Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Но Эйнштейн не привел доказательства, подтверждающего его символ веры, такого, которое могло бы опровергнуть современную физику элементарных частиц46. Не объяснил Эйнштейн и того, что именно понимает он под математической простотой. Вместо этого он просто утверждал, что по его глубокому убеждению Бог именно так создавал Вселенную. “Я убежден, что с помощью только математических построений можно открыть новые элементы знания и законы, связывающие их между собой”, – заявлял он.

Эту свою уверенность, а фактически – символ веры он изложил во время предыдущего визита в Оксфорд в мае 1931 года, когда ему была присвоена степень почетного доктора. В прочитанной по этому поводу лекции Эйнштейн объяснял, что в своем постоянном поиске единой теории поля он следует скорее за соблазном математического изящества, чем за экспериментами. “Не груз экспериментальных фактов направляет мой поиск, а притягательность математической простоты, – сказал он. – Я могу только надеяться, что эксперимент последует за знаменем математики”47.

Подобным образом Эйнштейн закончил и свою оксфордскую лекцию в 1933 году, сказав, что пришел к такому убеждению: математические уравнения полевой теории – наилучший способ познания “реальности”. До сих пор, признал он, это не срабатывает на субатомном уровне, где, как представляется, управляют шанс и вероятность. Но, сказал Эйнштейн собравшимся, он по-прежнему убежден, что точка здесь не поставлена: “Я все еще верю в возможность построения модели реальности, то есть теории, которая выражает сами вещи, а не только вероятности их появления”48.

Величайший просчет?

В далеком 1917 году, когда Эйнштейн анализировал свою “космологическую модель”, являющуюся следствием общей теории относительности, большинство астрономов считали, что Вселенная состоит только из Млечного Пути, где в пустом пространстве дрейфуют сотни миллиардов звезд. Более того, Вселенная, заполненная звездами, казалась вполне стабильной – не расширяющейся и не стягивающейся к центру.

Это заставило Эйнштейна добавить к полевым уравнениям космологическую постоянную, ответственную за “отталкивающую” силу. Эта сила должна была противостоять гравитационному притяжению, которое, если звезды, обладая достаточно большим импульсом, не будут удаляться друг от друга, собрала бы их в одном месте.

Затем начиная с 1924 года ряд поразительных открытий были сделаны Эдвином Хабблом, ярким, обаятельным астрономом, работавшим на 100-дюймовом телескопе в обсерватории Маунт-Вилсон в горах вблизи Пасадены, Калифорния. Сначала он обнаружил, что небольшое облако, известное как туманность Андромеды, является на самом деле другой галактикой примерно такого же размера, как наша, а расстояние до нее близко к миллиону световых лет (теперь мы знаем, что оно примерно в два раза больше). Затем Хабблу удалось наити по крайней мере два десятка расположенных еще дальше галактик (теперь считается, что их больше 100 миллардов).

Затем Хаббл сделал еще более удивительное открытие. Измеряя красное смещение в спектре звезд (для волн света это аналог эффекта Доплера для звуковых волн), он понял, что галактики удаляются от нас. Было по меньшей мере два возможных объяснения, почему далекие звезды кажутся нам разбегающимися, – это так, поскольку i) мы являемся центром Вселенной (со времен Коперника в такое могут поверить только малые дети); 2) меняется метрика всей Вселенной. Последнее означает, что все растягивается во всех направлениях, так что все галактики отдаляются друг от друга.

Когда Хаббл подтвердил, что скорость разлета галактик пропорциональна расстоянию до них, стало ясно: правильно второе объяснение. Те галактики, расстояние до которых в два раза больше, двигаются с вдвое большей скоростью, те, которые в три раза дальше, удаляются втрое быстрее.

Один из возможных способов представить себе это таков. Нанесем на поверхность воздушного шара сетку из точек, находящихся на расстоянии одного дюйма друг от друга. Предположим, что мы надуваем шар и его поверхность становится в два раза больше исходных размеров. Теперь точки находятся на расстоянии двух дюймов друг от друга. Значит, при расширении точки, разделенные изначально расстоянием в один дюйм, окажутся на расстоянии 2 дюймов друг от друга. За то же время точки, изначально находившиеся на расстоянии 2 дюймов, разойдутся еще на 2 дюйма, если расстояние между ними было 3 дюйма, к нему добавятся еще 3 дюйма, а точки, находившиеся на расстоянии 10 дюймов друг от друга, разойдутся еще на 10 дюймов. Чем больше было изначально расстояние между точками, тем быстрее они удаляются от избранной нами точки. И это будет справедливо для любой точки на поверхности шара.

Это простой способ объяснить, что не галактики разбегаются от нас, а, наоборот, вся метрика пространства, или структура космоса, расширяется. В трехмерном случае наглядно это можно представить себе так: вообразите поднимающийся в духовке пирог из дрожжевого теста с вкрапленными в него изюминками.

В январе 1931 года, во время второго визита в Америку, Эйнштейн решил посетить Маунт-Вилсон и сам все посмотреть, благо это было легко: обсерватория находится на горе над Калтехом, где гостил Эйнштейн. На взятой напрокат машине “пайес-эрроу” они поднялись по извилистой дороге. На вершине их встречал уже старый и больной Альберт Майкельсон, прославившийся попыткой обнаружить “эфирный ветер”.

Был солнечный день, Эйнштейн был оживлен и возился с настройкой телескопа и другими приборами. Эльза приехала с ними. Ей объяснили, что эти инструменты используются для определения размеров и формы вселенной. Говорят, она на это ответила: “Ну, мой муж может сделать это на обороте старого конверта”49.

В прессе свидетельства расширения вселенной подавались как вызов теории Эйнштейна. Эта научная драма захватила публику. “Большие звездные скопления, – начиналось сообщение Associated Press, – разбегаются от Земли со скоростью 7300 миль в секунду, что создает проблемы д-ру Альберту Эйнштейну”50.

Но Эйнштейн приветствовал поступающие известия. “В обсерватории Маунт-Вилсон работают замечательные люди, – написал он Бессо. – Недавно они обнаружили, что спиральные туманности распределены примерно однородно в пространстве. Для них наблюдается сильный эффект Допплера, пропорциональный расстоянию до них. Это легко получить из общей теории относительности, если не учитывать “космологический” член”.

Другими словами, космологическая постоянная, которую против собственного желания ему пришлось выдумать, чтобы сделать Вселенную статической, оказалась явно ненужной, поскольку на самом деле вселенная расширяется. “Захватывающая история”, – радостно сообщил Эйнштейн Бессо51. (Как показал Эддингтон, космологический член, скорее всего, не работал бы, даже если бы Вселенная оказалась статической. Дело в том, что для статической Вселенной необходим очень точный баланс. Любое небольшое возмущение делает Вселенную либо расширяющейся, либо сжимающейся.)