Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство - Ирина Львовна Радунская
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Эйнштейн понимал, что гравитационные волны, излучаемые вращающимся электроном, тоже приводят к нарушению стабильности атома. Поэтому, указывал он, Общая теория относительности тоже должна быть ограничена какими-то квантовыми процессами. Это труднейший этап развития физики. Эйнштейн не сумел преодолеть его. Только после его смерти ученые начали продвигаться к созданию квантовой теории гравитации, к объединению Общей теории относительности с квантовой теорией.
Недавно астрономы косвенно подтвердили существование гравитационных волн, наблюдая один из пульсаров — особый тип звезд. Такие звезды испускают короткие цуги электромагнитных волн, следующие один за другим с точностью, которой могут позавидовать кварцевые часы. К удивлению астрономов, период, с которым следовали цуги, излучаемые этим пульсаром, в отличие от других, постепенно уменьшался. Эти изменения нельзя объяснить иначе, чем признав, что пульсар движется в паре с другой невидимой звездой. Измерения позволили вычислить период вращения этой пары вокруг общего центра масс невидимой звезды и пульсара. Ученые не нашли другого объяснения сокращению периода вращения этой пары звезд, чем признание того, что запас энергии ее вращения постепенно уменьшается. Уменьшается по мере того, как часть этой энергии непрерывно уносится в мировое пространство гравитационными волнами.
ГЛАВА 6
МИР, В КОТОРОМ МЫ ЖИВЕМ
Отыщи всему начало, и ты многое поймешь.
Козьма Прутков
От неизменности к эволюции
В связи с тем, что поля тяготения и гравитационные волны охватывают все мировое пространство, уравнения Общей теории относительности описывают пространственно-временные свойства всей Вселенной. Решение этих уравнений должно поэтому содержать сведения всей Вселенной. Мы уже несколько раз встречались со словом «Вселенная», не давая пояснения тому, что отражает это понятие. Прежде чем идти дальше, необходимо сделать несколько пояснений. Понятие «Вселенная», как и большинство понятий, отражает объективные свойства окружающего мира. Подобно большинству понятий, оно претерпевает уточнения, обусловленные развитием науки. Следует сразу обратить внимание на уникальность понятия «Вселенная». Оно отражает уникальность стоящей за ним реальности: Вселенная — это весь мир Она включает в себя всё. Все звезды и галактики, всю видимую и невидимую материю, все физические поля. Вселенная существует в единственном экземпляре, ибо она безгранична, она охватывает всё, и не существует ничего что не входило бы в нее. Она была всегда и пребудет вечно. Не существует второй вселенной, с которой можно сравнить то, что заключено в понятии «Вселенная».
Уникальность, единичность Вселенной чрезвычайно затрудняет ее изучение. Одним из основных вопросов, на который необходимо ответить, исследуя Вселенную, это вопрос о том, остается она неизменной или изменяется с течением времени. Мы видели, что Ньютон исходил из представления о неизменности Вселенной. Он считал, что Вселенная остается неизменной, несмотря на то что в ней постоянно происходят разнообразные процессы, наблюдаются различные изменения. Его убеждение основывалось на неизменности законов Природы. Это позволяло думать, что процессы, протекающие в отдельных областях, не затрагивают Вселенную в ее всеобщности. Ньютон передал свою уверенность потомкам, которые скоро забыли о том, что Ньютону это внушало беспокойство.
Теперь мы пришли к рубежу, за которым открылись новые перспективы. Забегая вперед, скажем, что совсем недавно было показано, что, возможно, потребуется радикальное изменение понятия «Вселенная». Возможно, Вселенная, которую можно изучать при помощи сколь угодно совершенных приборов, не охватывает собой весь материальный мир. Вполне возможно, что в ходе эволюции наша Вселенная родилась вместе с другими вселенными из некоторой единой правселенной. Нам предстоит вместе с учеными пройти длинный путь, в конце которого возникла необходимость такого шага. Важно, что и этот шаг не последний, ибо развитие науки не имеет предела.
Возвратимся к Эйнштейну, который, преодолевая огромные математические трудности, продолжал исследовать новые уравнения. Не имея возможности сразу получить результат, Эйнштейн решил упростить задачу и для начала ограничиться каким-либо частным случаем. Выбор основывался на двух соображениях. Первое — математическое: следовало выбрать случай, наиболее упрощающий математические выкладки. Второе — физическое, основанное на многовековом убеждении ученых. На вере в неизменность Вселенной.
Ученые твердо установили, что Солнечная система, звезды и звездные скопления, а также газовые туманности претерпевают медленное эволюционное развитие. Но вопрос о развитии Вселенной как целого оставался открытым. Вернее, среди подавляющего большинства ученых господствовало мнение о том, что во Вселенной происходит вечный кругооборот материи и энергии.
Эйнштейн, руководствуясь этой полученной еще от Ньютона уверенностью в вечности и неизменности Вселенной, искал решения своих уравнений, соответствующие этому предположению.
Он, конечно, знал, что уравнения Ньютона не допускают решений, соответствующих вечной, но ограниченной в пространстве Вселенной. Он понимал, что разреженное вещество, занимающее конечный объем, должно собраться к центру. А в масштабах Вселенной и звезды ведут себя как частицы разреженного газа. Он помнил и о том, что законы Ньютона не допускают вечного существования безграничной Вселенной. Малейшая неоднородность приведет к тому, что гравитационные силы соберут вещество Вселенной в множество гигантских сгущений. Недаром Ньютон не пытался применить свои уравнения для описания свойств Вселенной.
Уравнения Общей теории относительности в том виде как их написал Эйнштейн, были подтверждены опытом значит, они правильны. Но и они не допускали решений, описывающих Вселенную, существующую вечно с присущим ей вечным кругооборотом материи.
Эйнштейн считал это недостатком теории и искал выхода. Он нашел его, поступив так, как в свое время Максвелл.
Уравнения, полученные Максвеллом путем обобщения законов электростатики и магнетизма, не обладали симметрией. Максвелл счел это недостатком. Для того чтобы сделать свои уравнения симметричными, ввел в них дополнительный член. Он не имел для этого иных оснований, кроме стремления к математической симметрии. Никакой опыт не намекал на необходимость и даже на допустимость этого члена. Максвелл назвал новый член «током смещения вакуума». С точки зрения его современников, это было столь же нелепо, как и само произвольное введение этого члена в уравнения. Словосочетание было невежественным: если вакуум, то какой же в нем ток? Если ток, то какой же это вакуум? Но Максвелл стоял на своем: новый член играет для вакуума ту же роль, какую ток смещения зарядов играет для диэлектрика. Он обнаружил, что пополненные новым членом симметричные уравнения дают решение, имевшее смысл электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме без какой-либо непосредственной связи с электрическими зарядами и магнитными полями. Никто никогда не наблюдал таких волн. Это мешало ученым признать теорию Максвелла. Одним из немногих поверивших в нее был Генрих Герц, блестящий экспериментатор и глубокий теоретик. Он поставил опыт с целью проверки теории Максвелла и обнаружил существование электромагнитных
