Текст книги "Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности"
Автор книги: Педро Феррейра
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 19 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]
Заинтригованный лаконичностью статьи Ландау и простотой предложенной идеи, Оппенгеймер решил самостоятельно повторить все вычисления. Потребовалось сотрудничество с тремя одаренными студентами, но в конце концов он получил нужный результат. Его первым соавтором был Роберт Сервер. Совместно они тщательно проанализировали идею Ландау, согласно которой нейтронное ядро, окруженное горячими газами, можно было легко спрятать внутри Солнца, и пришли к выводу, что на самом деле всё обстоит по-другому. Свое письмо, почти такое же короткое, как и материал Ландау, Оппенгеймер и Сервер опубликовали в журнале Physical Review в октябре 1938 года, когда Ландау уже томился на Лубянке. Затем Оппенгеймер сделал следующий шаг уже с другим своим студентом, Джорджем Волковым. Они исследовали стабильность нейтронных ядер. Их статья, опубликованная в январе 1939 года, представляла собой смесь математики, использующей искусные упрощения теории Эйнштейна, проницательной физической интуиции и сложных расчетов. Они показали крайнюю нестабильность конфигурации нейтронных ядер, а значит, невозможность их использования в качестве топлива для больших звезд, что в очередной раз доказывало несостоятельность идеи Ландау.
В конце своей статьи Оппенгеймер и Волков отметили, что для понимания судьбы нейтронных ядер в долгосрочной перспективе «важное значение имело рассмотрение нестатических решений». Затем Оппенгеймер приступил к заключительной части работы с очередным студентом, Хартландом Снайдером, на этот раз зайдя в дебри общей теории относительности глубже, чем кто-либо ранее. Оппенгеймер и Снайдер рассчитали, что произойдет с пространством и временем (и нейтронным ядром) после того, как нейтронная звезда станет нестабильной. Для лучшего понимания получаемых результатов они использовали удачный прием: одного воображаемого наблюдателя поместили далеко от места коллапса, второй же расположился непосредственно на поверхности нейтронного ядра. Затем они сравнили результаты обоих наблюдений. Оказалось, что они значительно разнятся.
Удаленный наблюдатель увидит коллапс нейтронного ядра. Но по мере приближения этого ядра к странной поверхности, обнаруженной Шварцшильдом, коллапс будет происходить все медленней и медленней. В какой-то момент схлопывание станет настолько медленным, что будет казаться, будто оно остановилось. Длина волны любого светового луча, который допытается уйти от нейтронного ядра, начнет увеличиваться, все больше сдвигаясь в сторону красного спектра по мере приближения ядра к критической поверхности. Как будто время и пространство перестают меняться и звезда прекращает общение с внешним миром. Все крайне напоминало предсказание, сделанное Эддингтоном в изданной десять лет назад книге «Внутреннее строение звезд»: «Масса создаст такое искривление, что все пространство замкнется вокруг звезды, оставив нас снаружи (то есть неизвестно где)».
Находящемуся на поверхности звезды наблюдателю представится совсем другая картина. Он станет свидетелем неумолимого коллапса нейтронного ядра, увидит, как поверхность нейтронного ядра преодолевает дистанцию критического радиуса и проваливается во внутреннюю область магической сферы Шварцшильда. Больше того, этот бедный обреченный наблюдатель увидит процесс формирования этой ужасной поверхности, открытой Шварцшильдом, места, откуда ничто не может вырваться наружу. Другими словами, оказавшись в нужном месте, можно увидеть, как реально формируется предложенное Шварцшильдом решение.
Оппенгеймер и Снайдер завершили начатую Эддингтоном историю жизни звезд, показав, что при наличии достаточной массы звезды будут сжиматься в соответствии со странным предсказанием Шварцшильда. Это означало, что предложенное Шварцшильдом решение не было всего лишь интересным экзотическим вариантом выводов из общей теории относительности. Подобные странные объекты могли существовать в природе, их следовало включить в астрофизику и изучать наряду со звездами, планетами и кометами. Вот так в очередной Раз общая теория относительности позволила открыть во Вселенной нечто неожиданное и чудесное.
Статья Оппенгеймера и Снайдера появилась в журнале Physical Review 1 сентября 1939 года, в день, когда войска фашистской Германии пересекли польскую границу. В этом же выпуске находилась статья датского физика Нильса Бора и его молодого американского соавтора Джона Арчибальда Уиллера. Предметом интереса также являлись нейтроны и их взаимодействие в экстремальных ситуациях, но тема была совершенно другой. Статья называлась «Механизм деления ядер». Бора и Уиллера интересовало моделирование структуры очень тяжелого ядра, например урана и его изотопов. Корректная модель могла бы дать представление о том, как извлечь скрывающуюся внутри огромную энергию.
В 1930-е годы ученые лучше начали понимать природу атомных ядер. Эддингтон предположил, что ядра водорода могут сливаться друг с другом, формируя гелий в ядрах светящихся звезд. Это явление называется ядерным синтезом. В то же время считалось, что очень тяжелые ядра можно поделить на более мелкие, также высвобождая энергию, – в этом случае процесс называется ядерным делением. Всех занимал вопрос, как добиться эффективности этой процедуры. Можно ли небольшим количеством энергии вызвать деление в скоплении тяжелых ядер таким образом, чтобы каждый отдельный атом, распадаясь, вызывал следующий распад? Другими словами, была ли возможность спровоцировать цепную реакцию?
Работа Бора и Уиллера указывала способ деления ядер и помогала другим физикам понять, почему следовало выбирать уран-235 и плутоний-239 – элементы из перспективного места периодической таблицы, где вызвать нужный процесс было не так сложно. Проблема деления ядер будет доминировать в физике в последующие годы, затмевая практически все остальные области. Целая армия блестящих ученых, в которую вошел и Роберт Оппенгеймер, направит свой интеллект на попытки научиться управлять этим процессом.
Во время своего пребывания в Беркли Оппенгеймер создал потрясающую группу молодых исследователей и студентов, готовых к решению любых задач. Как организатор и руководитель, он имел грозную репутацию и был готов применять свои лидерские качества, нацеливая группу на интересующие его проблемы. Его коллеги по Беркли начали синтезировать на циклотроне в лаборатории имени Лоуренса более тяжелые нестабильные ядра. В 1941 году Гленн Сиборг открыл плутоний, показав один из путей к делению ядер. Оппенгеймера захватил вихрь событий и открытий, сопровождавших разработки в области ядерной физики во время Второй мировой войны.
При этом Оппенгеймер был вне себя. Его шокировали сообщения об отношении к евреям в Германии и огромное количество великолепных ученых, бежавших в Америку от нацистского гнета. Создав в Беркли свою группу, он начал оглядываться вокруг, пытаясь найти общий язык с поразительно интеллектуальным потоком европейских беженцев. Воздерживаясь от излишней политической активности, он стал обращать внимание на происходящее. А с наступлением войны проблема деления ядер стала одной из его главных забот.
В 1942 году Оппенгеймеру было предложено возглавить рабочую группу физиков, базирующихся в городе Лос-Аламос, штат Нью-Мексико. Ее единственной целью был запуск цепной Реакции деления ядер и управление этой реакцией. В эту группу вошли многие молодые и не очень молодые блестящие умы: от Джона фон Неймана, Ханса Бете и Эдварда Теллера до Молодого Ричарда Фейнмана. Все ресурсы Манхэттенского проекта были сосредоточены на создании первой атомной бомбы, и менее чем через три года цель была достигнута. Когда в августе 1945 года на Хиросиму и Нагасаки сбросили атомные бомбы «Малыш» и «Толстяк», погибло почти двести тысяч человек. Эти разрушительные последствия стали ужасным доказательством того, что Оппенгеймер за короткий срок научился использовать ядерные силы. После успеха атомной бомбы кванты прочно заняли центральное место в мире физики.
Так как все внимание было приковано к войне и ядерному проекту, посвященную черным дырам оригинальную статью Оппенгеймера и Снайдера положили под сукно и забыли на долгие годы. Работа, которая могла породить одну из величайших концепций общей теории относительности, была отложена на неопределенный срок. Два великих столпа этой теории, Альберт Эйнштейн и Артур Эддингтон, не пошевелили пальцем, чтобы спасти от безвестности открытие Оппенгеймера и Снайдера.
Эддингтон продолжал утверждать, что вычисления Чандры неверны и ничем не обоснованы, а конечной точкой эволюции звезд произвольной массы являются неяркие белые карлики. Непрерывный беспрепятственный коллапс звезды, пока «гравитация не станет столь сильной, чтобы удерживать излучение», был, с его точки зрения, абсурдом. Почти полвека спустя Чандра вспоминал: «Со своей стороны могу сказать, что мне сложно понять, почему для Эддингтона, который был самым первым и стойким сторонником общей теории относительности, оказалось столь неприемлемым заключение о возможности формирования черных дыр в процессе обычной звездной эволюции».
Сам Эйнштейн тоже продолжал сопротивляться мысли о том, что крайняя форма решения Шварцшильда – черные дыры – может оказаться реальностью. Он реагировал так же, как на гипотезу Фридмана и Леметра о расширяющейся Вселенной, – это красивая математика, но отвратительная физика. Через более чем двадцать лет отрицания наиболее странных положений решения Шварцшильда он, наконец, сел и попытался аргументированно обосновать, почему они не имеют физического значения. В 1939 году, когда Оппенгеймер и Снайдер начали работу над определением последствий гравитационного коллапса, Эйнштейн опубликовал статью, в которой излагал, каким образом поведет себя скопление частиц при гравитационном коллапсе. Он утверждал, что частицы никогда не подойдут слишком близко к критическому радиусу. Упрямо он ставил задачу таким образом, чтобы получить нужный ему ответ: никаких черных дыр. И снова он был не прав, как и Эддингтон, упустив возможность испытать полный триумф своей общей теории относительности.
Практически всеобщее внимание теперь было привлечено к другой области. Все восхищались триумфом квантовой физики. Большинство талантливых молодых физиков сконцентрировали свои усилия на квантовой теории, пытаясь сделать еще более впечатляющие открытия и найти новые области ее применения. Общая теория относительности Эйнштейна со всеми ее странными предсказаниями и экзотическими результатами была сброшена со счетов и обречена на забвение.
Глава 5.
Всеобщее помешательство
В последние годы Альберт Эйнштейн вел простую жизнь. Он спал допоздна в своем обшитом белой вагонкой доме на Мерсер-стрит почти в центре города Принстона, штат Нью-Джерси, где он жил со своей сестрой Майей. (Его жена Эльза умерла в 1936 году вскоре после переезда.) Каждую неделю Эйнштейн ходил в Fuld Hall – главное здание института перспективных исследований, где работал с 1933 года. С годами он стал привычной фигурой в принстонском кампусе, но даже будучи более известным, чем когда бы то ни было раньше, оставался одиноким.
Эйнштейн стал одним из первых постоянных членов нового института, учреждения для гениальных умов, основанного семьей Бамбергер и финансируемого из частных фондов. Его окружали прославленные коллеги. Например, Джон фон Нейман, математик, работавший над атомной бомбой и один из первых изобретателей современных компьютеров. Некоторое время там трудился математик Герман Вейль, протеже Давида Гильберта, одним из первых поднявший знамя теории пространства-времени Эйнштейна. Присутствовал в этом кругу и Курт Гёдель, философ и логик, своей теоремой о неполноте посеявший хаос в философии XX века. И разумеется, не обошлось без Роберта Оппенгеймера, который в 1947 году стал директором института. В коридорах Эйнштейн мог встретить почетных посетителей, создателей квантовой физики или современной математики. Но всему он предпочитал уединение собственного кабинета.
Через несколько часов Эйнштейн отправлялся домой для обеда и сна. Затем можно было пойти в кабинет, сесть в любимое кресло, обернув ноги пледом, и заняться вычислениями, написанием работ и разбором множества писем, которые прорывались в его жизнь из внешнего мира. Письма от глав государств и высокопоставленных лиц перемежались просьбами молодых ученых и восторгами поклонников. В конце дня следовал ранний ужин, затем он слушал радио и немного читал перед тем, как отправиться спать.
Для человека, достигшего такой колоссальной известности, это была необычайно спокойная жизнь. Его не забыли. Его имя было таким же известным, как имена Чарли Чаплина и Мэрилин Монро. Он состоял членом многочисленных ученых обществ, его приглашали во многие города. Его лицо красовалось на обложке журнала Time, став одним из знаковых образов новой технологической эры. Время от времени знаменитости пускались в путь, чтобы провести несколько часов в обществе этого великого человека. Ему наносили визиты Джавахарлал Неру с дочерью Индирой Ганди и премьер-министр Израиля Давид Бен-Гурион. Джульярский струнный квартет однажды прибыл, чтобы сыграть импровизированный концерт в его гостиной.
Однако несмотря на мировую известность, Эйнштейн по большей части держался замкнуто. Хотя у него было несколько молодых ассистентов, он предпочитал работать в одиночку. Его гордостью и радостью по-прежнему оставалась общая теория относительности, и время от времени он углублялся в нее, выходя за рамки решений Фридмана, Леметра и Шварц-Юильда и пытаясь найти новые, более сложные, но вместе с тем более реалистичные варианты. Общая теория относительности могла еще многое дать, но мало кто хотел тратить на нее время, предпочитая направлять усилия на развитие квантовой теории. Даже самого Эйнштейна почти на три десятилетия захватила эта более масштабная концепция. А от собственного детища он держался в стороне.
К 1950-м годам Эйнштейн сильно изменился по сравнению с тем, каким он был в 1920-е. Ранний успех в науке позволил ему путешествовать по миру, принимая королевские почести, читать публичные лекции, дискутировать с другими физиками, сначала отвергнув, а затем приняв идею расширяющейся Вселенной. Недалеко от Берлина, в Потсдаме, в его честь возвели башню Эйнштейна, в которой выводы из его теории можно было проверять наблюдениями. Его превозносили на международных встречах, на которых он высказывал свое мнение о новейших открытиях в области физики.
Он стал свидетелем нарастающих антисемитских настроений на родине и с наступлением 1930-х ощутил тяжелые последствия растущего влияния нацисткой партии и ее приверженцев. Регион его путешествий стал сужаться, угроза смерти возросла, и, несмотря на славу, Эйнштейн с опаской перемещался по Европе, выполняя свои многочисленные обязательства.
Как национальное достояние, Эйнштейн был в какой-то мере защищен от царящих вокруг безобразий, но тем не менее ему довольно рано довелось ощутить темную сторону антисемитизма. Группа ученых, известная как «Сообщество немецких естествоиспытателей за сохранение чистой науки», начала кампанию против общей теорией относительности, только недавно увидевшей свет. Сообщество разгромило принцип относительности как пример «массового заблуждения» и попыталось подготовить иск против Эйнштейна, обвинив его в плагиате. К движению был привлечен ярый противник теории относительности всемирно известный ученый Филипп Ленард.
Ленард родился в Венгрии. В 1905 году он получил Нобелевскую премию за работу, посвященную катодным лучам. Именно его эксперименты легли в основу ранней теории Эйнштейна о квантах света. До формулирования общей теории относительности отношения Ленарда с Эйнштейном были вполне учтивыми. Но против этой теории Ленард яростно возражал – она была слишком запутанной и входила в противоречие с тем, что он считал «здравым смыслом» для любого физика. Он писал опровергающие теорию относительности статьи в Jahrbuch der Radioaktivitat – том самом журнале, в котором в 1907 году Эйнштейн впервые представил идеи, послужившие основой его теории. Завязалась словесная перепалка, в которой Эйнштейн пренебрежительно назвал Ленарда дилетантом в теоретической физике и неспособным понять его идеи. Ленард обиделся и потребовал публичных извинений. Этот скандал бросил тень как на Эйнштейна, так и на Ленарда и «антирелятивистов».
К 1933 году Эйнштейну надоела Германия. После прихода нацистов к власти он решил разорвать свои связи с Берлином. Эйнштейн покинул вступающую в мрачные времена Германию, а его теорию избрало своей мишенью движение «Арийская физика». По мере возвышения нацистской партии стало проще двигать вперед дело Филиппа Ленарда, горячо поддерживаемое другим нобелевским лауреатом, физиком Йоханнесом Штарком. По мнению Ленарда и Штарка, теория Эйнштейна была частью еврейской физики, отравляющей немецкую культуру. В соответствии с грандиозными планами нацистов эту физику следовало ликвидировать.
После отъезда Эйнштейна в научных кругах Германии несколько лет велось планомерное уничтожение той физики, которая подарила миру большую часть величайших открытий начала XX века. К началу Второй мировой войны со своих университетских должностей были сняты все еврейские профессора. Покинули Германию наиболее дальновидные ученые Эрвин Шрёдингер и Макс Борн, сыгравшие важную роль в создании новой квантовой физики. Некоторые из них в конечном итоге внесли свой вклад в проекты по созданию атомной бомбы, реализуемые союзниками во время Второй мировой войны.
Йоханнес Штарк предпринял шаги, чтобы стать лидером «новой арийской физики» в понесшем значительные потери научном сообществе. Но на его пути стоял один из отцов современной квантовой теории Вернер Гейзенберг. Он не был евреем, но Штарка это не остановило. Он написал для официальной газеты СС статью, в которой клеймил Гейзенберга «белым евреем», называя его причиной упадка немецкой науки наравне с теми, кто уже был выдворен из страны. Но как ни странно, этот демарш потерпел неудачу. Гейзенберг был одноклассником рейхсфюрера СС Генриха Гиммлера, который и защитил его от дальнейшего поношения. В конечном счете Гейзенберг, к ужасу своих бежавших из гитлеровской Германии коллег, начнет работать над проектом немецкой атомной бомбы.
После отъезда Эйнштейна работа над его теорией в Германии прекратилась. Во время Веймарской республики его превозносили как национального героя, но в годы правления нацистов его имя быстро исчезло из немецкой культуры. Некоторые его идеи, приведшие к разработке теории относительности, оставались в учебниках, но в основном учебнике по физике, Lehrbuch der Physik Гримзеля, его имя даже не упоминалось. Только после войны общая теория относительности Эйнштейна снова привлекла внимание.
Идеи Эйнштейна подвергались гонениям не только в Германии. В стране, находящейся на другом конце политического спектра, в Советском Союзе, теория относительности и квантовая механика внезапно вошли в противоречие с официально принятой философией, диалектическим материализмом, интегральной частью марксизма. Эту философию, взяв за основу идеи немецких философов Фридриха Гегеля и Людвига Фейербаха, разработал в конце XIX века Карл Маркс, а затем развил Фридрих Энгельс с многочисленными последователями, в частности Владимиром Лениным. В статье от 1938 года «Диалектический и исторический материализм» Иосиф Сталин определил, объяснил и эффективно канонизировал ее как часть официальной советской идеологии. Основой всего в этой философии являлась материя, и уже из нее вытекало все остальное. Реальность определялась поведением мира материи и предшествовала любой форме мыслей и идеализации, находясь с ней в тесной связи. Как писал Карл Маркс в своем фундаментальном труде «Капитал»: «Идеальное есть не что иное, как материальное, пересаженное в человеческую голову и преобразованное в ней».
Приверженцы философии Маркса стремились все объяснить с точки зрения различных составляющих материального мира и их взаимодействия. Все в мире природы вносило свой вклад во Вселенную, находящуюся в постоянном состоянии эволюции и периодически подвергающуюся колоссальным трансформациям, возникающим в результате постепенного накопления мелких изменений. Важно то, что существование и эволюция материи рассматривались как объективная реальность, законы которой не зависят от наблюдателей и интерпретаций. Человеческие знания могли точно и подробно аппроксимировать эту объективную реальность серией сходящихся итераций, но этот процесс никогда не считался исчерпывающим и никогда не завершался.
У большинства, если не у всех, физиков в мире нет никаких проблем с материалистическим видением как таковым. Более того, они являются практикующими материалистами, хотя и не называют себя таковыми. Но те же физики посмотрели бы на философов с пренебрежением и яростно выступили бы против любых их попыток учить себя способам ведения исследований на основе «корректной методологии», выдвинутой какой-то философской школой. Однако марксизм-ленинизм являлся не просто отдельной философской концепцией, это была мощная, проникающая во все области жизни идеология, поддерживаемая советским государством. В напряженной политической атмосфере 1930-х, 1940-х и 1950-х философские дебаты об интерпретации квантовой механики или теории относительности могли привести к обвинениям в нелояльности, порой с опасными последствиями.
Следует признать, что как релятивистская физика Эйнштейна, так и распространяющиеся новые представления о квантах, с их сложностью и бесконечными, часто неясными философскими размышлениями были легкой добычей советских научных философов. В теории пространства-времени Эйнштейна также многое допускало критику. В первую очередь, это был яркий пример допущений. Ее основой послужили известные ныне мысленные эксперименты Эйнштейна, сделанные практически без участия данных из материального мира. Кроме того, теория формулировалась крайне непонятным математическим языком, набором правил и принципов, затруднявших интерпретацию, особенно людьми, которые, как многие из философов, не были профессионалами в математике. Наконец, в довершение ко всему теория Эйнштейна породила абсурдную Вселенную, имеющую начало, что слишком напоминало религиозные воззрения, с которыми в Советском Союзе велась нещадная борьба. Более того, большой вклад в данную теорию внес священник, аббат Леметр, еще один продажный иностранец из декадентского буржуазного общества. За яростным неприятие несоветского мышления был совершенно забыт тот факт, что первым концепцию расширяющейся Вселенной предложил гениальный русский и советский физик Александр Фридман. Костер дебатов годами тлел, периодически ярко вспыхивая, но было бы неоправданным упрощением представлять ситуацию как идеологическую борьбу между блестящими учеными и невежественными ортодоксальными философами. К философам присоединился ряд физиков и математиков, в том числе довольно известных, и спор усугубили групповые предпочтения и прочие не связанные с предметом обсуждения факторы.
В 1952 году влиятельный советский философ и историк науки Александр Максимов опубликовал статью «Против реакционного эйнштейнианства в физике». Хотя публикация появилась в малоизвестной советской газете «Красный флот», физики отреагировали на нее весьма активно. Ученик Фридмана и ведущий советский релятивист Владимир Фок парировал ее собственной статьей «Против невежественной критики современных физических теорий». Перед ее публикацией Фок, Лев Давыдович Ландау и другие физики обратились за поддержкой к советскому правительству. В секретном письме к близкому соратнику Сталина и куратору ядерного и термоядерного проектов Лаврентию Берии они жаловались на «неформальное положение, сложившееся в советской физике», приводя статью Максимова как пример агрессивного невежества, тормозящего прогресс советской науки. Статья была опубликована, и Фок заявил, что обладает поддержкой правительства в этом вопросе. Возмущенный Максимов пожаловался Берии, настаивая на своих взглядах, но к 1954 году преобладающим было влияние группы Фока и Ландау. Разумеется, у высшего советского руководства были более срочные дела, чем анализ тонкостей теорий Эйнштейна. Кроме того, Ландау и прочие имели на своей стороне крайне весомый аргумент: они успешно работали над проектом советской атомной бомбы, поэтому теории, на которых была основана их работа, считались корректными, невзирая на философскую интерпретацию. К середине 1950-х идеологические войны между советскими философами и физиками подошли к концу, и релятивистов оставили в покое. Одним из последних отголосков этой битвы стала записка в Центральный комитет Коммунистической партии от Евгения Лившица, который был соавтором Ландау во всемирно известном «Курсе теоретической физики», с жалобой на «идеологически некорректный» пленарный доклад, посвященный теории расширяющейся Вселенной. Записка была должным образом рассмотрена комитетом и… оставлена без последствий.
Войны марксистских философов не имели никакого отношения к политическим репрессиям 1937-1938-го и других лет, во время которых погиб ряд талантливых советских физиков, например Матвей Бронштейн, Лев Шубников, Семен Шубин и Александр Витт, в то время как остальные были арестованы, заключены в тюрьму или сосланы. И хотя казалось, что идеологические войны не влияют на развитие теории относительности в СССР, прогресс был крайне медленным из-за возросшего, как и на Западе, интереса к квантовой теории, борьбы за выживание в процессе быстрой индустриализации, героической и победоносной войны с европейским фашизмом и последующей гонки вооружений во время холодной войны.
Так как советские философы не одобряли математическую идеализацию, послужившую основой общей теории относительности, отвергли они и более позднюю работу Эйнштейна, когда после прибытия в Принстон его захватила идея создания большой объединяющей теории. Он все еще ценил свою предшествующую работу, но хотел сделать нечто более масштабное и улучшенное. Он надеялся свести общую теорию относительности к теории, объединяющей всю фундаментальную физику. Эйнштейн стремился показать, что не только гравитационные взаимодействия, но также электричество и магнетизм и даже некоторые странные эффекты, присущие квантам, могут быть представлены как геометрия пространства-времени. Но если в ситуации с общей теорией относительности физические озарения элегантно согласовывались римановой геометрией, к новой проблеме Эйнштейн решил подойти совсем другим путем. Он отказался от своей потрясающей физической интуиции в пользу математики.
Поле деятельности Эйнштейна не ограничивалась общей теорией относительности. Тридцать лет он цеплялся то за одну, то за другую гипотезу, иногда отказываясь от той или иной возможности, чтобы вернуться к ней годы спустя. Например, он пытался расширить пространство-время с четырех до пяти измерений. Это дополнительное пространственное измерение было свернутым и практически ненаблюдаемым. Его геометрия, или кривизна, играла роль электромагнитного поля, отвечая на заряд и токи в точности так, как в середине XIX века было предсказано Джеймсом Клерком Максвеллом.
Авторство идеи о пятимерной Вселенной принадлежало не Эйнштейну. Ее выдвинули двое молодых ученых: младший приват-доцент из Кенигсбергского университета Теодор Калуца и работавший под руководством Нильса Бора молодой и шедский ученый Оскар Клейн. Вместе они предложили способ практически идеально имитировать электромагнетизм при помощи пятимерного пространства-времени. Вселенные Калуцы и Клейна, на которые Эйнштейн потратил почти двадцать лет своей жизни, наполнены странной формой материи, бесконечным количеством частиц различной массы, распределенных в пространстве и искажающих остальную геометрию пространства-времени. Эйнштейн надеялся, хотя так и не смог этого доказать, что эти дополнительные поля могут быть неразрывно связаны с волновыми функциями, введенными Шрёдингером в его квантовую физику. От этих гипотез он отказался в конце 1930-х, но, что интересно, построения Калуцы-Клейна снова выйдут на сцену в 1970-х, когда в теоретической физике начнется поиск универсальной теории.
Намного больше времени Эйнштейн посвящал попыткам объединения гравитационных взаимодействий и электромагнетизма. Он ввел в геометрическую основу общей теории относительности язык, предложенный Риманом за много десятилетий до ее появления. Исходная теория при описании геометрии и динамики пространства-времени использовала десять неизвестных функций, определяемых из предложенных Эйнштейном уравнений поля. Именно такое количество связанных друг с другом неизвестных было одной из основных причин сложности работы с теорией. Но новую версию, по замыслу Эйнштейна, нужно было расширить, добавив еще шесть функций, три из которых относились к электрической части, а три к магнитной. Сложность состояла в том, чтобы объединить эти шестнадцать функций, сохранив однозначность и предсказуемость теории. В случае успеха результат привел бы к грандиозным выводам одновременно и из общей теории относительности, и из теории электромагнитных взаимодействий. Эйнштейн хотел сделать это красиво с математической точки зрения, но за десятки лет так и не смог найти нужный путь.
Эйнштейн знал, что поиск большой универсальной теории должен был стать доминирующим в физике конца XX века, но пока ему предстояло заниматься этим нереально сложным делом в одиночку. В то время как он без посторонней помощи сражался со своей новой и дьявольски сложной теорией, остальной мир с интересом следил за ним. Время от времени Эйнштейн попадал на первые страницы центральных газет. В ноябре 1928 года заголовок New York Times объявил: «Эйнштейн на пороге большого открытия», а спустя несколько месяцев появилось короткое интервью Эйнштейна с такой припиской: «Эйнштейн поражен суматохой вокруг новой теории. Держит сто журналистов в напряжении целую неделю». Этот уровень внимания и напряженного ожидания сопровождал его и следующие двадцать пять лет. В 1949 году в New York Times снова объявили: «Новая теория Эйнштейна дает ключ к тайнам Вселенной», а несколько лет спустя, в 1953-м, провозгласили: «Эйнштейн предлагает новую теорию для объединения космических законов». Несмотря на внимание популярных газет, среди коллег Эйнштейн начинал чувствовать себя в некотором роде чужаком, а его попытки унификации не находили широкого отклика.
