У гениев тоже бывают провалы: как Альберт Эйнштейн совершил самую большую ошибку в своей жизни

Загальна теорія відносності Ейнштейна після її публікації в 1915 році встановила взаємозв'язок між матерією-енергією, яка викривляє простір-час, і викривленим простором-часом, який вказує матерії-енергії, як рухатися. Однак Ейнштейн також додав до своїх рівнянь додатковий, непотрібний елемент: космологічний постійний член із постійною, відмінною від нуля щільністю енергії, яка зберігається всюди. Приблизно через 15 років після його введення, вважається, що Ейнштейн назвав це своєю найбільшою помилкою в житті, пише Big Think.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Уявлення про Всесвіт на початку 20 століття

На початку 20 століття вчені мали відмінні від сьогоднішнього уявлення про Всесвіт. Протягом понад 200 років фізика Ньютона, здавалося, керувала рухом об'єктів, а закон всесвітнього тяжіння Ньютона та закони руху диктували, як рухалися об'єкти на Землі, у нашій Сонячній системі та взагалі у Всесвіті. Проте вчені почали розуміти, що з картиною світу Ньютона щось негаразд. Тому постали нові питання, на які потрібно було знайти відповіді.

Альберт Ейнштейн в 1915 році представив світові загальну теорію відносності, яка замінила ньютонівський закон всесвітнього тяжіння взаємозв'язком між матерією та енергією, що викривляє простір-час, і цим викривленим простором-часом, який повідомляє матерії та енергії як рухатися.

Непотрібний елемент теорії відносності

Але спочатку Ейнштейн опублікував версію, яка містила додатковий спеціальний елемент: космологічну постійну, яка штучно додавала додаткове поле у Всесвіт. Через десятиліття він назве це своєю найбільшою помилкою.

Роздуми Ейнштейна привели його до іншого розуміння гравітації: замість того, щоб керуватися невидимою, нескінченно швидкодієвою силою, що діє на всіх відстанях і в усі часи, гравітація була викликана викривленням простору-часу, який сам був викликаний присутністю в ньому матерії та енергії.

Але, як і будь-який вчений, що формулює нову теорію, сам Ейнштейн був дуже не впевнений у тому, наскільки правильні деякі його твердження. У той же час виникла одна велика проблема, коли дійшло до вивчення відомого Всесвіту часів Ейнштейна.

Проблема Ейнштейна

Тоді ще не було відомо, чи існують десь інші галактики, чи все, що можна спостерігати, міститься в самому Чумацькому Шляху. Багато хто визнавав, що Чумацький Шлях та об'єкти всередині нього — це все, що існує. Ця ідея була великою проблемою для Ейнштейна. Адже одна з теорем теорії відносності, яку було відносно легко вивести, звучить так:

"Якщо ви візьмете будь-який початковий розподіл мас і відправите їх у стан спокою, ви неминуче виявите, що після кінцевого періоду часу ці маси зрештою стиснуться в єдину точку, яку ми сьогодні знаємо, як чорна діра".

Але чорна діра — це сингулярність, де простір і час закінчуються, і не можна зробити жодних розумних фізичних передбачень. Це викликало саме ту суперечність, яка турбувала Ейнштейна. Якби наша галактика була просто великим скупченням мас, що дуже повільно рухаються відносно один одного, ці маси неминуче повинні були б привести до стиснення простору-часу, в якому вони знаходилися. І все ж галактика не виглядала такою, що стискалася.

Ейнштейн припустив, що для того, щоб уникнути таких протиріч, до його рівняння необхідно додати щось додаткове — якийсь новий інгредієнт. В іншому випадку не можна було б уникнути неприйнятного наслідку нестабільного Всесвіту, який мав би стиснутися. За його словами "цей термін необхідний тільки для того, щоб уможливити квазістатичний розподіл матерії, як того вимагає факт малих швидкостей зірок". Єдиним варіантом, який знайшов Ейнштейн, був цей додатковий член, який він міг додати, не вводячи нових змін до своєї теорії.

Теорія Ейнштейна привела до інших висновків

Інші вчені взяли ці рівняння та концепції, висунуті Ейнштейном, і вивели з них неминучі наслідки.

• По-перше, Віллем де Сіттер у 1917 році показав, що, якщо взяти модель Всесвіту, в якій є лише космологічна постійна (тобто без інших джерел матерії чи енергії), то можна отримати порожній чотиривимірний простір-час, який розширюється вічно з постійною швидкістю.
• По-друге, в 1922 році Александр Фрідман показав, що якщо взяти за основу припущення з теорії відносності Ейнштейна, що весь Всесвіт рівномірно заповнений деяким типом енергії, враховуючи матерію, які дають космологічну постійну, тоді Всесвіт не може бути статичним, і космос повинен або розширюватися, чи стискатися.
• І, по-третє, в 1927 Жорж Леметр дійшов висновку, що Всесвіт розширюється, і не тільки представив статтю про це, але і написав про це особисто Ейнштейну.

Найбільша помилка Альберта Ейнштейна

Причина, через яку космологічну постійну часто називають найбільшою помилкою Ейнштейна, полягає не в тому, чому він її спочатку сформулював, а в тому, що вчений негативно реагував на обґрунтовану критику та протилежні висновки решти вчених. Вчені вказували Ейнштейну на його помилки, хоча він їх довго не визнавав.

І все ж таки в 1927 році, коли Ейнштейн дізнався про роботу Леметра, він заявив своєму колезі з наукового цеху: "Ваші розрахунки правильні, але ваша фізика огидна".

Протягом тривалого часу Ейнштейн не змінював своєї позиції. Він стверджував, що Всесвіт має бути статичним, а космологічна постійна обов'язковою. Але в 1931 році Леметр написав нову статтю, в якій він вказав на те, що Всесвіт міг би розвиватися в часі, якби він починався з меншого, щільнішого стану і з тих пір розширювався. Тільки після цього Ейнштейн нарешті визнав, що, можливо, він поквапився, ввівши космологічну постійну з єдиною метою зберегти Всесвіт у статиці.

Космологічна постійна стала зараз дуже важливою частиною сучасної космології, оскільки це краще пояснення впливу темної енергії на наш Всесвіт, що розширюється. Але якби Ейнштейн не ввів її, а продовжував би захищати і відстоювати її так, як він це робив раніше, якби він просто дотримувався рівнянь, він міг би вивести Всесвіт, що розширюється, як наслідок своїх рівнянь, так само, як це зробили інші вчені.

Невеликою помилкою було введення Ейнштейном у його рівняння стороннього елемента, але його найбільшою помилкою було відстоювання своєї помилки перед незаперечними доказами.

Раніше Фокус писав про найважливіші відкриття вчених, які довели, що Ейнштейн був в основному правий у своїх уявленнях про Всесвіт, хоча й припускався помилок.

Також Фокус писав про те, що нова карта розподілу темної матерії в космосі довела, що Альберт Ейнштейн мав рацію у своїх твердженнях.