Ирина Радунская – Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство (страница 48)

Эйнштейн начал тщательно изучать статьи астрономов, исследовавших движение планет. И был вознагражден. Несколько астрономов сообщали о странном и необъяснимом движении орбиты планеты Меркурий. Это вращение не могло быть следствием влияния других известных планет. Такие гипотезы не подтверждались расчетами. Оставалась единственная гипотеза: может быть, между Меркурием и Солнцем существует еще одна планета, орбита которой очень близка к Солнцу? Столь близка, что ее не удается увидеть на фоне зари. Но астрономы с сомнением относились к этой гипотезе. Они просто приняли к сведению, что существует еще не объясненное медленное вращение орбиты планеты Меркурия, в результате которого Меркурий описывает в пространстве сложную кривую. Эйнштейн понял всю важность этого факта для его теории. Ведь уравнения новой теории относительности предсказывали медленное смещение орбиты Меркурия. Замечательно, что полученная величина скорости вращения орбиты точно совпала с величиной, известной из непонятных ранее астрономических наблюдений.

Итак, новая теория объяснила загадку Меркурия. Теперь о предсказаниях. Из теории следовало, что луч света проходящий вблизи края диска Солнца, должен изменить свое направление — искривиться, — причем величина этого искривления складывается из двух равных величин. Первая возникала из-за того, что, в соответствии с первоначальной теорией относительности, кванты света (фотоны) обладают определенной массой и поэтому притягиваются к Солнцу. Вторая величина, равная первой, обусловлена тем, что само пространство вблизи Солнца искривлено силой тяготения. Эти две причины приводят к тому, что лучи света, распространяющиеся вблизи Солнца, перестают быть прямыми и искривляются вместе с искривлением пространства.

Это предсказание было блестяще подтверждено специальной экспедицией астрономов, наблюдавшей под руководством А. Эддингтона солнечное затмение 1919 года.

Сообщение о том, что луч света — символ прямизны — искривился в соответствии с предсказанием теории, вышло за пределы ученых собраний и разнеслось по всему миру, порождая славу создателю удивительной теории, ранее известному только узкому кругу специалистов.

Новая теория получила название «Общая теория относительности», а первоначальную теорию начали называть «Специальная теория относительности», так как она относится только к специальному случаю равномерных и прямолинейных движений.

Создатель теории понимал то, что еще оставалось скрытым от многих. Общая теория относительности есть прежде всего теория тяготения. Она впервые объяснила тайну тяготения, мучившую Ньютона. Ньютон был вынужден считать, что сила тяготения мгновенно и полностью схватывает все мировое пространство, что она распространяется бесконечной скоростью. Он не мог объяснить, как она действует, как возникает.

Бесконечную скорость распространения силы тяжести отвергала уже Специальная теория относительности. В ее основе лежало убеждение Эйнштейна в том, что нет и не может быть движений или передачи сигналов со скоростью, превышающей скорость света. Общая теория относительности объяснила, как и почему возникает сила тяготения. Это объяснение казалось парадоксальным даже крупным ученым. Теперь нам кажется естественной суть теории и ее вывод: сила тяготения есть не что иное, как проявление искривления пространства под действием массивных тел. Это искривление распространяется во все стороны не бесконечно быстро, а со скоростью света. Таково второе предсказание теории относительности — предсказание существования гравитационных волн. Эти волны действуют на материальные тела очень слабо, и поэтому, несмотря на все усилия, до сих пор их не удалось обнаружить в земных лабораториях.

Но Эйнштейн понимал, что, несмотря на малую величину энергии, уносимой гравитационными волнами, они приводят к важному ограничению созданной им Общей теории относительности. Здесь прослеживается аналогия с ситуацией, приведшей к возникновению квантовой механики.

Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом после открытия им атомных ядер, противоречила электродинамике Максвелла. Электрон, вращающийся вокруг ядра, в соответствии с уравнениями Максвелла обречен излучать электромагнитные волны, затрачивая на это энергию своего движения. Если это так, электрон постепенно приблизится к ядру атома и в конце концов упадет на ядро. Это должно привести к разрушению всех атомов, что противоречит опыту.

Как известно, Бор устранил это противоречие, предположив, что теория Максвелла неприменима к атомам что в микромире действуют иные законы, не приводящий к излучению электромагнитных волн электронами, вращающимися по устойчивым орбитам вокруг ядра. Впоследствии первоначальный вариант квантовой механики, созданной Бором, был существенно переработан, но стабильность атомных систем заложена и в уравнениях современной квантовой физики.

Эйнштейн понимал, что гравитационные волны, излучаемые вращающимся электроном, тоже приводят к нарушению стабильности атома. Поэтому, указывал он, Общая теория относительности тоже должна быть ограничена какими-то квантовыми процессами. Это труднейший этап развития физики. Эйнштейн не сумел преодолеть его. Только после его смерти ученые начали продвигаться к созданию квантовой теории гравитации, к объединению Общей теории относительности с квантовой теорией.

Недавно астрономы косвенно подтвердили существование гравитационных волн, наблюдая один из пульсаров — особый тип звезд. Такие звезды испускают короткие цуги электромагнитных волн, следующие один за другим с точностью, которой могут позавидовать кварцевые часы. К удивлению астрономов, период, с которым следовали цуги, излучаемые этим пульсаром, в отличие от других, постепенно уменьшался. Эти изменения нельзя объяснить иначе, чем признав, что пульсар движется в паре с другой невидимой звездой. Измерения позволили вычислить период вращения этой пары вокруг общего центра масс невидимой звезды и пульсара. Ученые не нашли другого объяснения сокращению периода вращения этой пары звезд, чем признание того, что запас энергии ее вращения постепенно уменьшается. Уменьшается по мере того, как часть этой энергии непрерывно уносится в мировое пространство гравитационными волнами.

ГЛАВА 6

МИР, В КОТОРОМ МЫ ЖИВЕМ

Отыщи всему начало, и ты многое поймешь.

От неизменности к эволюции

В связи с тем, что поля тяготения и гравитационные волны охватывают все мировое пространство, уравнения Общей теории относительности описывают пространственно-временные свойства всей Вселенной. Решение этих уравнений должно поэтому содержать сведения всей Вселенной. Мы уже несколько раз встречались со словом «Вселенная», не давая пояснения тому, что отражает это понятие. Прежде чем идти дальше, необходимо сделать несколько пояснений. Понятие «Вселенная», как и большинство понятий, отражает объективные свойства окружающего мира. Подобно большинству понятий, оно претерпевает уточнения, обусловленные развитием науки. Следует сразу обратить внимание на уникальность понятия «Вселенная». Оно отражает уникальность стоящей за ним реальности: Вселенная — это весь мир Она включает в себя всё. Все звезды и галактики, всю видимую и невидимую материю, все физические поля. Вселенная существует в единственном экземпляре, ибо она безгранична, она охватывает всё, и не существует ничего что не входило бы в нее. Она была всегда и пребудет вечно. Не существует второй вселенной, с которой можно сравнить то, что заключено в понятии «Вселенная».

Уникальность, единичность Вселенной чрезвычайно затрудняет ее изучение. Одним из основных вопросов, на который необходимо ответить, исследуя Вселенную, это вопрос о том, остается она неизменной или изменяется с течением времени. Мы видели, что Ньютон исходил из представления о неизменности Вселенной. Он считал, что Вселенная остается неизменной, несмотря на то что в ней постоянно происходят разнообразные процессы, наблюдаются различные изменения. Его убеждение основывалось на неизменности законов Природы. Это позволяло думать, что процессы, протекающие в отдельных областях, не затрагивают Вселенную в ее всеобщности. Ньютон передал свою уверенность потомкам, которые скоро забыли о том, что Ньютону это внушало беспокойство.

Теперь мы пришли к рубежу, за которым открылись новые перспективы. Забегая вперед, скажем, что совсем недавно было показано, что, возможно, потребуется радикальное изменение понятия «Вселенная». Возможно, Вселенная, которую можно изучать при помощи сколь угодно совершенных приборов, не охватывает собой весь материальный мир. Вполне возможно, что в ходе эволюции наша Вселенная родилась вместе с другими вселенными из некоторой единой правселенной. Нам предстоит вместе с учеными пройти длинный путь, в конце которого возникла необходимость такого шага. Важно, что и этот шаг не последний, ибо развитие науки не имеет предела.

Возвратимся к Эйнштейну, который, преодолевая огромные математические трудности, продолжал исследовать новые уравнения. Не имея возможности сразу получить результат, Эйнштейн решил упростить задачу и для начала ограничиться каким-либо частным случаем. Выбор основывался на двух соображениях. Первое — математическое: следовало выбрать случай, наиболее упрощающий математические выкладки. Второе — физическое, основанное на многовековом убеждении ученых. На вере в неизменность Вселенной.