Ирина Радунская – Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки (страница 50)

Специальная теория относительности, сохранившая привилегированную роль движения по инерции, не позволяет провести вычисления, необходимые для разъяснения парадокса близнецов, но она легко объясняет, почему некоторые элементарные частицы, время жизни которых (то есть время их существования от момента возникновения до момента распада) очень мало, могут, родившись под воздействием космических частиц на верхние слои атмосферы, достичь поверхности Земли. Эти частицы летят почти со скоростью света, так что время их жизни, измеренное по земным часам, в десятки раз длиннее, чем их собственное время жизни. Специальная теория относительности достаточна для понимания этого опыта, потому что частицы здесь движутся по инерции прямолинейно и равномерно.

Общая теория относительности показала, что законы природы могут и должны быть сформулированы так, чтобы оставаться справедливыми при любых движениях. Соответствующие уравнения не должны менять своего вида при переходе от одной системы к другой, движущейся произвольным образом. На примере с часами близнецов мы видим: несмотря на то, что один и тот же процесс описывается в различных системах по-разному, результаты получаются одинаковыми. Именно в этом состоит преимущество и сила обшей теории относительности. Она дает правильные результаты, не зависящие от того, где находится и как движется наблюдатель. Он должен, конечно, пользоваться правильными приборами и правильной теорией.

Например, изучая Солнечную систему, он может представить себя находящимся в центре Солнца и не участвующим в его вращении вокруг оси. Тогда его модель Солнечной системы совпадает с системой Коперника. В наши дни никому не придет в голову возвращаться к системе Тихо Браге или к системе Птолемея, хотя теория относительности показывает, как, путем математических преобразований, можно было бы осуществлять такой переход. Сложность и громоздкость геоцентрического описания являются одним из доказательств того, что такие системы весьма далеки от реальной действительности, хотя, применяя их для вычислений, тоже можно получать правильные результаты. Здесь еще раз следует вспомнить мысль Ломоносова о простоте природы и необходимости отказываться от усложнений при ее описании, если можно описать ее просто.

Эйнштейн считал недостатком общей теории относительности то, что гравитационное поле и электромагнитное поле выступают в ней как две несвязанные между собой сущности. Не удовлетворяло его и то, что теория никак не учитывает существование дискретных частиц вещества, элементарных частиц, атомов и молекул, а также дискретных порций энергии электромагнитного поля — фотонов. Сразу же после завершения общей теории относительности, теории тяготения, он начал обдумывать эти вопросы. Постепенно они выкристаллизовались в четкую физическую задачу, сложнейшую задачу, все больше подчинявшую его мысли и силы. Задачу, которая поглотила остаток его жизни и которая продолжает дразнить его последователей.

ТЕОРИЯ, КОТОРАЯ НЕ РАБОТАЛА

В этой книге мы встречались с различными теориями, возможности которых оказывались ограниченными. Такова обычная ситуация, возникающая в силу глубочайших диалектических законов человеческого познания. Ведь развитие науки безгранично. Научная теория не может появиться как продукт чистого разума. Она обязательно возникает и развивается из опыта, будь то наблюдения природных явлений, протекающих без участия человека, или эксперимент, специально поставленный для отыскания ответа на определенный вопрос. Правильно поставленные вопросы играют решающую роль в развитии знаний. В ходе длительной и не имеющей предела эволюции науки ни одна из теорий не возникла и не могла быть сформулирована в завершенной окончательной форме. Все они претерпевали развитие и уточнение и, если их основа была правильной, оставались в истории в качестве фундамента последующих более совершенных теорий. Даже теории, не сохранившиеся при дальнейшем развитии науки, оказавшиеся неудовлетворительными в своей основе, зачастую приносили объективную пользу развитию науки и техники. Так было, например, с теорией теплорода, хорошо послужившей создателям первых паровых машин.

Наука — это драма, драма идей. Эти слова принадлежат величайшему физику, Ньютону двадцатого века, Эйнштейну. Но если искать в этой драме наиболее драматические эпизоды, то ничто не сможет сравниться с тянувшейся сорок лет историей попыток самого Эйнштейна создать единую теорию поля.

Общую теорию относительности недаром называют теорией тяготения. Она строго и однозначно связала свойства пространства с распределением в нем материи, свойства полей с телами, составленными из частиц. Она связала движение каждого тела с положением и движением всех остальных тел Вселенной, показала, как нужно формулировать все известные и еще неизвестные теории, чтобы они не входили в противоречие с реальной природой.

Все, правда немногочисленные, предсказания общей теории относительности были подтверждены опытом. Но у ее создателя оставалось чувство неудовлетворенности. Ему хотелось понять внутреннее единство природы. Этого понимания он не достиг. В общей теории относительности нет единства гравитационного и электромагнитного поля. В этой теории гравитационное поле, представляющее тяготение, самую древнюю из известных человеку сил природы, определяет свойства мира. Все остальное разыгрывается на этой сцене. В том числе и электромагнитное поле и все электромагнитные процессы существуют на этой сцене, никак не влияя на нее.

Это казалось Эйнштейну противоестественным. Он чувствовал, что электромагнитное поле играет в природе чрезвычайно важную роль, много большую, чем роль артиста, играющего на сцене. Но и воздушная балерина, перемещаясь по сцене, деформирует ее доски. Электромагнитные силы, думал он, должны влиять на структуру мира, в малом и в большем, в микромире и во Вселенной. И это должно найти отражение в теории. Теория должна обладать внутренним единством, ибо сама природа едина.

Так Эйнштейн пришел к необходимости создания единой теории поля. Он думал и о том, как свойства частиц связаны со свойствами поля, но считал эту задачу еще более трудной и отложил ее рассмотрение до решения первоочередной задачи. Это стало мечтой и целью его жизни, мукой его последних четырех десятилетий.

Он работал почти в одиночестве. Иногда ему помогали немногочисленные сотрудники, хорошие, но не выдающиеся ученые. Остальные не придавали значения его работам. Они отдавали все силы развитию квантовой теории. Теория поля казалась им устаревшей. Но Эйнштейн упорно шел своим путем, шел против основного течения в развитии науки. Однако теория, которая много раз казалась ее автору близкой к завершению, многократно обманывала его надежды. Она не работала! В каком смысле о теории можно сказать, что она не работает? Ни в одном ее варианте не удалось сделать ни одного предсказания — а это является главной задачей любой теории. Не удалось и упростить объяснение уже известного или описать с единой точки зрения явления, до того казавшиеся независимыми, что тоже может считаться оправданием создания новой теории. Эйнштейн умер полный надежд и планов. Но его немногочисленные сотрудники не продвинулись по избранному им пути. Лишь в преддверии к двадцатой годовщине смерти Эйнштейна опять возникли надежды на успешное решение поставленной им задачи. Надежды, основанные на удивительных результатах, представляющих синтез идей Эйнштейна о фундаментальном значении принципа относительности, о решающей роли симметрии физических законов и новых идей, выдвинутых представителями следующих поколений. Итак, вспомним историю развития единой теории поля и познакомимся с перспективами, открывающимися, хотя и смутно, в самое последнее время.

В разгар первой мировой войны, 2 декабря 1915 года, великий труженик и пацифист закончил свой титанический девятилетний труд скромной фразой: «…Наконец, завершено построение общей теории относительности как логической схемы». Но уже через год в большой обобщающей работе, давшей миру первое систематическое изложение новой теории вместе со всем необходимым математическим аппаратом и с четким указанием на связи с прежними теориями и с опытом, он пишет: «…может остаться открытым вопрос о том, смогут ли теория электромагнитного поля и теория гравитационного поля совместно служить базой для теории материи. Общий постулат относительности в принципе ничего не может сказать об этом. В процессе развития теории выяснится, смогут ли электродинамика и учение о тяготении вместе дать то, что не удавалось одной лишь первой теории».

Так это началось. Он не мог остановиться, сколь ни грандиозным оказалось уже достигнутое.

Первая попытка. Эйнштейн стремится дать совершенно новое формальное истолкование уравнений Максвелла в надежде, что при этом ему откроются какие-то перспективы, хотя бы чисто математические аналогии, указывающие путь кг объединению электромагнетизма и гравитации. Первое разочарование. Новая формулировка стала более наглядной, но, по существу, все сохранилось по-старому. Электромагнитное поле оставалось балериной, бестелесно порхающей в поле тяготения.