Текст книги "Падение Рыжего Орка (СИ)"
Автор книги: Дарья Волкова
сообщить о нарушении
Текущая страница: 15 (всего у книги 22 страниц)
И он пускается в путь. Уравнения поля тяжести, полученные в этой работе, не похожи ни на уравнения Максвелла, ни на уравнения Ньютона. В каждый из членов этих уравнений входит скорость света или ее квадрат. Можно сказать, что скорость света характеризует структуру гравитационного поля. В свою очередь, гравитационное поле определяет величину скорости света. Это выглядит очень сложно и совсем непривычно, но дает логичные результаты. Если поле тяжести очень слабо, то результаты новой теории переходят в результаты прежней теории относительности. Эйнштейн называет ее «обычной теорией относительности», ибо название для новой теории еще не найдено, а ведь она тоже теория относительности. Работа заканчивается оптимистическим заключением, в котором, однако, не скрываются предстоящие трудности:
«Нам кажется, что проблему пространства — времени надо ставить следующим образом. Если ограничиться областью постоянного гравитационного потенциала, то законы природы принимают чрезвычайно простую и инвариантную (неизменную. — И. Р.) форму по отношению ко множеству пространственно-временных систем, связанных друг с другом преобразованием Лоренца с постоянной с. Если же не ограничиваться областями, где с постоянно, то множество эквивалентных систем, равно как и множество преобразований, оставляющих законы природы неизменными, станет более обширным, однако эти законы станут более сложными».
Никто не знает, какую драму переживал Эйнштейн между 26 февраля и 23 марта 1912 года, когда в редакцию того же журнала поступила его очередная статья «К теории статического гравитационного поля». Здесь он, исходя из уравнения для гравитационного поля, получает уравнения электромагнитного поля и снова рассматривает связь термодинамических величин с гравитационным полем. Результаты получаются совершенно осмысленными и хорошо согласующимися с обычной теорией.
Трудности начинаются при изучении уравнений поля тяготения. В случае, когда в этом поле присутствует вещество. Сравнительно простой расчет показывает, что в этом случае нарушается закон равенства действия и противодействия, один из фундаментальных законов механики, установленный еще Ньютоном.
Эйнштейн пишет: «Таким образом, мы пришли к довольно рискованному результату, который может вызвать сомнения в справедливости всей развитой здесь теории. Этот результат, очевидно, свидетельствует о глубоких пробелах в основах наших исследований…»
Эйнштейн не скрывает от читателя своих затруднений, более того, он описывает неудачные попытки их преодоления. Единственный легкий путь, позволяющий согласовать уравнения поля тяготения с законом равенства действия и противодействия, требует дальнейшего усложнения уравнений, но этот путь одновременно принуждает к отказу от принципа эквивалентности ускорения и тяготения. Эйнштейн не может пойти по этому пути. Он считает принцип эквивалентности столь важным и так хорошо обоснованным всей совокупностью опытных фактов, что не может отказаться от него. Ведь в нем заложена плодотворная идея, идея о глубокой общности между системой, движущейся ускоренно под влиянием постоянной силы, и неподвижной системой, находящейся в однородном поле тяготения.
Эйнштейн видит только один путь согласования уравнений поля тяготения с принципом эквивалентности. Следует учесть, что принцип эквивалентности опирается только на опыты, проведенные на Земле, где поле тяготения сравнительно невелико. Поэтому он делает шаг назад и сохраняет принцип эквивалентности только для бесконечно слабых полей и бесконечно малых ускорений. «На этот шаг тяжело решиться…»Однако другого пути не видно.
Но и теперь проблема тяготения сводится к сложной математической задаче. Ее следует решить несмотря ни на что. Путь к решению, возможно, сможет быть найден при помощи математической обработки прежней теории относительности, проведенной польским математиком Минковским. Он придал уравнениям, первоначально найденным Эйнштейном, очень симметричную форму, объединив обычное пространство и время в математическое четырехмерное «пространство — время».
Очень интересно интерпретирует этот подход Луи де Бройль. Он пишет: «Каждый наблюдатель по-своему выкраивает из четырехмерного мира свое пространство и свое время, и формулы преобразований Лоренца немедленно следуют из того, что два по-разному равномерно движущихся наблюдателя разными способами отделяют пространство от времени».
Новый взгляд объединяет временную координату и пространственные координаты в единый четырехмерный мир. Этот новый мир — математическое отражение сложной связи времени и пространства, которое возникает в воображении Эйнштейна как возможная модель Вселенной.
«Отныне пространство само по себе и время само по себе обратились в простые тени, и только какое-то единство их обоих сохранит независимую реальность», — говорит Минковский.
Перед ним, математиком, — чисто формальная, математическая задача. Но Эйнштейн всегда и во всем хочет видеть и физическую картину событий. Следует принять, что реальный мир имеет не трехмерную, а четырехмерную структуру. Она остается неизменной, как оставалась неизменной трехмерная структура предмета в мире классической физики. Для Лоренца трехмерный предмет испытывал при движении сквозь эфир реальное сокращение. Эйнштейн же видит неизменным четырехмерный предмет. Трехмерная его сущность в пространственных координатах и одномерная во временной координате могут меняться, но четырехмерный корабль в четырехмерном мире «пространства — времени» неизменен. Четырехмерная сущность предметов абсолютна и неизменна. Таково кредо новой теории относительности.
Как движется такое тело в новом четырехмерном мире?
Еще один отрывок из автобиографических набросков Эйнштейна: «С этой задачей в голове я навестил в 1912 году моего старого студенческого друга Марселя Гроссмана… Вышло так, что хотя он охотно согласился совместно работать над проблемой, но все-таки с тем ограничением, что он не берет на себя никакой ответственности за какие-либо физические утверждения и интерпретации. Он тщательно просмотрел литературу и скоро обнаружил, что указанная математическая проблема уже решена, прежде всего Риманом, Риччи и Леви-Чивитой».
Приступив вместе с Гроссманом к интенсивной математической разработке новой теории, Эйнштейн нашел. время для того, чтобы решить весьма важный в принципиальном отношении вопрос. Он сформулировал этот вопрос так: существует ли гравитационное воздействие, аналогичное электромагнитной индукции? Ему было ясно из общих, чисто интуитивных соображений, что ответ должен быть положительным. Индукция есть свойство поля. Если верна теория гравитационного поля, она должна содержать такое воздействие. Эйнштейн проводит приближенное решение частной задачи: тяжелое тело расположено внутри полой массивной оболочки, но не имеет с нею никаких связей, кроме гравитационного взаимодействия. Оболочке придают ускоренное движение. Спрашивается: возникнет ли при этом сила, вызывающая ускорение внутреннего тела? Уравнения дают ответ: да, возникнет. Более того, уравнения говорят, что наличие массивной оболочки приводит к тому, что инертная масса внутреннего тела увеличивается.
«Этот результат очень интересен, — пишет Эйнштейн и продолжает: — Это наводит на мысль о том, что инерция материальной точки полностью обусловлена воздействием всех остальных масс посредством некоторого рода взаимодействия с ними».
Так впервые появляется возможность создать физическую теорию, объясняющую происхождение инерции. Ведь инерция — свойство тел сохранять свое равномерное и прямолинейное движение при отсутствии сил, свойство, открытое Галилеем, — оставалась необъясненной и таинственной около трехсот лет! Правда, Мах высказал мысль о том, что инерция обусловлена действием удаленных звезд, но дальше этой гипотезы он не пошел. Эйнштейн раскрыл тайну инерции. Оставалось выразить это языком математики.
Диалог
Два года продолжалась плодотворная совместная работа, основанная на дружбе, сложившейся еще в студенческие годы. Разработка идейных основ и осмысливание физических следствий были обязанностью Эйнштейна. На Гроссмане лежала математика, сложное для непосвященных, но чрезвычайно гармоничное описание свойств пространства и времени, связанных в единое искривленное «пространство— время».
Успех в работе был обусловлен возродившейся привычкой к длительным обсуждениям, при которых математик пытался вскрыть логические неувязки в рассуждениях физика, а физик требовал от математика общих методов, соответствующих усложняющимся задачам физики.
Первым результатом совместных трудов стала статья «Проект общей теории относительности и теории тяготения». Около года труднейшей напряженной работы, и в результате — не теория, а только проект теории. Авторам стало ясно, что предстоит многое сделать и уточнить, но они понимают значение достигнутого и хотят представить это на суд специалистов. Статья, как и сама работа, состоит из двух частей. Физическая часть написана Эйнштейном, математическая — Гроссманом. Вот ее начало.
«Излагаемая теория возникла на основе убеждения, что пропорциональность инертной и тяжелой масс является точным законом природы, который должен находить свое отражение уже в самых основах теоретической физики… Наглядно эту гипотезу можно сформулировать так: наблюдатель, находящийся в закрытом ящике, никоим образом не может установить, покоится ящик в статическом гравитационном поле или же находится в пространстве, свободном от гравитационных полей, но движется с ускорением, вызываемым приложенными к ящику силами (гипотеза эквивалентности)».
Так в науку вошел ящик, ставший потом лифтом, задача которого состояла в том, чтобы поднять человечество к новому, более ясному пониманию законов природы. Без этих мысленных опытов с ящиком, с несуществующим лифтом, никогда не оторвались бы от Земли и не отправились бы в космос настоящие, реальные космические корабли.
Убеждение в пропорциональности тяжелой и инертной масс покоится на чрезвычайно точном фундаментальном исследовании венгерского физика Этвеша. Опыт Этвеша основан на следующем рассуждении. Тело, покоящееся на поверхности Земли, одновременно испытывает действие силы тяжести и центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Первая из этих сил пропорциональна весу тела, его «тяжелой массе», вторая — способности тела противиться изменению его скорости — «инертной массе». Следовательно, если пропорциональность инертной и тяжелой масс не соблюдается, то направление равнодействующей этих двух сил, то есть направление кажущейся силы тяжести (вертикальное направление), зависит от физической природы рассматриваемых тел. Этвеш показал, что пропорциональность между инертной и тяжелой массами соблюдается точнее, чем одна двадцатимиллионная доля этих масс.
При распаде радия выделяется так много энергии, что можно наблюдать убыль его массы на 1/1000 от общей массы. Если бы при этом изменения инертной массы не соответствовали изменениям тяжелой массы, то опыт Этвеша должен был с легкостью обнаружить такое несоответствие. Но этого нет. Такова экспериментальная основа новой теории. Результаты, полученные в первых попытках создания теории гравитации, воспроизводятся Эйнштейном и Гроссманом в новой математической форме. В основу уравнений теории положены тензоры — сложные математические образования, характеризуемые квадратными таблицами, содержащими 16 элементов. Эти элементы расположены в некотором подобии шахматной доски: четыре столбца и четыре строки. Во второй части работы даны правила обращения с этими тензорами. Тензоры применены к построению теории, а из теории получен ряд физических следствий. Одно из них (вывод о том, что поле тяжести нельзя описать обычными числовыми величинами — скалярами) оказалось ошибочным и было отвергнуто в примечании, сделанном после завершения работы.
Понимая, сколь трудно, даже для квалифицированных людей, усвоение их новой теории из журнальной статьи, Эйнштейн и Гроссман излагают ее на годичном собрании Швейцарского общества естествоиспытателей, а затем Эйнштейн делает обширный доклад на собрании Общества немецких естествоиспытателей. Здесь он не только сообщает о своих работах, но и сравнивает их с теориями гравитации, созданными к этому времени двумя другими теоретиками— Абрагамом и Нордстремом, и показывает, в чем состоят недостатки их теорий. Основным пороком теорий этих ученых оказалось желание следовать Эйнштейну более преданно, чем следовал себе сам Эйнштейн. Они хотели сохранить постулат о постоянстве скорости света, введенный Эйнштейном при создании первоначальной теории относительности. Теперь Эйнштейн показывает, сколь ограничен путь, которым можно пройти, сохраняя этот постулат. Действительно, теории, основанные на постоянстве скорости света, не противоречат известным опытам, но эти опыты очень ограниченны, и поэтому согласие с ними не может служить достаточным основанием для того, чтобы считать теории правильными. Тем более, что они не способны объяснить природу инерции и даже приводят к выводу о том, что инерция данного тела должна уменьшаться, когда к нему приближаются другие тела. Этот вывод не может быть еще опровергнут опытом, но он выглядит крайне противоестественным.
Эйнштейн просит слушателей задуматься: оправданна ли попытка обобщения теории относительности, выведения ее за рамки равномерных движений? Отвечая на этот вопрос, он напоминает о мысленном опыте в вагоне поезда, движущегося равномерно, и о принципе относительности равномерного движения, принципе Галилея. И продолжает:
«Однако обычно склонны добавлять: конечно, совсем другое дело, если железнодорожный вагон движется неравномерно; если вагон изменит свою скорость, то пассажир получит толчок, который заставит его почувствовать ускорение вагона. Абстрактно говоря, принцип относительности неравномерного движения не имеет места. Однако это заключение отнюдь не безупречно, ибо еще неясно, должны ли пассажиры вагона обязательно связывать с ускорением вагона толчок, который они почувствовали. Следующий пример показывает, что это заключение преждевременно.
Два физика, А и В, очнувшись от наркотического сна, обнаружили, что они вместе с приборами находятся в закрытом ящике с непрозрачными стенками. Они не имеют никакого представления о том, где расположен ящик или как он движется. Они лишь констатируют, что все тела, помещенные в середину ящика и освобожденные там, падают в одном и том же направлении — скажем, вниз — с одинаковым общим ускорением g. Что могут заключить отсюда физики? А скажут, что ящик спокойно лежит на небесном теле и что направление вниз является направлением к центру этого небесного тела, если последнее шарообразно. Однако В стоит на точке зрения, что ящик, под действием приложенной к нему извне силы, движется равномерно ускоренно вверх с ускорением g; при этом нет необходимости предполагать близости небесного тела. Существует ли для обоих физиков критерий, с помощью которого они могли бы решить, кто прав? Мы не знаем такого критерия, но нам также неизвестно, может ли такой критерий существовать. Однако точный опыт Этвеша относительно равенства инертной и тяжелой масс говорит все же о том, что такого критерия не существует».
Вывод таков: нужно создать теорию, математические уравнения которой не должны менять своего вида при переходе от равномерного движения к ускоренному. При этом получаются весьма сложные уравнения. Из них вытекает предсказание об искривлении лучей света, проходящих вблизи поверхности Солнца. Это можно проверить во время солнечного затмения. Эйнштейн напоминает слушателям о том, что ближайшее полное затмение Солнца должно произойти в августе 1914 года. Было бы хорошо использовать эту возможность проверки теории…
Известно, что для проведения наблюдений была организована экспедиция немецких астрономов. Экспедиция прибыла в удобное для наблюдения место на территории России и приступила к подготовке фотографирования солнечного затмения. Но началась первая мировая война. Участники экспедиции были интернированы, и ее работа прекращена.
Не до сострадательных улыбок
Еще до начала войны произошло несколько важных событий в научной и личной жизни Эйнштейна. Он заканчивает и публикует совместно с Гроссманом вторую работу, посвященную математическим свойствам уравнений обобщенной теории относительности, охватывающей теорию тяготения. В заголовке этой статьи впервые применен термин «общая теория относительности». Уравнения этой теории разбиты на две группы существенно различных типов. Первая группа описывает явления в материальных телах — механические, электрические и тепловые явления. Эти уравнения можно рассматривать как обобщение первоначальной теории относительности. Вторая группа описывает гравитационное поле, являющееся продуктом влияния материальных тел. Эти уравнения не имеют аналога в первоначальной теории. Первая группа уравнений не меняет своей формы при любых движениях, вторая остается неизменной только при неускоренных движениях. Причину различия установить не удалось. Но в этой работе авторы смогли доказать, что и вторая группа уравнений может оставаться неизменной при любых ускорениях, если тензор — величина, характеризующая поле тяготения, — будет полностью определяться самими уравнениями. Это было большим достижением, но оно оплачивалось дополнительным усложнением теории, уменьшением ее наглядности.
В личной жизни Эйнштейна с началом 1914 года тоже связан существенный перелом. По инициативе Планка и Нернста его пригласили в Берлин, избрали членом Берлинской академии наук и назначили директором вновь организованного физического института, предоставив ему все возможности для научной работы без обязательства читать лекции и с минимумом административной нагрузки. Эти благоприятные условия побудили его принять приглашение и сменить свободную демократическую Швейцарскую республику на милитаристскую кайзеровскую Германию.
Поначалу условия работы действительно были благоприятными. Эйнштейн испытывал удовлетворение от возможности постоянного общения с Планком, Нернстом и рядом других выдающихся физиков, работавших в Берлине. Уже после начала войны, когда условия работы резко ухудшились, вышла статья Эйнштейна «Формальные основы общей теории относительности». В этой статье, между прочим, впервые появляется название «специальная теория относительности», обозначающее первоначальную теорию, справедливую для специального случая систем, движущихся равномерно и прямолинейно. Систем, в которых действует принцип инерции Галилея. Общая теория относительности не накладывает никаких ограничений на движения физических систем. В основе Общей теории лежит представление о том, что в бесконечно малых областях пространства и времени справедлива Специальная теория. В областях больших размеров — это не так.
Общая теория относительности, изложенная в этой статье, еще далеко не завершена. Неизвестно, насколько эквивалентны в больших областях пространственные направления и изменение времени. В общей теории относительности можно, во всяком случае исходя из формальных соображений, представить себе такое развитие процесса, которое после различных изменений приводит обратно к исходной точке не только в пространстве, но и во времени. Эйнштейн пишет: «Это противоречит коренным образом моей физической интуиции. Однако я не в состоянии привести доказательство того, что возможность появления таких кривых исключена в развитии теории. Так как после такого признания я не уверен в том, что не вызову на лицах читателей сострадательной улыбки, то не могу удержаться от следующего замечания относительно существующего понимания основ физики».
Так Эйнштейн вводит читателя в свою творческую лабораторию, лабораторию теоретика, где нет ничего, кроме бумаги, покрываемой все усложняющейся вязью математических формул. И он не прячет от читателя ни трудностей, ни сомнений, ни ошибок. Он еще раз поясняет читателю основы физики. До Максвелла в физике царствовала механика Ньютона, основанная на евклидовой геометрии и допускавшая дальнодействие. Считалось, что силы тяжести мгновенно действуют на любом расстоянии, хотя Ньютон пошел на это с неохотой. Вопрос о том, каким образом они действуют, оставался без ответа. Считалось достаточным описать их действие математическими формулами. Аналогично объясняли взаимодействие электрических зарядов или магнитов. Максвелл устранил дальнодействие в сфере электричества и магнетизма. Специальная теория относительности объединила механику Ньютона и электродинамику Максвелла. Однако Евклидова геометрия осталась. Вероятно, это именно та непоследовательность, от которой нужно освободиться. Необходимо уточнить геометрические свойства природы, возможно, таким путем удастся избавиться от дальнодействия в явлении тяготения. Требуется создать теорию гравитационного поля.
Таков краткий обзор физических основ и собственных работ Эйнштейна, выполненных с 1907 по 1914 год в области теории относительности. Он хотел уяснить себе и сообщить другим, что, по существу, было им достигнуто.
Следующая статья была направлена в печать лишь в ноябре 1915 года, она начинается с суровой критики предыдущих работ.
«В последние годы я старался построить общую теорию относительности, исходя из относительности также и неравномерных движений. Я думал, что на самом деле нашел единственный закон гравитации, который соответствует понятному по смыслу общему постулату относительности, и пытался доказать необходимость именно этого решения в работе, появившейся в прошлом году в этом журнале. Однако заново проведенный анализ показал, что, следуя по предложенному пути, совершенно невозможно ничего доказать; то, что это казалось все же сделанным, было основано на заблуждении».
И далее: «По этим причинам я полностью потерял доверие к полученным мной уравнениям поля и стал искать путь, который бы ограничивал возможности естественным образом. Так я вернулся к требованию более общей ковариантности (неизменности) уравнений поля, от которой я отказался с тяжелым сердцем, когда работал вместе с моим другом Гроссманом». Все же он опять полон оптимизма: «Прелесть этой теории едва ли может скрыться от того, кто действительно понимает ее». Через неделю он посылает в журнал добавление к предыдущей работе. «В недавно появившемся исследовании я показал, как можно построить теорию гравитационного поля на основе римановской ко-вариантной теории многомерных многообразий. Здесь будет показано, что путем введения довольно смелой дополнительной гипотезы о структуре материи может быть достигнуто еще более стройное логическое построение теории».
Эта гипотеза сводится к предположению о том, что гравитационное поле является существенной составной частью материи! Уравнения показывают, что гравитационное поле вблизи больших масс должно описываться неевклидовой геометрией. Вблизи больших масс само пространство оказывается искривленным… Так Эйнштейн совершенно по-новому объяснил сущность тяготения. Нет, тяготение — не просто сила. Массивное тело не притягивает другое ньютоновскими силами дальнодействия. Оно искривляет «пространство — время» вокруг себя. Чем ближе к массивному небесному телу, тем больше кривизна окружающего «пространства — времени».
Мы поясним это простым опытом. Возьмите большой обруч. Натяните на него кусок холста. Пусть холст не имеет швов и будет натянут очень туго. Обруч должен лежать строго горизонтально. Положите на холст очень маленький шарик. Толкая шарик, мы увидим, что он катится одинаково во всех направлениях. Шарик весит так мало, что прогибанием холста под ним мы пренебрегаем. Трением о холст и воздух тоже. Мы должны помнить: Галилей учил, что необходимо пренебрегать второстепенным, чтобы усмотреть и понять главное.
Наш обруч с холстом — двухмерная модель трехмерного пространства. Мы должны забыть о том, что есть «верх» и «низ». Здесь имеет смысл только плоская поверх-поверхностьхолста, на которой справедлива геометрия Евклида. После толчка шарик, свободный от действия сил, перемешается по инерции в направлении толчка. Если толчка нет, шарик неподвижен в любой точке этой евклидовой поверхности.
Положим теперь в центр холста бильярдный или крокетный шар. Поверхность холста прогнется. Геометрия на ней станет неевклидовой, сумма углов треугольников перестанет быть равной двум прямым углам. На этой неевклидовой поверхности маленький шарик уже не сможет оставаться неподвижным. Он будет неизбежно и «самопроизвольно» скатываться к центру, туда, где лежит тяжелый шар. Все выглядит так, как будто тяжелый шар притягивает его. Но притяжение тут ни при чем. Можно обойтись без тяжелого шара и прогнуть холст, нажимая в его центр тонкой палочкой. Важно возникновение кривизны этого «двухмерного пространства», двухмерной кривой поверхности. Именно это искривление, эта неевклидовость приводит к тому, что свободные маленькие шарики падают к центру кривизны, следуя по геодезическим линиям этой поверхности. А роль тяжелого шара или палочки сводится к искривлению ранее плоской (евклидовой) поверхности. Усилие руки, нажимающей на палочку, полностью заменяет притяжение тяжелого шара к Земле. Правда, без гравитационного поля Земли наша модель не работает. Оно помогает моделировать силу, порождаемую кривизной пространства. Но то, что это поле играет вспомогательную роль, легко показать, подперев тяжелый шар снизу сквозь холст, чтобы холст снова стал плоским. Неевклидовы свойства исчезнут, и шарик будет спокойно лежать в любой точке или двигаться по инерции по прямым линиям, если его толкнуть, хотя поле Земли не исчезло.
Папа, почему ты так знаменит?
Теперь, дорогой читатель, немного внимания, ибо сейчас наша модель позволит нам уподобиться богу Ньютона, за которым этот гений оставил в механике только право первого толчка. Вынем опору из-под центрального шара. Холст снова приобретет кривизну, станет двухмерным неевклидовым пространством. Толкнем теперь лежащий на холсте маленький шарик. Если толчок не направлен к центру холста, то шарик начнет двигаться по сворачивающейся спирали, постепенно приближаясь к центру. Галилей, несомненно, узнал бы в этой спирали эллипс, искаженный трением, постепенно поглощающим энергию, сообщенную шарику нашим толчком. Форма и направление осей эллипса зависят от величины и направления скорости, первоначально сообщенной шарику. При особом старании можно добиться того, что спираль будет состоять как бы из постепенно уменьшающихся окружностей. Все зависит от того, каким был первый толчок.
Так мы смоделировали движение планеты вокруг Солнца. Инерция мешает планете круто повернуть и упасть на Солнце. Кривизна пространства, вызванная присутствием массы Солнца, превращает движение по инерции в движение по эллипсу. В течение миллиардов лет трение планеты о космическую пыль и газы, а также приливное трение в веществе Солнца приводят к тому, что движение происходит не точно по эллипсу, а по спирали, очень медленно и постепенно приближающей планету к Солнцу.
Ньютон понял и объяснил людям, как движутся планеты, при этом он пользовался законами механики и геометрией Евклида. Вопрос о том, почему они так движутся, он оставил потомкам. Эйнштейн понял и это. Огромная масса Солнца придает окружающему пространству свойства, описываемые неевклидовой геометрией. На малых расстояниях, в опытах на Земле это остается незамеченным. В масштабах Солнечной системы это можно обнаружить. Эллипс в трехмерном пространстве, составляющем элемент четырехмерного неевклидова «пространства — времени», является пространственным отображением геодезической линии этого «пространства — времени», по которым движутся тела, свободные от действия сил. (Силы тяготения в ньютоновском смысле как реальной дальнодействующей силы в действительности не существует. Массивное тело искажает геометрию «пространства — времени», делая ее неевклидовой. Оно образует поле тяготения, а не притягивает к себе другие тела непосредственно.)
Возможности модели, которой мы здесь воспользовались, далеко не исчерпаны. В этой книге мы прибегнем к ней еще дважды. А пока возвратимся к нашему повествованию.
Но прежде чем идти дальше, необходимо сделать еще одно замечание. Мы, приводя шарик в движение, не только присвоили себе право первого толчка, предоставленное Ньютоном богу, но и совершили «чудо», обсуждая наш опыт так, как будто мы смотрим на поверхность холста сверху. Но ведь мы с самого начала условились, что в нашем опыте нет «верха» и «низа». Существует только двухмерная поверхность холста, плоская или искривленная, соответственно евклидова или неевклидова, и ничего более. Мы должны были бы обсуждать опыт с точки зрения двухмерного плоского существа, для которого не существует самих понятий «верх» и «низ». По холсту должен был двигаться не шарик, а этакий плоский живой листок, скользящий по инерции в евклидовом мире по прямым, а в неевклидовом по геодезическим линиям. И сам плоский листок должен был бы наблюдать свое движение и сообщать нам о результатах опыта. В неевклидовом мире на искривленной к центру поверхности это плоское существо испытывает гравитационное притяжение к центру кривизны. Читатель сам может перевести весь опыт на язык этого плоского существа, вместо того чтобы взирать на него из несуществующего для этого существа трехмерного мира.
Эйнштейн нигде не описал такого опыта. Однако, вероятно, имел в виду нечто подобное, когда отвечал на вопрос своего малолетнего сына: «Папа, почему ты, собственно, так знаменит?» Он сказал: «Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут, мне же посчастливилось заметить это».
Теория относительности заменила тяготение геометрическим искривлением «пространства — времени», но в 1915 году, когда Эйнштейн писал обсуждаемую сейчас статью, эта теория еще не ответила на многие вопросы. Мгновенно ли возникает это искривление «пространства — времени», или оно расходится подобно волнам? Это были вопросы без ответов, хотя высказывались интересные и курьезные гипотезы…
Железная необходимость перемен
Не прошло и двух недель, как новый вариант теории принес первые плоды. Он показал, что ожидаемое искривление луча света, проходящего вблизи Солнца, должно быть вдвое большим, чем давали прежние расчеты, которые еще не учитывали кривизну пространства вблизи больших масс, а опирались только на то, что фотоны обладают массой. Однако это уточнение казалось мелочью по сравнению со вторым результатом.
