Правда и ложь в истории великих открытий

Представьте себе, что однажды вы, пользуясь сверхмощным телескопом, точно определили расстояния между звездами в созвездии, а потом решили повторить эксперимент — на следующую ночь. И случится так, что свет, направляясь к вам, пройдет очень близко от какой-нибудь звезды или черной дыры, что, к своему удивлению, вы обнаружите, что звезда поменяла положение по отношению к соседкам — звездам в созвездии. Однако, повторив эксперимент в третий раз, во время которого, как и в первом случае, свет не будет проходить рядом с какими-нибудь звездами или черными дырами, вы увидите «странствующую» звезду снова на ее законном месте. Причиной такой странной миграции неподвижных звезд является то, что гравитационные поля обладают способностью деформировать пространство-время и тем самым менять направление движения светового луча. Степень искажения зависит от массы, генерирующей гравитационное поле, и тем, насколько близко от нее проходит световой луч. Ни наш мозг, ни наши камеры не умеют учитывать такие гравитационные эффекты. Более того, когда свет звезды доходит до нас, предварительно пройдя рядом с массивным небесным телом, мы инстинктивно располагаем источник света так, словно луч шел к нам по прямой линии. Из-за этого мы неверно определяем местоположение звезды.

Каким бы странным ни казалось нам искривление светового луча в гравитационном поле, науке это явление было известно давно. Идея о том, что луч света — это поток частиц, имела своих сторонников в течение тысячелетий. После признания ньютоновской теории гравитации оказалось, что она приложима и к этим гипотетическим единицам света. Логично было считать, что каждая такая единица обладает определенной массой, хотя и невообразимо малой, а раз так, то на свет, как и на остальные объекты во Вселенной, будет действовать гравитация. В 1901 году баварский ученый Иоганн фон Зольднер рассчитал с ньютоновских позиций, какое отклонение луча можно ожидать. Представим себе, что свет стремится к нам через воображаемую трубу. При наблюдении с Земли эта труба будет иметь три координаты, с помощью которых можно определить местоположение любой частицы света: две пространственные координаты (вправо/влево, вверх/вниз) и время. Таким образом, по мере движения частицы света по этой воображаемой трубе можно учесть воздействие на нее ближайших звезд и планет и с большой точностью рассчитать ее пространственно-временные координаты.

По крайней мере, так казалось до второго десятилетия XX века. А потом Альберт Эйнштейн опубликовал свои работы по теории относительности и фундаментальным образом подверг сомнению простоту этой картинки. По Эйнштейну, гравитация влияет не на частицы света, а на сами пространственно-временные координаты, которые до того принимались как некий абсолют, позволяющий рассчитывать путь световых частиц. Нашу воображаемую трубу больше нельзя было рассматривать как имеющую стандартные единицы пространства и времени по всей ее длине. Продолжать думать иначе — все равно что считать, будто топографическая сетка на карте не является привнесенной, а составляет часть пейзажа. Как и пейзаж, она подвергается воздействию великих сил природы. Это происходит потому, утверждал Эйнштейн, что огромные гравитационные поля искривляют пространственно-временной континуум и меняют путь проходящего через них света.

Даже зная, что сегодня вряд ли найдется хоть один физик, который не верит в общую теорию относительности, понять эти идеи довольно трудно, а в первое десятилетие XX века у общей теории относительности был статус изящного рассуждения, основанного на ряде сомнительных наблюдений. Сторонники Эйнштейна сталкивались с невероятными трудностями. Несмотря на то что его теория была во многом спекулятивна, история человеческой мысли редко знавала такие изящные и не поддающиеся здравому смыслу концепции. Вскоре физики по обе стороны баррикад, казалось, использовали все, чтобы разработать методы проверки общей теории относительности. В 1916 году Эйнштейн сам рассчитал, что степень искривления света в соответствии с общей теорией относительности будет в три раза больше, чем предсказывала ньютоновская механика. И вот наконец в 1919 году появилась потрясающая возможность экспериментально подтвердить теорию Эйнштейна.