Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Ни механика Ньютона, ни первоначальный вариант теории относительности не объясняли этого равенства Пропорциональность инертной и гравитационной массы всех тел присутствовала в обеих теориях. Обе теории учитывали этот факт, а поэтому не противоречили ему. Ученые признали, что пропорциональность инертной и гравитационной массы является одним из глубинных свойств природы, и смирились с тем, что причины этой пропорциональности оставались неизвестными.

Но Эйнштейн не мог примириться с таким положением. Он чувствовал, что здесь проявляется не известная ему фундаментальная закономерность, и настойчиво пытался ее понять.

Глубокий физический анализ, опирающийся на интуицию и на твердую уверенность в том, что все тайны природы могут быть познаны, привел Эйнштейна к цели. Он понял, что в опытах, производимых в лабораториях, имеющих малые размеры по сравнению с радиусом Земли, а таковы практически все лаборатории, совершенно невозможно установить различие между действием ускорения и действием тяготения. Он увидел в этом возможность развития первоначального варианта теории относительности. Новый вариант объяснял, почему в изолированной лаборатории не только при помощи механических опытов, но и на основе оптических экспериментов невозможно определить, покоится ли лаборатория или она перемещается с постоянной скоростью, постоянной и по величине и по направлению.

Теперь Эйнштейн осознал истинный смысл опыта Этвеша. Опыт Этвеша указывал на то, что и о равномерно ускоренном движении лаборатории нельзя судить по опытам, производимым внутри этой лаборатории без привлечения к опыту тел, находящихся вне ее. Эйнштейн иллюстрировал это знаменитым мысленным экспериментом в лифте. Приборы, расположенные в лифте, не могут различить, покоится ли лифт в поле тяжести, например в гравитационном поле Земли, или лифт находится в космическом пространстве вдали от крупных небесных тел, где поле тяготения исчезающе мало, а какая-то постоянная сила, приложенная извне, движет лифт с постоянным по величине и направлению ускорением.

Но теперь Эйнштейн не мог ограничить теорию случаем постоянного ускорения. Он понимал недостаточность этой полумеры. Нужно было создать теорию, применимую в случае любых ускоренных движений и любых полей тяготения. Ведь эквивалентность ускорения и поля тяготения существует только в небольших областях пространства, в небольших лабораториях. Невозможно, придавая общее ускорение, заменить поле тяготения Земли в двух лабораториях, находящихся в противолежащих точках земной поверхности. Для того чтобы достичь цели, пришлось бы ускорять эти лаборатории в противоположных направлениях, тянуть каждую в зенит, но в антиподах эти направления противоположны.

Решающий шаг

Ценой огромных усилий, изучив и применив не известное ему ранее тензорное исчисление (разработанное специально для решения сложных задач механики твердых тел), Эйнштейн пришел к системе уравнений, объединяющей все механические и электромагнитные процессы.

Новые уравнения показали существование удивительных связей: свойства пространства зависят от распределения в нем вещества. В свою очередь движения материальных тел зависят от свойств этого же пространства.

Теперь стало понятно: движение любого тела во Вселенной, если на него действуют только силы тяжести, определяется лишь расположением рассматриваемого тела относительно всех остальных тел, разбросанных в пространстве. Конечно, основное воздействие оказывают близкие тела. Новые уравнения описывают любые движения, и поэтому они сложнее прежних.

Несмотря на сложность уравнений, Эйнштейну удалось решить их. Он обнаружил, что они объясняют одно непонятное явление и предсказывают два неизвестных явления.

Простейшей задачей вычислительной астрономии является исследование движения планеты вокруг Солнца. Конечно, она становится простой, только если пренебречь влиянием остальных планет на движение рассматриваемой планеты. Эту задачу впервые решил Ньютон.

Оказалось, что установленные им законы механики, включая закон всемирного тяготения, приводит к движениям по орбитам, форму которых установил Кеплер. Планеты движутся по эллипсам. В одном из фокусов этих эллипсов находится Солнце. Ньютон получил этот результат не из наблюдений, как Кеплер, а из закона тяготения и уравнений механики.

Естественно, что Эйнштейн начал проверку своих новых уравнений с решения той же задачи. Он не сомневался в том, что придет к результату, полученному Ньютоном. Это подтвердило бы правильность новых уравнений. Будь результат другим, он противоречил бы наблюдениям астрономов.

Результат оказался неожиданным. Конечно, он был близок результату Ньютона. В первом приближении, на первом этапе приближенного решения новых уравнений получалось, что планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Однако было и различие. На втором этапе, при уточнении полученного решения, оказалось, что эти эллипсы не неподвижны. Они сами очень медленно вращаются вокруг Солнца.