Нил Тайсон - Астрофизика начинающим - как понять Вселенную

Но случается иногда, что самые дикие с виду теории успешно проходят экспериментальные испытания. Альберт Эйнштейн вряд ли когда-нибудь заходил в физическую лабораторию. Он был чистым теоретиком – ученым, придумывающим идеи о том, как устроена природа. Он в совершенстве владел искусством мысленного эксперимента, который позволяет разгадывать загадки природы при помощи воображения.

Например, когда ему было шестнадцать лет, Эйнштейн задумался: что было бы, если бы можно было лететь рядом с лучом света. Конечно, это невозможно. Мы уже обсуждали вопрос о предельной космической скорости. Но Эйнштейн продолжал думать над этой странной идеей много лет и в конце концов пришел к одному из своих величайших озарений.

Теоретики вроде Эйнштейна разрабатывают модели устройства Вселенной. Пользуясь этими моделями, они делают предсказания. Если модель неудачная, наблюдатели – ученые, изучающие природу с помощью сложных инструментов, – обнаруживают расхождение между предсказанием и реальностью. «Модель» полета, которую я разработал ребенком, предполагала, что пелерины позволяют людям и мышам летать по воздуху. Затем я испытал свою модель – сложные инструменты для этого не понадобились – и обнаружил несоответствие между теорией и действительностью. Я был расстроен. Правда, ученые обычно очень радуются, когда находят ошибку в модели другого исследователя. Мы все любим находить ошибки в домашней работе кого-то другого.

Эйнштейн разработал одну из самых мощных и всеобъемлющих теоретических моделей в истории – свою общую теорию относительности [4] Можете называть ее ОТО – вы же в клубе посвященных. . Эта модель подробно объясняет, как все во Вселенной движется под воздействием тяготения и как само тяготение изменяет форму пространства. Эта общая теория ведет к предсказаниям, которые ученые и сегодня продолжают проверять.

Модель Эйнштейна предсказывает, что, когда сталкиваются черные дыры, они должны выделять энергию в виде гравитационных волн, которые разносятся по всей Вселенной. Эта рябь пространства-времени похожа на мелкие волны, набегающие на тихий песчаный берег. И конечно, ученые уже поймали такие омывающие Землю волны от столкновений далеких черных дыр – столкновений, случившихся в далеком прошлом. Эйнштейн оказался прав.

Раз в каждые несколько лет экспериментаторы предлагают все новые и новые, все более чувствительные опыты по проверке теории Эйнштейна. И каждый раз эта теория подтверждается. Эйнштейн был далеко не самым умным ребенком в классе. Но он оказался одним из самых умных людей в истории человечества.

И все-таки даже он мог ошибаться.

При жизни Эйнштейна люди отчаянно стремились доказать, что он ошибается. Его работы поставили под сомнение правоту идей Ньютона, а многим в научном сообществе это не очень нравилось. Группа таких ученых в 1931 году опубликовала книгу под заголовком «Сто авторов против Эйнштейна». Когда он узнал об этом, то сказал, что, будь он действительно неправ, вполне достаточно было бы и одного автора, чтобы доказать это.

Общая теория относительности резко отличалась от всех предшествовавших ей идей о природе тяготения. Согласно общей теории относительности массивные объекты деформируют вокруг себя пространство, вызывая что-то вроде морщин на ткани пространства-времени.

Объект маленькой массы вроде яблока оказывает на пространство очень малое воздействие. Большое тело, такое как планета или звезда, искажает пространство так сильно, что прямые линии искривляются. Один из моих учителей, выдающийся американский физик-теоретик XX столетия Джон Арчибальд Уилер, сказал: «Материя указывает пространству, как ему изгибаться; пространство указывает материи, как ей двигаться».

Новая версия тяготения, предложенная Эйнштейном, не просто воздействует на материю. Из-за того что гравитация изгибает само пространство, даже свету приходится изгибаться под ее влиянием, и в окрестности массивных объектов он распространяется по искривленным траекториям, а не по прямой. Модель Эйнштейна описывает два вида тяготения. Один – знакомое нам притяжение между Землей и подброшенным в воздух мячом или между Солнцем и планетами. Но общая теория относительности предсказывает и другой эффект – таинственное антигравитационное давление.