Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие) - Б Кузнецов

В 1922 г. А. А. Фридман высказал предположение о том, что кривизна мирового пространства в целом меняется с течением времени. По-видимому, Вселенная расширяется. Это предположение подтверждается некоторыми астрономическими наблюдениями.

Подтверждение теории относительности

Не действуют ли тела на свет на расстоянии и не изгибают ли этим действием его лучей?

Ньютон

Идея гравитационной массы света и соответственного искривления светового луча под действием тяжелого тела - в его гравитационном поле напоминает помещенный вопрос из "Оптики" Ньютона. Но аналогия здесь чисто внешняя [1]. Ньютон имеет в виду объясняющее дифракцию отталкивание света от тел, притом не зависящее от их массы. Высказанная в эпиграфе к главе "Фотоны" ньютонова формулировка корпускулярной теории света близка по существу к идее Эйнштейна - идея фотонов в некоторой степени возвращается к взглядам Ньютона. Но идея искривления лучей в искривленном пространстве-времени не имеет таких прецедентов.

Она не имеет и непосредственных экспериментальных истоков и входит в число открытий, подобных открытию Леверрье или включению еще не найденных элементов в таблицу Менделеева: в них теоретический расчет предшествует экспериментальному доказательству. Для Эйнштейна существование таких открытий было неопровержимым аргументом против любой - последовательной или непоследовательной - формы агностицизма, включая новейший позитивизм [2]. Генезис идеи искривления лучей в поле тяготения хорошо иллюстрирует эйнштейновскую схему "внутреннего совершенства" и "внешнего оправдания". Указанная идея возникла примерно следующим образом.

1 См. примечание С. И. Вавилова к этому месту из "Оптики": (Ньютон И. Оптика. Перев. С. И. Вавилова, изд. 2. М., 1954, с. 355).

2 Эйнштейн, 4, 298.

180

Специальная теория относительности покончила с эфиром как абсолютным телом отсчета и с абсолютным (т.е. независимым от пространственной системы отсчета) временем. Вслед за мгновенным дальнодействием Ньютона рухнула и следующая опора абсолютной одновременности - возможность синхронизации событий с учетом скорости движущихся систем относительно неподвижного эфира. Но вместо бесконечного неподвижного эфира осталось бесконечное пустое пространство, которое участвует в наблюдаемых процессах, ускоренное движение в пустом пространстве вызывает динамические эффекты, силы инерции. Такое представление противоречит "классическому идеалу" картине мира, в которой нет ничего, кроме движения и взаимодействия материальных тел. Эйнштейн ищет пути для устранения абсолютного движения, нарушающего каузальную гармонию бытия. Он находит этот путь, пытаясь устранить также не имеющее каузального объяснения совпадение гравитационных и инертных масс тел. Но чтобы пойти по этому пути, необходимо допустить наличие гравитационной массы света. Эйнштейн предполагает ее существование отнюдь не под давлением конкретного экспериментального результата. Он исходит из общей идеи, вытекающей из всей совокупности данных эксперимента и практики. В этом смысле общая теория относительности отличается от специальной теории, также исходившей из общих посылок, но подготовленной результатами опыта Майкельсона.

Отсюда различие в резонансе двух теорий Эйнштейна. Специальная теория объяснила уже известные факты, и ее ореол зависел от общности и естественности объяснения по сравнению с ранее выдвинутыми концепциями. "Внешнее оправдание" специальной теории было исходным фактом, оно не могло поразить современников. Напротив, общая теория первоначально обладала высоким и бесспорным "внутренним совершенством", и поразительным было наблюдение, в котором она обрела "внешнее оправдание". Такое наблюдение показало, помимо прочего, что рациональная мысль, исходящая из гармонии и познаваемости мира, приводит к достоверному представлению о действительности.

181

В самом начале 1917 г. известный английский астроном и физик Артур Эддингтон высказал очень важную для развития теории относительности мысль о возможности проверить непосредственным наблюдением, обладает ли свет гравитационной массой. Эддингтон принадлежал к числу наиболее активных участников разработки и популяризации идей Эйнштейна. Сохранился рассказ об одном забавном разговоре. Как-то некий собеседник сказал Эддингтону, что он входит в число трех ученых, действительно понимающих смысл теории относительности, и, заметив на лице ученого некоторое смущенное недоумение, стал уверять его, что это действительно так: "Нет, - ответил Эддингтон, - я просто спрашиваю себя, кого вы считаете третьим?.."

Эддингтон отличался удивительной - иные говорили, чрезмерной - научной фантазией и изобретательностью. На этот раз она привела к идее астрономических наблюдений, оказавших очень большое влияние на судьбу теории относительности. Если свет обладает гравитационной массой, т.е. весом, он неизбежно отклонится в сторону тяжелого тела, проходя мимо этого тела так же, как летящий над Землей снаряд отклоняется в сторону Земли и в конце концов падает на ее поверхность. Световой луч не упадет на Землю. Из теории тяготения Эйнштейна вытекает, что, проходя возле Земли, он отклонится в сторону (т.е. в сущности будет падать на Землю) так, что это останется незаметным. Луч отклонится в течение секунды (т.е. на пути, равном 300 000 километров) всего на 10 метров. Но, проходя возле более тяжелого тела, т.е. испытывая большее воздействие гравитационных сил, луч отклонится в большей степени. Вблизи Солнца отклонение будет в 27 раз большим, чем вблизи Земли. Если луч звезды, прежде чем попасть на Землю, пройдет вблизи Солнца, он отклонится, и на фотографии звездного неба изображение этой звезды окажется смещенным по сравнению с фотографией, сделанной в отсутствие Солнца в наблюдаемой части небосвода. Но когда Солнце на небе, звезды, в особенности близкие к его диску, нельзя ни увидеть, ни сфотографировать. Поэтому нужно фотографировать звезды, видимые вблизи диска Солнца (т.е. звезды, лучи которых проходят возле Солнца) во время солнечного затмения. Нужно было выбрать такое затмение, когда Солнце находится на пути лучей ярких звезд.

182

Именно такое затмение должно было произойти 29 мая 1919 г. Эддингтон начал подготавливать экспедицию в районы, где это затмение должно было быть полным. Решили послать две экспедиции: одну на остров Принчипе в Гвинейском заливе, другую в деревню Собраль в Бразилии.

Приехав в Бразилию, английская астрономическая экспедиция была встречена заметкой в бразильской газете, очень характерной для первого послевоенного года Газета писала: "Вместо того чтобы пытаться подтвердить немецкую теорию, члены экспедиции, находящиеся в столь близких отношениях с небом, позаботились бы лучше о дожде для этой страдающей от засухи страны" [3].

3 Frank, 138,

С дождями встретилась другая экспедиция, приехавшая в Гвинею (в пей участвовал сам Эддингтон). В день затмения с утра небо затянуло облаками, сквозь них едва просвечивало Солнце. Корона Солнца была заметна, но о фотографировании звезд нечего было и думать.

Незадолго до окончания полной фазы затмения облака рассеялись. Были засняты звезды, сиявшие вблизи короны. Когда фотографию сопоставили с другой, снятой в отсутствие Солнца на пути лучей звезд, было зарегистрировано смещение, предсказанное в общем теорией Эйнштейна. Над деревней Собраль в этот день небо было безоблачным. Во время затмения было сделано много фотографий. Когда снимки сопоставили с контрольными, сделанными в отсутствие Солнца, астрономов постигло разочарование: результаты расходились с результатами гвинейской экспедиции и с теоретическим прогнозом. Но вскоре выяснилось, что это случайность: Солнце нагрело приборы и вызвало искажение снимков. На тех фотографиях, которые не пострадали от такого искажения, смещение звезд соответствовало теории Эйнштейна. Эйнштейн узнал о результатах экспедиции Эддингтона в сентябре 1919 г. Лоренц сообщил ему телеграммой, что общую теорию относительности можно считать подтвержденной. Эйнштейн написал об этом матери. Открытка Эйнштейна, адресованная матери, начинается словами: "Радостные новости сегодня! Лоренц телеграфировал мне, что английская экспедиция доказала отклонение лучей света вблизи Солнца". Однако сообщение Эйнштейна было, по-видимому продиктовано желанием обрадовать мать. Для пего самого, как мы скоро увидим, результаты экспедиции Эддингтона не казались чем-то значительным.

183

Вскоре Эддингтон сделал доклад о результатах экспедиций в Гвинею и Бразилию на совместном заседании Королевского общества и Астрономического общества в Лондоне. Президент Королевского общества Дж. Дж. Томсон во вступительной речи сказал: "Это - открытие не отдаленного острова, а целого континента новых научных идей. Это величайшее открытие со времен Ньютона" [4].