Вселенная в зеркале заднего вида

Представьте себе, что муравей-провинциал с края диска решает совершить кругосветное путешествие. Путь его покажется короче, чем подсчитала королева Мария при помощи простой евклидовой геометрии. Муравляндия с точки зрения своих обитателей изогнута.

Что верно для муравьев, верно и для нас. Как выразился великий физик, специалист по теории относительности Джон Арчибальд Уилер:

Пространство-время диктует веществу, как двигаться, вещество диктует пространству-времени, как искривляться.

Как вы, наверное, помните, Эйнштейн настороженно относился к идее динамической вселенной, он даже ошибочно ввел в уравнения общей теории относительности космологическую постоянную, чтобы не дать вселенной расширяться. Это была не единственная его ошибка. История создания общей теории относительности представляла собой череду проб и ошибок.

Концепцию пространства-времени и связанную с ней математику разработал и формализовал Герман Минковский в 1908 году, всего через несколько лет после того, как Эйнштейн выдвинул специальную теорию относительности. Пространство-время — мысль очень полезная, не в последнюю очередь потому, что она напоминает физикам, что к пространству и времени следует относиться одинаково.

Если пренебрегать либо пространством, либо временем, это приводит к очень грубым ошибкам, особенно когда имеешь дело со светом, который распространяется и во времени, и в пространстве. Например, одно из особенно красивых предсказаний общей теории относительности гласит, что массивные объекты искривляют траекторию световых лучей. Свет от звезд, расположенных за Солнцем, слегка отклоняется им, и в 1911 году Эйнштейн предсказал, на сколько именно, высказав следующее предложение:

Поскольку во время полных солнечных затмений можно увидеть звезды, находящиеся на небе недалеко от Солнца, этот вывод из теории можно проверить наблюдениями. Было бы крайне желательно, если бы этим вопросом занялись астрономы.

Ближайшее полное солнечное затмение ожидалось лишь в августе 1914 года и должно было стать полным исключительно в России, в Крыму. К несчастью для немецкой экспедиции, отправленной наблюдать затмение, за несколько недель до него началась Первая мировая война, и русские солдаты арестовали ученых, конфисковав фотокамеры и оборудование. Мало того — в Крыму все равно было пасмурно, так что немцы даже с оборудованием едва ли сумели бы сделать достоверные наблюдения.

Экспедиции крупно не повезло, зато репутации Эйнштейна эти события пошли на пользу. Беда в том, что в своих вычислениях в 1911 году он пренебрег «пространственноподобной» составляющей и ошибся в два раза. Если бы наблюдения прошли успешно, теория относительности была бы дискредитирована и забыта, возможно, надолго. Как мы уже убедились, история полна примеров, когда научный прогресс подталкивали или тормозили случайные встречи, распространенные заблуждения или, как в данном случае, удачное сочетание войны и погоды. Урок молодым ученым: старайтесь не делать ошибок уже в первой опубликованной версии.

Свои вычисления Эйнштейн исправил в окончательной обзорной статье 1915 года, а во время следующего затмения, в 1919 году, сэр Артур Эддингтон пронаблюдал отклонение, которое предсказывал Эйнштейн. Этот результат накрепко вбил в сознание большинства, что теория верна. А еще это был триумф международного сотрудничества после Первой мировой войны: английский ученый с готовностью пришел на помощь немецкому и подтвердил его теорию.

Жизнь возле горизонта событий

Все гравитационные эффекты, которые мы наблюдали до сих пор и в Муравляндии, и на Земле, и в гравитационных линзах, создаваемых Солнцем, сущие винтики в великой конструкции мироздания. Однако во вселенной есть места, где искривление пространства-времени просто сокрушительно — например, вблизи поверхности черных дыр.

Чернота черных дыр не позволяет нам наблюдать их непосредственно, однако у нас нет ни тени сомнения в их существовании. Судя по всему, в центре почти всех крупных галактик, в том числе и нашей, находятся сверхмассивные черные дыры, иногда в миллиарды раз более массивные, чем Солнце, и именно они управляют движением звезд в центральных частях галактик.