Думай, как Эйнштейн

Я сидел в патентном бюро в Берне и вдруг подумал: «Если человек находится в состоянии свободного падения, он не чувствует собственного веса». Я изумился. Эта простая мысль произвела на меня глубокое впечатление. И подтолкнула к разработке теории гравитации.

Представим человека в лифте, падающем на землю. Внутри лифта он должен парить свободно, и если снимет с руки часы – те точно так же воспарят рядом с ним. Человеку будет казаться, что он находится в невесомости. И наоборот: если бы лифт несся в космосе безо всякой земной гравитации, но с ускорением – человека внутри него прижимало бы к полу так, словно на него действует гравитация. Традиционно гравитация и ускорение считались не связанными друг с другом явлениями, хотя оба рассматривались относительно массы тела. Но гений Эйнштейна смог осознать, что гравитационная масса эквивалентна инертной массе – и эта идея получила название «принцип эквивалентности». Благодаря этому выводу Эйнштейн получил в распоряжение все инструменты для расширения своей Специальной теории таким образом, чтобы она распространялась и на системы ускорения, а не только на ситуации с постоянной скоростью.

Второе открытие, которым увенчался этот умозрительный эксперимент, заключалось в осознании того, что гравитация может искривлять свет. Если в стенке падающего лифта просверлить дырочку, луч света ударит в противоположную стенку – но несколько выше, чем была дырка, из которой он исходил. То есть его траектория будет искривлена. Следовательно, догадался Эйнштейн, свет не всегда распространяется прямыми лучами, как считалось ранее. Но для вычисления этой кривой траектории понадобится принципиально новая геометрическая система, поскольку геометрия Эвклида создана для измерения плоских поверхностей, но неприменима для искривленных.

Общая теория последовательно описывает, как гравитация искривляет пространство и время. Величайшей сложностью для Эйнштейна – почему он и потратил на это столько времени – было найти математические способы объяснения того, как гравитация ведет себя в царстве пространства-времени. Чтобы это понять, достаточно представить шар для боулинга, катящийся от края к центру батута. Ткань батута будет прогибаться под ним до тех пор, пока шар не придет в состояние покоя. Теперь покатим от края батута еще один шар. Он докатится до первого шара в центре и остановится. Разве первый шар какой-то особой силой притягивает к себе второй? Никак нет – оба шара лягут рядом друг с другом, искривив ткань батута еще сильнее. Для объяснения того же явления в искривленном пространстве-времени Общая теория и выводит уравнение поля. Проще простого, не так ли?

Выражаться совсем коротко – если Ньютон рассматривал вселенную, в которой яблоко падает с дерева на землю под действием земной гравитации, то Эйнштейн доработал понятие гравитации до искривленного пространства-времени. И вот как он объяснял успех «труда своей жизни» сыну Эдуарду: «Когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить то, чего не заметил жук».

В работе, вышедшей в 1917 году под названием «Космологические соображения к Общей теории относительности», Эйнштейн описал вселенную, которая однородна и изотропна (безгранична по всем направлениям) – условие, которое стало возможным благодаря представлению о том, как она бесконечно искривляется внутрь самой себя. Среди бесчисленного множества прочих выводов Общая теория позволила нам приблизиться к пониманию феномена черных дыр (хотя Эйнштейн в свое время даже не представлял об их существовании), пространственно-временных туннелей (т. н. «червоточин») – и даже строить предположения о механизме Большого взрыва.

Однако размышления подобного уровня иногда бывают весьма болезненны. «Природа прячет свои секреты в силу своего величия, а не хитрости», – заявил Эйнштейн в одной из своих самых философских дискуссий, но чем дальше, тем чаще стал замечать, что его высказывания вызывают всеобщее неприятие. Например, уже в 1911 году он предсказал, что притяжение солнца может искривлять лучи других звезд. Проблема заключалась в том, что доказать это или опровергнуть можно было только в условиях солнечного затмения. Будто по заказу, такое затмение случилось 21 августа 1914 года – но удача тут же отвернулась от него, так как началась Первая мировая война. Редчайший шанс проверить его гипотезу был отложен на целые пять лет. И только в 1919 году группа исследователей под началом британского астронома Артура Эддингтона отправилась на остров Принсипи в Западной Африке, чтобы в условиях очередного солнечного затмения доказать, что Эйнштейн был прав.