может быть заметно упрощена — и тогда получается физика Ньютона. Поправки, связанные с эффектами теории относительности, имеет смысл вводить только при очень больших скоростях.
9. Вселенная, меняющаяся в размерах
Вы мне не поверите и просто не поймете —
В космосе страшней, чем даже в дантовом аду!
По пространству-времени мы прем на звездолете,
Как с горы на собственном заду.
Владимир Высоцкий, «Песня космических негодяев»
Эйнштейн был первым, кто попытался построить научную и математически обоснованную теорию, которая описывала бы всю Вселенную. Впервые речь шла не об устройстве отдельной звездной системы с планетами или отдельной галактики, а об устройстве мира в целом. Поэтому теория Эйнштейна оказалась первым наброском современной космологии — но уже не умозрительной, а соответствующей всем известным законам природы и результатам наблюдений.
Впрочем, определенная умозрительность в новой теории все-таки присутствовала. Эйнштейн был убежден в том, что Вселенная стационарна — неизменна и вечна. Но (видимо, к удивлению ученого) из его математических построений это не следовало. Наоборот, получалось, что Вселенная «не хочет» быть стационарной.
Если теория правильна и корректно изложена математически, значит, формулы адекватно описывают реальность. На основании проверенных формул мы рассчитываем траектории космических аппаратов (например) и убеждаемся, что «правильная» математика дает верные результаты.
Уровень компетентности лучших ученых, их знания физики и математики дают если не гарантию, то, по крайней мере, высокую вероятность того, что ошибок в рассуждениях и расчетах нет.[34] В науке, кроме того, принято всё и всегда проверять и перепроверять. Теория Эйнштейна показывала, что Вселенная не может быть стационарной. Но сам автор теории был уверен, что это невозможно. Допустить, что Вселенная нестационарна (расширяется или сжимается), он не мог. Значит, что-то нужно было менять в теории.
Эйнштейн предположил следующее. Вселенная однородна. Это значит, что средняя плотность материи (в виде вещества и полей) в среднем одинакова по всей Вселенной. Нет никаких сверхплотных сгущений материи, вещество разбросано по всей Вселенной приблизительно равномерно.
