Помоги проекту - поделись книгой:
В 1914 г. Эйнштейн прибыл в Берлин для встречи с членами факультета. Он немного нервничал под их внимательными и оценивающими взглядами. Позже Эйнштейн напишет: «Господа в Берлине ставят на меня как на призовую курицу-несушку. Что же до меня, то я даже не знаю, смогу ли снести еще хоть одно яйцо». Тридцатипятилетний бунтарь со странными политическими взглядами и еще более странным внешним видом вскоре вынужден был приспосабливаться к строгим чопорным порядкам Прусской академии наук, члены которой обращались друг к другу «тайный советник» и «ваше превосходительство». Эйнштейн задумчиво писал: «Кажется, большинство членов ограничиваются тем, что демонстрируют какое-то петушиное величие на письме; в остальном они вполне похожи на людей».
Триумфальное восхождение из патентного бюро в Берне к вершинам немецкой физики недешево обошлось Эйнштейну в личном плане. По мере того как начала расти его слава в физическом сообществе, личная жизнь начала разваливаться. Для Эйнштейна эти годы были самыми продуктивными, они принесли плоды, которым со временем суждено было изменить историю человечества. Однако ученый совершенно не имел свободного времени, и он заметно отдалился от жены и детей.
Эйнштейн писал, что жизнь с Милевой была подобна жизни на кладбище, он избегал находиться с ней наедине. Его друзья разошлись во мнениях о том, кто из супругов был в первую очередь виноват в разрыве. Многие считали, что Милева все сильнее замыкалась в себе и злилась на своего знаменитого мужа. Даже друзья Милевы с грустью признавали, что за эти годы она сильно постарела и заметно сдала. Она становилась все более скандальной и холодной и ревновала мужа даже к коллегам. Обнаружив письмо с поздравлением, присланное Эйнштейну Анной Шмид (которая познакомилась с Эйнштейном во время его недолгой учебы в Арау и после благополучно вышла замуж), она сорвалась и устроила Альберту самый, может быть, громкий скандал за все время их и без того уже непрочного брака.
В то же время некоторые считали, что Эйнштейн определенно не был идеальным мужем; он постоянно куда-то спешил, оставляя Милеву практически в одиночку воспитывать двоих детей. Не секрет, что путешествия в начале XX в. были делом непростым и небыстрым, поэтому Эйнштейн часто отсутствовал дома по несколько дней и даже недель. Как корабли в ночном море, они встречались ненадолго, когда Эйнштейн оказывался дома, обедали вместе или посещали театр. Он был настолько погружен в абстрактный мир математики, что энергии (в первую очередь эмоциональной) на общение с женой и поиск подходов к ней у него почти не оставалось. Хуже того, чем больше она жаловалась ему на одиночество и на то, что его почти никогда не бывает рядом, тем больше он удалялся от нее в мир физики.
Вероятно, мы будем правы, если скажем, что в той и другой позиции была, безусловно, доля истины и что обвинять кого-то одного бессмысленно. Задним числом можно сказать, что такой брак был обречен на невыносимые перегрузки. Возможно, их друзья много лет спустя были правы, говоря, что эти двое были попросту несовместимы.
Однако окончательный разрыв стал неизбежен после того, как Эйнштейн принял предложение из Берлина. Милеве не хотелось ехать в Берлин. Возможно, она, как славянка, очень скованно чувствовала себя в центре тевтонской культуры; что еще важнее, в Берлине жили многие родственники Эйнштейна, и Милева боялась оказаться под их суровыми неодобрительными взглядами. Ни для кого не было секретом, что родственники мужа ее ненавидят. Поначалу Милева и дети все же поехали в Берлин с Эйнштейном, но затем она внезапно взяла детей и уехала в Цюрих. Больше они никогда не жили вместе. Эйнштейн, обожавший своих детей, был опустошен. После этого он вынужден был поддерживать отношения с сыновьями на расстоянии; чтобы увидеться, ему нужно было совершить изматывающее десятичасовое путешествие из Берлина в Цюрих. (Когда со временем права на воспитание детей были признаны за Милевой, Эйнштейн, по словам его секретаря Хелен Дукас, проплакал всю дорогу домой.)
Был, вероятно, еще один фактор, заметно ускоривший разрыв, – все более заметное присутствие в Берлине рядом с Эйнштейном некоей его кузины. Он признавался: «Я живу очень замкнутой жизнью, но вовсе не одинокой, благодаря заботе одной моей кузины, которая, собственно, и перетянула меня в Берлин».
Эльза Лёвенталь была Эйнштейну двойной кузиной: матери ее и Эйнштейна были сестрами, а деды – братьями. Она была разведена и жила с двумя дочерьми, Марго и Илзой, этажом выше своих родителей (приходившихся Эйнштейну дядей и тетей). Они с Альбертом встречались мельком в 1912 г., когда он ненадолго приезжал в Берлин. К тому моменту Эйнштейн уже решил, по всей видимости, что его брак с Милевой рухнул и разрыв неизбежен, но боялся, что развод может отрицательно сказаться на его маленьких детях.
Эльзе Альберт нравился с детства. Она призналась, что влюбилась в него еще ребенком, когда услышала, как он играет Моцарта. Но больше всего, похоже, ее привлекал в нем статус восходящей звезды научного мира и уважение, которое испытывали к нему физики всего мира. Более того, она не скрывала, что ей очень нравится купаться в лучах его славы. Как и Милева, она была на четыре года старше Эйнштейна. На этом, однако, сходство между этими двумя женщинами заканчивалось, скорее они были полярно противоположны друг другу. Эйнштейн в своем бегстве от Милевы, судя по всему, бросился в другую крайность. Если Милева не слишком заботилась о своей внешности и постоянно выглядела загнанной, то Эльза отличалась мещанством и остро чувствовала социальные различия. Она постоянно заводила знакомства в интеллектуальных кругах Берлина и с гордостью демонстрировала Эйнштейна всем своим друзьям из высшего общества. В отличие от Милевы, которая была немногословна, замкнута и склонна к дурному настроению, Эльза была светской бабочкой, порхающей между приемами, раутами и театральными премьерами. И в отличие от Милевы, которая быстро отказалась от попыток переделать мужа, Эльза вела себя по отношению к нему скорее как мать, постоянно поправляла его манеры и всеми силами стремилась помочь ему сделать карьеру. Один русский журналист позже так охарактеризовал отношения между Эйнштейном и Эльзой: «Она полна любви к своему великому мужу, всегда готова заслонить его от грубого вмешательства жизни и обеспечить душевное спокойствие, необходимое для созревания великих идей. Она проникнута сознанием его великого предназначения как мыслителя и самыми нежными чувствами спутницы, жены и матери к этому замечательному, тонкому взрослому ребенку».
После того как Милева в гневе покинула Берлин в 1915 г., взяв с собой детей, Эйнштейн и Эльза сблизились еще сильнее. Однако внимание Эйнштейна в этот важный для него период было поглощено не любовью, а самой Вселенной.
Часть II
Картина вторая
Искривленное пространство-время
Глава 4
Общая теория относительности и «счастливейшая мысль моей жизни»
Эйнштейн не чувствовал себя удовлетворенным. Он уже был в рядах лучших физиков своего времени, но по-прежнему не находил себе покоя. Он понимал, что в теории относительности имеется по крайней мере две зияющие дыры. Во-первых, она основывалась исключительно на инерциальном движении. В природе, однако, не существует почти ничего инерциального. Все находится в состоянии постоянного ускорения: стучат по рельсам поезда, падают зигзагом осенние листья, обращается Земля вокруг Солнца, движутся небесные тела. А теория относительности не сумела объяснить природу даже самых обычных ускорений, которые можно наблюдать на Земле.
Во-вторых, теория ничего не говорила о гравитации. Она утверждала в самом общем плане, что это универсальная симметрия природы, действующая во всех уголках Вселенной, но само понятие гравитации, оставалось ей неподвластно, что было весьма неприятно, ведь гравитация присутствует везде. В общем, недостатки теории относительности были очевидны. Поскольку скорость света – абсолютный предел скорости во Вселенной, то, согласно теории относительности, любое возмущение на Солнце могло достичь Землю не раньше, чем через восемь минут. Однако это противоречило теории всемирного тяготения Ньютона, согласно которой гравитационные эффекты действуют мгновенно. (Скорость распространения гравитации, по Ньютону, бесконечна, а скорость света в ньютоновых уравнениях не фигурирует.) Таким образом, Эйнштейну нужно было полностью переписать уравнения Ньютона, чтобы включить в них скорость света.
Иначе говоря, Эйнштейн понимал масштаб проблемы обобщения теории относительности таким образом, чтобы она включала также ускорение и гравитацию. В 1905 г. он начал называть свою теорию «специальной теорией относительности», чтобы отличать ее от всеохватывающей «общей теории относительности», необходимой для описания гравитации. Когда он рассказал Максу Планку о своих амбициозных замыслах, Планк предостерег: «Как старший друг, я должен посоветовать вам не браться за это дело, потому что вы не добьетесь успеха, но даже если добьетесь, вам никто не поверит». Но Планк понимал и важность этой проблемы, когда добавил: «Если вы добьетесь успеха, вас назовут новым Коперником».
Озарение, связанное с новой теорией гравитации, снизошло на Эйнштейна еще в 1907 г., когда он, будучи мелким государственным служащим, корпел над патентными заявками. Позже он вспоминал: «Я сидел в кресле в патентном бюро в Берне, когда совершенно неожиданно у меня возникла мысль: человек в свободном падении не ощущает собственного веса. Я был поражен. Эта простая мысль произвела на меня глубокое впечатление. Она подтолкнула меня к теории гравитации».
В одно мгновение Эйнштейн осознал, что, случись ему упасть с кресла, он на мгновение потеряет вес. Например, если вы едете в лифте и трос внезапно обрывается, вы оказываетесь в свободном падении; вы падаете с той же скоростью, что и пол лифта. А поскольку и вы, и лифт падаете с одной и той же скоростью, то выглядеть все будет так, как будто вы лишились веса и свободно плаваете в воздухе. Аналогично Эйнштейн представил себе, что, упав с кресла, он на мгновение оказался бы в свободном падении и действие гравитации было бы полностью компенсировано ускорением, благодаря чему он стал бы невесомым.
Сама по себе эта концепция не нова. Она была знакома еще Галилею, который, согласно канонической истории, бросал с падающей Пизанской башни одновременно маленький камушек и тяжелое пушечное ядро. Он первым показал, что все объекты на Земле ускоряются под действием гравитации абсолютно одинаково (9,81 м/с2). Ньютону этот факт тоже был известен; кроме того, он понял, что планеты и Луна, двигаясь по орбите вокруг Солнца или Земли, на самом деле находятся в состоянии свободного падения. Любой космонавт также понимает, что гравитация может быть компенсирована ускорением. Все внутри космического корабля, включая пол, инструменты и вас самих, падает с одинаковой скоростью. Поэтому, оглянувшись вокруг, вы увидите, что все плавает в воздухе. Ваши ноги всплывают над полом, и возникает иллюзия того, что гравитация вообще исчезла, поскольку пол падает вместе с вашим телом. А если космонавт выходит из корабля в открытый космос, то он не падает внезапно на Землю, но плывет вместо этого спокойно рядом, так как и космический корабль и сам космонавт падают в унисон, огибая Землю. (Гравитация не исчезает в открытом космосе, как ошибочно утверждают многие научно-популярные книги. Тяготение Солнца обладает достаточной мощью, чтобы гонять Плутон по орбите за миллиарды километров от Земли. Гравитация никуда не делась; она просто компенсируется падением космического корабля под вашими ногами.)
Это называется «принципом эквивалентности», согласно которому все массы падают под действием гравитации с одинаковой скоростью (или, точнее, заявляется, что инерциальная масса эквивалентна гравитационной массе[10]). Идея и правда не нова, но если для Галилея и Ньютона это было просто любопытным фактом, то в руках такого маститого физика, как Эйнштейн, ей суждено было стать фундаментом новой релятивистской теории гравитации. Эйнштейн продвинулся на один гигантский шаг дальше, чем Галилей или Ньютон. Он сформулировал следующий постулат, который затем лег в основу общей теории относительности:
После блестящего озарения в патентном бюро в 1907 г. эйнштейновой теории гравитации потребовалось несколько лет, чтоб окончательно сформироваться. Новая картина тяготения постепенно вырастала из принципа эквивалентности, но только в 1911 г. Эйнштейн начал публиковать плоды своих размышлений. Первое следствие принципа эквивалентности – тот факт, что свет под действием силы тяготения должен искривляться. Мысль о том, что гравитация, возможно, действует на световые лучи, не нова и восходит по крайней мере ко временам Исаака Ньютона. Ньютон в своей книге «Оптика» задается вопросом: может ли гравитация оказывать влияние на свет звезд? «Действуют ли тела на свет на расстоянии и изгибают ли своим действием его лучи и не является ли это действие сильнейшим на самом малом расстоянии?» К несчастью, технологии XVII в. не позволяли получить ответ на этот вопрос.
Но теперь, через две с лишним сотни лет, Эйнштейн вернулся к этому вопросу. Представьте себе, что внутри космического корабля, поднимающегося с Земли с ускорением, зажигается фонарик. Свет его направляется горизонтально поверхности Земли. Поскольку ускорение ракеты направлено вверх, световой луч загибается книзу. А теперь применим принцип эквивалентности. Физика внутри корабля должна быть неотличима от физики на Земле; это означает, что
Самое сильное гравитационное поле в Солнечной системе генерируется Солнцем, поэтому Эйнштейн задался вопросом: достаточно ли притяжения Солнца, чтобы отклонять лучи далеких звезд? В принципе, это можно было бы проверить, сняв одни и те же звезды в разные времена года. Первую фотографию нужно сделать ночью, когда свет звезд проходит без помех; вторую – через несколько месяцев, когда свет этих звезд будет проходить рядом с Солнцем. Сравнив две фотографии, можно, по идее, измерить, как изображения звезд слегка сдвинулись под действием тяготения Солнца. Конечно, Солнце своим светом подавляет свет звезд, поэтому любые эксперименты на тему искривления света необходимо проводить во время солнечного затмения, когда Луна заслоняет свет Солнца, а звезды становятся видимыми днем. Эйнштейн рассудил, что фотографии дневного неба, сделанные во время затмения, в сравнении с фотографиями того же участка неба, сделанными ночью, должны показать легкое искажение положения звезд вблизи Солнца. (Близость Луны тоже слегка искривляет свет звезд, но по сравнению с искажением, вызванным массой Солнца, это искажение очень и очень мало. Таким образом, присутствие Луны практически не влияет на искривление света звезд во время затмения.)
Принцип эквивалентности помог Эйнштейну вычислить приблизительный сдвиг лучей света под действием гравитации, но ничего не говорил о гравитации как таковой. Недоставало
Около 1912 г., после нескольких лет усиленных размышлений, Эйнштейн постепенно начал понимать, что наши представления о пространстве и времени придется перетряхивать; для этого требовалась новая геометрия, помимо той, что современная наука унаследовала от древних греков. Основным фактором, подтолкнувшим его к мысли об искривлении пространства-времени, стал парадокс, иногда называемый «парадоксом Эренфеста», с которым Эйнштейна познакомил его друг Пауль Эренфест. Представьте себе простую карусель на вращающемся диске. Известно, что длина окружности этого диска в покое равняется его диаметру, взятому π раз. Однако, когда карусель кружится, ее внешний край движется быстрее, чем внутренние части, следовательно, согласно теории относительности, и сжимается он сильнее, чем внутренность диска, искажая форму карусели. Это означает, что окружность диска съежилась и теперь меньше, чем π диаметров; то есть поверхность перестала быть плоской.
Стоит только понять, что пространство может быть искривлено, как на свет появляется поразительная картина. Представьте себе тяжелый камень, лежащий на упругой кровати. Естественно, этот камень продавит кровать под собой. А теперь киньте на кровать маленький шарик. Он будет катиться не по прямой, а по кривой линии вокруг большого камня. Существует два способа проанализировать этот эффект. Глядя со стороны, сторонник теории Ньютона мог бы сказать, что существует загадочная «сила», которая исходит от камня и действует на шарик, заставляя его менять направление движения. Однако релятивист увидел бы совершенно иную картину. Посмотрев на кровать внимательно, релятивист заметил бы, что никакой силы, которая действовала бы на шарик, нет. А есть только вмятина в кровати, которая и задает движение шарика. Сама поверхность кровати «подталкивает» шарик и заставляет его катиться вокруг камня.
Теперь заменим камень на Солнце, шарик на Землю, а кровать – на пространство и время. Ньютон сказал бы, что Землю к Солнцу притягивает невидимая сила, именуемая тяготением. Эйнштейн ответил бы, что гравитационного притяжения не существует. Земля обращается вокруг Солнца, потому что ее толкает кривизна
В этой картине Эйнштейн вполне мог объяснить, почему любое возмущение на Солнце доходит до Земли за восемь минут. Если внезапно убрать с кровати камень, то ее поверхность начнет возвращаться к нормальной плоской форме, породив при этом круговые волны, которые разойдутся по поверхности кровати с определенной скоростью. Точно так же, если бы Солнце вдруг исчезло, возникла бы ударная волна искривленного пространства, которая двигалась бы со скоростью света. Эта картина была настолько проста и элегантна, что суть ее Эйнштейн смог объяснить даже своему второму сыну Эдуарду, спросившему отца, почему тот так знаменит. Эйнштейн ответил: «Когда слепой жук ползет по изогнутой ветке, он не замечает, что путь, по которому он движется, в самом деле искривлен. Мне повезло заметить то, чего не замечал этот жук».
Ньютон в своей эпохальной книге «Математические начала натуральной философии»[11] признавался, что не в состоянии объяснить происхождение этого загадочного притяжения, которое действует мгновенно во всей Вселенной. Он пустил в обращение знаменитую фразу «
Искривление пространства, разумеется, невидимо, и с некоторого расстояния ньютонова картина представляется вполне корректной. Представьте себе муравьев, прогуливающихся по смятому листу бумаги. Пытаясь идти по прямой, они замечают, что их то и дело тянет то влево, то вправо, когда они преодолевают складки бумаги. Муравьям кажется, что существует какая-то загадочная сила, тянущая их в обоих направлениях. Однако человеку, наблюдающему за муравьями со стороны, очевидно, что никакой силы нет, что все дело в складках бумаги, которые, собственно, и порождают иллюзию силы. Вспомните, кстати, что Ньютон считал пространство и время абсолютной системой отсчета для любого движения. Однако, по Эйнштейну, пространство и время могут играть и динамическую роль. Если пространство искривлено, любому, кто движется по этой сцене, покажется, что на его тело действует загадочная сила, толкающая его то туда, то сюда.
Сравнив пространство-время с натянутой тканью, способной растягиваться и изгибаться, Эйнштейн вынужден был заняться изучением математики искривленных поверхностей. Он очень быстро утонул в математической трясине и понял, что не в состоянии отыскать инструменты, подходящие для анализа его новой гравитационной картины. В определенном смысле Эйнштейн, когда-то называвший математику «лишней эрудицией», теперь расплачивался за те годы, когда он беззаботно прогуливал математические курсы в Политехникуме.
В отчаянии он обратился к своему другу Марселю Гроссману. «Гроссман, ты должен помочь мне, или я сойду с ума! – признавался Эйнштейн. – Никогда в жизни я так не мучился, как сейчас, и подумать только, я проникся великим уважением к математике, коей даже простейшие части считал когда-то чистым излишеством! В сравнении с этой проблемой первоначальная теория относительности всего лишь детская игрушка».
Гроссман просмотрел литературу и выяснил, что, как ни смешно, базовую математику, нужную Эйнштейну, в самом деле преподавали в Политехникуме. В геометрии Бернхарда Римана, разработанной в 1854 г., Эйнштейн обнаружил наконец достаточно мощную основу для описания искривления пространства-времени. (Много лет спустя, вспоминая, как трудно было овладевать новой математикой, Эйнштейн заметил в разговоре со школьниками: «Не обращайте внимания на свои трудности с математикой; могу вас заверить, что мои еще больше».)
До Римана вся математика основывалась на евклидовой геометрии – геометрии плоских поверхностей. Тысячи лет школьников мучили проверенными временем теоремами греческой геометрии, где сумма внутренних углов треугольника всегда равняется 180°, а параллельные прямые не пересекаются. Два математика – русский Николай Лобачевский и венгр Янош Бойяи – подошли очень близко к созданию неевклидовой геометрии, то есть такой геометрии, где сумма углов в треугольнике может быть больше или меньше 180°. Но по-настоящему теорию неевклидовой геометрии разработали «король математики» Карл Фридрих Гаусс и особенно его ученик Риман. (Гаусс подозревал, что теория Евклида может оказаться неверной по физическим причинам. По его указаниям помощники светили прожекторами с вершин гор Гарца, а сам он пытался экспериментально выяснить сумму углов треугольника, образованного тремя вершинами. К несчастью, результат эксперимента оказался отрицательным. Кроме того, Гаусс был настолько политически осторожным человеком, что так и не опубликовал своей работы по этому тонкому вопросу, опасаясь реакции консерваторов от науки, готовых клясться теоремами евклидовой геометрии.)
Риман же открыл совершенно новые математические миры – геометрию искривленных поверхностей любой размерности, не только двумерных или трехмерных. Эйнштейн был убежден, что при помощи этих геометрий высоких порядков можно получить более точное описание Вселенной. Впервые математический язык «дифференциальной геометрии» прокладывал себе путь в мир физики. Дифференциальная геометрия, или тензорное исчисление, – математика искривленных поверхностей любой размерности, когда-то считалась самой бесполезной областью математики, лишенной всякого физического содержания. Внезапно, однако, она превратилась в язык самой Вселенной.
В большинстве биографий Эйнштейна общая теория относительности возникает как полностью готовая в 1915 г., как будто он безошибочно, волшебным образом нашел эту теорию уже полностью сформированной. Только в последние десятилетия были проанализированы некоторые из «потерянных записных книжек» Эйнштейна, которые позволили заполнить многие пробелы в промежутке между 1912 и 1915 г. Теперь можно восстановить, иногда помесячно, основные вехи эволюции одной из величайших теорий в истории. В частности, Эйнштейн хотел обобщить понятие ковариантности. Специальная теория относительности, как мы видели, была основана на идее Лоренц-ковариантности; это означало, что уравнения физики сохраняют свою форму при преобразованиях Лоренца. Теперь Эйнштейн хотел обобщить это на все возможные ускорения и трансформации, а не только на инерциальные. Иными словами, он хотел найти уравнения, которые сохраняли бы свою форму в любой системе отсчета, какой бы она ни была, ускорялась она или двигалась с постоянной скоростью. Каждой системе отсчета, в свою очередь, необходима координатная сетка, которая позволила бы измерить длину по трем пространственным измерениям и времени. Эйнштейну нужна была теория, которая сохраняла бы форму, какая бы координатная сетка ни использовалась в данной системе отсчета. Этот поиск привел его к знаменитому принципу общей ковариантности:
Представьте себе рыболовную сеть, наброшенную на стол. Рыболовная сеть представляет произвольную систему координат, а поверхность столешницы – объект, который сохраняет форму при любом искажении формы сети. Как бы мы ни перетягивали или крутили сеть, поверхность столешницы под ней останется прежней.
В 1912 г. Эйнштейн был уже уверен, что риманова математика – подходящий язык для гравитации. Опираясь на закон общей ковариантности, он начал искать внутри римановой геометрии подходящие, то есть общековариантные, объекты. Как ни удивительно, таких объектов оказалось всего два: объем искривленного пространства и кривизна (или, как ее называют, «кривизна Риччи») такого пространства. Это была чрезвычайно важная находка: серьезно ограничив состав возможных строительных блоков для сооружения теории гравитации, принцип общей ковариантности помог Эйнштейну сформулировать корректную в основном теорию в 1912 г., всего через несколько месяцев изучения работы Римана по кривизне Риччи. Однако по какой-то причине он отбросил верную теорию и двинулся по ложному пути. Почему он отказался от корректной теории, оставалось для ученых загадкой до самого последнего времени, когда были обнаружены потерянные записные книжки. В тот год, когда он в основном выстроил верную теорию гравитации на основе кривизны Риччи, он совершил очень серьезную ошибку – решил, что эта верная теория нарушает принцип, известный как «принцип Маха»[12]. В одном из вариантов этого принципа постулируется, что присутствие вещества и энергии во Вселенной однозначно определяет окружающее ее гравитационное поле. Если зафиксировать определенную конфигурацию планет и звезд, то гравитация, окружающая эти планеты и звезды, тоже окажется фиксированной. Представьте, как кидают камешек в пруд. Чем крупнее камешек, тем заметнее будет рябь на воде. Таким образом, зная точный размер камешка, искажение поверхности пруда можно однозначно вычислить. Точно так же, зная массу Солнца, можно однозначно определить окружающее его гравитационное поле.
Именно здесь Эйнштейн совершил свою ошибку. Он решил, что теория, основанная на кривизне Риччи, нарушает принцип Маха, поскольку присутствие вещества и энергии не определяет однозначно окружающее их гравитационное поле. Вместе с Марселем Гроссманом он попытался разработать более скромную теорию, ковариантную только по отношению к вращению (но не к любому ускорению). Однако, отказавшись от принципа ковариантности, он потерял путеводную звезду и три грустных года скитался в дебрях теории Эйнштейна – Гроссмана, которая не была ни элегантной, ни полезной – к примеру, из нее не получались уравнения Ньютона для слабых гравитационных полей. Обладая лучшей, может быть, на всей Земле интуицией физика, Эйнштейн упрямо игнорировал ее.
Пытаясь нащупать окончательные уравнения, он сосредоточился на трех ключевых экспериментах, которые теоретически могли помочь доказать идеи, связанные с искривлением пространства и гравитацией: это отклонение света звезд, которые можно увидеть во время затмения, красное смещение и перигелий Меркурия. В 1911 г., еще до работы по искривленному пространству, Эйнштейн надеялся, что удастся отправить в Сибирь экспедицию для наблюдения солнечного затмения 21 августа 1914 г., целью которой было бы зафиксировать отклонение света звезд Солнцем.
Наблюдение должен был проводить астроном Эрвин Финлей-Фройндлих. Сам Эйнштейн был настолько уверен в корректности его работы, что поначалу предложил профинансировать этот амбициозный проект из собственного кармана. «Если ничего не получится, я заплачу из своих собственных небольших сбережений, по крайней мере первые 2000 марок», – написал он. Правда, позже нашелся богатый промышленник, готовый профинансировать это предприятие. Фройндлих отправился в Сибирь[13] за месяц до затмения, но 1 августа Германия объявила России войну, вследствие чего астроном и его помощник были арестованы, а их оборудование конфисковано. (Задним числом заметим, что Эйнштейну, можно сказать, повезло, что экспедиция 1914 г. сорвалась. Если бы эксперимент удалось провести, результат, конечно, не сошелся бы с величиной, предсказанной ошибочной теорией Эйнштейна, и это дискредитировало бы всю идею.)
Далее, Эйнштейн рассчитал, как гравитация должна влиять на частоту светового луча. Если с Земли запустить ракету и направить ее в космос, то тяготение Земли будет тормозить ее и тянуть назад. В сражении с гравитационной силой, таким образом, расходуется энергия ракеты. Точно так же, рассуждал Эйнштейн, когда луч света, излучаемый Солнцем, удаляется от него, тяготение должно тормозить его и заставлять терять энергию. Световой луч не сможет замедлиться, но потеря энергии, вызванная преодолением солнечной гравитации, вызовет уменьшение частоты. Так, частота желтого солнечного света снизится, луч, покидая область гравитационного притяжения Солнца, станет краснее. Однако гравитационное красное смещение – чрезвычайно слабый эффект, и Эйнштейн не питал иллюзий и не надеялся, что его удастся в каком-то обозримом будущем проверить в лаборатории. (В самом деле, пройдет еще четыре десятка лет, прежде чем гравитационное красное смещение удастся увидеть.)
И наконец, он стремился решить давнюю проблему: определить, почему орбита Меркурия «плывет» и слегка отклоняется от параметров, предписанных законами Ньютона. В обычных условиях планеты в своем движении вокруг Солнца описывают идеальный эллипс с легкими возмущениями, вызванными притяжением ближайших планет, и в целом их траектория напоминает лепестки цветка. Однако в орбите Меркурия, даже с учетом влияния на него ближайших планет, наблюдается небольшое, но заметное отклонение от законов Ньютона. Это отклонение, известное как «прецессия перигелия», первым наблюдал в 1859 г. астроном Урбен Леверье; его расчеты дали крохотный сдвиг перигелия орбиты Меркурия, равный 43,5 угловые секунды за столетие, который было невозможно объяснить законами Ньютона. Сам по себе факт существования в ньютоновых законах движения очевидных нестыковок новостью не был. В начале XIX в., когда астрономы ломали головы над аналогичными возмущениями орбиты Урана, перед ними встал непростой выбор: либо отказаться от известных законов движения, либо постулировать существование еще одной, неоткрытой планеты, действующей на орбиту Урана. В 1846 г., когда в том самом месте, где должна была находиться эта планета согласно законам Ньютона, действительно обнаружили новую планету – Нептун, физики вздохнули с облегчением.
Но Меркурий по-прежнему оставался загадкой. Не желая отказываться от законов Ньютона, астрономы по традиции постулировали существование еще одной планеты и даже дали ей название Вулкан; подразумевалось, что эта неизвестная планета обращается вокруг Солнца внутри орбиты Меркурия. Однако как ни всматривались астрономы в ночное небо, они не могли отыскать никаких экспериментальных доказательств ее существования.
Эйнштейн был готов принять более радикальную интерпретацию: возможно, сами законы Ньютона неверны или по крайней мере неполны. В ноябре 1915 г. после трех лет, растраченных впустую на теорию Эйнштейна – Гроссмана, он вернулся к кривизне Риччи, от которой отказался в 1912 г., – и заметил свою ключевую ошибку. Эйнштейн отбросил кривизну Риччи[14] потому, что, исходя из нее, для произвольного материального объекта можно было получить больше одного гравитационного поля, что казалось нарушением принципа Маха. Но затем общая ковариантность помогла ему понять, что на самом деле эти гравитационные поля математически эквивалентны и дают один и тот же физический результат. Мощь общей ковариантности произвела на Эйнштейна сильное впечатление: она не только серьезно ограничила возможные теории гравитации, но обеспечила единственно возможный физический результат, поскольку многие гравитационные решения оказались эквивалентными.
После этого для Эйнштейна начался период величайших (возможно, во всей его жизни) ментальных усилий – поиска окончательного уравнения. Он отбросил все постороннее и напряженно трудился, пытаясь рассчитать прецессию перигелия Меркурия. Найденные записные книжки показывают, что он раз за разом предлагал решение, а затем тщательнейшим образом проверял, получается ли из него в пределе при малых гравитационных полях старая теория Ньютона. Задача оказалась чрезвычайно трудоемкой, так как тензорные уравнения включали в себя десять отдельных уравнений вместо одного у Ньютона. Если предложенное решение не давало в пределе уравнения Ньютона, Эйнштейн брал следующее и проверял, не получится ли из него нужный результат. Этот изматывающий, почти геркулесов труд был наконец завершен в конце ноября 1915 г. Эйнштейн чувствовал себя совершенно измученным. После долгих утомительных вычислений по старой теории 1912 г. выяснилось, что предсказанная ей прецессия орбиты Меркурия составляет 42,9 угловой секунды за столетие, что с вполне приемлемой точностью совпадало с экспериментальной величиной. Эйнштейн был потрясен. Первое надежное экспериментальное доказательство в пользу новой теории буквально опьяняло его. «Несколько дней я был вне себя от возбуждения, – вспоминал он. – Мои самые дерзкие мечты сбылись». Сбылась мечта всей жизни – найти релятивистские уравнения для гравитации.
Эйнштейна потрясло, что при помощи абстрактного физико-математического принципа общей ковариантности ему удалось получить надежный и убедительный результат, совпадающий с экспериментальными данными: «Представьте себе, как я радовался практической применимости общей ковариантности и тому, что в результате из уравнений мне удалось корректно вывести смещение перигелия Меркурия».
Воспользовавшись новой теорией, он заново рассчитал отклонение света звезд Солнцем. Добавление к его теории искривленного пространства означало, что конечный результат составит 1,7 угловой секунды (около 1/2000 доли градуса), то есть вдвое больше, чем он считал ранее.
Эйнштейн был убежден, что его новая теория настолько проста, элегантна и мощна, что ни один физик не сможет устоять перед ее гипнотическим притяжением. «Вряд ли кто-нибудь, кто по-настоящему понял эту теорию, сможет устоять перед ее очарованием, – напишет он позже. – Это теория несравненной красоты». Поразительно, но принцип общей ковариантности оказался настолько мощным инструментом, что окончательное уравнение, описывающее структуру самой Вселенной, получилось совсем коротким, его длина не дотягивает даже до трех сантиметров. (Физики и сегодня удивляются, что такое короткое уравнение может описать возникновение и эволюцию Вселенной. Физик Виктор Вайскопф сравнил свой восторг с чувствами крестьянина, впервые в жизни увидевшего трактор. Облазив трактор вдоль и поперек и заглянув под капот, он ошеломленно спрашивает: «А где же лошадь?»)
Единственное, что омрачало Эйнштейну триумф, это мелкий спор за приоритет с Давидом Гильбертом – величайшим, наверное, математиком того времени. Когда теория находилась в последней, финальной стадии доработки, Эйнштейн прочел в Гёттингене шесть двухчасовых лекций, на которых присутствовал и Гильберт. Эйнштейну по-прежнему недоставало некоторых математических инструментов (известных как «тождество Бьянки»), и это не позволяло ему вывести уравнения из простой формы, известной как «действие». Позже Гильберт заполнил пробел в вычислениях Эйнштейна, записал необходимое действие и опубликовал окончательный результат от своего имени, всего за шесть дней до Эйнштейна. Эйнштейн был недоволен. Более того, он решил, что Гильберт, осуществив последний шаг и приписав себе всю работу, пытался украсть у него общую теорию относительности. Со временем напряжение в отношениях между Эйнштейном и Гильбертом прошло, но Эйнштейн стал осторожнее и уже неохотно делился своими результатами. Сегодня действие, посредством которого выводится общая теория относительности, известно как «действие Эйнштейна – Гильберта». Вероятно, завершить теорию Эйнштейна последним крохотным шажком Гильберта побудило то, что, как он часто говорил, «физика слишком важна, чтобы оставлять ее физикам»; скорее всего, он имел в виду, что физики недостаточно сведущи в математике, чтобы исследовать тайны природы. Очевидно, взгляды Гильберта в этом отношении разделяли и остальные математики. Так, математик Феликс Клейн сетовал, что Эйнштейн по сути своей не математик, а работал под влиянием неведомых физико-философских импульсов. В этом и состоит, вероятно, принципиальная разница между математиками и физиками и причина того, что первые никогда не открывают новые законы природы. Математики имеют дело со множеством маленьких внутренне непротиворечивых областей, напоминающих изолированные провинции. Физики, напротив – с горсткой простых физических принципов, причем для разрешения любого из них может потребоваться множество математических символов. Хотя язык природы – это математика, ее движущей силой, похоже, являются эти самые физические принципы, такие как теория относительности и квантовая теория.
Распространение сообщения о новой теории гравитации Эйнштейна было прервано началом войны. Убийство в 1914 г. наследника австро-венгерского престола послужило поводом для кровопролитнейших событий того времени и втянуло Британскую, Австро-Венгерскую, Российскую и Прусскую империи в катастрофический конфликт, жертвами которого стали десятки миллионов молодых людей. Чуть ли не мгновенно тихие, достойные профессора германских университетов превратились в кровожадных националистов. Почти весь факультет Берлинского университета заразился военной лихорадкой и направил все свои усилия на войну. В поддержку кайзера девяносто три немецких интеллектуала подписали известный манифест «К цивилизованному миру», в котором призвали весь народ сплотиться вокруг кайзера и угрожающе заявили, что немецкий народ должен отразить «русские орды вкупе с монголами и неграми, которых натравливают на белую расу». Манифест оправдывал германское вторжение в Бельгию и гордо заявлял: «Немецкое войско и немецкий народ едины. Это сознание связывает сегодня семьдесят миллионов немцев без различия образования, положения и партийности». Даже благожелатель Эйнштейна Макс Планк подписал этот манифест вместе с известным математиком Феликсом Клейном и физиками Вильгельмом Рентгеном (открывшим рентгеновское излучение), Вальтером Нернстом и Вильгельмом Оствальдом.
Эйнштейн, убежденный пацифист, отказался подписать манифест. Георг Николаи, врач Эльзы и известный антивоенный активист, попросил сто других интеллектуалов подписать контрманифест, но из-за ошеломляющей военной истерии, охватившей Германию, только четверо действительно подписали его, и среди них Эйнштейн. Происходящее вызвало в нем тяжелое чувство. Он написал: «Европа в своем безумии совершила нечто невероятное, – и грустно добавил: – В такое время каждому становится ясно, к сколь жалкой породе животных принадлежит человек».
В 1916 г. мир Эйнштейна вновь покачнулся, на этот раз от поразительной вести о том, что его близкий друг-идеалист Фридрих Адлер – тот самый физик, который великодушно отказался от светившей ему профессорской должности в Цюрихском университете в пользу Эйнштейна, убил в переполненном венском ресторане австрийского премьер-министра графа Карла фон Штюргка с криком «Долой тиранию! Мы хотим мира!». Вся страна замерла, услышав, что сын основателя австрийской социал-демократической партии совершил такое неописуемое преступление против государства. Адлера тут же отправили в тюрьму, ему грозила смертная казнь. В ожидании суда он вновь обратился к любимому развлечению – физике и начал писать длинную статью, посвященную критике эйнштейновой теории относительности. В центре переполоха, возникшего в связи с убийством премьер-министра и его потенциальными последствиями, он целиком отдался мысли о том, что ему удалось отыскать в теории относительности критическую ошибку!
Отец Адлера Виктор ухватился за единственную стратегию защиты, доступную его сыну. Понимая, что душевная болезнь передается по наследству, Виктор объявил, что его сын психически неуравновешен, и попросил о снисхождении. В качестве доказательства безумия Виктор указал, что его сын пытался опровергнуть общепринятую теорию относительности Эйнштейна. Сам Эйнштейн предложил выступить в суде с показаниями о поведении и репутации Адлера-младшего, но его так и не вызвали.
Первоначально суд признал Адлера виновным и приговорил к смерти через повешение, однако позже приговор заменили на пожизненное заключение, отчасти благодаря петициям Эйнштейна и других представителей общественности. (По иронии судьбы в 1918 г., когда после Первой мировой войны правительство рухнуло, Адлер был освобожден; даже избран в Австрийскую национальную ассамблею и стал одной из самых популярных фигур в рабочем движении.)
Война и громадные умственные усилия[15], необходимые для создания общей теории относительности, отрицательно сказались на здоровье Эйнштейна, которое никогда не было особенно крепким. В 1917 г. он свалился с болями в желудке и был близок к нервному срыву. Он так был ослаблен титаническим умственным трудом, что не мог даже выйти из дома. За два месяца похудел на 25 кг и превратился буквально в тень самого себя. Эйнштейн был уверен, что умирает от рака, но врачи обнаружили у него лишь язву желудка и рекомендовали полный покой и смену рациона питания. В этот период Эльза стала его постоянной спутницей; она ухаживала за больным Эйнштейном, помогая постепенно восстанавливать здоровье. Он очень сблизился и с Эльзой, и с ее дочерьми, особенно после того как поселился в соседней с ними квартире.
В июне 1919 г. Эйнштейн наконец женился на Эльзе. Надо сказать, что эта женщина обладала очень четкими представлениями о том, как должен одеваться и выглядеть уважаемый профессор; она помогла Эйнштейну превратиться из холостого профессора, представителя богемы, в элегантного одомашненного супруга. В какой-то степени это стало подготовкой к следующему этапу его жизни – очень скоро ему предстояло героическое появление на мировой сцене.
Глава 5
Новый Коперник
Приходя в себя после разрухи и хаоса Первой мировой, Эйнштейн с нетерпением ждал возможность проанализировать данные следующего солнечного затмения, ожидавшегося 2 мая 1919 г. Британский ученый Артур Эддингтон жаждал провести решающий эксперимент по проверке теории Эйнштейна. Эддингтон был секретарем английского Королевского астрономического общества и чувствовал себя одинаково свободно в обсерватории во время астрономических наблюдений, и в окружении математических формул общей теории относительности. Была у него и другая причина для проведения эксперимента с солнечным затмением: он был квакером и пацифистские убеждения не позволили ему воевать в британской армии в Первую мировую. Более того, он готов был скорее сесть в тюрьму, чем отправиться на войну. Администрация Кембриджского университета опасалась скандала в случае, если кто-то из восходящих светил отправится в тюрьму как уклонист, поэтому Кембридж выговорил у правительства отсрочку для Эддингтона на том основании, что ученый выполнит свой гражданский долг – возглавит экспедицию для наблюдения солнечного затмения 1919 г. и проверки теории Эйнштейна. Так что экспедиция стала для него официальным патриотическим долгом, приравненным к участию в военных действиях.
Артур Эддингтон обосновался на время затмения на острове Принсипи в Гвинейском заливе, у берегов Западной Африки; еще одна команда, которую возглавил Эндрю Кроммелин, отправилась в Собраль на север Бразилии. Плохие погодные условия – дождевые облака, заслонившие солнце, – чуть не погубили весь эксперимент. Но в нужный момент, в 13:30, тучи чудесным образом разошлись и позволили сфотографировать звезды.
Однако до возвращения обеих команд в Англию и возможности тщательно проанализировать полученные данные должен был пройти еще не один месяц. Сравнив, наконец, свои фотографии с фотографиями, сделанными в тот же телескоп в Англии несколькими месяцами раньше, Эддингтон обнаружил среднее отклонение в 1,61 угловую секунду; у собральской команды отклонение составило 1,98 угловой секунды. Усреднив, они получили отклонение 1,79 угловой секунды, что совпало, в пределах экспериментальной погрешности, с предсказанием Эйнштейна (1,74 угловой секунды). Позже Эддингтон будет с гордостью вспоминать, что проверка (и подтверждение) теории стала величайшим моментом его жизни.
22 сентября 1919 г. Эйнштейн получил телеграмму от Хендрика Лоренца, информирующую его о фантастических новостях. Эйнштейн возбужденно писал матери: «Дорогая мама… Сегодня хорошие новости. Х. А. Лоренц телеграфировал мне, что английская экспедиция действительно доказала отклонение Cолнцем света звезд». Макс Планк, судя по всему, не спал всю ночь, чтобы как можно скорее узнать, подтвердили ли данные солнечного затмения общую теорию относительности. Позже Эйнштейн шутил: «Если бы он
Научное сообщество гудело от поразительных новостей о новой теории гравитации Эйнштейна, но на публике гром прогремел лишь после совместного заседания Королевского общества[16] и Королевского астрономического общества в Лондоне 6 ноября 1919 г. Эйнштейн внезапно превратился из почтенного берлинского профессора физики в фигуру мирового масштаба, достойного преемника Исаака Ньютона. На этом заседании, по замечанию философа Альфреда Уайтхеда, «царила атмосфера напряженного интереса, в точности такая, как в греческой драме». Первым выступал сэр Фрэнк Дайсон. Он сказал: «После тщательного изучения фотопластинок я готов сказать, что они, без всякого сомнения, подтверждают предсказание Эйнштейна. Получен вполне однозначный результат, что свет отклоняется в соответствии с законом гравитации Эйнштейна». Президент Королевского общества Нобелевский лауреат Дж. Томсон торжественно заявил, что это «одно из величайших достижений в истории человеческой мысли. Открыт не случайный изолированный остров, а целый континент новых научных идей. Это величайшее открытие, связанное с гравитацией, с тех пор, как Ньютон сформулировал свои принципы».
Согласно легенде, к Эддингтону, когда тот покидал заседание, подошел другой ученый и сказал: «Ходят слухи, что теорию Эйнштейна понимают только три человека во всем мире. Должно быть, вы один из них». Эддингтон молчал, и ученый добавил: «Не скромничайте, Эддингтон». Тот пожал плечами и ответил: «Дело не в скромности. Я пытаюсь понять, кто же третий».
На следующий день лондонская
Надо сказать, что Эддингтон и дальше будет служить главным проводником идей Эйнштейна и «хранителем огня» в англоязычном мире, будет защищать общую теорию относительности от всех нападок. Подобно Томасу Гексли, служившему в предыдущем столетии «бульдогом Дарвина» и продвигавшем теорию эволюции в глубоко религиозной викторианской Англии, Эддингтон будет на всю мощь использовать свою научную репутацию и значительные полемические навыки для продвижения теории относительности. Этот странный союз двух пацифистов – квакера и еврея – помог донести теорию относительности до англоязычных людей.
Эта новость настолько внезапно вспыхнула в СМИ, что многие газеты оказались застигнуты врасплох и метались в поисках хоть кого-нибудь, кто разбирался бы в физике.
Вскоре сотни газет требовали эксклюзивного интервью с этим признанным гением, преемником Коперника и Ньютона. Эйнштейна буквально осаждали репортеры, жаждавшие выполнить задание редакции в срок. Казалось, новость красуется на первых страницах всех без исключения газет в мире. Наверное, публика, уставшая от кровопролития и бессмысленной дикости Первой мировой войны, была готова к появлению легендарной фигуры, коснувшейся глубочайших мифов и легенд о далеких звездах, загадка которых испокон веков тревожила человечество. Более того, Эйнштейн заново определил образ гения. Вместо сухого отшельника публика с радостью увидела в этом посланнике звезд молодого Бетховена, вплоть до рыжих непослушных волос и мятой одежды, человека, способного перешучиваться с журналистами и завораживать толпу мудрыми афоризмами и колкими замечаниями.
Он писал друзьям: «В настоящий момент каждый кучер и каждый официант без конца спорит о том, верна ли теория относительности. Мнение же по этому пункту зависит от того, к какой политической партии он принадлежит». Но по мере того как уходило очарование новизны, он начинал видеть в популярности и отрицательные стороны. «С тех пор как газеты наводнены статьями, – писал он, – меня так завалили вопросам, приглашениями, вызовами, что мне теперь снится, что я горю в аду, а почтальон – это дьявол, который вечно орет на меня и швыряет новые связки писем в голову, потому что я не ответил на старые». Эйнштейн приходит к выводу, что «этот мир – забавный сумасшедший дом» с ним самим в центре «релятивистского цирка», как он это называл. Эйнштейн жаловался: «Я чувствую себя сейчас немного шлюхой. Каждый хочет знать, что я делаю». Охотники за диковинками, чудаки, цирковые антрепренеры – все претендовали на кусочек Альберта Эйнштейна. Газета
Любое значительное научное открытие, подобное открытию Эйнштейна, неизменно привлекает к себе армии скептиков, готовых контратаковать. В данном случае скептиков возглавила
В научном мире скептиков возглавил профессор Колумбийского университета, специалист по небесной механике Чарльз Лейн Пур. Он попытался придать наукообразие критике, ошибочно заявив: «Предполагаемых астрономических доказательств теории, о которых заявляет Эйнштейн, не существует». Пур сравнил автора теории относительности с героями Льюиса Кэрролла: «Я читал разные статьи по четвертому измерению, теории относительности Эйнштейна и другим психологическим спекуляциям о структуре Вселенной; и после их прочтения я ощущаю себя как сенатор Брэндиджи[17] после торжественного обеда в Вашингтоне. “Я чувствую себя, – сказал он, – как будто бродил с Алисой по Стране чудес и пил чай с Безумным Шляпником”». Инженер Джордж Фрэнсис Джиллетт сердито жаловался, что теория относительности – это «косая физика… совершенно безумная… слабоумное дитя ментальных колик… низшая точка совершенной бессмыслицы… и шаманская чепуха. К 1940 г. теорию относительности будут считать шуткой. Эйнштейн уже мертв и похоронен рядом с Андерсоном, братьями Гримм и Безумным Шляпником». По иронии судьбы, единственная причина, по которой историки до сих пор помнят этих людей, – их бессильные тирады против теории относительности. Отличительная черта настоящей науки – то, что законы физики подтверждаются не победами на популярных конкурсах, не редакционными статьям
К несчастью, превознесение Эйнштейна в прессе лишь подстегнуло ненависть, ревность и нетерпимость растущей армии его недоброжелателей. Самым известным ненавистником евреев в среде физиков был нобелевский лауреат Филипп Ленард – успешный физик, установивший зависимость энергии электронов от частоты света при фотоэлектрическом эффекте; его результат получил объяснение лишь после появления эйнштейновой теории кванта света – фотона. Милева во время визитов в Гейдельберг даже посещала лекции Ленарда. В обличающих статьях Ленард объявил, что Эйнштейн – «еврейский мошенник», а появление теории относительности «можно было предсказать с самого начала – если бы расовая теория была распространена шире, – поскольку Эйнштейн еврей». Со временем Ленард стал ведущим членом организации, получившей название «Антирелятивистской лиги», нацеленной на изгнание «еврейской физики» из Германии и установление чистоты арийской физики. И он ни в коем случае не был одинок в мире физики. К нему присоединились многие члены германского научного истеблишмента, включая нобелевских лауреатов Йоханнеса Штарка и Ганса Гейгера (изобретателя счетчика Гейгера).
В августе 1920 г. эта одержимая ненавистью толпа клеветников сняла громадный берлинский Филармонический зал специально для того, чтобы разоблачить теорию относительности. Примечательно, что Эйнштейн тоже присутствовал в зале. Он храбро вынес бесконечную череду гневных обличителей, которые в лицо называли его охотником за славой, плагиатором и шарлатаном. В следующем месяце состоялось еще одно подобное столкновение, на этот раз на заседании Общества немецких ученых в Бад-Наухайме. Вход в зал охраняла вооруженная полиция, призванная предотвратить любые демонстрации и насилие. Эйнштейну не давали говорить, его попытки ответить на провокационные вопросы Ленарда заглушались криками и свистом. Новость об этой бурной дискуссии попала в лондонские газеты, и слухи о том, что великого немецкого ученого выживают из Германии, встревожила британцев. Лондонский представитель Министерства иностранных дел Германии сказал, пытаясь погасить эти слухи, что отъезд Эйнштейна стал бы катастрофой для германской науки и что «не следовало бы изгонять такого человека… которого мы можем использовать в эффективной культурной пропаганде».
В апреле 1921 г. Эйнштейн, приглашения которому поступали из всех уголков мира, решил использовать свою славу для продвижения не только теории относительности, но и своих убеждений, в число которых к тому моменту входили пацифизм и сионизм. Он открыл наконец для себя свои еврейские корни[18]. В результате долгих разговоров с другом Куртом Блюменфельдом он начал в полной мере осознавать глубину страданий, которые еврейский народ испытывал сотни лет. Блюменфельд, писал Эйнштейн, «заставил меня ощутить мою еврейскую душу». Лидер сионистов Хаим Вейцман сосредоточился на идее использовать Эйнштейна в качестве магнита для привлечения средств для Еврейского университета в Иерусалиме. Для выполнения этого плана предполагалось отправить Эйнштейна в турне по основным штатам Америки.
Как только судно, на котором прибыл Эйнштейн, вошло в гавань Нью-Йорка, ученого начали осаждать репортеры, жаждущие взглянуть на него хотя бы краешком глаза. Толпы выстраивались вдоль улиц Нью-Йорка, встречая его кортеж, и громко приветствовали ученого, когда он махал им из открытого лимузина. «Как в цирке Барнума!» – сказала Эльза, когда кто-то в толпе бросил ей букет цветов. Эйнштейн задумчиво отозвался: «Дамы Нью-Йорка хотят, чтобы модный стиль менялся каждый год. В этом году в моде теория относительности». Немного помолчав, он добавил: «Может, во мне есть что-то от шарлатана или гипнотизера, что я притягиваю к себе людей, как цирковой клоун?»
Как и ожидалось, Эйнштейн вызвал острый интерес публики и заметно оживил дело сионизма. Доброжелатели, любители диковинок и поклонники еврейства до предела заполняли любую аудиторию, где он выступал. Восьмитысячная толпа втиснулась в арсенал 69-го полка на Манхэттене, а еще три тысячи пришлось завернуть на входе, где они с нетерпением ожидали появления гения. Одним из основных событий турне стал прием в честь Эйнштейна в Городском колледже Нью-Йорка. Исидор Исаак Раби, позже удостоенный Нобелевской премии, подробно записывал лекцию заезжей знаменитости и вслух удивлялся тому, что Эйнштейн, в отличие от других физиков, обладал мощной харизмой и нравился толпе. (Фотография студентов Городского колледжа, столпившихся вокруг Эйнштейна, до сих пор висит в кабинете председателя этого учебного заведения.)
После отъезда из Нью-Йорка турне Эйнштейна по США очень напоминало разъездную агитационную кампанию какого-нибудь политика, проходящую через несколько крупных городов. В Кливленде Эйнштейна окружила трехтысячная толпа. Ему удалось избежать возможных серьезных увечий только благодаря напряженным усилиям группы евреев – ветеранов войны, которые сдерживали людей в их безумном стремлении увидеть его. В Вашингтоне он встретился с президентом США Уорреном Гардингом. К несчастью, толком пообщаться они не смогли, поскольку Эйнштейн не говорил по-английски, а Гардинг не владел ни немецким, ни французским. (В целом ураганное турне Эйнштейна принесло организаторам почти миллион долларов, причем 250 000 из них было собрано на одном только обеде в отеле Waldorf Astoria, где Эйнштейн выступил перед восемью тысячами врачей-евреев.)
Путешествие Эйнштейна в Америку не только познакомило миллионы американцев с загадкой пространства и времени, но и дополнительно укрепило глубокую и искреннюю приверженность ученого еврейскому делу. Сам он вырос в европейской семье, принадлежавшей к среднему классу, всегда жил в достатке и не сталкивался непосредственно со страданиями несчастных евреев по всему миру. «Впервые в жизни, – замечает он, – я видел евреев в таком количестве. Только попав в Америку, я открыл для себя еврейский народ. Я и прежде встречал евреев, и немало, но ни в Берлине, ни вообще в Германии не встречал еврейского народа. Еврейский народ, который я видел в Америке, прибыл туда из России, из Польши или просто откуда-то из Восточной Европы».
После Соединенных Штатов Эйнштейн поехал в Англию, где встретился с архиепископом Кентерберийским. К облегчению духовенства, ученый заверил предстоятеля англиканской церкви, что теория относительности не подрывает человеческой морали и религиозности. Эйнштейн обедал у Ротшильдов и встречался с великим физиком лордом Рэлеем[19], который сказал ему: «Если ваши теории обоснованны, то, насколько я понимаю… события, скажем, норманнского завоевания, еще не произошли». Когда Эйнштейна представили лорду Холдейну и его дочери, та при виде его лишилась чувств. Позже Эйнштейн отдал дань уважения Исааку Ньютону, посетив его могилу в самой почитаемой усыпальнице Англии – Вестминстерском аббатстве – и возложив венок.
В марте 1922 г. Эйнштейн получил приглашение выступить в Коллеж де Франс, где на него набросилась парижская пресса и собирались громадные толпы. Один журналист заметил: «Он вошел в большую моду. Академики, политики, художники, полицейские, таксисты и уличные воришки знают, где и когда Эйнштейн читает лекции. Весь Париж знает про Эйнштейна все, а рассказывает больше, чем знает». Поездку Эйнштейна сопровождали противоречия: некоторые ученые, не оправившиеся от ран Первой мировой войны, бойкотировали его выступления, оправдываясь тем, что не могут туда пойти, поскольку Германия не является членом Лиги Наций. (В ответ одна парижская газета саркастически заметила: «Если бы какой-нибудь немец открыл лекарство от рака или туберкулеза, стали бы эти тридцать академиков дожидаться, пока Германия вступит в Лигу Наций, прежде чем им воспользоваться?»)
Возвращение Эйнштейна в Германию, однако, было омрачено политической нестабильностью послевоенного Берлина, который превратился в арену многочисленных политических убийств. В 1919 г. были убиты лидеры социалистов Роза Люксембург и Карл Либкнехт. В апреле 1922 г. Вальтер Ратенау – еврей-физик и коллега Эйнштейна, поднявшийся до поста министра иностранных дел Германии, был застрелен из автоматов, когда ехал в своей машине. Несколькими днями позже еще один видный еврей – Максимилиан Гарден – был серьезно ранен в результате покушения.
После убийства Ратенау был объявлен день национального траура, когда из уважения к покойному были закрыты театры, школы и университеты. Миллион человек собрался у здания Парламента, где проводилась погребальная служба; люди стояли молча. Однако Филипп Ленард отказался отменить свои занятия в Институте физики в Гейдельберге. (До этого он даже пытался оправдать убийство Ратенау. В день национального траура группа рабочих пыталась убедить Ленарда отменить занятия, но просителей облили водой со второго этажа дома. Тогда рабочие ворвались в институт и выволокли Ленарда на улицу. Они уже собирались бросить его в реку, когда вмешалась полиция.)
В том же году в Берлине молодой немец Рудольф Лейбус был обвинен в том, что предложил вознаграждение за убийство Эйнштейна и других интеллектуалов, заявив, что «застрелить этих лидеров пацифистского чувства – патриотический долг». Суд признал его виновным, но всего лишь оштрафовал на сумму, эквивалентную $16. (Эйнштейн серьезно воспринял эти угрозы как со стороны антисемитов, так и со стороны психически больных. Одна неуравновешенная русская иммигрантка Евгения Диксон написала Эйнштейну серию угрожающих писем, в которых клеймила его как самозванца, притворяющегося настоящим Эйнштейном; однажды она ворвалась в его дом и попыталась убить его. Но ей не удалось добраться до Эйнштейна: Эльза сумела перехватить сумасшедшую в дверях, обезвредить и вызвать полицию.)
Эйнштейн, видя опасную волну антисемитизма, воспользовался возможностью и отправился в новое мировое турне, на этот раз на Восток. Философ и математик Бертран Рассел в то время ездил с лекциями по Японии, и принимавшие хозяева попросили его назвать несколько самых известных людей современности, которые тоже могли бы выступить в Японии. Он сразу назвал Ленина и Эйнштейна. Поскольку Ленин, разумеется, был недоступен, приглашение было направлено Эйнштейну. Тот ответил согласием и в январе 1923 г. начал свою одиссею. «Жизнь – как езда на велосипеде. Чтобы удерживать равновесие, необходимо двигаться», – написал он.
По дороге в Японию и Китай Эйнштейн получил давно запоздавшее, по мнению многих, известие из Стокгольма. В телеграмме сообщалось, что ему присуждена Нобелевская премия по физике, но не за теорию относительности – его высшее достижение, – а за объяснение фотоэффекта. На следующий год, произнося с некоторым опозданием свою нобелевскую речь, Эйнштейн вновь, как это часто бывало, шокировал слушателей. Даже не упомянув (как все ожидали) в своей речи фотоэлектрический эффект, он говорил только о теории относительности.
Почему Эйнштейну, несомненно, самой заметной и выдающейся фигуре физической науки, так долго не присуждали Нобелевскую премию? Как ни смешно, его кандидатура отвергалась Нобелевским комитетом восемь раз, с 1910 по 1921 г. За это время было проведено множество экспериментов, подтвердивших верность теории относительности. Свен Гедин, член Нобелевского комитета по выдвижению на премию, позже признался, что проблема была в Ленарде, который имел в то время огромное влияние на остальных членов комитета, включая и Гедина. Лауреат Нобелевской премии по физике Роберт Милликен также вспоминал, что Нобелевский комитет по выдвижению, будучи не в состоянии прийти к согласию по вопросу теории относительности, в конце концов дал одному из своих членов поручение оценить эту теорию. «Он тратил все свое время на изучение теории относительности Эйнштейна, но не мог ее понять. Мы не смели присудить премию, опасаясь ошибочности теории относительности».
Как и обещал, Эйнштейн отослал всю сумму Нобелевской премии ($32 000 по курсу 1923 г.) Милеве в счет денег, полагавшихся ей при разводе. Она использовала эти деньги на покупку трех многоквартирных домов в Цюрихе.
В 1920–1930 гг. слава Эйнштейна гремела по всему миру[20]. Газеты добивались от него интервью, его лицо улыбалось с новостных экранов, его заваливали приглашениями выступить, а журналисты готовы были, не моргнув глазом, напечатать любой, даже самый тривиальный факт его биографии. Эйнштейн шутя сравнивал себя с царем Мидасом, только все, к чему прикасался он, превращалось в газетные заголовки. В 1930 г. студенты Нью-Йоркского университета в качестве самой популярной фигуры в мире первым назвали Чарльза Линдберга[21], а вторым – Альберта Эйнштейна, оставив за бортом всех голливудских кинозвезд. Везде, где бы ни появлялся Эйнштейн, одно его присутствие в мгновение ока собирало громадные толпы. Так, 4000 человек устроили едва ли не мятеж, пытаясь раскритиковать фильм, объясняющий теорию относительности, в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке. Группа промышленников даже спонсировала строительство в Потсдаме Башни Эйнштейна – весьма футуристической солнечной обсерватории с вертикальным телескопом высотой около 17 м; строительство было завершено в 1924 г. Эйнштейн пользовался таким спросом у художников и фотографов, мечтавших запечатлеть облик гения, что иногда писал про свою работу: «натурщик».
На этот раз, однако, он не стал повторять собственную ошибку, которую совершил с Милевой, – не пренебрегал женой во время мировых турне. К удовольствию Эльзы, он брал ее с собой на встречи со знаменитостями, членами королевских семей, власть имущими. Эльза, в свою очередь, обожала мужа и буквально купалась в его всемирной славе. Она была «нежной, теплой, по-матерински опекающей, типично буржуазной, [и] обожала заботиться о своем Альбертике».
В 1930 г. Эйнштейн совершил второе триумфальное турне по Соединенным Штатам. Во время посещения Сан-Диего известный юморист Уилл Роджерс заметил: «Он ел с каждым, разговаривал с каждым, позировал каждому, у кого еще оставалась пленка, посещал каждый завтрак, каждый обед, каждую кинопремьеру, каждую свадьбу и две трети разводов. В общем, он показал себя таким хорошим парнем, что ни у кого не хватало духу спросить, в чем же состоит его теория». Он посетил Калифорнийский технологический институт и обсерваторию Маунт-Вилсон, встретился с астрономом Эдвином Хабблом, которому удалось проверить некоторые теории Эйнштейна об устройстве Вселенной. Кроме того, он побывал в Голливуде и получил блестящий прием, достойный суперзвезды. В 1931 г. он и Эльза посетили мировую премьеру фильма Чарли Чаплина «Огни большого города». Толпы людей стремились увидеть хотя бы мельком знаменитого на весь мир ученого в окружении голливудского высшего общества. На премьере, когда аудитория громко приветствовала Чаплина и Эйнштейна, Чаплин заметил: «Люди аплодируют мне потому, что меня понимает каждый, а вам – потому, что вас не понимает никто». Эйнштейн, пораженный накалом чувств, которые способны возбуждать знаменитости, спросил, что все это значит. Чаплин мудро ответил: «Ничего». (Оказавшись в Нью-Йорке в знаменитой Риверсайдской церкви, Эйнштейн увидел свое изображение на витражном окне, рядом с великими философами, вождями и учеными мира. Он не смог не пошутить: «Я мог бы представить, что из меня сделают еврейского святого, но никогда бы не подумал, что стану протестантским святым!»)
Помимо непосредственно физики, у Эйнштейна часто спрашивали мнение по философским и религиозным вопросам. Его встреча в 1930 г. с другим нобелевским лауреатом, индийским мистиком Рабиндранатом Тагором привлекла значительное внимание прессы. Они составили замечательную пару – Эйнштейн с непослушной белой шевелюрой и Тагор с длинной белой бородой. Один журналист заметил: «Было интересно увидеть их вместе – Тагора, поэта с головой мыслителя, и Эйнштейна, мыслителя с головой поэта. Со стороны казалось, что это две планеты сошлись в разговоре». Еще ребенком, прочитав Канта, Эйнштейн начал сомневаться в традиционной философии, которая, как он считал, давно выродилась в напыщенный, но по сути своей упрощенческий балаган. Он писал: «Разве вся философия не написана как будто медом? Выглядит замечательно, пока рассматриваешь, но стоит вглядеться второй раз – и ничего уже нет. Остается каша какая-то». Тагор и Эйнштейн разошлись во мнениях по вопросу о том, может ли мир существовать независимо от существования человека. Если Тагор, как мистик, верил, что человеческое существование принципиально важно для реальности, то Эйнштейн отвечал на это: «Мир, рассматриваемый в физическом аспекте, существует независимо от человеческого сознания». Тем не менее, несмотря на расхождения по вопросу физической реальности, у них обнаружилось немало общего в вопросах религии и морали. В области этики Эйнштейн был убежден, что источником морали является человечество, а не Бог. «Мораль имеет величайшее значение – но для нас, не для Бога, – писал Эйнштейн. – Я не верю в бессмертие личности и считаю этику исключительно человеческим делом, без всякой сверхчеловеческой власти за ней».
Несмотря на скепсис в отношении традиционной философии, Эйнштейн питал глубочайшее уважение к тайнам религии, особенно к природе бытия. Он писал: «Наука без религии хрома, религия без науки слепа». Кроме того, он считал источником всякой науки благоговение перед тайной: «Все тонкие рассуждения в царстве науки проистекают из глубокого религиозного чувства». Эйнштейн писал: «Самый красивый и глубокий опыт, который может получить человек, – это ощущение загадочного. Это базовый принцип религии, а также любых серьезных начинаний в искусстве и науке». И в заключение: «Если во мне есть что-то, что можно назвать религиозностью, то это безграничное восхищение устройством мира, насколько наука в состоянии его постичь». Самое, возможно, элегантное и недвусмысленное высказывание Эйнштейна о религии относится к 1929 г.: «Я не атеист, и я не думаю, что могу назвать себя пантеистом. Мы находимся в положении дитя, вступающего в огромную библиотеку, заполненную книгами на многих языках. Ребенок знает, что кто-то должен был написать эти книги. Он не знает как. Он не понимает языков, на которых они написаны. Дитя смутно подозревает, что в расстановке книг есть какой-то загадочный порядок, но не знает, какой именно. Таково, мне кажется, отношение даже самого умного человеческого существа к Богу. Мы видим, что Вселенная чудесно организована и подчиняется определенным законам, но лишь смутно понимаем, что это за законы. Наш ограниченный ум не в состоянии охватить ту загадочную силу, что движет созвездиями. Я очарован пантеизмом Спинозы, но еще более восхищаюсь его вкладом в современную мысль, поскольку он первым из философов начал рассматривать душу и тело в единстве, а не как отдельные сущности».
Эйнштейн нередко указывал на различие между двумя проявлениями Бога, которые часто путают в спорах о религии. С одной стороны – это персональный Бог, тот Бог, который отвечает на молитвы, раздвигает воды и совершает чудеса. Это библейский Бог, Бог вмешательства. С другой стороны – Бог, в которого верил Эйнштейн, – Бог Спинозы, тот Бог, что создал простые и элегантные законы, управляющие Вселенной.
Даже находясь в самом центре медийного тайфуна, Эйнштейн чудесным образом никогда не терял сосредоточенности и направлял свои усилия на постижение этих законов Вселенной. Во время трансатлантических путешествий или долгих железнодорожных переездов ему хватало дисциплины, чтобы отвлечься от внешних раздражителей и сосредоточиться на работе. В этот период Эйнштейна больше всего поражала способность его уравнений разрешать, ни много ни мало, устройство самой Вселенной.
Глава 6
Большой взрыв и черные дыры
Было ли у Вселенной начало? Будет ли у нее конец? Есть ли у Вселенной пределы? Задумавшись о том, что может его теория рассказать о космосе, Эйнштейн, как до него Ньютон, столкнулся с теми же вопросами, которые не одну сотню лет волновали физиков.
В 1692 г., через 5 лет после завершения работы над «Математическими началами натуральной философии», Ньютон получил письмо от пастора Ричарда Бентли, очень его встревожившее. Бентли указывал, что если гравитация может только притягивать, но не отталкивать, то любая группа звезд схлопнется в конечном итоге. Это простое, но убедительное наблюдение озадачивало, поскольку Вселенная казалась достаточно стабильной, и тем не менее универсальная гравитация Ньютона должна была рано или поздно привести к коллапсу всю Вселенную! Бентли выделил ключевую проблему, стоящую перед любой космологической системой, в которой гравитация – это сила притяжения: конечная Вселенная должна обязательно быть нестабильной и динамичной.
Обдумав этот тревожный вопрос, Ньютон написал Бентли ответное письмо, в котором утверждал, что Вселенная, чтобы избежать коллапса, должна состоять из бесконечного однородного набора звезд. В таком случае каждая звезда испытывает равное притяжение во всех направлениях, поэтому Вселенная может быть стабильной, даже если гравитация является исключительно силой притяжения. Ньютон писал: «Если бы вещество было равномерно распределено по бесконечному пространству, то оно никогда не смогло бы собраться в единую массу… а именно так могли сформироваться Солнце и неподвижные звезды».
Но если принять такой постулат, возникала другая, еще более глубокая задача, известная как «парадокс Ольберса», или фотометрический парадокс. По существу, это очень простой вопрос: «Почему ночью небо темное?» Если Вселенная в самом деле бесконечна, статична и однородна, то, куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд должен был бы видеть в этой точке звезду. Таким образом, в наши глаза со всех направлений должно было бы приходить бесконечное количество звездного света и ночное небо было бы ярким, а не темным. Получается, что, если Вселенная однородна и конечна, она должна схлопнуться, а если бесконечна, то небеса в любое время суток должны гореть огнем!
Через двести с лишним лет после Ньютона Эйнштейн столкнулся с теми же проблемами, но в завуалированной форме. В 1915 г. Вселенная представлялась довольно уютным местом и состояла, как считалось, из одной-единственной статичной галактики под названием Млечный Путь. Эта светлая полоса через все небо содержит миллиарды звезд. Однако Эйнштейн, начав решать свои уравнения, обнаружил кое-что неожиданное и тревожное, когда представил звезды и пылевые облака в виде однородного газа, заполняющего Вселенную. К ужасу своему, он увидел, что такая Вселенная динамична и предпочитает расширяться или сжиматься, но никогда не бывает стабильной. Более того, очень скоро он обнаружил, что тонет в трясине космологических вопросов, столетиями ставивших в тупик философов и физиков, подобных Ньютону. Конечная Вселенная не может оставаться стабильной под действием гравитации.
Столкнувшись, как до него Ньютон, с динамической – сжимающейся или расширяющейся – Вселенной, Эйнштейн пока не был готов отказаться от господствующей картины вечной статичной Вселенной. Эйнштейн-революционер был еще недостаточно революционен, чтобы принять тот факт, что Вселенная расширяется или же имеет начало. Он предложил достаточно слабое решение. В 1917 г. ввел в свои уравнения своеобразный «подгоночный член» – «космологическую константу». Этот коэффициент постулировал существование отталкивающей антигравитации, уравновешивающей силу гравитационного притяжения. Так одним росчерком пера Эйнштейн сделал Вселенную статичной.
Поделиться книгой: