Читать книгу "Уравнение Бога. В поисках теории всего - Митио Каку"

В 1921 г. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

Вскоре он стал одним из самых знаменитых людей на планете, обогнав по известности большинство кинозвезд и политиков. (В 1933 г. он появился вместе с Чарли Чаплином на одной кинопремьере. Обеих знаменитостей окружили охотники за автографами, и Эйнштейн спросил у Чаплина: «Что все это значит?» Чаплин ответил: «Ничего, абсолютно ничего». А затем добавил: «Меня приветствуют, потому что каждый меня понимает. Вас приветствуют, потому что вас не понимает никто».)

Конечно, теория, которая ниспровергала Ньютонову физику, господствовавшую 250 лет, неизбежно должна была вызвать яростную критику. Одним из скептиков, возглавивших нападки, стал профессор Колумбийского университета Чарльз Лейн Пур. Прочитав о теории относительности, он фыркнул: «Я чувствую себя так, будто бродил с Алисой по Стране чудес и пил чай с Безумным Шляпником»[19].

Но Планк всегда готов был ободрить Эйнштейна. Он писал: «Новая научная истина берет верх не за счет того, что убеждает оппонентов в своей правоте и заставляет их увидеть свет, но, скорее, за счет того, что оппоненты эти со временем вымирают и вырастает новое поколение, изначально знакомое с ней»[20].

На протяжении десятилетий нападки на теорию относительности случались неоднократно, но всякий раз теория Эйнштейна успешно проходила проверку. Мало того, как мы увидим в следующих главах, теория относительности Эйнштейна преобразила всю физику, произвела настоящую революцию в наших представлениях о Вселенной, ее происхождении и эволюции и кардинально изменила наш образ жизни.

Одним из подтверждений теории Эйнштейна является функция глобального позиционирования в вашем сотовом телефоне. В систему геолокации GPS входит 31 спутник на околоземных орбитах. В любой момент ваш сотовый телефон может получать сигналы от трех таких спутников. Все три спутника движутся по разным траекториям и находятся по отношению к вам под разными углами. Затем процессор телефона анализирует полученные с трех спутников данные и методом триангуляции определяет ваши точные координаты.

Система GPS настолько точна, что при вычислениях приходится принимать во внимание крохотные поправки, обусловленные как специальной, так и общей теорией относительности.

Поскольку спутники движутся со скоростью около 27 500 км/ч, часы на них идут чуть медленнее, чем на Земле, согласно специальной теории относительности, которая гласит, что при высоких скоростях время замедляется – это явление демонстрируется в мысленном эксперименте Эйнштейна с попыткой обогнать луч света. Но, поскольку гравитация тем слабее, чем больше вы удаляетесь в открытое пространство, время на самом деле чуть ускоряется согласно общей теории относительности, которая гласит, что гравитация искривляет пространство-время – чем слабее гравитационное притяжение, тем быстрее идет время. Это означает, что специальная и общая теории относительности работают в противоположных направлениях: согласно специальной теории относительности, сигналы замедляются, а согласно общей теории относительности – ускоряются. Ваш сотовый телефон учитывает оба эффекта и сообщает, где в точности вы находитесь. Так что без согласованной работы специальной и общей теорий относительности вы заблудились бы.

Ньютон и Эйнштейн: полные противоположности

Эйнштейна объявили новым Ньютоном, но на самом деле как личности Эйнштейн и Ньютон были полными противоположностями. Ньютон был склонным к одиночеству и необщительным до асоциальности. У него не было близких друзей, и он совсем не умел вести простые бытовые разговоры.

Физик Джереми Бернштейн однажды сказал: «Каждый, кому доводилось достаточно долго общаться с Эйнштейном, уходил от него с ошеломляющим ощущением благородства этого человека. Когда о нем думаешь, в голову вновь и вновь приходит эпитет "человечность" как символ простоты и привлекательности его характера»[21].

Но при этом Ньютон и Эйнштейн обладали рядом общих качеств. Первым из них была способность сосредоточиться и собрать в кулак громадную энергию мысли. Ньютон, размышляя над какой-то задачей, мог забывать про еду и сон. Он мог запнуться посреди разговора и начать что-то писать на том, что подвернется под руку, бывало даже на салфетке или на стене. Так же и Эйнштейн мог сосредоточенно работать над задачей на протяжении нескольких лет или даже десятилетий. Во время работы над общей теорией относительности он был близок к нервному срыву.

Еще одним общим для них качеством была способность визуализировать задачу в рисунках. Ньютон мог написать «Начала» исключительно с использованием алгебраических символов, но он вместо этого наполнил свой шедевр геометрическими схемами. Применять интегральное и дифференциальное исчисление с использованием абстрактных символов относительно просто, а заменить его треугольниками и квадратами под силу только мастеру. Так же и в теории Эйнштейна много схем с поездами, мерными рейками и часами.

Поиски единой теории

В конечном итоге Эйнштейн создал две важнейшие теории. Первая – это специальная теория относительности, которая описывает свойства световых лучей и пространства-времени и вводит понятие симметрии, основанной на вращении в четырех измерениях. Вторая – общая теория относительности, которая представляет природу гравитации как искривление пространства-времени.

Но после двух этих монументальных достижений Эйнштейн попытался добиться третьего, еще более монументального. Он жаждал создать теорию, которая объединила бы все взаимодействия Вселенной в одном уравнении. Он хотел воспользоваться языком теории поля для создания уравнения, в котором сочетались бы теория электричества и магнетизма Максвелла и его собственная теория гравитации. Несколько десятилетий он бился над объединением этих двух теорий и потерпел неудачу. (На самом деле первым объединить гравитацию с электромагнетизмом предложил Майкл Фарадей. Он, бывало, приходил на Лондонский мост и бросал с него магниты, надеясь обнаружить какое-то измеримое влияние гравитации на магнит, но ничего не нашел.)

Одной из причин, по которым Эйнштейну не удалось добиться цели, было то, что в 1920-е гг. в наших представлениях об окружающем мире зияла громадная дыра. Потребовалась совершенно новая теория – квантовая, чтобы физики осознали наконец, что в головоломке не хватает по крайней мере одной детали: ядерного взаимодействия.

Но Эйнштейн, будучи одним из основателей квантовой теории, стал, как ни парадоксально, величайшим ее противником. Он без устали обрушивал на квантовую теорию град критики. За прошедшие десятилетия эта теория выдержала все мыслимые экспериментальные испытания и привнесла в нашу жизнь множество чудесных электрических устройств, которые мы теперь встречаем повсюду и дома, и на рабочих местах. Однако, как мы увидим, глубокие и тонкие философские возражения Эйнштейна против квантовой теории находят отклик даже сейчас.