Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

По многим высказываниям Эйнштейна можно проследить склад его ума, желание понять, как устроена природа, неустанное стремление исследовать её. Вот что он писал: «Когда я не занят конкретной задачей, я люблю вспоминать, как доказываются теоремы в математике и формулируются физические теории, которые я давно знаю. Делаю я это просто так, чтобы предаться сладостному занятию – подумать».

Однажды, затруднившись ответить на вопрос, какова скорость звука, Эйнштейн заметил: «Я стараюсь не забивать голову цифрами, которые можно найти в любом справочнике». В другой раз он сказал: «Я без конца думаю и считаю в надежде разгадать сокровенные тайны природы».

А на вопрос, что заставляет его так долго и упорно трудиться, он ответил: «Почему мы чертовски серьёзно относимся к своей работе – вот загадка! Для чего всё это? Для себя? Но жизнь так коротка! Для потомков?.. Нет, всё-таки это загадка».

Как ни странно, Эйнштейн так и не нашёл решения своих уравнений. Он показал, что в пределе они сводятся к уравнениям Ньютона, сделал на их основе ряд предсказаний, но так и не смог их решить. И всё же через несколько месяцев после опубликования теории решения были найдены.

Зимой 1915-1916 годов, когда первая мировая война была в самом разгаре, о теории Эйнштейна узнал немецкий астроном Карл Шварцшильд. Против ожидания, познакомился он с теорией не в университете и не в тиши своего кабинета. Несмотря на академическое звание и возраст (ему было за сорок), он пошёл на войну добровольцем и был отправлен на русский фронт. Не прошло и нескольких месяцев, как его подкосила редкая болезнь, и с работой Эйнштейна он познакомился на смертном одре. Несмотря на болезнь, ему удалось найти решение для сферического распределения масс, которое он послал Эйнштейну.

Эйнштейна удивило и обрадовало то, что его уравнения были решены так быстро. На очередном заседании Прусской академии наук он доложил результаты Шварцшильда. То, что решение найдено, радовало Эйнштейна, хотя сам характер этого решения его беспокоил. Получалось, что при достаточно высокой концентрации масс происходит нечто странное – пространство искривляется так сильно, что вся область внутри поверхности определённого радиуса оказывается отрезанной от остальной Вселенной. Эйнштейну это не нравилось, и он много лет безуспешно пытался доказать, что в реальном мире такая возможность физически не реализуется.

Гораздо позже, подробно анализируя эту предельную искривлённость пространства, Эйнштейн обнаружил нечто ещё более странное – по мере приближения к веществу большой плотности пространство изгибается всё сильнее и становится похоже на бутылочное горлышко или воронку. Эта воронка не заканчивается на веществе; из уравнений следует, что по другую сторону имеется её зеркальное отражение. По сути, получается что-то вроде туннеля в пространстве, который сначала сужается, а потом начинает расширяться. Эйнштейн задался вопросом: куда ведёт этот туннель (или, как он его называл, «пространственно-временной мостик»)? Он пришёл к выводу, что мостик может вести только в «Другую Вселенную», хотя непонятно, что это такое. Полученный результат не понравился Эйнштейну, ведь из него следовало, что кто-то может попасть в туннель с одной стороны и появиться в «другой Вселенной». К его облегчению, дальнейшие расчёты показали, что для прохождения сквозь туннель потребуются скорости, большие световой, что согласно специальной теории относительности невозможно.

Вскоре после создания (1905 год) специальная теория относительности перестала устраивать Эйнштейна, и он начал работать над её обобщением. То же произошло и с общей теорией относительности. В ней возник ряд проблем, связанных с уравнением поля. Давайте и мы начнём с этого уравнения. Не пугайтесь, я не буду подробно его записывать, а только рассмотрю упрощённый вариант, о котором рассказал нам на первом курсе один из преподавателей. Взглянув на испуганные лица, он на первой же лекции утешил нас, сказав, что математика по сути очень проста. «Все уравнения в конечном счёте, – сказал он, – сводятся к виду A = B». Не знаю как студентам, а нам с вами, читатели, это заявление очень кстати, так как оно полностью относится и к уравнению Эйнштейна, хотя A и B там немного (по правде говоря, гораздо) сложнее, чем в большинстве других уравнений. И слева и справа стоят математические величины, о которых я уже упоминал раньше, – это тензоры.