25.03.2016 | Манфред Дворжак | Олаф Штампф | Перевод: Владимир Широков

«Даже гениальному Эйнштейну ничего не падало с неба»

Директор Института истории науки им. Макса Планка Юрген Ренн о том, как 100 лет назад Эйнштейн придумал свою теорию относительности, кто ему в этом помог, и может ли сегодня появиться подобный гений

Фото: Library of Congress

– Господин Ренн, 100 лет назад Альберт Эйнштейн представил свою общую теорию относительности, позволившую ему разгадать загадку силы тяжести. Если предположить, что такая смелая идея до сих пор не посетила бы никого из физиков, чего бы мы лишились?

– У нас была бы совсем другая картина мира. Мы бы не знали, что материя искажает пространство и время. А еще что пространство и время не статичные сцены, на которых происходит какое-то действо, но и сами актеры в театре мироздания. И нам пришлось бы обходиться без ставших привычными вещей – таких, например, как удивительно точная спутниковая навигация, которую вы найдете почти во всех смартфонах.

– Неужели моему навигатору нужно знать, что Земля с ее гигантской массой искривляет пространство и время?

– Дело в том, что геолокация основывается на точных сигналах времени, поступающих с орбитальных GPS-спутников. И здесь в игру вступает Эйнштейн: часы на спутниках в космосе идут чуть быстрее, чем часы в GPS-приемниках на Земле, на которые воздействует мощное гравитационное поле. Такие отклонения приходится корректировать, чтобы точно определять место и время на Земле.

– Ну, если это всё…

– …в повседневной жизни теория относительности действительно играет малозаметную роль. Возможно, не будь Эйнштейна, это открытие никто бы не совершил еще несколько десятилетий. Но самое позднее при разработке спутниковой навигации ученые, вероятно, столкнулись бы с относительностью пространства и времени. Всегда есть разные пути, ведущие к новой теории.

– Как современники Эйнштейна отреагировали на это его открытие?

– Весьма сдержанно. Когда 25 ноября 1915 года Эйнштейн в Берлинской академии представил окончательную версию своей работы, это вызвало интерес лишь у горстки коллег-физиков.

– Однако, когда в 1919 году первая экспериментальная проверка теории дала положительный результат, Эйнштейн в одночасье получил всемирную известность, стал своего рода поп-звездой науки. Почему?

– Со времени публикации теории многое изменилось. Закончилась Первая мировая война, вследствие которой немецкая наука в международном сообществе оказалась как бы в изоляции. Пацифист Эйнштейн был чуть ли не единственным немецким исследователем, с которым в Париже или Лондоне продолжали разговаривать. И вот экспедиция английских ученых подтверждает революционную, новую картину мира Эйнштейна: во время солнечного затмения им удалось продемонстрировать, что Солнце со своей силой тяжести подобно линзе чуть искривляет свет звезд, проходящий вблизи него, – в точности, как предсказывал Эйнштейн. На мировую общественность это подействовало как своего рода перезапуск системы: началось международное сотрудничество ученых в мирных целях. Теперь все говорили о Космосе, а не об отравляющих веществах. Так возник светлый образ Эйнштейна. Поэтому такие лавры были обусловлены не только самой теорией.

Фото: Library of Congress
В 1933 году Эйншейн был вынужден переехать в США, где получил должность профессора физики в Принстоне. В знак протеста против преступлений нацизма он отказался от немецкого гражданстваФото: Library of Congress
– То есть он мог бы с тем же успехом открыть и что-то другое, менее фундаментальное?

– Так и есть. Тогда еще никто даже не знал, какое применение вообще может быть у его труднодоступной для понимания, умозрительной конструкции. Ведь вначале все, что она позволяла объяснить, – это крошечная аномалия в орбите Меркурия. Вплоть до 60‑х годов XX века теория относительности представляла интерес только для специалистов, занимающихся, например, проблемами расширяющейся Вселенной. Но на самом деле Эйнштейн разгадал архитектурную модель Вселенной, в равной мере позволяющую объяснить и Большой взрыв, и феномен черных дыр.

– Как у него родилась такая идея?

– Часто отправной точкой для него были очень простые соображения. Например, он мысленно отправлялся в путешествие на корабле, который мчится по космическим далям, где силы тяжести нет. Как только корабль ускоряется, космический странник снова начинает ощущать свой вес. Если он роняет какой-то предмет, тот падает на дно, как если бы это была поверхность Земли. Эйнштейн был в восторге: значит, внутри такого космического судна ускорение и сила тяжести тождественны. Так он нашел важный камень для строительства своей теории – без каких-либо сложных формул, просто путем упорных раздумий. Продолжая размышлять, он понял, что недостаточно подогнать силу тяжести под рамки его первой теории относительности 1905 года. В конечном итоге ему представлялось единственно удовлетворительным радикальное решение: интерпретировать силу тяжести как искривление пространства и времени.

– Где Эйнштейн научился столь бунтарскому мышлению?

– В школьные годы Эйнштейн восторженно читал «Естественнонаучные книги для народа» Аарона Бернштейна, участника демократической революции 1848 года. Эти книги, написанные для подростков, изобилуют простыми экспериментами, и подчас автор смело игнорирует границы между различными науками. Именно им Эйнштейн обязан своим необычайно широким кругозором. «Книги для народа» пробудили в нем чувство, что в мире все взаимосвязано. А главное, что эти скрытые взаимосвязи можно расшифровать.

– Это позволило ему избежать судьбы узколобого специалиста?

– Верно. И это справедливо по сей день: если мы хотим, чтобы могли появляться новые Эйнштейны, то мы должны сделать наши знания доступными для неспециалистов. Прежде всего нужно стараться увлечь наукой детей и подростков. Это имеет решающее значение.

– Эйнштейн еще школьником задумывался над тем, что увидит человек, если будет перемещаться в пространстве со скоростью света и рядом с лучом света. Такую мысль он тоже почерпнул из этих книг?

– В данном случае связь самая что ни на есть прямая. В одной из книг Бернштейна предлагается мысленный эксперимент: молодой человек путешествует по миру, «оседлав» телеграфный сигнал. Отсюда уже недалеко и до полетов на луче света. С идеей, согласно которой вся материя состоит из атомов, Эйнштейн тоже познакомился благодаря Бернштейну. На тот момент это было всего лишь философское допущение. Эйнштейн хотел во что бы то ни стало доказать, что оно верно.

– Похоже, он сохранил детскую непосредственность при разгадке серьезных вопросов.

– Знаете, это было в какой-то мере кокетство. Детский взгляд на вещи был частью его стиля наряду с нечесаными волосами и с нежеланием носить носки. Такой имидж Эйнштейн создавал, в частности, чтобы сохранять дистанцию по отношению к окружающим людям. А сама дистанция, которую он часто ощущал, вероятно, не всегда была следствием его добровольного решения. Надо полагать, что она была обусловлена его происхождением, семьей, опытом, полученным еврейским ребенком в немецкой школе. Но Эйнштейна не стоит считать наивным, напротив, он был очень умен, в том числе и в своих оценках других людей.

– В одном из своих путевых дневников Эйнштейн однажды занялся самоанализом: «Гиперчувствительность, переродившаяся в равнодушие. В юности внутренние зажимы и оторванность от жизни. Как будто стекло между субъектом и другими людьми. Немотивированное недоверие. Бумажный эрзац-мир. Аскетические порывы». Какой психологический портрет Эйнштейна вы бы могли написать? Он был своего рода аутистом?

– Нет, я так не думаю. Приведу лишь один пример: в период после 1933 года Эйнштейн, как, пожалуй, никто, участвовал в судьбе беженцев, которые спасались от нацистского режима. И многочисленные письма это доказывают. Но, вероятно, можно сказать, что он больше любил человечество, нежели людей.

– Такая одухотворенность способствовала тому, что Эйнштейн мог глубже погружаться в свои размышления, чем все остальные?

– Вы слишком упрощаете. Не нужно считать, что Эйнштейн был не от мира сего. После начала Первой мировой в 1914 году появился так называемый «Манифест 93», который оправдывал нападение вермахта на нейтральную Бельгию как акт необходимой обороны. Многие ученые его подписали, в их числе были такие крупные исследователи, как Макс Планк и Отто Хан. Эйнштейн считал случившееся катастрофой. С другой стороны, современники считали его странным чудаком.

– И вот потом этот аутсайдер со своей теорией восстал против тогдашнего истеблишмента физики. Это был смелый поступок?

– Безусловно. Однако Эйнштейн не обращал внимания на непонимание со стороны других, на это у него хватало выдержки. В свои юные годы в Берне он входил в неформальную группу вольнодумцев, которая именовала себя «Академией Олимпия». Уже тогда Эйнштейну нравилась роль бунтаря. Друзья дискутировали о большой политике, вместе читали научную литературу, не ограничивая себя определенными дисциплинами, а также сочинения современных философов. В те годы Эйнштейн привык ставить под вопрос все, включая даже такие фундаментальные понятия, как пространство и время. До этого сначала нужно дозреть. Такой свободе мышления он научился в том числе и в «Академии Олимпия».

– Будучи президентом этой академии, Эйнштейн называл себя «Альбертус, рыцарь фон Копчик». На что он намекал?

– Я полагаю, среди прочего на усидчивость, упорство и умение добиваться своего. Этого Эйнштейну было не занимать. Достаточно посмотреть, как впоследствии он пробивался через весьма непростые вычисления общей теории относительности. Ведь он не был очень уж одаренным математиком. Он исписывал формулами страницу за страницей, но, как правило, это ни к чему не приводило. Ему приходилось постоянно возвращаться к началу, и так продолжалось больше восьми лет.

– Вы как будто рассказываете об изнурительной экспедиции к Северному полюсу.

– В определенной мере так и было. Дело в том, что Эйнштейн не мог просто взять и выдумать свою новую физику. Искривление света, изменение течения времени в гравитационном поле – это все прекрасно. Но формулы должны были соответствовать несомненному знанию классической физики. Из его формул в конечном итоге должно было следовать, что все тела падают на Землю с одинаковым ускорением, а планеты вращаются по надлежащим орбитам. Пока все не сошлось, Эйнштейну приходилось снова и снова «проигрывать» свои уравнения во всех направлениях. В 1912 году он даже нашел было правильное решение, но не вполне осознал это и потому снова отверг его. И только в 1915 году он к нему вернулся – теперь уже опираясь на все те знания, которыми овладел за прошедшее время. В ноябре 1915 года, перед самой целью, он представил Берлинской академии три решения с минимальным интервалом. Даже на этом этапе ему приходилось всякий раз вносить коррективы в более раннее уравнение. Как мы видим, без усердного труда результата не будет. Даже этому гениальному физику ничего не падало с неба.

– Как Эйнштейну удалось все это выдержать?

– Его, несомненно, подстегивало то обстоятельство, что около 1911 года другие физики тоже пытались создать свою гравитационную теорию. С этими конкурентами он вел прямо-таки «чернильные дуэли», как он выражался. Кроме того, он бился над разгадкой не в одиночку. Его поддерживали многие бывшие сокурсники и друзья, в частности, Марсель Гроссман из Цюриха, который помогал физику овладеть необходимыми математическими премудростями. Эйнштейн всегда мог положиться и на своего коллегу по патентному ведомству инженера Мишеля Бессо. Бессо не был гением, зато отличался свободой мышления, и с ним можно было обсудить любые физические проблемы. Со временем Эйнштейну удавалось вовлекать в свою работу все большее количество людей. Вскоре он смог устраивать у себя на кухне весьма серьезные научные сходки.

– Какую роль в этом играла его жена Милева, ведь она тоже была физиком?

– Поначалу она, безусловно, участвовала в процессе очень активно. Она была исключительно одаренной девушкой, единственной студенткой физического факультета на своем потоке. Но она родила от Эйнштейна дочь и двоих сыновей, что привело к традиционному распределению ролей: женщина занималась детьми и готовкой, господа продолжали свои научные споры уже без нее. Однако не стоит пытаться исправить такую несправедливость, посмертно превращая Милеву во вторую Марию Кюри. Нет оснований считать, что ее вклад превосходил то, что было сделано другими участниками «Академии Олимпия». Вся группа играла важную роль. Общая теория относительности – это еще и коллективный продукт.

– Эйнштейн стремился к красоте в своих вычислениях?

– Относительно. Ведь красота может повести по ложному пути. Как-то Эйнштейн сказал: элегантность – это удел сапожников и портных. Однако в конце концов он сам был так впечатлен математическими красотами своей теории относительности, что даже поверил в возможность еще раз провернуть этот номер. Так, он попытался найти своего рода формулу мироздания, которая позволила бы дешифровать все силы природы уже через призму эстетических соображений. Как мы знаем, это ему не удалось. Формулы теории относительности настолько совершенны, что, по всей видимости, он «забыл», насколько тернистым был путь к ней.

– В начале XX века поиски «формулы мироздания» вообще были в моде. Существовало даже «Общество исследования вселенского эфира», и некий конструктор паросиловых установок, которого звали Артур Патчке, якобы доказал, что Космос – это своего рода эфирная турбина. Всеобщий научный энтузиазм способствовал успеху Эйнштейна?

– Не особо. Ведь за такими теориями часто стояли инженеры или школьные учителя, которые как будто считали своим долгом давать причудливые космологические объяснения. Эйнштейн в их представлении бросал им вызов, поскольку его теория относительности призывала радикально порывать с будничными представлениями. Нашлось немало людей, которым это казалось принуждением к модернизации – подобно тому, как в истории искусства абстрактных модернистов встречали в штыки. А позднее добавились и антисемитские настроения, стали говорить о еврейской физике.

Фото: Library of Congress
Со второй женой Эльзой. Она не имела отношения к науке, в отличие от его первой жены, физика и математика Милевы Марич. Один из мифов приписывает Марич соавторство теории относительностиФото: Library of Congress

– К слову, Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1922 году не за общую теорию относительности, а за нечто менее сенсационное: фотоэлектрический эффект, который он объяснил еще в 1905 году.

– Да, и это отчасти связано с неприятием его объяснения гравитации. Кроме того, в случае с фотоэффектом речь шла о дискретном характере света, эти знания имели практическое значение. На них даже сегодня строятся многие технические изобретения, начиная с лазеров и заканчивая цифровыми камерами. А вот общая теория относительности, напротив, считалась чем-то скорее эзотерическим и долгое время вызывала споры. Ведь поначалу даже сам Эйнштейн не в полной мере понимал, что же он открыл.

– Приведете пример?

– В частности, он долгое время не хотел осознавать, что, согласно его уравнениям поля, Вселенная может расширяться. Он верил, что Космос неизменен, статичен, не имеет ни конца, ни начала, и только в 1930 году признал, что его собственная теория описывает расширяющуюся Вселенную…

– …предвосхищая Большой взрыв, который был доказан лишь годы спустя.

– Верно. И Эйнштейн долго восставал против черных дыр. Но их существование входит в число фундаментальных выводов из его идеи: если материя искривляет лучи света в своем направлении, значит, максимально компактная материя в состоянии полностью «абсорбировать» свет, и, следовательно, из черных дыр не могут вырваться даже лучи света.

Однако Эйнштейн, как и многие его коллеги, чурался таких представлений. Еще в 1939 году он считал, что может доказать невозможность коллапса материи, который необходим для появления черной дыры. То есть он как бы не доверял самому себе.

– Гений уперся в пределы?

– Так говорить несправедливо. Когда речь идет о теориях такой степени сложности, неизбежно, что вы не сразу можете сделать все выводы. По сути, научная революция, которой Эйнштейн дал толчок, все еще продолжается. Достаточно вспомнить о неразгаданных загадках квантовой гравитации, о темной материи и о темной энергии; чтобы понять все эти феномены, нам необходима величественная мыслительная конструкция Эйнштейна.

– Тогда почему до сих пор можно изучать физику, при этом не утруждая себя общей теорией относительности?

– Это лишь свидетельствует, что нам нужно больше специализированных кафедр.

– Важнейшие физические открытия в наши дни нередко совершаются коллективами, состоящими из сотен ученых. Аутсайдер, подобный Эйнштейну, сегодня мог бы дать толчок революции?

– Великие идеи по-прежнему посещают кого-то одного. С другой стороны, гении никогда не меняли картину мира в одиночку. Соглашусь, современная физика разрослась в гигантскую дисциплину, и все ее разветвления практически необозримы. Зато благодаря интернету у нас появились совершенно новые возможности коммуникации, и потому аутсайдеру работать стало даже легче, чем сто лет назад.

– Как вы оцениваете шансы на рождение нового Эйнштейна, который завершит начатое первым и отыщет формулу мироздания?

– В настоящий момент они, к сожалению, не особо высоки. Альберт Эйнштейн всегда мог сопоставить свои теории с реальностью, например, проверить упоминавшееся уже отклонение света во время солнечного затмения.

Сегодня у нас имеется большой спектр конкурирующих моделей устройства мира, начиная с теории струн или с теории параллельных вселенных и заканчивая петлевой квантовой гравитацией. Все они могут оказаться истинными или ложными. Однако пока нет экспериментов, которые позволили бы ускорить их проверку. А без экспериментальной базы мы можем долго дожидаться очередного Эйнштейна.

КОНТЕКСТ

30.11.2016

Новый элемент таблицы Менделеева получил название «нихоний»

Новый элемент таблицы Менделеева получил название «нихоний»

23.11.2016

На Марсе обнаружили замороженное море

На Марсе обнаружили замороженное море

18.11.2016

В США создан космический ядерный реактор

В США создан космический ядерный реактор

Спасибо, что читаете нас!
Давайте станем друзьями:

Спасибо, не сейчас

24СМИ