Тибо Дамур - Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн
Чтобы почувствовать исключительную атмосферу этого заседания, взгляните на свидетельство очевидца, математика и логика Альфреда Норта Уайтхеда:
«Атмосфера напряженного внимания была подобна той, что присуща греческой драме. Мы были хором, пытающимся истолковывать указания судьбы по мере их появления в процессе развития этого исключительного события. Сама обстановка имела весьма драматический характер: традиционный церемониал с портретом Ньютона на заднем плане, как будто призванный напоминать, что величайшая научная теория, позволившая описать такое количество физических явлений, после двух с лишним столетий вот-вот подвергнется своему первому изменению. К тому же в этой драме присутствовал важный человеческий фактор: героическое приключение мысли главного героя подходило к своему заключению».
Сэр Дж. Томсон предоставил слово первому оратору: представителю Королевского астрономического общества сэру Фрэнку Дайсону – человеку, нашедшему в себе достаточно смелости, чтобы в самый разгар кровопролитной войны принять решение (после предложения, сделанного физиком Артуром Эддингтоном) об организации двух необычных научных экспедиций. Дайсон описал цель экспедиций, использованное оборудование и весьма сложные методы анализа полученных экспериментальных данных. Он закончил свое выступление следующими словами:
«После тщательного изучения фотопластин я могу утверждать, что нет никаких сомнений в том, что эти данные полностью подтверждают предсказание Эйнштейна. Результаты наблюдений вполне однозначны – свет отклоняется в соответствии с законом гравитации Эйнштейна».
Далее он передал слово двум ученым, возглавлявшим экспедиции: первым выступил А. Кроммелин от экспедиции, наблюдавшей затмение в Собрале (Бразилия), а затем – Артур Эддингтон от экспедиции на остров Принсипи, расположенный к западу от африканского побережья. Оба результата наблюдения отклонения света, проходящего вблизи края солнечного диска (около 2 угловых секунд в случае Собрала и около 1,6 угловой секунды в случае Принсипи), подтвердили предсказание Эйнштейна, исключив два других варианта, имеющих объяснение в рамках ньютоновской физики. Несмотря на весьма большой диапазон погрешностей измерения – 6 % для Собрала и почти 20 % для Принсипи – и возможность недооценки даже этих значений, в справедливости предсказаний Эйнштейна и в несоответствии «предсказаний» Ньютона удалось убедить (почти) всех присутствующих в ходе обсуждения после представления результатов.
Физик Людвиг Зильберштейн, единственный настроенный критически, призвал собравшихся к благоразумию. С выразительным жестом в сторону портрета Ньютона, как бы призывая его в качестве свидетеля, он воскликнул: «Ради памяти этого великого человека мы должны действовать чрезвычайно осторожно, прежде чем изменять или пересматривать его закон всемирного тяготения». Но для подавляющего большинства участников дискуссия была уже закончена, и сэр Дж. Томсон, президент Королевского общества и преемник Ньютона в этом титуле, вызвал всеобщее одобрение, подведя итог: «Это самый важный результат, полученный с момента, когда Ньютон огласил свои принципы, и в высшей степени уместно, что он впервые объявлен именно на заседании Общества, так глубоко с ним связанного. Это действительно одно из величайших достижений человеческой мысли». Вместе с тем сэр Дж. Томсон выразил сожаление, что это «величайшее достижение человеческой мысли» было также одним из наиболее непостижимых, поскольку «никто не мог понять закон гравитации Эйнштейна, не имея углубленного знания теории инвариантов и вариационного исчисления».
В конце заседания публика расходилась, оживленно комментируя результаты и обсуждая новый слух о том, что во всем мире в действительности лишь три человека по-настоящему разбираются в общей теории относительности Эйнштейна. Зильберштейн, тот самый, кто призывал к осторожности, и между тем считавшийся одним из немногих специалистов по теории относительности, подошел на выходе к Эддингтону, тому самому, кто инициировал исследования затмения 1919 г., и также обладавшему глубокими познаниями в теории Эйнштейна, чтобы поздравить его с успехом и с тем, что, несомненно, именно Эддингтон – один из тех трех, которые действительно понимают общую теорию относительности. Эддингтон ничего не ответил. «Не будьте таким скромным, Эддингтон!» – продолжал Зильберштейн, по-видимому ожидая, что Эддингтон ответит ему взаимным комплиментом. «Ну что вы, – отвечал Эддингтон. – Мне просто интересно, кто же третий».
Внезапно знаменитый
Встреча 6 ноября 1919 г. вызвала лавинообразный поток газетных статей по всему миру и неожиданно принесла Эйнштейну высокую популярность в средствах массовой информации, которая будет сопровождать Эйнштейна до конца жизни. На следующий день после совместного заседания Лондонского королевского общества и Королевского астрономического общества лондонская Times напечатала статью под заголовком: «Революция в науке. Новая теория Вселенной. Идеи Ньютона отвергнуты». Два дня спустя New York Times также подвела итог встречи в Лондоне и, немного приукрасив, процитировала заключительные слова сэра Дж. Томсона: «Это одно из наиболее важных – если не самое важное – достижение человеческой мысли». На следующий день опять же New York Times опубликовала серию статей, заголовки которых были выбраны таким образом, чтобы заинтриговать читателя: «Весь свет искажается в небе», «Ученые потрясены результатами наблюдений затмения», «Теория Эйнштейна торжествует» или «Теория, которую могут понять лишь 12 человек во всем мире».
Легенда о том, что лишь немногие люди в мире способны понять теорию Эйнштейна, стала, таким образом, распространяться в средствах массовой информации, как лесной пожар. Воспользуемся этим, чтобы прояснить два обстоятельства. Прежде всего отметим, что сегодня каждый студент технического вуза в конце второго курса способен за несколько часов выучить математический формализм общей теории относительности Эйнштейна. Технически это гораздо менее сложная теория, чем, скажем, квантовая теория поля или теория струн. В то же время она остается сравнительно трудной для понимания на концептуальном уровне. Каждый год появляются научные статьи, авторы которых демонстрируют ошибочное понимание основ теории. Более того, некоторые из самых актуальных вопросов в этой области (например, касающиеся изучения взаимодействия двух черных дыр и их гравитационного излучения) настолько сложны как с физической, так и с математической точки зрения, что во всем мире существует лишь небольшая группа специалистов, способных с ними разобраться. И, наконец, сочетание концептуальной тонкости и хитроумной математической формулировки приводит к тому, что даже сегодня (возможно, особенно сегодня) популяризация этой теории остается весьма непростой задачей, как только возникает желание выйти за рамки обычных упрощенных представлений и определенных приближений, которые между тем выхолащивают суть теории.
Как бы то ни было, уникальное сочетание обстоятельств и фактов, сложившихся вокруг теории Эйнштейна в 1919 г., гарантировало ей и ее автору прочную (и оправданную) международную известность. Напомним некоторые из них: свершившаяся широкомасштабная революция в области фундаментальных понятий реальности (пространства, времени, силы, материи); глубина и новизна теории Эйнштейна, благодаря которым большинство ученых было вынуждено признать неспособность в ней разобраться; яркая внешность и прекрасное чувство юмора автора; впечатляющее подтверждение английскими учеными теории, разработанной в Германии; и, наконец, первая возможность снова поднять голову к звездам после только что закончившейся страшной и кровопролитной войны.
«Самая счастливая мысль моей жизни»
Вернемся же к тому ключевому моменту, когда Эйнштейн осознал необходимость обобщения теории относительности, выдвинутой им в июньской статье 1905 г. (с тех пор называемой «специальной» теорией). Спустя два года после выхода статьи, специальная теория относительности привлекла интерес ряда известных (или ставших таковыми впоследствии) ученых. Выдающийся физик-экспериментатор Йоханнес Штарк предложил Эйнштейну написать обзорную статью с основным упором на идеи этой теории, которая прояснила бы ее основные принципы и следствия, а также выявила ее взаимоотношения с экспериментом. Именно в этой статье Эйнштейн прокомментировал полученные Кауфманом экспериментальные результаты в том духе, как было процитировано ранее. Эйнштейн потратил около двух месяцев на эту обзорную статью. Он по-прежнему зарабатывал на жизнь, выступая в качестве эксперта патентного бюро в Берне, и, таким образом, располагал весьма ограниченным свободным временем, которое мог посвятить этому занятию. Тем не менее он использовал все свободные моменты в течении рабочего дня, чтобы поразмышлять о физике. Именно так, в процессе глубокого размышления о значении принципа относительности, в один прекрасный день, проведенный в патентном бюро, в ноябре 1907 г. возникло то, что он назвал «самой счастливой мыслью своей жизни»:
