Книга Эйнштейн - Лоран Сексик

1915 год. Эйнштейн вынужден укрыться в своих пределах, которые хорошо знает, где чувствует себя как дома. В своем внутреннем изгнании Эйнштейн посвящает себя исследованиям. Он знает, что не сможет переломить ход событий, и предается более высокому, но и более доступному ему устремлению: изменить представление о мире, найти закон, который руководит ходом планет, сформулировать закон гравитации. Весь 1915 год, среди лишений войны и полнейшего хаоса чувств, Эйнштейн одержим неким творческим безумием. Это состояние транса похоже на то, в какое он впал десятью годами раньше, во время написания пяти основополагающих статей. В ноябре ученый изложил в трех работах свою общую теорию относительности. Сформулировал уравнения гравитационного поля (уравнения Эйнштейна). В 1916-м круг замкнулся. В последней работе он завершил свою релятивистскую теорию гравитации и утвердил принцип эквивалентности между гравитационным полем и ускорением. Общая теория относительности завершена. Труд Эйнштейна закончен. Он будет вознагражден 6 ноября 1919 года в Кембридже на заседании Лондонского королевского общества — Английской академии наук.

Следует обратиться к этому творческому процессу, разъяснить его начала, чтобы понять переворот, который несли в себе эти идеи.

Общая теория относительности — это применение правил ограниченной относительности ко всем существующим системам отсчета.

Перейти от специальной теории относительности к общей — значит изобрести глобальную теорию гравитации, это значит низвергнуть Ньютона.

Это устремление заложено в концепции о том, что сила притяжения воздействует на свет. Световой луч смещается из-за гравитации. Но как сила притяжения может действовать на волну?

Еще в 1912 году Эйнштейн написал две статьи, в которых набросал основы своей теории гравитации. В 1913-м он хотел поставить свои физические теории на прочную математическую основу и упорно работал со своим другом Марселем Гроссманом, ставшим выдающимся математиком, с которым он снова встретился во время краткого пребывания в Цюрихе. Цель: создать формулу движения материальной точки, каким бы ни было гравитационное поле, воздействующее на нее. Теория 1916 года станет его самой совершенной работой, потому что она опиралась на солидные математические доводы. Он «скромно» поставит себе задачу сформулировать законы природы вне зависимости от выбранной системы пространство — время.

Математические уравнения рассчитаны. Остается проверить их опытным путем. От ограниченной относительности к общей: скачок вперед, который поможет осуществить только изучение Вселенной.

Большой скачок: выстроить теорию гравитации, применимую также и к свету. Доказать, что сила притяжения воздействует на распространение светового излучения. Воздействие гравитационного поля на свет выражается в отклонении траектории светового излучения в связи с присутствием некой массы. Отклонение светового луча под воздействием гравитационного поля, создаваемого небесным телом, — вот что утверждал Эйнштейн.

Гравитационное поле воздействует на инертные тела. Сила тяжести, притягивающая человека к Земле, воздействует на движущиеся тела. Ньютон это доказал. Но, по Ньютону, сила тяжести никак не действует на световое излучение. Эйнштейн хотел доказать, что некая масса, отстоящая на несколько тысяч километров, может отклонить световой луч — корпускулярную волну, распространяющуюся со скоростью 300 тысяч км/с. Его предположение означало, что положение видимых небесных тел не «абсолютно»: оно складывается из местонахождения тела в определенный момент его движения и воздействия гравитационного поля. Это воздействие изменяет траекторию светового луча и «искажает» наше зрительное восприятие и определение нами положения небесного тела. Во Вселенной тоже нет ничего абсолютного. По Эйнштейну, небесные тела, наблюдаемые в телескоп, движение планет — всё это оптический «обман», ни в коей мере не соответствующий реальному движению звезды или ее положению.

Короче говоря, если обобщение релятивистской теории истинно, тогда некая гигантская масса излучает поле, воздействующее на движущееся тело. Проблема в том, чтобы понять, каким образом масса излучает поле, какого рода волнами она отклоняет свет. Выражается ли гравитационное поле в «гравитационных волнах»? Существуют ли волны, излучаемые солнечной массой, которые искажают траекторию света звезд? Если теория Эйнштейна верна, они существуют. Они «излучаются» всеми телами в мире. Значит, их можно улавливать. Но если они оказывают ничтожно малое воздействие (в доли секунды) на огромные скорости, значит, они одновременно малочисленны и трудно улавливаемы. Этот вопрос, поставленный позже открытием Эйнштейна, и сегодня бросает вызов современной науке. Как уловить «гравитационные волны»? В Италии построили огромные одномерные датчики для их измерения. Ничего не удалось записать до сих пор. И всё же эти волны существуют[51]. Европейское космическое агентство собирается запустить в космос огромный датчик с единственной целью: сделать запись хотя бы одной гравитационной волны[52]. Альберт по-прежнему держит в напряжении умы…

В 1910-х годах Эйнштейн хотел просто подтвердить свою общую теорию. Отклонение солнечного луча, пришедшего из космоса, под воздействием некой массы. Воздействие силы притяжения на свет.

В процессе поисков будет разрешена загадка, не дававшая покоя физикам со времен Кеплера. Эта тайна занимала Ньютона всю его жизнь: секрет, заключенный в орбите Меркурия. Вопрос о смещении перигелия[53] этой планеты.

В начале XVII века великий физик Кеплер описал орбиту Меркурия как эллипс. Но вот необъяснимая странность: орбита не вполне эллиптическая. В конце каждого оборота планета не возвращается в «исходную» точку. При каждом обороте точка перигелия смещается.

И Ньютон исследовал движение Меркурия, смещение перигелия.

Астрономы измерили «опережение» в 1,38 дуговой секунды при каждом обращении.

Чтобы объяснить это смещение, Ньютон опирался на собственную теорию гравитации. Она основывалась на том, что одни тела притягивают другие с силой, обратно пропорциональной расстоянию между ними и прямо пропорциональной их массе. Ньютон выдвинул гипотезу о том, что Юпитер, самая большая из планет, воздействует своей массой на Меркурий, одну из самых маленьких планет Солнечной системы. Юпитер «притягивает» к себе Меркурий при каждом обращении вокруг Солнца, вот почему перигелий смещается.