Очевидное? Нет, еще неизведанное… - Вольдемар Смилга

Для простоты рассмотрим только тот случай, когда первое тело покоится в нашей «абсолютной системе отсчета». Пусть в момент времени t0 = 0, который мы выберем за начало отсчета, второе тело начинает равномерно приближаться к первому со скоростью V. Когда тела покоились, сила взаимодействия определялась законом Ньютона:

где r0 — расстояние между покоящимися телами. В какой-то момент времени t расстояние между телами оказалось равным r(t) = r0 – Vt.

А чему равна сила взаимодействия? Так как скорость распространения тяготения конечна, взаимодействие между телами будет определяться расстоянием не в данный момент времени, а в какой-то более ранний. «Волна» тяготения, которая добралась в момент t до первого тела, была послана вторым в какой-то более ранний момент (t1 < t).

Этот момент легко определяется, но, возможно, не стоит так углубляться в формулы. Тем более что мы умалчиваем о более существенном.

Действительно, мы, по сути дела, отмахнулись от ответа, в какой системе определена скорость тяготения, а пока нет системы отсчета, всякие разговоры о скорости распространения тяготения абсолютно бессодержательны.

Естественно, такая абсолютная система отсчета (если она существует) должна быть связана не с двумя наугад взятыми телами (как в нашем примере), а как-то со свойствами самого пространства (может быть, с системой неподвижных звезд?).

Сразу возникает мысль: а нельзя ли, исследуя тяготение, реально отыскать абсолютную систему? А как, между прочим, найти скорость распространения тяготения в других системах отсчета?

В общем стоит допустить, что скорость распространения силы тяготения конечна, и физическая картина основательно запутывается, не говоря уже о том, что уравнения движения небесных тел весьма усложняются.

Ньютон сразу отбросил все подобные трудности. Он положил, что скорость распространения тяготения бесконечна. И тем самым ввел дальнодействие.

Но честно признаемся, эту идею можно принять лишь с некоторым усилием. Против нее протестует наше чувство. Все известные процессы распространяются с конечной скоростью. Даже свет! А тяготение почему-то такое странное исключение.

В общем можно только лишний раз поразиться гению и интуиции Ньютона.

Забегая вперед, заметим: теперь, после Эйнштейна, мы знаем, что Ньютон ошибся. Скорость распространения поля тяготения конечна и равна 300 000 километров в секунду. Кроме того, эта скорость обладает странным качеством — она постоянна в любой системе отсчета и не изменяется при переходе от одной системы к другой.

Ввиду колоссального значения скорости распространения тяготения поправки к закону Ньютона, обусловленные «запаздыванием», настолько ничтожны, что не удивительна двухвековая уверенность в безукоризненной справедливости закона тяготения.

Покончим на этом с «удивлением № 2» и перейдем к следующему.

Наиболее поразительно в законе Ньютона, без сомнения, то, что сила тяготения полностью определяется инертными массами тел.

Сила тяготения совершенно не зависит от химического состава тел, от электрических зарядов, которые несут тела, от агрегатного состояния.

Тяготение определяется только массой, то есть в конечном счете инерцией тяготеющих тел.

Интуитивно чувствуется, что, очевидно, между инерцией и тяготением существует какая-то глубокая связь.

Однако тяготение и инерция, казалось бы, настолько различные физические свойства, что физики неоднократно экспериментально проверяли, действительно ли масса, определяемая законами механики (инертная масса), и масса в законе всемирного тяготения — это одно и то же.

Первым снова был Галилей.

Тот факт, что все тела в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением, — главное доказательство равенства инертной и тяжелой массы.

Убедимся в этом. В поле Земли на тело массы m действует сила

F = f · mт · Mт/r2.

Здесь mт — тяжелая масса тела, определяемая из закона тяготения; Mт — тяжелая масса Земли; r — расстояние до центра Земли[30].

Не будем предрешать равенство тяжелой и инертной массы и, используя второй закон механики, найдем ускорение тела в поле земного тяготения:

f · (mт · Mт)/(mи · r2) = g,

где mи — инертная масса тела; g — ускорение в поле тяготения Земли.

В этой формуле сомножитель f · Mт/r2 для всех тел на поверхности Земли постоянен; второй сомножитель — отношение mт/mи как мы допустили, — может меняться в зависимости от природы и характера физических тел.

Но так как все предметы в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением (g = 9,81 М/сек2), мы заключаем, что отношение тяжелой и инертной массы mт/mи постоянно для всех тел независимо от их физической природы.

Следовательно, тяжелая масса тела полностью определяется его инертной массой и при соответствующем выборе единиц измерения может считаться просто равной инертной массе.

Итак, тяготение тел зависит от их инерции и только от инерции.

Трудно представить более неожиданный результат. Заранее (из общих соображений) ожидать наличие такой связи было столь же обоснованно, как, скажем, предполагать, что планеты и звезды в момент рождения человека определяют его дальнейшую судьбу.

Однако в отличие от положений астрологии, черной и белой магии и прочих оккультных наук тот факт, что тяготение тел целиком определяется их инерцией, опирался на незыблемый фундамент точного эксперимента. Причем поразительность результата заставляла физиков вновь и вновь возвращаться к его экспериментальной проверке.

Сам Ньютон проверил результаты Галилея, исследуя движение маятников, изготовленных из разных материалов.

В 1828 году немецкий математик и физик Бессель тем же способом исследовал самые разнообразные вещества и с точностью 1/60 000 убедился в пропорциональности инертной и тяжелой массы.

Венцом экспериментального мастерства были работы венгра Этвеша и его сотрудников (1896–1910 гг.). Пропорциональность инертной и тяжелой массы установлена с невероятной точностью — 5 · 10–9.

А в 1916 году Эйнштейн предложил окончательный вариант общей теории относительности — теории, в которой он наметил невероятно неожиданный путь для исследования загадочной теории тяготения.

Воспользуемся случаем, чтобы сказать несколько слов о самом Эйнштейне — ученом и человеке. Об Альберте Эйнштейне написано столько, что вряд ли стоит подробно рассказывать о его жизненном пути.

В науке так же, как Ньютон, «разумом он превосходил род человеческий», и только имя Ньютона можно назвать рядом с его именем. Взгляды Эйнштейна вне науки — образец настоящего боевого гуманизма, гуманизма в высоком смысле этого слова.

В личной жизни он был предельно прост, мягок и для себя не требовал ничего, кроме возможности работать.

Для Эйнштейна напряженная интеллектуальная деятельность, страстное желание отыскать еще какой-либо «яркий камешек» были столь естественны, столь неразрывно связаны с его существованием, что, мне кажется, по этому поводу даже не приходится восторгаться. Просто та необъяснимая совокупность качеств, которую обычно определяют как гениальность, привела к тому, что стремление работать было у него почти инстинктивно. Пожалуй, восхищения заслуживает другое — удивительная цельность и внутренняя честность Эйнштейна как физика и как человека. В силу своей аномальной одаренности он имел полную возможность без особого труда достигать важнейших результатов в любых областях физики и наслаждаться сознанием успешно законченной интересной и важной работы. Но последние 30 лет своей жизни он посвятил попыткам решения той проблемы, которую считал важнейшей, и отошел от центрального направления современной физики. Как писал он сам, много раз его обманывала надежда, и столько же раз он испытывал горечь разочарования.

По существу, он работал почти в одиночестве. Интересы большинства остальных ученых лежали в других областях. Вряд ли сейчас во всем мире найдется сотня физиков, которые смогли бы без основательной специальной подготовки передать существо работ последних лет его жизни. (Если говорить о квантовой механике, таких ученых найдется несколько тысяч.) И мне кажется, трудно в истории науки отыскать второй подобный пример интеллектуальной целеустремленности. Не нам оценивать, чего он добился за эти годы. Но даже если бы Эйнштейн не был Эйнштейном, даже если бы попутно, мимоходом за эти годы он не получил таких результатов в других областях, которые сами по себе достаточны, чтобы его имя осталось в физике, он заслуживал бы глубочайшего уважения.