Чем мир держится?

Сейчас большинство физиков, исследующих гравитацию, придерживается общей теории относительности, порядком постаревшей, но не устаревшей и бурно развивающейся. Конечно, есть у этой теории конкурентки, другие теории тяготения. Но сторонники геометродинамики Эйнштейна чувствуют себя очень уверенно. Авторы трехтомного труда «Гравитация», вышедшего на русском языке в 1977 году, уже известные нам Мизнер, Торн и Уилер полагают, что в теориях-конкурентках нуждается сама теория относительности, нуждается примерно так же, как красавица — в подругах-дурнушках, на фоне которых ее прелести только выигрывают. Или как рыцарь на турнире нуждается в соперниках, чтобы в победных схватках все более изощрять свое умение владеть оружием. Авторы книги слегка кокетничают: «Эксперимент проводился за экспериментом, и одна за другой отпадали гравитационные теории, становясь жертвами наблюдений, а эйнштейновская теория осталась непоколебимой…

Вопрос: зачем в таком случае заниматься изучением других теорий гравитации? Ответ: чтобы с чем-то сравнивать эйнштейновскую теорию при ее проверке и более конкретно оттенять ее преимущества».

Трое физиков пропели настоящий гимн в честь геометродинамики Эйнштейна, продержавшейся вопреки всем атакам более шестидесяти лет.

В разное время рядом с нею возникали десятки других теорий гравитации, жили бок о бок, развивались, честно служили науке, делали предсказания — и в большинстве случаев уходили в Лету, потому ли, что им не хватало жизненной силы для борьбы на равных, или потому, что новые факты разрушали прочные с виду построения.

«Жизнеспособность научной теории» — это точный термин, и как всякий термин, он имеет точное определение. Школьник, чтобы перейти во второй класс, как минимум должен уметь читать, писать и считать до двадцати. Теория гравитации (как и всякая другая физическая теория) должна, чтобы ее признали жизнеспособной, чтобы к ней относились именно как к теории научной, отвечать трем критериям, удовлетворять трем условиям.

Первое из них — самосогласованность. Теория не должна приводить к резко противоречащим друг другу выводам.

Второе условие выполнить еще труднее. «Перво-принципы» и фундаментальные законы теории должны давать возможность вычислить на их основе движение сложных систем и проанализировать результаты любого эксперимента, имеющего отношение к проблемам гравитации в самом широком понимании, плюс еще теория должна быть согласована с законами всех остальных областей физики.

Третье условие кажется простым и естественным даже на первый взгляд: теория должна «соглашаться» со всеми уже проведенными ранее экспериментами, должна объяснять все, что мы успели узнать у природы прямым опытом. Бывает, что уже при рождении теория оказывается неспособна полностью соответствовать фактам; чаще это выясняется позже. Теория гравитации блестящего английского физика Уайтхеда некоторое время процветала и заслужила было общее уважение физиков. Но ее же самой дальнейшая разработка вдруг выяснила, что если бы природа следовала Уайтхеду, то в земных океанах каждые двенадцать часов происходили приливы и отливы, вызванные притяжением Галактики. Поскольку этого на самом деле нет, теория Уайтхеда не удержалась.

Физическая теория подобна костюму, сшитому для природы. Хорошая теория подобна хорошо сшитому костюму, а плохая — Тришкину кафтану.

Яков Френкель

Соревнование теорий, если сравнивать его со спортивными состязаниями, надо уподоблять не футбольному турниру или матчу боксеров; нет, спор за первенство между научными идеями походит скорее на встречу штангистов. Побеждает учение, способное поднять больший груз, груз-то все время растет, каждый новый опыт, каждая новая порция вырванных у природы сведений о мире ложится добавочным чугунным кружком на нашу придуманную штангу. Зато теория, объясняющая все новые и новые опыты, от добавочного груза каждый раз становится и все сильнее. Иногда же последняя соломинка ломает спину верблюда, и теория сходит со сцены, как надорвавшийся штангист.

Именно это и произошло в последние годы с так называемой обобщенной теорией гравитации Бренса — Дике, рухнувшей под ударами экспериментов, а ведь ее считали наиболее серьезной соперницей геометродинамики Эйнштейна… Обобщенная теория гравитации предсказывала, в частности, что Солнце должно быть несколько сплющенным, теперь же выяснилось, что оно с этим «не согласно». Стоит оговориться, что и теория Уайтхеда и теории Бренса — Дике и практически все теории гравитации, еще остающиеся жизнеспособными, взяли у теории относительности ее идейную основу и признают теснейшую связь материи с пространством, физики с геометрией. В определенном смысле слова все такие построения — дети общей теории относительности.

И все же, как бы она ни казалась жизнеспособной, ее ждет общий для всех хороших научных теорий конец. Она непременно станет частью другой теории, более точной, более глубокой, более широкой.