Карло Ровелли - Сім основних уроків з фізики

Це був останній рік навчання в Болонському університеті. Зосереджена на навчанні людина найкраще вчиться під час канікул. Особисто я осягав науку з книжкових сторінок, обгризених мишами, адже вночі використовував книжки для блокування цих бідолашних створінь у їхніх нірках у доволі пошарпаному хіпуватому будиночку на схилі умбрійського пагорба, де я зазвичай ховався від нудьги університетських занять. Щоразу, а бувало це доволі часто, як я піднімав очі від книжки і милувався морськими хвилями в сонячних блискітках, мені здавалося, що я насправді бачу викривлення простору і часу так, як їх уявляв Ейнштейн. Як за помахом чарівної палички: так ніби друг шепоче тобі на вухо якусь надзвичайну, глибоко приховану таємницю, раптово піднімаючи завісу реальності, щоб розкрити простіший, глибинний порядок світобудови. Відтоді як люди виявили, що Земля кругла і крутиться як навіжена дзиґа, вони зрозуміли, що реальність не така, як її бачать: щоразу ми розкриваємо якийсь новий її аспект, це глибоко емоційне переживання. Так впала ще одна завіса.

Але впродовж людської історії стрибків уперед, які один за одним здійснювались на шляху до розуміння світу, ейнштейнівський не має собі рівних. Чому?

Насамперед, тому що як тільки ви зрозумієте, як працює його теорія, ви побачите, яка вона захопливо проста.

Підсумую.

Ньютон доклав зусиль, щоб пояснити, чому речі падають, а планети обертаються. Він уявив існування сили, що притягує матеріальні тіла одне до одного, і назвав її силою гравітації. Але як ці сили діють між тілами віддаленими, між якими, здавалося б, нічого не відбувається, було невідомо – і великий батько сучасної науки остерігався висувати гіпотези. Ньютон уявляв, що тіла рухаються крізь простір і що простір – це гігантський порожній контейнер, велетенська коробка, що містить у собі Всесвіт, дивовижна структура, крізь яку всі об’єкти рухаються правильно, аж поки сила не змушує їхню траекторію викривитись. З чого зроблений цей простір, цей контейнер зі світом, який він винайшов, Ньютон не міг пояснити.

За кілька років до народження Ейнштейна двоє великих британських фізиків, Майкл Фарадей і Джеймс Максвелл, додали до холодного ньютонівського світу ключовий інгредієнт – електромагнітне поле. Це поле – об’єктивна реальність, що проникає скрізь, переносить радіохвилі, наповнює простір, вібрує і коливається, як поверхня озера, а також транспортує електричну силу. З юності Ейнштейн був просто в захваті від електромагнітного поля, здатного обертати ротори електростанції, збудованої його батьком, і скоро зрозумів, що гравітація, як і електрика, має переноситися за допомогою поля: гравітаційне поле має існувати як аналог електричного поля. Ейнштейн прагнув зрозуміти, як це гравітаційне поле працює і як його описати за допомогою рівнянь.

І саме в цей момент у нього раптово виникла надзвичайна ідея, доторк чистого генія: гравітаційне поле не пронизує простір; гравітаційне поле – це, власне, і є сам простір. Це ідея теорії загальної відносності. Ньютонівський простір, крізь який рухаються предмети, і гравітаційне поле – те саме.

Це був момент осяяння. Відбулося миттєве спрощення уявлення про світобудову: простір більше не є чимось відділеним від матерії, він один із матеріальних компонентів світу, об’єктивна реальність, що хвилеподібно рухається, гнеться, викривлюється, скручується. Ми не вміщені всередину невидимої сталої інфраструктури, ми наче закручені в гнучкій мушлі гігантського равлика. Сонце вигинає простір навколо себе, і Земля не рухається навколо нього не завдяки якійсь таємничій силі, а тому, що вона скочується – через нахил простору, подібно до мармурової кульки, яка котиться ринвою. Жодні таємничі сили не генеруються в центрі ринви, це просто вигнута форма її стінок змушує кульку скочуватись. Планети рухаються навколо сонця, і предмети падають, бо простір викривлюється.

Як можна описати це викривлення простору? Найвідоміший математик ХІХ століття, Карл Фрідріх Гаусс, названий князем математиків, записав математичні формули, щоб описати двомірні криволінійні поверхні пагорбів. Потім він попросив свого обдарованого студента узагальнити теорію, щоб розмістити простори в трьох і більше вимірах. Студент, а ним виявився Бернгард Ріман, створив таку приголомшливу докторську дисертацію, що вона здавалась абсолютно непридатною: властивості викривленого простору втілюються в окремий математичний об’єкт, який позначається літерою R і який ми знаємо як Ріманову кривизну. Ейнштейн написав рівняння, де R еквівалентне енергії матерії. Таким чином стверджується: викривлення простору є там, де є матерія. Ось так! Рівняння займає лише піврядка. Образ простору, що викрівлюється, стає рівнянням.

Читать дальше