Текст книги "Занимательно о космологии"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 20 страниц)

В 1908 году на собрании естествоиспытателей и врачей в Кельне он прочел свой знаменитый доклад о геометрических основах теории относительности, озаглавленный «Пространство и время».

«…Никто еще не наблюдал, – говорил Минковский, – какого-либо места иначе, чем в некоторый момент времени, и какое-нибудь время иначе, чем в некотором месте». И он называет точку пространства, соответствующую данному моменту времени, «мировой точкой», а совокупность всех мировых точек, которые только можно себе представить, для краткости – «миром». Тогда любому телу, существующему некоторое время в пространстве, будет соответствовать некая кривая – мировая линия.

«…Весь мир представляется разложенным на такие мировые линии, – продолжает свою речь Минковский, – …физические законы могли бы найти свое наисовершеннейшее выражение как взаимоотношения между этими мировыми линиями».

Так возник четырехмерный мир пространства-времени Минковского, созданный специально для того, чтобы решать задачи о явлениях, происходящих с субсветовой скоростью, с помощью новой теории относительности.

Вспомним еще раз о сути четырехмерности этого мира, чтобы убедиться, что это не чудо.

Чем же отличается привычный нам трехмерный мир от четырехмерного пространства-времени Германа Минковского? Прежде всего это последнее – вовсе не чудо! Не какое-то новое изобретение чудака математика, а вполне реальный мир, в котором живем мы с вами, уважаемый читатель. Надо только взглянуть на окружающее чуть-чуть с иной точки зрения. Приведем пример…

Автор надеется, что читатель не станет протестовать против утверждения, что любое событие происходит всегда в некоторой точке пространства и в некоторый момент времени. Даже самым выдающимся детективам нашего времени для распутывания и восстановления динамической картины происшествия нужны ответы на вопросы: где?и когда?

На первый вопрос: «Где?» – нетрудно ответить, зная собственные координаты, скажем, x ₁, y ₁, z ₁, и координаты места происшествия: x ₂, y ₂, z ₂. При этом вы прикидываете величину пути, решая известное, уравнение: r ² = ( x ₁ ―  x ₂) ² + ( y ₁ ―  y ₂) ² + ( z ₁ ―  z ₂) ², и получаете полную пространственную обстановку события «в ньютоновском смысле».

Чтобы придать картине динамичность, вы должны ответить на второй вопрос «Когда?». Для этого примерный момент происшествия и момент получения сообщения о нем обозначаются соответственно t ₂и t ₁. И составляется еще одно уравнение временного промежутка: t =  t ₂ ―  t ₁.

Только вооружившись указанными выше уравнениями, вы можете начинать розыск.

Однако насколько ускорилось бы следствие, если бы мосье Эркюль Пуаро и комиссар Мегре знали и пользовались бы геометрическими основами теории относительности.

В четырехмерном мире пространства-времени вместо двух равенств вводится единый пространственно-временной интервал между событиями:

S² = ( x ₁ ―  x ₂) ² + ( y ₁ ―  y ₂) ² + ( z ₁ ―  z ₂) ² ―  c ²( t ₁ ―  t ₂) ².

Здесь c– скорость света, равная приблизительно 300 тысячами километров в секунду. Произведение c ² · ( t ₁ ―  t ₂) ²имеет ту же размерность, что и остальные члены уравнения, и потому с формальных позиций здесь тоже все обстоит благополучно. Но самое главное заключается в том, что написанное уравнение не меняется при переходе от одной системы отсчета, движущейся прямолинейно и равномерно, к другой, движущейся не менее прямолинейно и не менее равномерно, но в другом направлении и с иной скоростью. Говорят, такое уравнение инвариантно, а системы инерциальны.

Теперь автор призывает читателя обратить внимание на сходство обоих уравнений: для привычного нам трехмерного мира и мира четырехмерного пространства-времени. Разница всего в одном члене со знаком минус… И вот тут-то и поджидает нас знатная западня-ловушка!.. В зависимости от величины c ²( t ₁ ―  t ₂) ²квадрат интервала S ²может быть больше нуля, равен нулю или даже меньше нуля. Это значит, что в отличие от обычного эвклидова пространства ньютоновской механики «мир» Минковского делится на области, разграниченные поверхностями, которые можно построить, положив S ² = 0! Такие поверхности называются световыми конусами.

А теперь, если читатель согласен пожертвовать одним из пространственных измерений, можно попробовать изобразить мир с двумя оставшимися пространственными координатами и одной временной. Посмотрите, пожалуйста, внимательно на рисунок: перед вами, как говорят специалисты, трехмерный пространственно-временной континуум. Внутри конусов, где S ²меньше нуля, мы встречаемся с миром нормальных причинно связанных событий. Здесь промежуток между исходной мировой точкой О и любой другой, находящейся внутри данного светового конуса, таков, что сигналы имеют вполне достаточное время для прохождения из одной точки в другую со скоростью, не превышающей скорость света.

Интересно отметить, что нижний конус по отношению к точке O является областью абсолютного прошлого. Верхний конус – абсолютного будущего. И читатель, наверное, догадался сам, что центральная точка O связывается с любым исходным событием.

Световой конус прошлого включает все направления, по которым информация, переносимая светом, от небесных объектов поступает к наблюдателю. При этом наблюдатель всегда находится в той точке пространства и в тот момент времени, через которые проходит вершина светового конуса.

Один из сотрудников Эйнштейна в Принстоне, ныне профессор физики Сиракузского университета в Нью-Йорке П. Бергман, приводит в своей книге «Загадка гравитации» чрезвычайно интересный пример, поясняющий описываемую модель: «…любое направление на световом конусе прошедшего может быть сопоставлено с точкой на небесной сфере, представляющей собой ту картину, которая открывается нам, когда мы рассматриваем небо и звезды (в точности так же, как глобус отражает наше представление о Земле). Угол между двумя видимыми положениями звезд (измерение таких углов очень важно для астрономов) – это угол между двумя световыми направлениями на световом конусе прошедшего. Если два наблюдателя движутся относительно друг друга со скоростями, сравнимыми со скоростью света, то определенные ими углы между направлениями на одни и те же звезды не будут совпадать. Так и должно быть, потому что относительные положения звезд существенно зависят от движения Земли, определяемого в конкретной инерциальной системе отсчета. Однако скорость Земли за полгода меняется на две десятитысячные доли (2·10 ^-4) от скорости света из-за годичного движения Земли вокруг Солнца. Из-за этого возникает видимое смещение звезд. Это явление известно под названием аберрации света».

Совсем иная картина ожидает нас в области вне конусов. Причинная связь с событием, находящимся вне светового конуса, невозможна в принципе, потому что требует сверхсветовой скорости.

Конечно, нарисованная картинка световых конусов никогда не остается неподвижной. Центральная точка O, в которой сидите вы, уважаемый читатель, даже если вы сидите в своей системе отсчета совершенно неподвижно, есть ваша «мировая точка». И она непрерывно ползет по оси времени, увлекая за собой, как улитка домик, световые конусы.

Введя понятие четырехмерного мира событий, Минковский внес существенный вклад в развитие теории относительности, точно так же, как и в развитие пространственно-временных представлений современной физики.

«Воззрения на пространство и время, которые я намерен развить перед вами, возникли на экспериментально-физической основе. В этом их сила. Их тенденция радикальна. Отныне пространство само по себе и время само по себе должны превратиться в тень, и лишь некоторый вид соединения обоих должен сохранять самостоятельность» – так говорил он на собрании в Кельне перед обществом врачей и естествоиспытателей в 1908 году.

А теперь попробуем сделать предварительный и совсем небольшой вывод. Ньютонова теория удовлетворительно описывала события, принимая пространство существующим абсолютно, независимо ни от времени, ни от материи, заключенной в пространстве. Не зависело ни от чего и время, единое мировое время, идущее для всего бесконечного мира одинаково.

Скоро, однако, стали накапливаться ошибки, парадоксы, не получающие объяснения с позиций классической ньютоновой теории. И тогда усилиями Фитцджеральда, Лоренца и Пуанкаре были выдвинуты новые идеи, которые легли в основу разработанной Эйнштейном специальной теории относительности. Эта теория разрушала старые представления о мироздании. Она не отказалась от теории Ньютона, нет! По-прежнему, если события происходили со скоростями, ничтожными по сравнению со скоростью света, «старые добрые уравнения, сэра Исаака» верно служили человечеству. Новые же выводы обобщали их для субсветовых скоростей. Конечно, относительный мир Эйнштейна был далеко не таким уютным и привычным, как мир Ньютона. Ему не хватало определенности, математической фундаментальности, и, если бы автор не боялся этого слова, он бы сказал, ему не хватало «абсолютности», но абсолютности в новом, уже не в ньютоновском смысле.

И вот тут-то подошло время для упоминания о трудах Минковского. Минковский пишет: «Понятия пространства ни Эйнштейн, ни Лоренц не касались…» О Лоренце он говорит, что тот верил в существование абсолютно покоящегося эфира и абсолютного времени. Об Эйнштейне – что тот «отвергал время как понятие, „однозначно определенное событиями“». На пересмотр понятий пространства и времени Минковский претендовал сам. В своих построениях он вместо абсолютного ньютонова пространства и абсолютного ньютонова времени, отброшенных новой теорией, ввел свой абсолютный мир пространства-времени, который описывал действительность на новом уровне, более сложном, но и более близким к природе, к истине.

Фитцджеральд – Лоренц – Пуанкаре – Эйнштейн – Минковский – специальная теория относительности

Идеи специальной теории относительности витали в воздухе. Их подготовило все развитие «благополучной» физики XIX века. Она созрела в недрах классической теории и потому вызвала столь небывалый резонанс в мире. Никогда еще научная теория не затрагивала так глубоко массы людей. Человечество поистине раскололось на два лагеря. К одному примкнули те, кто сумел разглядеть в новой теории грядущий прогресс и неизбежную смену мировоззрений. К другому – те, кто не смог принять новых выводов. Секретарь Французской академии наук Эмиль Пикар даже значительно позже, в 1922 году, признавался: «Теория относительности для меня все равно что красная тряпка для быка!» Однако для развития науки важно было, что проблема никого не оставила равнодушным.

Над созданием специальной теории относительности работали многие ученые. Кто же истинный автор СТО, как называют сокращенно специальную теорию относительности? Кому отдать пальму первенства?

Эйнштейн всю жизнь был очень скромным человеком. Уже в 1955 году, незадолго до смерти, он писал: «Вспоминая историю развития специальной теории относительности, мы можем с уверенностью сказать, что к 1905 году открытие ее было подготовлено. Лоренц уже знал, что преобразование, получившее впоследствии его имя, имеет существенное значение для анализа уравнений Максвелла, а Пуанкаре развил эту мысль…» В своей работе он видит новым лишь то, что она показала, «что преобразования Лоренца выходят за рамки уравнений Максвелла и касаются сущности пространства и времени».

В этом последнем замечании заключена суть роли Эйнштейна. Если у Фитцджеральда были лишь идеи, а Лоренц строил теорию, только касающуюся электрических явлений, причем «никогда не претендовал на авторство принципа относительности», оставаясь на позициях нерелятивистской классической физики, то с ролью Пуанкаре дело обстоит сложнее… Французский математик подошел к самой границе нового: «Может быть, мы должны построить совершенно новую механику, пока еще туманную, в которой инерция увеличивается со скоростью и скорость света является предельной». «Это, – как пишет философ Д. Холтон, – иллюстрирует силу его интуиции и качественный характер его указания».

«Почему, – спрашивает Луи де Бройль, – Пуанкаре не удалось перешагнуть за рамки своего собственного мышления? – и отвечает так: – Несомненно, что это произошло отчасти в силу того, что он был чистым математиком.

Он занимал довольно скептическую позицию в отношении физических теорий, считая, что вообще существует бесчисленное множество различных, но логически эквивалентных точек зрения и образов, которые ученый выбирает лишь из соображений удобства».

Работа Эйнштейна вобрала в себя мысли и идеи, носившиеся в воздухе. Он обобщил достижения своего времени и совершил прорыв в неизвестное, построив теорию пространства и времени.

Создателями новой картины мира справедливо считать и тех, чьи имена вынесены в заголовок этого раздела. Макс Планк писал в 1909 году: «Едва ли надо говорить, что новый, эйнштейновский подход к понятию времени требует от физика величайшей способности к абстракции и огромной силы воображения. По своей смелости эта теория превосходит все, что было достигнуто до сего времени в спекулятивном исследовании природы и даже в философской теории познания; …принцип относительности имеет все основания претендовать на реальное физическое значение. По своей глубине и последствиям переворот, вызванный принципом относительности в сфере физических воззрений, можно сравнить только с тем переворотом, который был произведен введением новой картины мироздания, созданной Коперником».

Однако сам Эйнштейн отзывался об этой своей работе значительно сдержаннее: «Я совершенно не понимаю, почему меня превозносят как создателя теории относительности. Не будь меня, через год это бы сделал Пуанкаре, через два года сделал бы Минковский, в конце концов больше половины в этом деле принадлежит Лоренцу. Мои заслуги здесь преувеличены… – И после паузы, со вздохом добавлял: – Что же касается теории тяготения, то я почти уверен, что если бы не я, ее не открыл бы никто до сих пор…»

Эти слова он произносил уже позже, уже добившись признания, уже став при жизни великим, когда если не все, то многие трудности построения общей теории относительности, или, как ее иногда называют, «теории тяготения Эйнштейна», остались позади. А было их немало…

Следующий шаг был неизбежен…

Специальная теория относительности не удовлетворила полностью Эйнштейна в его поисках гармонии мироздания, в поисках достаточно полного и убедительного объяснения устройства вселенной. Ведь выводы теории относительности касались лишь систем, движущихся равномерно и прямолинейно. А как быть, если системы двигались с ускорением?

Увы, любое ускорение нарушало единообразие хода процессов. Геометрические свойства реального пространства-времени оказывались гораздо сложнее, чем свойства «мира» Минковского. Они менялись во времени, зависели от физических процессов и проявлялись в опытах как тяготение.

Следующий шаг исследований был теперь неизбежен. Эйнштейн должен был узнать, какие эффекты мог обнаружить наблюдатель, если пространство само по себе не описывается геометрией Эвклида. Следующий шаг был шагом в новую область, в теорию тяготения. Правда, чтобы сделать его, Эйнштейну понадобилось десять лет напряженной работы. Результатом этого труда явились уравнения, описывающие поле тяготения, и пояснения к ним, занявшие четыре страницы статьи, опубликованной 2 декабря 1915 года.

Всю последующую жизнь, за небольшим исключением вроде работы, напечатанной в 1924 году и обобщающей идею индийского физика Бозе, Эйнштейн занимался разработкой принципов, открытых им в 1915 году.

Середина второго десятилетия XX века выдалась трудной. Догорал третий год мировой войны. По улицам стучали костыли. Слепые солдаты, прикрыв синими очками глаза, выжженные ядовитыми газами, молчаливо стояли в длинных очередях за пайком. Хлеб – по карточкам, уголь – по карточкам. В кайзеровской Германии табак не выдавали вовсе. В Берлине на улице Габерландштрассе на седьмом этаже дома номер пять в холодной, нетопленной комнате работал профессор Эйнштейн, держа погасшую трубку в зубах. Он писал работу об общей теории относительности. Она внесла еще более радикальные изменения в представления людей о пространстве и времени, чем специальная теория относительности. Главной целью, которую ставил перед собой автор теории, являлась попытка примирения учения Ньютона о тяготении, согласно которому сила тяготения распространяется мгновенно, с противоречащими этому взгляду выводами частной теории относительности, о постоянстве скорости света и принципе относительности.

Важнейшим фактом, положенным в основание общей теории относительности (ОТО), было равенство гравитационной массы любого тела (иначе массы, создающей поле тяготения этого тела) его инертной массе, то есть сопротивлению, которое оказывает это тело, находясь в состоянии равномерного прямолинейного движения, изменению этого состояния под воздействием какой-нибудь посторонней силы.

Основываясь на этом факте, Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности, согласно которому отличить силу тяжести от силы инерции невозможно. А движение в поле тяготения всегда равносильно свободному движению по инерции. Короче говоря, никакой силы тяжести в ньютоновском понимании в теории Эйнштейна нет. И все привычные нам процессы, например падение камня на Землю или движение планет вокруг Солнца, а спутников вокруг планет, происходят благодаря инерции.

На первый взгляд сказанное звучит абсурдным парадоксом. Мы со школьной скамьи твердо знаем, что свободное движение равномерно и прямолинейно. А движение спутников и планет происходит по эллипсам. Камень же в поле тяготения падает ускоренно… Где же может происходить свободное движение? Очевидно, только в пространстве, полностью очищенном от гравитирующих масс, в пустом пространстве.

Действительно, чем дальше мы удаляемся от Солнца, тем меньше его влияние, тем радиус планетных орбит становится больше, а их движение как бы выпрямляется. Точно так же, чем выше мы поднимемся над Землей, тем меньше будет ускорение свободно падающего тела. Недоразумение исчезает, если принять во внимание, что движение по инерции согласно общей теории относительности происходит в искривленном пространстве-времени.

Свойства физического пространства вблизи тяготеющих масс отличаются от свойств пространства вдали от них. «Структура ОТО, – пишут Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков в статье „Общая теория относительности и астрофизика“, – такова, что уравнения гравитационного поля… совместимы только с таким движением масс… которое удовлетворяет уравнениям сохранения энергии и импульса». Это значит, что если в классической теории уравнения поля существовали отдельно от уравнений движения, то в общей теории относительности – ОТО – уравнения гравитационного поля содержат в себе уравнения движения. Принципиально этот важный вопрос был решен Эйнштейном совместно с сотрудниками Инфельдом и Гофманом. Советские теоретики В. А. Фок и Н. И. Петрова получили сходные результаты для обычного вещества.

Разрабатывая общую теорию относительности, Эйнштейн создал для нее и своеобразный математический аппарат, называемый в силу нашей любви к аналогиям псевдоримановой геометрией.

Если представить себе, что мы с вами, уважаемый читатель, равномерно плывем в «пустом» четырехмерном пространстве-времени, то линии наших с вами жизней выразятся некими прямыми. Вспомните мировую линию Минковского. Но стоит на нашем пути встретиться какой-нибудь массе, обладающей тяготением, как наши мировые линии искривятся. Так, если отправиться в дальнее космическое путешествие и задаться целью зарегистрировать мировую линию своего полета, то мы вправе ожидать, что, проходя мимо планет, эта линия будет слегка искривляться (поле тяготения планет сравнительно невелико), пролегая мимо звезд, искривление будет значительно большим, а в межгалактических просторах мировая линия будет почти выпрямляться, так как там поля тяготения чрезвычайно слабы.

Интересно! А нельзя ли тогда вообще, отказавшись от понятия силы тяготения, заменить ее воздействие искривлением мировых линий? Или, поскольку совокупность мировых линий есть «мир», то искривлением самого пространства-времени?..

М-да! Понять и представить себе физические идеи общей теории относительности было нелегко даже многим выдающимся ученым, воспитанным в традициях наглядной классической физики. Математический аппарат теории тоже был чрезвычайно сложным. А поправки к ньютоновой теории тяготения, получающиеся в результате каторжной вычислительной работы, оказываются настолько ничтожными, что способны убить всякий энтузиазм. Эти обстоятельства сильно препятствовали новой теории завоевать популярность среди ученых умов. Даже Макс Планк, восторженно приветствовавший создание специальной теории относительности, с грустью заметил как-то Эйнштейну по поводу ОТО:

– Все так хорошо объяснялось, зачем вы стали заниматься этими проблемами снова?..

По-видимому, тогда и появилось дополнительное двустишие к знаменитому стихотворению Александра Попа, приведенному в начале книги. Чтобы не повторяться, автор излагает его в несколько иной редакции. Впрочем, смысл от этого не меняется.

 
Был тьмой кромешной мир планет,
Как покрывалами, окутан.
Господь вскричал: «Да будет свет!» —
И в мир тотчас явился Ньютон.
 

Дописанные строки из стиля торжественной оды выпадают и больше напоминают скороговорку нашего времени:

 
Но сатана недолго ждал реванша;
Пришел Эйнштейн, и все пошло, как раньше.
 

Тем не менее и у этой совершенно «сумасшедшей», с точки зрения здравого смысла, теории нашлись сторонники. Правда, их было немного. Однажды после доклада об основах общей теории относительности, прочитанного Эддингтоном в Кембриджском университете, к нему подошел коллега, чтобы пожать руку и выразить благодарность.

– Прекрасный доклад, профессор Эддингтон. Вы действительно один из трех человек в мире, по-настоящему понимающих смысл теории относительности. – И, заметив легкое смущение на лице Эддингтона, с жаром продолжал: – Уверяю вас, это действительно так, и вы напрасно смущаетесь…

– Нет, – отвечал Эддингтон, – я просто думаю и спрашиваю себя, кого вы считаете третьим…

С именем Эддингтона связано слишком многое в истории коренной ломки наших представлений о вселенной, чтобы обойти его молчанием.

Артур Стенли Эддингтон родился 28 декабря 1882 года в семье с древними фермерскими традициями. С ранних лет мальчик обнаружил феноменальную память и интерес к большим числам. По понятиям нашего времени, он был типичным вундеркиндом. Так, еще ребенком он поставил перед собой задачу сосчитать все буквы в библии… Неизвестно, насколько это предприятие ему удалось. Но по вечерам в ясную погоду он всегда пытался посчитать звезды на небе. Это увлечение детства дало ему возможность сказать в будущем: «Я начал атаковать большие числа в астрономии, когда мне было шесть лет».

Перед поступлением в школу маленький Артур не умел читать, но таблицу умножения знал с начала до конца. По окончании школы он с самыми лучшими рекомендациями поступает в Тринити-колледж, в котором имена Ньютона и Релея, Максвелла и Дж. Дж. Томсона известны просто как имена бывших студентов-выпускников…

В эти годы Эддингтон – чрезвычайно общительный и остроумный студент, с блеском преодолевающий курс за курсом. Ему все удается. В математическом обществе Тринити-колледжа он с успехом докладывает свою работу «Скорость тяготения». И вступает в шахматный клуб, где скоро становится президентом. Он увлекается велосипедными прогулками и вступает еще в один клуб, который носил название «Ŷ ² V-Клуб». Здесь в течение девяти месяцев он также проходит все стадии от рядового члена до секретаря и президента. Потом он станет членом еще многих клубов. Впрочем, коллекционирование клубов и добровольных обществ – чисто английская черта.

В феврале 1906 года, по окончании учебы, Эддингтон получает направление в Гринвичскую королевскую обсерваторию в качестве главного помощника. А в 1914 он уже директор той же обсерватории. За научные заслуги Эддингтона принимают в Королевское астрономическое общество, и в нем он тоже скоро становится президентом.

Интересы Эддингтона весьма равнообразны. Он изучает движение звезд и строение звездных систем, дает первую теорию внутреннего строения звезд. И совсем отдельно стоит его огромная работа по проверке, внедрению и популяризации взглядов теории относительности. В 1918 году по просьбе Лондонского королевского общества Эддингтон подготовил «Сообщение по релятивистской теории тяготения», которое было опубликовано отдельным изданием. Это было первое полное изложение общей теории относительности, появившееся в Англии.

В 1919 году Эддингтон – участник экспедиции, созданной по его инициативе для проверки искривления световых лучей во время солнечного затмения. Экспедиция прошла успешно, и Эддингтон получил правительственную премию в 1000 фунтов стерлингов.

Год спустя он пишет книгу «Пространство, время и тяготение»; еще через три года выходит его знаменитая «Математическая теория относительности», которую и сегодня с удовольствием читают студенты, специализирующиеся в этой области. Позже он занимается квантовой теорией. Большие заслуги Эддингтона в астрономии и физике, приветливый ровный характер снискали ему не только величайший авторитет, но и уважение окружающих. У Эддингтона было множество учеников. Он не переставал работать до последнего дня своей жизни, который наступил 22 ноября 1944 года.

Эддингтон был членом ряда иностранных академий и научных обществ. Его перу принадлежит 13 книг и 161 научная работа. Причем последним его трудом была статья «Эволюция космических чисел». С детства покоренный красотой неба и математики, Артур Стенли Эддингтон не изменил своей любви до конца жизни.

Королевское астрономическое общество учредило медаль Эддингтона, присуждаемую за выдающиеся работы по теоретической астрофизике.

«Смотри!»

Вы помните, читатель, что некогда это слово, поставленное под чертежом, заменяло древним геометрам длинные рассуждения. Чертеж считался высшим доказательством справедливости. Действительно, если фигура построена, зачем доказывать возможность ее построения?..

В наше время магическое слово «смотри!» заменяют результаты эксперимента. Теория, выводы которой подтверждаются опытом, считается справедливой. Но можно ли экспериментальным путем подтвердить выводы общей теории относительности?..

Эйнштейн сам указал на три следствия, позволяющих проверить правильность теоретических выводов. Первое из них касается изменения частоты (или длины волны) света, когда луч распространяется в поле тяготения. Второе говорило о том, что орбиты планет и спутников должны все время поворачиваться, опережая величину, которая может быть рассчитана по формулам теории Ньютона. Третий эффект, который можно было наблюдать в пределах солнечной системы, заключался в отклонении луча света звезды, когда он проходит вблизи большой тяготеющей массы, например Солнца. Это последнее следствие общей теории относительности и было проверено раньше других. Эйнштейн предложил сравнить положения звезд на небе, когда на пути луча от избранной звезды стоит Солнце. Это можно было осуществить в момент полного солнечного затмения, когда на потемневшем небе проступают звезды. Сравнение следовало произвести с картиной неба, когда Солнца на нем не было.

Простота эксперимента обманчива. На самом деле провести подобные измерения невероятно сложно. Потому что даже возле края солнечного диска расчетное отклонение луча света составляет дугу менее двух секунд. А так как видимое положение всех звезд на небе довольно сильно зависит от свойств земной атмосферы, то уловить эти «две секунды дуги» задача исключительной трудности.

К 29 мая 1919 года две астрономические экспедиции собрались в зонах полного солнечного затмения, которые находились в Гвинее и Бразилии.

Эддингтон, находившийся в первой группе, очень нервничал, так ему хотелось, чтобы эксперимент был удачным. Однажды, перед самой поездкой, его коллега спросил: «Что же будет, если вы подтвердите эффект?». Случившийся поблизости Франк ответил: «Тогда Эддингтон сойдет с ума, и вам придется возвращаться домой одному».

В Гвинее, куда забралась экспедиция, с утра 29 мая небо было затянуто. И лишь незадолго до окончания полной фазы затмения облака рассеялись и нужные фотографии звездного неба были сделаны.

Обработка фотографий продолжалась несколько месяцев. Но зато в сентябре Лоренц сообщил Эйнштейну телеграммой, что выводы общей теории относительности подтвердились.

После его доклада об итогах экспедиции на объединенном заседании Королевского общества и Астрономического общества в Лондоне президент Королевского общества Дж. Дж. Томсон сказал: «Это открытие не отдельного острова, а целого континента новых научных идей. Это величайшее открытие со времен Ньютона».

С тех пор подобные измерения проводились много раз во время солнечных затмений. Есть проверка 1922, 1929, 1947 и 1952 годов. Почти все они дали похожий результат. К сожалению, пока что во всех экспериментах маловата точность, чтобы можно было сделать окончательные выводы. Очень мешает астрономам атмосфера Земли. Вот когда на Луне откроется астрономическая обсерватория, можно не сомневаться, что одним из первых ее наблюдений будет проверка искривления луча света вблизи Солнца. Пока же ученые предпочитают осторожно говорить о том, что есть основания считать кривизну пространства подтвержденной экспериментально.

Второй эффект, позволяющий убедиться в истинности выводов общей теории относительности, касается движения ближайшей к Солнцу точки орбиты Меркурия. Такая точка орбиты любой планеты называется перигелием. Впрочем, сегодня, когда число искусственных спутников Земли едва ли не перевалило за тысячу, объяснять подобные термины, по-видимому, не нужно.

В 1859 году знаменитый французский астроном Урбен Леверье, исследуя движение планеты Меркурий, обнаружил возмущения орбиты, не поддающиеся объяснению действием других планет в рамках ньютоновой теории. Перигелий орбиты Меркурия за сто лет поворачивался на тридцать одну секунду больше, чем разрешала теория. Леверье пытался свалить вину за подобные нарушения на Вулкан – гипотетическую планету, вращающуюся еще ближе к Солнцу. Однако существование еще одной планеты не подтвердилось. Зато англичанин Ньюком, пользуясь собственной более точной теорией движения больших планет, уточнил разницу в смещении перигелия Меркурия и получил на одиннадцать секунд больше – 42″ за столетие. Конечно, автор мог бы привести наглядный пример того, что составляет собой эти 42″. На расстоянии вытянутой руки – это не больше толщины страницы, на которой напечатан данный текст. И тем не менее эти сорок две секунды тяжелым гнетом легли на плечи астрономов. Классическая теория требовала, чтобы перигелий орбиты «посланца богов» смещался на 531 угловую секунду за столетие. А наблюдения упорно показывали – 574. Откуда они набегали?.. Это было тем более непонятно, что во всех остальных отношениях движение планеты ни в чем не противоречило законам Ньютона.