Читать книгу "Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности - Педро Феррейра"

А как быть, если нас попросят взять искривленный лист бумаги? К примеру, если нужно нарисовать геометрические фигуры на поверхности гладкого баскетбольного мяча? Наши простые правила сразу перестают работать. Так, две линии, под прямым углом пересекающие экватор, должны быть параллельными. Они и в самом деле параллельны, но если двигаться вдоль этих линий, выясняется, что на одном из полюсов они пересекаются. То есть пересечение параллельных линий на сфере возможно. Можно пойти еще дальше и расположить эти линии таким образом, чтобы они пересекались друг с другом под прямым углом. В результате мы получим треугольник, сумма углов которого будет равна не 180, а 270 градусов. Правило, к которому мы привыкли, снова будет нарушено.

Более того, любая поверхность сложной формы — сфера, тор, смятый лист бумаги — будет обладать собственной геометрией с собственными правилами. Гаусс выработал геометрию для поверхностей произвольного вида. Он придерживался демократических взглядов: все поверхности следовало считать тождественными и выработать для работы с ними общий набор правил. Геометрия Гаусса является крайне мощным и сложным инструментом. Дальнейшей ее разработкой в 1850 годах занялся другой немецкий математик, Бернхард Риман. Он создал столь изощренную и сложную область математики, что даже порекомендовавший Эйнштейну обратить внимание в эту сторону Гроссман счел, что Риман зашел слишком далеко, чтобы плодами его труда мог воспользоваться физик. Геометрия Римана представляла собой хаос с множеством функций, обернутых в ужасные нелинейные конструкции, но это была крайне мощная штука. Освоив ее, Эйнштейн смог бы одолеть собственную теорию.

Новая геометрия была дьявольски трудной, но зайдя в тупик при попытке обобщить свою теорию относительности, Эйнштейн был вынужден приступить к ее освоению. Это была крайне сложная задача — все равно что выучить с нуля санскрит и написать на нем роман.

К началу 1913-го, освоив новую геометрию, Эйнштейн вместе с Гроссманом работал над двумя статьями, кратко описывающими его теорию. Одному из коллег он сказал: «К своему полному удовольствию, я уяснил, что такое гравитация». Теория, сформулированная языком новой математики, с написанным Гроссманом разделом, в котором особенности римановой геометрии объяснялись потенциально неосведомленному сообществу физиков, включала в себя прогнозы, предлагавшиеся Эйнштейном ранее. Эйнштейну удалось добиться одинакового вида всех законов физики в любой системе отсчета, а не только в инерциальной. Он смог описать электромагнитные явления и законы движения Ньютона так же, как это было сделано в первой, более ограниченной версии теории относительности. Более того, у него получилось адаптировать практически все законы физики, кроме закона всемирного тяготения. Новая версия этого закона, предложенная Эйнштейном и Гроссманом, не укладывалась в последовательность, подчиняющуюся общему принципу относительности. Не помогло даже призванное подкрепить физические догадки введение новой математики. Эйнштейн все равно был убежден, что движется в правильном направлении и для завершения теории достаточно устранить мелкие шероховатости. Но он ошибался. Новый подход к теории пространства-времени знаменовался все меньшим количеством прорывов и все более частыми пробуксовками.

В 1914 году жизнь Эйнштейна наконец вошла в колею. Из Берлина ему пришло приглашение возглавить только что созданный институт физики имени кайзера Вильгельма. Это дало достойный заработок и членство в Прусской академии наук. Эйнштейн попал на вершину европейского научного сообщества и получил возможность работать в окружении таких коллег, как Макс Планк и Вальтер Нернст. При этом ему не приходилось заниматься преподавательской деятельностью. Словом, он получил идеальную работу, в тот же самый период потерпев крах в личной жизни. Семье Эйнштейна надоели его скитания по Европе, и к месту нового назначения они не поехали. Жена Милева с сыновьями осталась в Цюрихе. После пяти лет жизни врозь в 1919 году они разведутся, и Эйнштейн начнет новую жизнь и новые отношения со своей кузиной Эльзой Левенталь. Они поженятся в 1919 году и проживут вместе до смерти Эльзы в 1936-м.

Эйнштейн прибыл в Берлин в начале Первой мировой войны и сразу попал, по его выражению, в «сумасшедший дом» немецкого национализма. Безумие охватило практически всех. Его коллеги собирались на фронт или занимались разработками нового оружия, такого как ужасающий иприт. В сентябре 1914-го был опубликован поддерживающий германское правительство манифест «К культурному миру». Подписанный девяносто тремя немецкими учеными, писателями, артистами и деятелями культуры, он был направлен против дезинформации, распространяемой о Германии. По крайней мере, так думали подписанты. Манифест утверждал, что немцы не несут ответственности за разразившуюся войну. Замалчивался факт, что Германия только что вторглась в Бельгию и разрушила город Левен. Вместо этого было написано: «Неправда, что наши солдаты посягнули на жизнь хотя бы одного бельгийского гражданина и его имущество». Манифест был вызывающим и скандальным, большая его часть была неправдой.

Эйнштейна происходящее шокировало. Будучи пацифистом и интернационалистом, он вступил в борьбу, подписав контрманифест «К европейцам». В нем Эйнштейн с горсткой коллег отмежевывались от «Манифеста девяносто трех», осуждая тех, кто его подписал, и умоляя «образованных людей из всех стран» бороться с разрушительной войной. Но обращение «К европейцам» было, по большому счету, проигнорировано. Остальной мир воспринимал Эйнштейна как еще одного немецкого ученого, поддержавшего документ девяносто трех, а значит, как врага. По крайней мере, так считалось в Англии.

Англичанин Артур Эддингтон был знаменит своими долгими велосипедными прогулками. В качестве меры своей выносливости он использовал число Е. Оно обозначало максимальное число дней, в которые он проезжал больше, чем Е миль. Сомневаюсь, что мое Е превосходит 5 или 6. Я проезжал шесть миль в день не более шести раз в жизни — я знаю, что это мизерная цифра. Когда Эддингтон умер, его число Е было равно 87, то есть он предпринял восемьдесят семь индивидуальных велосипедных выездов протяженностью более восьмидесяти семи миль. Уникальная выносливость и настойчивость позволили ему достичь выдающихся результатов во всех сферах жизни.

Эйнштейну пришлось бороться за право приступить к научной карьере, а Эддингтон легко проник в сердце английских академических кругов. Продвигая собственные идеи, Эддингтон бывал высокомерным, пренебрежительным, бескомпромиссно упрямым, но одновременно это был настойчивый ученый, практически никогда не отступавший ни перед чертовски сложными астрономическими наблюдениями, ни перед запутанной новой математикой. Он родился в набожной квакерской семье и с раннего возраста отлично успевал в школе. В шестнадцать лет он отправляется в Манчестер изучать математику и физику и в конце концов оказывается в Кембридже, где получает звание самого успевающего студента года, известное как «мистер Математик». Сразу после получения степени бакалавра он становится ассистентом в Королевской обсерватории и сотрудником Тринити-колледжа в Кембридже.

Кембридж относится к заведениям высшего эшелона, поэтому Эддингтон сразу оказался в компании гениальных ученых. Там был открывший электрон Джозеф Джон Томпсон, а также Альфред Норт Уайтхед и Бертран Рассел, соавторы «Принципов математики», ставших настоящей библией для специалистов в области логики. Со временем к ним присоединились Эрнест Резерфорд, Ральф Фаулер, Поль Дирак — все сливки физического общества XX века. Эддингтон хорошо вписался в коллектив. Проведя несколько лет в Гринвичской обсерватории в Лондоне, он вернулся в Кембридж. В тридцать один год он уже был назначен на престижную должность профессора астрономии и экспериментальной философии (Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy) в Кембридже. Также он получил должность директора расположенной на окраине Кембриджской обсерватории. Рядом с ней он и поселился вместе с матерью и сестрой, чтобы стать со временем ведущим специалистом по астрономии в Великобритании. Он проживет там до конца своих дней, принимая участие в жизни колледжа с ее официальными ужинами и степенными дискуссиями, регулярно посещая Королевское астрономическое общество для Демонстрации достигнутых результатов, а для проведения измерений и наблюдений за небом периодически путешествуя в отдаленные уголки мира.