Доказательство гения. Как солнечное затмение 100 лет назад возвеличило Альберта Эйнштейна
29 мая 1919 года состоялось солнечное затмение, переписавшее законы и физики и обеспечившее Альберту Эйнштейну культовый статус. Что особенного было в этом явлении, и почему ученые продолжают оглядываться на него по сей день, рассказывается в материале The Washington Post
Это был очень хороший день для Альберта Эйнштейна. День, который сделал его всемирной знаменитостью. Затмение 1919 года, которое наблюдалось в Южной Америке и Африке, стало прямым доказательством теории гравитации Эйнштейна. В 1915 году он предположил, что гравитация – это не странная сила, действующая через пространство, а скорее характерная черта пространства и времени, искажение и искривление ткани Вселенной.
Теорию Эйнштейна – общую теорию относительности – физик Джозеф Джон Томсон назвал "одним из величайших достижений человеческой мысли". Она была подтверждена еще многими наблюдениями за столетие, в том числе обнаружением гравитационных волн и первым изображением черной дыры, полученным в этом году. Она расколола фундаментальный код вселенной.
Благоволение звезд
Эйнштейн вышел из безвестности в 1905 году с серией удивительных работ, которые стерли классические представления о времени и пространстве. Но своим величайшим достижением он отметился десятилетие спустя, в 1915-м, когда описал гравитационные уравнения. Он познал фундаментальную особенность Вселенной, используя только силу своего мозга. Но соответствовало ли это действительности? Что, если его уравнения были просто математической фантазией? Чем-то, что выглядело изящно на бумаге, но не согласовывалось с физической реальностью?
Эйнштейн предложил экспериментальный тест с солнечным затмением. Это явление позволило бы ученым исследовать свет других звезд, поскольку свет нашей оказался бы заблокирован. Теория немецкого физика предсказывала, что гравитационное поле Солнца сместит его на определенную величину по сравнению с тем, что предполагают классические теории гравитации.
Первый в истории снимок черной дыры, полученный в этом году, стал еще одним доказательством теории Эйнштейна – EHT Collaboration
Британский астроном Артур Эддингтон пожелал проверить это. Однако за такое право ему пришлось побороться. В 1918-м, за год до исторического затмения, ученого едва не забрали в армию. Тогда Первая мировая война уже долгое время сотрясала Европу, и британские вооруженные силы стали призывать тех, кто ранее был освобожден от воинской службы. Эддингтон был как раз из таких. Идти на войну он не хотел не только из научных, но и религиозных соображений. Он принадлежал к квакерам, для которых неприятие насилия – один из основополагающих принципов.
Но все шло к тому, что этих причин будет недостаточно. На выручку пришел астроном, директор Гринвичской обсерватории Фрэнк Дайсон. Он написал письмо в поддержку коллеги, в котором отметил, что солнечное затмение 1919-го – явление чрезвычайной важности, и следить за ним должен именно Эддингтон. Дайсон также подчеркнул, что данный эксперимент опровергнет распространенное мнение, что самые важные научные исследования проходят в Германии. Военных эти аргументы убедили, и через год Эддингтон возглавил наблюдения за затмением, которые проводились в Бразилии и у побережья Африки.
Звезды поддержали Эйнштейна.
Когда Дайсон объявил результаты в ноябре того же года, газеты опубликовали их на первых полосах и Эйнштейн прославился на всю планету.
В биографии прославленного немецкого физика, написанной Уолтером Айзексоном, есть упоминание разговора, состоявшегося между ученым и его аспирантом Ильзой Шнайдер после известий о том, что теория верна. Она спросила, что бы он подумал, если бы наблюдения затмения противоречили его выводам.
"Тогда я бы пожалел Господа; теория верна", – ответил Эйнштейн.
Эмиль Моттола, физик-теоретик из Лос-Аламосской национальной лаборатории, говорит, что со времен Евклида и Аристотеля пространство и время рассматривались как пассивная арена для событий Вселенной, на которую не влияли приходы и уходы планет и звезд. Но Эйнштейн сказал, что это не так: материя влияет на пространство и время, и даже свет должен подчиняться геометрии искривленного пространства.
Современный мир зависит от принятия этой космической правды. Траектории космического корабля должны учитывать общий принцип относительности. Так же как и GPS. То же самое касается и наведения на цель военными.
Черные дыры, белые пятна
Впрочем, не все так гладко. Казалось, что за Эйнштейном осталось последнее слово о том, как устроена Вселенная, но более поздние исследования глубокого космоса, а также внутренних процессов в атомах нашли места, где теория рушится.
Современный мир зависит от принятия космической правды, озвученной Альбертом Эйнштейном
Например, уравнения Эйнштейна предполагают, что внутри черной дыры вещество и энергия становятся настолько сжатыми, что достигают бесконечной плотности. Но что это значит? Теоретики подозревают: это значит, что нужна теория получше.
"Нельзя рассчитать что-либо за пределами точки, когда числа становятся бесконечными. Теряется всякий контроль, – говорит Эмиль Моттола. – Это не означает, что природа не может этого сделать, но это очень подозрительно".
Та же проблема возникает, когда космологи перематывают киноленту о расширении Вселенной за последние 13 млрд лет и достигают самого начала времени и пространства, так называемого Большого взрыва. Теория Эйнштейна не совсем работает при возникновении Вселенной. Она также не объясняет, как гравитация работает в мельчайших масштабах, в сфере субатомных частиц.
Темная материя никогда не наблюдалась непосредственно, но ее существование определяется ее гравитационным воздействием, например движением звезд в галактиках. Возможно, это какая-то модификация гравитационной силы, которую не предсказал Эйнштейн, считает Ли Смолин, теоретик из Института Периметра.
Темная энергия – еще одна космическая тайна. Это то, что движет ускорением расширения вселенной и подсказывает, что данный процесс будет продолжаться вечно. Но почему это происходит?
"Мы не знаем. Вот почему мы называем это "темной энергией"", – говорит Габриэла Гонсалес, преподаватель физики и астрономии в Университете штата Луизиана. – Думаю, есть множество загадок, разгадки которых появятся во время моей жизни. Но они нуждаются в теориях, которые могут быть подтверждены экспериментами, в теориях, у которых есть прогнозы".
Иными словами, в теориях, подобных той, что была доказана сотню лет назад. Но, как видно, сюрпризы Вселенной еще не закончились, и физики-теоретики по-прежнему в деле. Со временем вопросы легче не становятся. Когда Моттолу спрашивают, что именно произошло в начале Вселенной, он отвечает: "Иногда приходится говорить, что не знаешь".
По материалам The Washington Post