Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Когда 13 апреля 1955 года Эйнштейна с сильными судорогами увезли в принстонскую больницу, он знал, что конец близок, но попросил принести очки и записи, чтобы продолжать работу. Глядя на осунувшиеся, опустошённые лица близких, пришедших навестить его, Эйнштейн сказал: «Не расстраивайтесь, всем суждено умереть». Он скончался 18 апреля, так и не осуществив свою мечту.

Многие трудности, с которыми столкнулся Эйнштейн при создании новой теории, были связаны не с физической, а с математической интерпретацией. Трудности эти были так велики, что возникает вопрос, не нужны ли для их разрешения новые математические методы. В истории науки часто крупные научные открытия были результатом появления новых математических приёмов. Ньютон, например, совершил свои основные открытия, создав дифференциальное исчисление. Так и Эйнштейн не смог бы построить общую теорию относительности без тензорного исчисления, которое появилось всего за несколько лет до создания этой теории.

Итак, может быть, действительно нужны новые математические методы, без которых не преодолеть возникшие трудности? Неизвестно, ведь пока мы с ними не справились. Одну трудность в теории Эйнштейна всё же удалось преодолеть – речь идёт о странностях во взаимодействии частиц. Поведение частиц не подчинялось основным законам физики. Эйнштейн попробовал применить тот же метод, что и другие физики, но позже отверг его. Он считал, что уравнения, как и в общей теории относительности, должны быть простыми и с научной точки зрения красивыми. Поэтому он и противился введению дополнительных членов. Однако в 1952 году Б. Курсуноглу, добавив один член, сформулировал теорию, в которой удалось преодолеть упоминавшуюся трудность, а в 1954 году подобную, хотя и несколько иную теорию предложил У. Б. Боннер. Для обеих теорий были получены решения, но, по общему мнению, они далеки от совершенства.

Остаются и другие фундаментальные трудности. Прежде всего, новые теории должны объяснять, почему существуют различные частицы, т.е. почему у них разные свойства (например, заряд, масса); пока это не удаётся. В других теориях, связанных с квантовой (о них речь пойдёт дальше), удалось довольно близко подойти к решению этой проблемы. Но есть ещё одна серьёзная трудность, которой мы пока не касались. До сих пор упоминались лишь гравитационное и электромагнитное поля. В то время, когда Эйнштейн работал над своей теорией, были известны только эти два поля, но, как говорилось в гл. 1, есть ещё два – сильное и слабое. В полноценную единую теорию поля должны быть включены и они.

Глава 4Гибель звезды

Мы с вами видели, как учёные старались расширить сферу применения общей теории относительности в надежде добиться объединения гравитационного и электромагнитного полей. Их попытки отличались изобретательностью, и иногда, казалось, что они вот-вот достигнут цели, но всё же слить эти два поля воедино не удалось и по сей день.

Представим себе, что цель достигнута. Означает ли это, что все проблемы будут решены и мы получим единую теорию поля? Вряд ли, ведь ещё два поля останутся в стороне. Более того, нам нужна безотказная теория, а об общей теории относительности этого не скажешь; известно, например, что она не работает в мире атомов. Не годится она и для описания явлений, возникающих при очень высоких плотностях. Имеются в виду вовсе не те относительно высокие плотности, с которыми иногда приходится иметь дело в повседневной жизни. Речь идёт о таких плотностях, которые возникают в экстремальных космологических условиях.

Итак, наша задача – разобраться в том, где общая теория относительности перестаёт работать и почему это происходит. Для этого лучше всего обратиться к обыкновенным звёздам. Из всех звёзд нам лучше всего знакомо, конечно, Солнце, поэтому с него мы и начнём. Через фильтр Солнце выглядит как плоский сияющий диск, на котором всё спокойно. Но если с помощью соответствующего прибора рассмотреть его поверхность повнимательнее, глазам предстанет море горячего, непрерывно клубящегося газа. Иногда бурление становится настолько интенсивным, что с поверхности с огромной скоростью выплескиваются гигантские постепенно поворачивающие к светилу потоки. Распространяясь вдоль силовых линий магнитного поля, они вытягиваются на несколько тысяч километров, а потом обрушиваются на поверхность Солнца.

Но не всё извергнутое вещество падает обратно на Солнце. Иногда сильнейшие всплески выбрасывают частицы далеко в пространство, те покидают окрестности Солнца и несутся сквозь Солнечную систему.

Что вызывает такие грандиозные бури? В поисках ответа на этот вопрос нам придётся заглянуть внутрь Солнца. Там газ ещё горячее, чем на поверхности, и чем ближе к центру, тем выше его температура. Швейцарский астроном Якоб Эмден первым предположил, что Солнце, может целиком состоять из газа, но впервые разработал математическую модель строения звезды английский астрофизик Артур Эддингтон.

Эддингтон