Это была блистательная и очень смелая идея, во многих смыслах созвучная более ранним работам Эйнштейна по обнаружению туннеля между двумя городами М и Е, каждый из которых накрыт куполом. Эйнштейн осознал: да, энергию и массу соединяет незримая связь, но при этом они неразрывно вплетены и в окружающее их пространство, в то пространство, которое они занимают. Он всегда полагал, что во Вселенной есть глубинное единство, и теперь он еще на один шаг приблизился к тому, чтобы это единство описать.
Теория Эйнштейна об искажении пространства стала поворотным моментом в истории физики, но это лишь половина его открытия. Выявив воздействие, которое вещи оказывают на окружающее их пространство, он к тому же сумел понять и то, как это измененное (искривленное) пространство влияет на другие вещи, находящиеся поблизости.
Что происходит, когда батут прогибается? Искажения его геометрии заставляют объекты, оказывающиеся поблизости от прогиба, изменять свою траекторию. Шарик, который катится по провисающему батуту, не находится под действием какой-то загадочной силы со стороны камня. Он просто следует кратчайшим – со своей точки зрения – путем.
Идея интуитивно понятна. Создайте в каком-то месте искаженную геометрию, и в результате все движущиеся объекты, что окажутся неподалеку, будут следовать по новому пути, не объяснимому никак иначе. Мы уже видели: именно поэтому два недоумевающих финских конькобежца неизбежно будут все сильнее сходиться по мере приближения к Северному полюсу, ведь они катятся по двухмерной поверхности, которая обернута вокруг нашей трехмерной планеты. Вот почему два яблока, отпущенные в свободно падающей кабине лифта, начнут медленно сближаться друг с другом, если внизу имеется источник гравитации. Они движутся по трехмерному пространству, которое, по мысли Эйнштейна, должно как бы представлять собой искривленную поверхность невидимого для нас четырехмерного пространства, вокруг которого «обернуто» трехмерное. И бедный узник лифта, парящий между яблоками, просто видит, как они движутся вдоль этой кривой.
Эйнштейн радикально пересмотрел взгляды человечества на пространство. Итак, совершенно незачем воображать себе дополнительную силу – силу гравитации. Гравитация, по его мнению, – просто результат искривления пространства. Заснеженный Северный полюс вовсе не посылает какую-то незримую силу, которая тянет конькобежцев друг к другу. Если ничто не отталкивает их друг от друга, объекты всегда следуют по кратчайшим («наиболее прямолинейным») каналам, которые перед ними находятся. Более того, ни к чему даже представлять себе ледяной Север или падающий лифт. Поглядите, как серфингист взмывает на своей доске на несколько футов. Если бы мы не видели волны под ним, этот подъем казался бы нам величайшей загадкой – как и последующий спуск вниз. Но как только вы увидите воду, для вас все станет ясно.
Эйнштейн понял: и геометрия пространства, и движение объектов в нем определяются его искажениями, а причина этих искажений – сами же объекты. Если в пространстве ничего нет, то нет и никаких искажений: это неискривленный геометрический объект вроде совершенно ровной плоскости. Если же на этой «плоскости» появится хоть одна планета, обязательно возникнет некоторое искажение, поскольку планета заставит окружающее пространство «прогибаться». А если появятся десятки планет, возникнет еще больше искажений, поскольку все эти объекты будут воздействовать на окружающее их пространство.
Осознание этого феномена коренным образом изменило наше понимание самой ткани Вселенной. В 1816 году немецкий математик Гаусс писал: «Быть может, в другой жизни мы сумеем постичь природу пространства, которая сейчас для нас совершенно непредставима». Не прошло и столетия, как Эйнштейн это сделал. Оказывается, царство Вещей и Геометрия пространства, окружающего эти Вещи, вовсе не отделены друг от друга. Между ними существует глубинная взаимосвязь. Разместите где-нибудь гигантскую каменную глыбу (скажем, позвольте нашей планете Земля занять некое место в Солнечной системе) – и ее колоссальная масса вызовет прогиб пространства, достаточный для того, чтобы крепко прижать к поверхности людей, и яблони, и целые горные хребты; для того, чтобы направлять движение самолетов, и космических челноков, и даже далекой Луны. Именно так Солнце управляет движением Земли: оно словно бы прорыло вокруг себя незримую борозду, и мы по ней летим. Нам кажется, будто мы всегда движемся прямолинейно, но это лишь иллюзия, просто мы не в силах «отступить назад и увидеть» гигантскую кривую, вдоль которой скользим. Но Эйнштейну это удалось – он сумел разглядеть ее мысленным взором.
Символы порой точнее слов. Фраза «Масса и энергия вызывают прогиб пространства» – лишь очень грубое приближение. То, что написал Эйнштейн, можно (хотя и по-прежнему очень приблизительно) передать так: в некоем месте есть вещи, обозначим их как T (от английского Th ings). Возле себя они вызывают искажение геометрии. Обозначим эту искаженную геометрию как G.
Идея Эйнштейна (упрощенно изображаемая нашими картинками с батутом) состоит в том, что любое новое расположение вещей (Т) порождает новую геометрию (G) окружающего их пространства, и это изменение геометрии можно заметить. Предметы или части предметов, которые существуют в том или ином месте (будь то руки, горы или вспыхивающие солнечные протуберанцы), искривляют или смещают геометрию окружающего их пространства. Выражаясь языком символов, любое новое расположение Т порождает вокруг себя новую G, то есть T → G.
Простота этого объяснения ошеломляет, к тому же Эйнштейн сумел выразить его необычайно кратким уравнением. Как узнать, когда вещи собираются прийти в движение? Как предсказать характер движения объектов? Достаточно взглянуть на искаженную геометрию окружающего их пространства. Сокращая запись все сильнее, получим следующее:
Геометрия пространства (провисающий батут) управляет движением вещей
Геометрия управляет Вещами
G управляет T
G → T
G = T
А как определить, насколько искажено пространство? Достаточно посмотреть на вещи, которые в нем таятся. Снова прибегнем к череде все более кратких выражений:
Вещи искажают геометрию пространства (то есть нашего провисающего батута) вокруг них
Вещи искажают Геометрию
T искажает G
T → G
T = G
Каким необыкновенно симметричным оказалось уравнение, описывающее устройство Вселенной! В нем заключена почти вся ее структура и динамика – в этих двух уравновешивающих друг друга выражениях: Вещи искажают Геометрию, а Геометрия направляет Вещи. Используйте знак равенства для краткой записи всех этих операций, и вы получите всеобъемлющее G = T. На самом-то деле уравнение Эйнштейна выглядит чуть сложнее. Выражение G = T мы используем как метафору, но она вполне точна и отлично передает суть теории Эйнштейна.
Это было поистине потрясающее открытие. То, что казалось нам, нашему разуму странным и случайным (например, движение планет в космосе), на самом деле подчинено весьма ясным и строгим законам. А главное, человеческий разум способен во всем этом разобраться.
Эйнштейн всегда старался держаться скромно, рассуждая об этом уравнении, которое стало краеугольным камнем его общей теории относительности. Позже он заметил: «Когда после долгих лет поиска набредаешь на мысль, приоткрывающую завесу тайны над красотами нашей таинственной Вселенной, незачем требовать персональных лавров». Но в то время он не мог удержаться – в 1915 году он гордо написал: это открытие принесло ему «величайшее удовлетворение в жизни». А в письме своему верному Мишелю Бессо выразился еще откровеннее. «Сбылись мои самые дерзкие мечты», – сообщал он другу после того, как в ноябре 1915 года распутал эту загадку. В конце он подписывался так: «…поклон от твоего довольного, но kaput [зд.: измотанного] Альберта».
Часть IIIСлава
Эйнштейн и его вторая жена Эльза Ловенталь. (Берлин, начало 1920-х гг.)
Глава 9Истинно или ложно?
Эйнштейн всегда полагал, что наша Вселенная наделена какой-то невидимой структурой, которую нам еще предстоит обнаружить, и что сия структура – эта космическая архитектура – должна быть очень простой, очень четкой, очень ясной. А что может быть проще, четче и яснее, чем идея, суть которой отражает уравнение G = T? Эйнштейновская теория пространства и гравитации просто не имела права быть неверной.
Сразу же после знаменательного ноября 1915 года Эйнштейн не выказывал никаких признаков сомнений в себе, но он отлично сознавал, что другие-то прежде очень даже сомневались в его открытиях. Его первые идеи насчет гравитации, родившиеся во времена его достопамятных размышлений в патентном бюро в 1907 году, оказали сравнительно небольшое влияние на мировую науку. И даже его пражские работы оставались по большей части делом частным. Но по мере того как ширилось признание Эйнштейна в кругах физиков, стало расти и сопротивление его работам в данной области. Когда в 1913 году он представил расширенную версию своих предварительных теоретических выкладок на венской конференции, казалось, вся аудитория, состоявшая из выдающихся университетских ученых, в едином порыве заявила, что он, конечно же, заблуждается. Эйнштейн пытался сохранять хладнокровие, но позже признался, что его это неприятие потрясло: «Коллеги соизволили обратить внимание на мою теорию… – вспоминал он, – лишь для того, чтобы растоптать ее». Даже Макс Планк, наиболее почитаемый ученый тогдашней Европы, питал сомнения по поводу его теории. Он писал Эйнштейну: «Как старший друг я должен посоветовать вам не публиковать [эту новую теорию]… Вы не добьетесь успеха, да вам никто и не поверит».
Эйнштейн сознавал, что ему нужно убедить коллег в справедливости теории, но больше всего, вероятно, ему требовалось убедить не других, а себя. Ньютоновская теория всемирного тяготения столетиями служила незыблемой основой научной мысли. В этой теории нич