Педро Феррейра - Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

Джон Уиллер достиг зрелости в квантовой физике в момент, когда свои плоды стали приносить великие открытия Шрёдингера и Гейзенберга. Будучи молодым преподавателем из Принстона, он с датским физиком Нильсом Бором работал над квантовыми свойствами ядра и взаимодействием ядер. Статья Уиллера и Бора, посвященная делению ядер, была опубликована в один день со статьей Оппенгеймера и Снайдера, рассказывающей про гравитационное сжатие, и сыграла важную роль в подготовке к Манхэттенскому проекту.

Консерватизм Уиллера выражался в его страстной вере в американский образ жизни, американское общество и его защиту. Сразу после Перл-Харбора он присоединился к проекту атомной бомбы, работая над необходимыми для создания плутония гигантскими реакторами. На войне в 1944 году погиб его брат, и всю свою жизнь Уиллер считал, что сделал недостаточно, чтобы ускорить создание атомной бомбы. Как позднее он говорил коллегам, если бы бомба была разработана раньше, ее можно было бы применить в Германии. Человеческие потери были бы колоссальными, но, с точки зрения Уиллера, несравнимыми с ужасами последнего года войны. Его патриотизм порой становился причиной конфликтов с коллегами. В начале 1950-х его пригласили поработать с Эдвардом Теллером в рамках проекта Маттерхорн, который был попыткой Соединенных Штатов разработать водородную бомбу, термоядерное оружие, функционирующее на основе ядерного синтеза. Уиллер согласился, хотя многие его коллеги, в том числе Роберт Оппенгеймер, выступали против этого проекта. Уиллер был одним из немногих физиков, не поддержавших Оппенгеймера в период, когда тому были предъявлены обвинения в подрыве национальной безопасности.

Несмотря на консервативные взгляды в области политики, в науке он оставался индивидуалистом и даже радикалом, придерживаясь странных идей, идущих вразрез с общепринятыми в то время взглядами на физические законы. Среди принстонских учеников Уиллера был Ричард Фейнман, одаренный юноша из Нью-Йорка, ставший олицетворением послевоенной квантовой физики. Под руководством Уиллера Фейнман совершенно революционно объяснит и вычислит взаимодействие частиц и сил в пространстве-времени. Именно Уиллер научит Фейнмана думать по-другому, быть смелым.

Уиллер прекрасно подходил для продолжения работы над общей теорией относительности. Он был одновременно практиком и мечтателем. Как консерватор, он уважал физику и астрофизику, которые были основой теории, но стремился попробовать новые, пока неизведанные подходы. И прежде всего он был вдохновляющим наставником, воспитывающим и поддерживающим новое поколение физиков, способных вдохнуть жизнь в общую теорию относительности.

Изучив общую теорию относительности, Уиллер принял ее. Она была слишком элегантна, а немногочисленные экспериментальные факты — слишком убедительны, чтобы теория казалась некорректной. Но это вовсе не означает, что Уиллер был против испытания теории на прочность. Он верил, что «доводя теорию до границ применимости, мы получаем возможность увидеть недостатки, скрытые в ее структуре». Поэтому он решил проверить, насколько непонятной может быть общая теория относительности. В процессе работы он часто присваивал своим выдающимся идеям содержательные и остроумные названия, ставшие известными как афоризмы Уиллера.

Одной из идей, разработанной вместе с его талантливым учеником Чарльзом Мизнером, было включение в общую теорию относительности электрических зарядов фактически без таковых. Эту концепцию он описал афоризмом «заряд без заряда». В мысленном эксперименте использовался целый набор математических приемов для создания в двух местах пространства-времени отверстий, соединявшихся так называемой кротовой норой. Через такие норы можно было пустить линии электрического поля. Линии, выходящие из одного конца норы, заставляли ее вести себя как положительно заряженный объект, привлекающий к себе отрицательные заряды. Линии поля, входящие в другой конец, создавали там эффект отрицательного заряда. В итоге кротовая нора имитировала расположенные далеко друг от друга положительный и отрицательный заряды, при этом в реальности заряженные частицы отсутствовали. Это была гениальная легко визуализируемая идея, хотя ее практическое применение было бы крайне сложным.

Другим афоризмом Уиллера стала «масса без массы». Теория Эйнштейна объясняет взаимодействие массивных объектов, но Уиллер хотел получить аналогичные результаты, не вводя туда понятие массы. В теории Эйнштейна под действием массы свет меняет свою траекторию, поэтому Уиллер предположил, что сжатие пучка лучей, вызывающее достаточную деформацию пространства и времени, могло бы послужить аналогом массы. Этот пучок световых лучей, или геон, как назвал его Уиллер, мог бы обладать весом и притягивать другие геоны. Световые лучи сворачивались в кольцо в форме пончика и могли бы легко рассыпаться, но обладали эффектом массы без реальной массы. С еще одним своим студентом, Кипом Торном, Уиллер попытался определить, могут ли подобные объекты существовать в природе в стабильном состоянии.