Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Так же как можно объяснить отклонение луча света, проходящего около Солнца, проделав несложный мысленный эксперимент, легко показать, почему замедляется время. Согласно принципу эквивалентности, в ускоренно движущемся лифте создаётся гравитационное поле. Предположим, что есть два лифта, имеющих разное ускорение, и в каждом из них установлены часы. Пусть находящиеся в лифте наблюдатели поддерживают друг с другом связь при помощи световых сигналов – каждую секунду из того лифта, который движется быстрее, посылается импульс света. Легко заметить, что из-за разницы в ускорениях во втором лифте сигналы будут приниматься реже, чем раз в секунду, а отсюда следует вывод, что время в первом лифте идёт медленнее.

Внимательный читатель, наверное, заметил погрешность в нашем мысленном эксперименте. Мы уже видели, что гравитационное поле слабеет по мере подъёма, поэтому в лифте, покоящемся на Земле, сила тяжести больше у пола, чем у потолка, а вот гравитационное поле, создаваемое при ускоренном движении, везде одинаково. Это означает, что точное совпадение обеих сил возможно только в том случае, если лифт очень мал (полное соответствие наступает, когда размеры лифта бесконечно малы).

Недавно были проведены новые точные эксперименты по проверке теории Эйнштейна. В 1971 году сотрудник Вашингтонской морской обсерватории Ричард Китинг и Джозеф Хейфил из Университета Вашингтона в Сент-Луисе поставили часы в пассажирский самолёт, который облетел Землю сначала с востока на запад, а потом с запада на восток. При этом наблюдались два эффекта, связанные со временем, – его замедление, вызванное движением самолёта, и ускорение, связанное с уменьшением притяжения. При полёте на восток часы отстали в среднем на 59 нс (наносекунда – миллиардная доля секунды) по сравнению с предсказанным значением 49 нс, а при полёте на запад спешили на 273 нс (предсказание теории – 275 нс). В ходе аналогичного эксперимента, проведённого в 1976 году, самолёт летал кругами в районе Чесапикского залива. И вновь теория Эйнштейна была подтверждена в пределах погрешностей эксперимента.

Итогом всех этих и других подобных проверок стало практически всеобщее признание теории Эйнштейна. В Солнечной системе и всюду, где гравитационные силы малы, она даёт те же результаты, что и теория Ньютона, но в мощном гравитационном поле, например в окрестности чёрной дыры (это объект со столь сильным гравитационным полем, что даже свет не может его преодолеть), ньютонова теория отказывает и нужно пользоваться общей теорией относительности.

Благодаря своей теории Эйнштейн прославился; пожалуй, он стал самым знаменитым учёным на свете – один из немногих, кого по фотографии узнает каждый. Несмотря на все оказывавшиеся ему почести, Эйнштейн до самой смерти, последовавшей в 1955 году, оставался скромным и непритязательным человеком. Известность его смущала, но он терпеливо её сносил, позировал фотографам, художникам и скульпторам. Позировать приходилось так часто, что на вопрос, чем он занимается, Эйнштейн однажды ответил: «Я натурщик».

При разработке своей теории Эйнштейн столкнулся со сложными математическими уравнениями. Нет сомнений, что успеха он добился благодаря способности полностью сосредоточиваться на одной проблеме. А задачи, которые ему приходилось решать, были совсем не похожи на те, с которыми сталкиваешься в повседневной жизни или даже в университетском курсе. Биограф Эйнштейна Карл Зелиг рассказал в своей книге об одном случае, показывающем, как искажённо понимали некоторые люди его работу.

Как-то на приёме Эйнштейн оказался за одним столом с восемнадцатилетней американкой. Разговор не клеился; девушка спросила: «А кто вы по профессии?» «Я занимаюсь физикой», – ответил убелённый сединами учёный. «Вы хотите сказать, что до сих пор изучаете физику? – поразилась его собеседница. – Я с ней разделалась ещё год назад».

По многим высказываниям Эйнштейна можно проследить склад его ума, желание понять, как устроена природа, неустанное стремление исследовать её. Вот что он писал: «Когда я не занят конкретной задачей, я люблю вспоминать, как доказываются теоремы в математике и формулируются физические теории, которые я давно знаю. Делаю я это просто так, чтобы предаться сладостному занятию – подумать».

Однажды, затруднившись ответить на вопрос, какова скорость звука, Эйнштейн заметил: «Я стараюсь не забивать голову цифрами, которые можно найти в любом справочнике». В другой раз он сказал: «Я без конца думаю и считаю в надежде разгадать сокровенные тайны природы».

А на вопрос, что заставляет его так долго и упорно трудиться, он ответил: «Почему мы чертовски серьёзно относимся к своей работе – вот загадка! Для чего всё это? Для себя? Но жизнь так коротка! Для потомков?.. Нет, всё-таки это загадка».

Предельное искривление