Дэниэл Смит - Думай, как Эйнштейн

Ведь что ни говори, а Эйнштейн захотел углубиться в «гармонию космоса» – и это ему удалось. В статье «Что такое относительность», опубликованной «Times» в 1919 году, говоря об этой теории и Исааке Ньютоне, он подвел некий итог: «Его яркие и масштабные идеи сохранят свою уникальную значимость навечно, послужив основой для всей новейшей структуры наших концепций в области натурфилософии». Слова, достойные самых громких аплодисментов.

Когда очередной журналист попросил Эйнштейна выразить суть Общей теории в одном-единственном предложении (а подобной просьбой журналисты донимали его практически везде), он ответил: «Всю свою жизнь я пытаюсь сделать это в одной книге. А он хочет, чтобы я сделал это в одном предложении!» Однако его продолжали упрашивать, и он сформулировал это так: «С точки зрения физики, это теория пространства и времени, приводящая к теории гравитации». Неплохое, надо сказать, обобщение в столь вынужденных обстоятельствах.

К 1907 году Эйнштейн начал всерьез задумываться о недостатках Специальной теории. И теперь фокусировал все внимание на законных общих и универсальных, а не на тех, что применимы только при специальных условиях. Как уже упомянуто выше, он размышлял над ситуацией с человеком, который находится в свободно падающем лифте. И озарение наконец посетило его. Вот как он рассказал об этом на лекции в Японии в 1922 году:

Я сидел в патентном бюро в Берне и вдруг подумал: «Если человек находится в состоянии свободного падения, он не чувствует собственного веса». Я изумился. Эта простая мысль произвела на меня глубокое впечатление. И подтолкнула к разработке теории гравитации.

Представим человека в лифте, падающем на землю. Внутри лифта он должен парить свободно, и если снимет с руки часы – те точно так же воспарят рядом с ним. Человеку будет казаться, что он находится в невесомости. И наоборот: если бы лифт несся в космосе безо всякой земной гравитации, но с ускорением – человека внутри него прижимало бы к полу так, словно на него действует гравитация. Традиционно гравитация и ускорение считались не связанными друг с другом явлениями, хотя оба рассматривались относительно массы тела. Но гений Эйнштейна смог осознать, что гравитационная масса эквивалентна инертной массе – и эта идея получила название «принцип эквивалентности». Благодаря этому выводу Эйнштейн получил в распоряжение все инструменты для расширения своей Специальной теории таким образом, чтобы она распространялась и на системы ускорения, а не только на ситуации с постоянной скоростью.

Второе открытие, которым увенчался этот умозрительный эксперимент, заключалось в осознании того, что гравитация может искривлять свет. Если в стенке падающего лифта просверлить дырочку, луч света ударит в противоположную стенку – но несколько выше, чем была дырка, из которой он исходил. То есть его траектория будет искривлена. Следовательно, догадался Эйнштейн, свет не всегда распространяется прямыми лучами, как считалось ранее. Но для вычисления этой кривой траектории понадобится принципиально новая геометрическая система, поскольку геометрия Эвклида создана для измерения плоских поверхностей, но неприменима для искривленных.

Общая теория последовательно описывает, как гравитация искривляет пространство и время. Величайшей сложностью для Эйнштейна – почему он и потратил на это столько времени – было найти математические способы объяснения того, как гравитация ведет себя в царстве пространства-времени. Чтобы это понять, достаточно представить шар для боулинга, катящийся от края к центру батута. Ткань батута будет прогибаться под ним до тех пор, пока шар не придет в состояние покоя. Теперь покатим от края батута еще один шар. Он докатится до первого шара в центре и остановится. Разве первый шар какой-то особой силой притягивает к себе второй? Никак нет – оба шара лягут рядом друг с другом, искривив ткань батута еще сильнее. Для объяснения того же явления в искривленном пространстве-времени Общая теория и выводит уравнение поля. Проще простого, не так ли?

Выражаться совсем коротко – если Ньютон рассматривал вселенную, в которой яблоко падает с дерева на землю под действием земной гравитации, то Эйнштейн доработал понятие гравитации до искривленного пространства-времени. И вот как он объяснял успех «труда своей жизни» сыну Эдуарду: «Когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить то, чего не заметил жук».