Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Ученые твердо установили, что Солнечная система, звезды и звездные скопления, а также газовые туманности претерпевают медленное эволюционное развитие. Но вопрос о развитии Вселенной как целого оставался открытым. Вернее, среди подавляющего большинства ученых господствовало мнение о том, что во Вселенной происходит вечный кругооборот материи и энергии.

Эйнштейн, руководствуясь этой полученной еще от Ньютона уверенностью в вечности и неизменности Вселенной, искал решения своих уравнений, соответствующие этому предположению.

Он, конечно, знал, что уравнения Ньютона не допускают решений, соответствующих вечной, но ограниченной в пространстве Вселенной. Он понимал, что разреженное вещество, занимающее конечный объем, должно собраться к центру. А в масштабах Вселенной и звезды ведут себя как частицы разреженного газа. Он помнил и о том, что законы Ньютона не допускают вечного существования безграничной Вселенной. Малейшая неоднородность приведет к тому, что гравитационные силы соберут вещество Вселенной в множество гигантских сгущений. Недаром Ньютон не пытался применить свои уравнения для описания свойств Вселенной.

Уравнения Общей теории относительности в том виде как их написал Эйнштейн, были подтверждены опытом значит, они правильны. Но и они не допускали решений, описывающих Вселенную, существующую вечно с присущим ей вечным кругооборотом материи.

Эйнштейн считал это недостатком теории и искал выхода. Он нашел его, поступив так, как в свое время Максвелл.

Уравнения, полученные Максвеллом путем обобщения законов электростатики и магнетизма, не обладали симметрией. Максвелл счел это недостатком. Для того чтобы сделать свои уравнения симметричными, ввел в них дополнительный член. Он не имел для этого иных оснований, кроме стремления к математической симметрии. Никакой опыт не намекал на необходимость и даже на допустимость этого члена. Максвелл назвал новый член «током смещения вакуума». С точки зрения его современников, это было столь же нелепо, как и само произвольное введение этого члена в уравнения. Словосочетание было невежественным: если вакуум, то какой же в нем ток? Если ток, то какой же это вакуум? Но Максвелл стоял на своем: новый член играет для вакуума ту же роль, какую ток смещения зарядов играет для диэлектрика. Он обнаружил, что пополненные новым членом симметричные уравнения дают решение, имевшее смысл электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме без какой-либо непосредственной связи с электрическими зарядами и магнитными полями. Никто никогда не наблюдал таких волн. Это мешало ученым признать теорию Максвелла. Одним из немногих поверивших в нее был Генрих Герц, блестящий экспериментатор и глубокий теоретик. Он поставил опыт с целью проверки теории Максвелла и обнаружил существование электромагнитных волн! Он показал, как их возбуждать и как обнаруживать их присутствие.

Так восторжествовала интуиция Максвелла, его уверенность в важной роли симметрии в законах, существующих в Природе.

Эйнштейн тоже счел, что полученные им уравнения не полны, так как не отображают важного свойства Вселенной: неизменности ее глобальных свойств. И ввел в уравнения дополнительный член. Он назвал его космологическим членом, чтобы подчеркнуть его значение в описании строения Вселенной, чтобы преодолеть противоречие между уравнениями и своей уверенностью в вечности Вселенной.

Эйнштейн сконструировал космологический член так, чтобы он описывал действие неведомой силы отталкивания, способной на больших расстояниях скомпенсировать силу тяготения, стремящуюся, как это установил Ньютон, стянуть Вселенную в компактные сгустки. Силу, способную удерживать галактики на их местах, несмотря на действие силы тяготения. При этом космологический член был выбран так, чтобы описываемая им сила отталкивания оказывалась малой в масштабах Солнечной системы и даже в масштабах галактик.

Достигнув своей цели, Эйнштейн счел Общую теорию относительности завершенной: уравнения описывают движения двойных звезд, планет, спутников под действием гравитации в точном соответствии с опытом.

Теперь он поставил перед собой следующую грандиозную задачу: создать единую теорию поля. В Общей теории относительности, в ее уравнениях, материя играет основную роль. Она определяет свойства «пространства — времени», его метрику, форму лучей света. Электромагнитное поле играет в этих уравнениях важную, но второстепенную роль. В Общей теории относительности электромагнитное поле существует в пространстве, не оказывая влияния на свойства этого пространства, свойства, всецело определяемые распределением в нем вещества.