Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
Бурнауэр подробно пишет об этом эпизоде в статье под названием «Эйнштейн и ВМФ – “непобедимая комбинация”», опубликованной в 1986 году. Он указывает, что от случая к случаю к Эйнштейну обращались за советом и другие ученые из подразделения, а не только он – в том числе физики Раймонд Сигер, Джон Бардин (впоследствии дважды лауреат Нобелевской премии по физике!) и Георгий Гамов, а также химик Генри Эйринг. Вот как Брунауэр рассказывает, какова на самом деле была роль Гамова во всей этой истории: «В последующие годы Гамов стремился создать впечатление, будто он служил посредником между ВМФ и Эйнштейном, будто он навещал его каждые две недели, а профессор “выслушивал” его, однако не делал никакого вклада в общее дело – все это неправда (выделено мной. – М. Л.). Чаще всего у Эйнштейна бывал я, и это случалось примерно раз в два месяца».
Очевидно, что этот рассказ рисует отношения Эйнштейна и Гамова в несколько ином свете. Я досконально изучил те немногие письма, которыми обменялись Эйнштейн и Гамов – они носят совершенно официальный характер – и это лишь укрепило меня во мнении, что «закадычными приятелями» эти ученые не были. В одном из писем[403] Гамов спрашивает мнения Эйнштейна о том, что Вселенная в целом может обладать ненулевым угловым моментом (мерой вращения). К другому[404] Гамов прилагает свою статью о синтезе элементов во время Большого взрыва. Эйнштейн отвечал на письма Гамова вежливо[405], однако о космологической постоянной нигде не упоминает. Но самое, пожалуй, красноречивое место во всей переписке – комментарий Гамова к письму Эйнштейна от 4 августа 1946 года[406]. Эйнштейн сообщил Гамову, что прочитал рукопись о нуклеосинтезе во время Большого взрыва и «убежден, что обилие элементов как функция атомного веса – очень важная отправная точка для любых космогонических умозаключений». На свободном месте в низу письма (илл. 35) Гамов написал: «Ну конечно, теперь старикан почти со всем соглашается».
Однако если Эйнштейн с Гамовым на самом деле не были близкими друзьями, разве не странно, что Эйнштейн говорил о космологической постоянной в таких сильных выражениях («величайший ляпсус», «за всю жизнь») в беседе лишь с Гамовым, а не с другими, более близкими друзьями и коллегами?[407] Чтобы разобраться в этом, я досконально изучил статьи, книги и личную переписку Эйнштейна после 1932 года в поисках любых упоминаний о космологической постоянной. Начал я свои изыскания с 1932 года, поскольку именно в этом году Эйнштейн и де Ситтер объявили, что без космологической постоянной вполне можно обойтись.
Письменное наследие Эйнштейна не оставляет никаких сомнений в том, что после открытия расширения Вселенной Эйнштейн жалел о том, что вообще ввел космологическую постоянную. Например, в 1942 году физик Питер Бергман, его ассистент и сотрудник, опубликовал книгу под названием «Введение в теорию относительности» (Peter Bergmann, Introduction to the Theory of Relativity), которую Эйнштейн редактировал и к которой написал предисловие. Космологическая постоянная в книге не упоминается ни разу. Эйнштейн присовокупил к ней приложение, где упоминает о космологическом члене уравнений применительно ко второму изданию своей собственной книги «Смысл теории относительности» («The Meaning of Relativity»). Вот как он писал:
«Введение «космологического члена» в уравнения гравитации, конечно, возможно с точки зрения относительности, однако с точки зрения логической экономии от него следует отказаться. Как первым показал Фридман, можно примирить повсеместно конечную плотность вещества с первоначальным видом уравнений гравитации, если допустить переменность во времени метрического расстояния между двумя точками, где находятся массы[408].»
Иными словами, Эйнштейн признал, что принципы общей относительности, несомненно, допускают введение в уравнение члена, описывающего космологическое отталкивание, но поскольку необходимости в нем нет, от него можно отказаться из соображений математической простоты. Затем Эйнштейн добавил к этому замечанию сноску:
«Если бы во время создания общей теории относительности уже было открыто расширение Хаббла, вводить в уравнения космологическую составляющую не пришлось бы. Сейчас введение подобного члена в уравнения поля представляется еще менее оправданным, поскольку при его введении теряется единственное оправдание его существования – обеспечение естественного решения космологической проблемы[409].»
В приложении 4 к своей научно-популярной книге «Теория относительности. Общая и специальная» («Relativity: The Special and General Theory») Эйнштейн также отмечал, что космологический член «как таковой не был обязателен и не представляется естественным с теоретической точки зрения». Подобным же образом нобелевский лауреат Вольфганг Паули, входивший в круг близких друзей Эйнштейна, в пересмотренном издании своей книги «Теория относительности» (1958) добавил ссылку[410], где указывал, что Эйнштейн был полностью осведомлен о решениях Фридмана и Леметра и об открытии Хаббла, и впоследствии отказался от космологического члена, поскольку он был «поверхностный» и его существование «больше не оправдывалось». Далее Паули отмечает, что сам он совершенно согласен с новой позицией Эйнштейна. Однако о «величайшем ляпсусе» нигде ни слова.
Анализ всего корпуса текстов Эйнштейна, связанных с космологической постоянной, не оставляет ни малейших сомнений в том, что он отказался от нее по двум и только по двум причинам: из соображений эстетической простоты и из сожаления, что введена она была по ошибочным мотивам. Как я уже отмечал в главе 2, простота задействованных принципов считается одним из главных признаков красивой теории. А для Эйнштейна простота была прямо-таки критерием реальности: «Наше существование до сей поры заставляет укрепиться в мысли, что природа представляет собой идеал математической простоты»[411]. Опыт Эйнштейна по разработке общей теории относительности лишь укрепил его в вере в математические принципы. Когда он пытался соблюсти физические, по его мнению, ограничения, то ничего не мог добиться, а когда следовал самым естественным уравнениям с точки зрения математики, это открывало двери, по его собственным словам, к «теории несравненной красоты». Когда он ввел в свои уравнения новую постоянную (космологическую постоянную), это, по его же мнению, не имело ничего общего с минималистической красотой, однако он был готов смириться с лямбда-членом, пока считал, что этого требует статическая реальность. Когда же обнаружилось, что космос динамически расширяется, Эйнштейн с радостью избавил свою теорию от лишнего, как он теперь понимал, балласта. Свои чувства Эйнштейн описал в письме Жоржу Леметру от 26 сентября 1947 года[412]. Это был ответ на письмо, которое Леметр отправил Эйнштейну 30 июля того же года[413]. В этом письме (и в выпущенной вскоре статье) Леметр старался убедить Эйнштейна, что космологическая постоянная и в самом деле нужна для объяснения многих феноменов во Вселенной, в том числе для определения ее возраста.
Сначала Эйнштейн согласился, что «введение L-члена дает возможность» избежать противоречий с возрастом, определяемым геологическими эпохами. Вспомним, что возраст Вселенной по первоначальным наблюдениям Хаббла получался гораздо меньше возраста Земли. Как я объясню в следующем разделе, Леметр считал, что сумел бы разрешить это противоречие, если бы в уравнениях сохранилась космологическая постоянная. Однако Эйнштейн повторил свои редукционистские доводы, оправдывающие его стойкое нежелание признавать космологическую постоянную. Он писал:
«С тех самых пор, как я ввел в уравнения эту постоянную, меня мучает совесть. Однако в то время я не видел иной возможности обосновать факт существования конечной средней плотности вещества. То, что закон поля гравитации должен состоять из двух логически независимых членов, соединенных сложением, мне с самого начала казалось очень некрасивым. Подобные чувства касательно логической простоты трудно поддаются оправданию (выделено мной. – М. Л.). Однако я ничего не могу поделать – чувства эти сильны, и я не в силах убедить себя, что в природе может быть воплощено нечто столь некрасивое[414].»
Иначе говоря, первоначальной мотивации больше не было, к тому же Эйнштейн считал, что была нарушена эстетическая простота, вот он и не думал, что природе требуется космологическая постоянная. Но считал ли он это своим «величайшим ляпсусом»?[415] Едва ли. Да, сама концепция ему интуитивно не нравилась, он еще в 1919 году говорил, что она «грубо нарушает формальную красоту теории». Однако общая теория относительности, несомненно, допускала введение космологического члена, и при этом не нарушался ни один из фундаментальных принципов, на которых она была основана. В этом смысле Эйнштейн понимал, что это вообще не ляпсус, хотя до более поздних открытий, связанных с космологической постоянной, было еще далеко. Опыт, накопленный теоретической физикой со времен Эйнштейна, показывает, что любой член уравнения, который допустим с точки зрения основных принципов, скорее всего, окажется необходимым. Склонность к упрощению применима к фундаментальным принципам, а не к конкретной форме уравнений. Таким образом, законы физики напоминают правило из артуровского цикла английского писателя Т. Х. Уайта «Король былого и грядущего»[416]: «Все, что не запрещено, – обязательно» (пер. С. Ильина).
