Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки - Ирина Львовна Радунская
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Как движется такое тело в новом четырехмерном мире?
Еще один отрывок из автобиографических набросков Эйнштейна: «С этой задачей в голове я навестил в 1912 году моего старого студенческого друга Марселя Гроссмана… Вышло так, что хотя он охотно согласился совместно работать над проблемой, но все-таки с тем ограничением, что он не берет на себя никакой ответственности за какие-либо физические утверждения и интерпретации. Он тщательно просмотрел литературу и скоро обнаружил, что указанная математическая проблема уже решена, прежде всего Риманом, Риччи и Леви-Чивитой».
Приступив вместе с Гроссманом к интенсивной математической разработке новой теории, Эйнштейн нашел. время для того, чтобы решить весьма важный в принципиальном отношении вопрос. Он сформулировал этот вопрос так: существует ли гравитационное воздействие, аналогичное электромагнитной индукции? Ему было ясно из общих, чисто интуитивных соображений, что ответ должен быть положительным. Индукция есть свойство поля. Если верна теория гравитационного поля, она должна содержать такое воздействие. Эйнштейн проводит приближенное решение частной задачи: тяжелое тело расположено внутри полой массивной оболочки, но не имеет с нею никаких связей, кроме гравитационного взаимодействия. Оболочке придают ускоренное движение. Спрашивается: возникнет ли при этом сила, вызывающая ускорение внутреннего тела? Уравнения дают ответ: да, возникнет. Более того, уравнения говорят, что наличие массивной оболочки приводит к тому, что инертная масса внутреннего тела увеличивается.
«Этот результат очень интересен, — пишет Эйнштейн и продолжает: — Это наводит на мысль о том, что инерция материальной точки полностью обусловлена воздействием всех остальных масс посредством некоторого рода взаимодействия с ними».
Так впервые появляется возможность создать физическую теорию, объясняющую происхождение инерции. Ведь инерция — свойство тел сохранять свое равномерное и прямолинейное движение при отсутствии сил, свойство, открытое Галилеем, — оставалась необъясненной и таинственной около трехсот лет! Правда, Мах высказал мысль о том, что инерция обусловлена действием удаленных звезд, но дальше этой гипотезы он не пошел. Эйнштейн раскрыл тайну инерции. Оставалось выразить это языком математики.
Диалог
Два года продолжалась плодотворная совместная работа, основанная на дружбе, сложившейся еще в студенческие годы. Разработка идейных основ и осмысливание физических следствий были обязанностью Эйнштейна. На Гроссмане лежала математика, сложное для непосвященных, но чрезвычайно гармоничное описание свойств пространства и времени, связанных в единое искривленное «пространство— время».
Успех в работе был обусловлен возродившейся привычкой к длительным обсуждениям, при которых математик пытался вскрыть логические неувязки в рассуждениях физика, а физик требовал от математика общих методов, соответствующих усложняющимся задачам физики.
Первым результатом совместных трудов стала статья «Проект общей теории относительности и теории тяготения». Около года труднейшей напряженной работы, и в результате — не теория, а только проект теории. Авторам стало ясно, что предстоит многое сделать и уточнить, но они понимают значение достигнутого и хотят представить это на суд специалистов. Статья, как и сама работа, состоит из двух частей. Физическая часть написана Эйнштейном, математическая — Гроссманом. Вот ее начало.
«Излагаемая теория возникла на основе убеждения, что пропорциональность инертной и тяжелой масс является точным законом природы, который должен находить свое отражение уже в самых основах теоретической физики… Наглядно эту гипотезу можно сформулировать так: наблюдатель, находящийся в закрытом ящике, никоим образом не может установить, покоится ящик в статическом гравитационном поле или же находится в пространстве, свободном от гравитационных полей, но движется с ускорением, вызываемым приложенными к ящику силами (гипотеза эквивалентности)».
Так в науку вошел ящик, ставший потом лифтом, задача которого состояла в том, чтобы поднять человечество к новому, более ясному пониманию законов природы. Без этих мысленных опытов с ящиком, с несуществующим лифтом, никогда не оторвались бы от Земли и не отправились бы в космос настоящие, реальные космические корабли.
Убеждение в пропорциональности тяжелой и инертной масс покоится на чрезвычайно точном фундаментальном исследовании венгерского физика Этвеша. Опыт Этвеша основан на следующем рассуждении. Тело, покоящееся на поверхности Земли, одновременно испытывает действие силы тяжести и центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Первая из этих сил пропорциональна весу тела, его «тяжелой массе», вторая — способности тела противиться изменению его скорости — «инертной массе». Следовательно, если пропорциональность инертной и тяжелой масс не соблюдается, то направление равнодействующей этих двух сил, то есть направление кажущейся силы тяжести (вертикальное направление), зависит от физической природы рассматриваемых тел. Этвеш показал, что пропорциональность между инертной и тяжелой массами соблюдается точнее, чем одна двадцатимиллионная доля этих масс.
При распаде радия выделяется так много энергии, что можно наблюдать убыль его массы на 1/1000 от общей массы. Если бы при этом изменения инертной массы не соответствовали изменениям тяжелой массы, то опыт Этвеша должен был с легкостью обнаружить такое несоответствие. Но этого нет. Такова экспериментальная основа новой теории. Результаты, полученные в первых попытках создания теории гравитации, воспроизводятся Эйнштейном и Гроссманом в новой математической форме. В основу уравнений теории положены тензоры — сложные математические образования, характеризуемые квадратными таблицами, содержащими 16 элементов. Эти элементы расположены в некотором подобии шахматной доски: четыре столбца и четыре строки. Во второй части работы даны правила обращения с этими тензорами. Тензоры применены к построению теории, а из теории получен ряд физических следствий. Одно из них (вывод о том, что поле тяжести нельзя описать обычными числовыми величинами — скалярами) оказалось ошибочным и было отвергнуто в примечании, сделанном после завершения работы.
Понимая, сколь трудно, даже для квалифицированных людей, усвоение их новой теории из журнальной статьи, Эйнштейн и Гроссман излагают ее на годичном собрании Швейцарского общества естествоиспытателей, а затем Эйнштейн делает обширный доклад на собрании Общества немецких естествоиспытателей. Здесь он не только сообщает о своих работах, но и сравнивает их с теориями гравитации, созданными к этому времени двумя другими теоретиками— Абрагамом и Нордстремом, и показывает, в чем состоят недостатки их теорий. Основным пороком теорий этих ученых оказалось желание следовать Эйнштейну более преданно, чем следовал себе сам Эйнштейн. Они хотели сохранить постулат о постоянстве скорости света, введенный Эйнштейном при создании первоначальной теории относительности. Теперь Эйнштейн показывает, сколь ограничен
