Амир Ацель - Почему наука не отрицает существование Бога? О науке, хаосе и пределах человеческого знания

Кроме того, в 1905 году Эйнштейн показал: масса эквивалентна энергии, что следует из знаменитого уравнения E = mc 2. Этот принцип положен в основу работы Большого адронного коллайдера (БАК), построенного в международной физической лаборатории Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН, CERN), расположенной близ Женевы в Швейцарии. БАК – это гигантский ускоритель элементарных частиц. Коллайдер создан, исходя из представления о том, что эффективная масса разогнанных до высоких скоростей частиц становится огромной и выделяет колоссальную энергию при их столкновении.

Выделившаяся энергия преобразуется в новые, не существовавшие ранее частицы, например в «божественную частицу», так называемый бозон Хиггса, об обнаружении которого было недавно объявлено. Считают, что именно эта частица появилась вскоре после Большого взрыва, приобретя конечную массу и породив обладающие массой другие частицы во Вселенной.

Согласно современным космологическим теориям, Большой взрыв создал лишь чистую энергию. Обладающие конечной массой покоя частицы – такие, как электроны и кварки, из которых возникли протоны и нейтроны (то есть ядра всех атомов, составляющих материю), получили свою массу от бозона Хиггса. Лишенной массы покоя осталась лишь одна частица – фотон, вездесущая частица света.

Важно, однако, понять, что эксперименты на Большом адронном коллайдере, имитирующие события, происшедшие в ходе Большого взрыва, не создают материю «из ничего». Протоны разгоняются в туннеле под действием мощного магнитного поля, которое заставляет их лететь по кругу. Установка потребляет электроэнергию в количествах, достаточных для обеспечения крупного города.

Существующим частицам придается кинетическая энергия (энергия движения) за счет электрической, преобразованной в электромагнитные поля. При столкновении частиц выделяется столько же энергии, сколько они ее получили в результате разгона (плюс их энергия покоя, рассчитанная по формуле Эйнштейна), и эта энергия порождает новые частицы. Помимо всего прочего, эти процессы демонстрируют один из основополагающих физических законов – закон сохранения энергии: энергия (в форме массы, излучения или движения) просто меняет форму, но ее нельзя ни создать , ни уничтожить . В этом процессе энергия не возникает «из ничего».

Эйнштейн понял, что новый взгляд на физику, раскрытый им в частной теории относительности, повлияет на понимание природы гравитации и механизмов ее действия. Понимал Эйнштейн и то, что его принцип относительности поколеблет величественное здание теории механики, возведенное Ньютоном. Когда объекты начинают двигаться очень быстро, их массы резко увеличиваются, и для таких случаев необходимо вводить поправки в механику Ньютона.

Для того чтобы создать Общую теорию относительности, которая включала бы в себя как частный случай систему Ньютона, потребовалось несколько лет напряженной работы в области математики. Наконец, на исходе 1915 года, через десять лет после создания частной теории относительности, Эйнштейн представил полную релятивистскую теорию тяготения: Общую теорию относительности. Она была опубликована в 1916 году. Уравнения Эйнштейна, созданные для этой теории, отличаются математически четкой симметрией и структурой, то есть качеством, каковое математики и физики-теоретики называют изяществом. Уравнения эти точны и лаконичны: они содержат все, что необходимо для модели сложной физической системы, но ничего лишнего. Выражаясь словами самого Эйнштейна, они были «просты, насколько это возможно, но не более того». Во всяком случае, они послужили своей цели – релятивистскому объяснению всемирного тяготения.

В Общей теории относительности Эйнштейн утверждает, что пространство искривляется вокруг массивных объектов; и в этом смысле Общая теория относительности является геометрической теорией, так как показывает, что под влиянием гравитации изменяется геометрия пространства-времени. Массивные объекты искривляют пространство вокруг себя. Пространство и время объединяются в новое понятие – пространство-время.

Эйнштейну было нужно физическое доказательство справедливости теории, и оно было представлено английским астрономом и физиком Артуром Эддингтоном, секретарем Королевского астрономического общества. Во время Первой мировой войны Эйнштейн не мог посылать письма в Британию, так как она была вражеской страной, и тогда он передал Эддингтону ряд своих статей через друга, нидерландского физика Виллема де Ситтера, жившего в нейтральной Голландии. Таким образом, Эддингтон познакомился с Общей теорией относительности намного раньше, чем остальные ученые, жившие за пределами Германии.

Будучи убежденным пацифистом, Эддингтон отказался служить в армии во время войны. Учитывая, что он был известным ученым, создавшим важные теории происходящих внутри звезд процессов, Британия дала ему разрешение не вступать в ряды вооруженных сил. Эддингтон продолжал заниматься наукой. Он организовал экспедицию на расположенный в Атлантическом океане остров Принсипи для наблюдения за солнечным затмением, которое должно было произойти 29 мая 1919 года. Другая группа ученых отправлялась в Бразилию наблюдать то же самое затмение. Обе группы должны были исследовать поведение света звезд, глядя на Солнце – точнее, на то место, где Солнце пряталось за Луной во время полного затмения. Задача заключалась в том, чтобы выявить отклонения лучей звездного света, которые должны происходить, если справедлива Общая теория относительности.

Несмотря на риск заболеть малярией, на обилие ядовитых змей и отвратительный климат, экспедиция увенчалась успехом: обеим группам, на Принсипи и в Собрале, удалось сделать фотографии, подтверждавшие, что вокруг Солнца происходит именно такое искривление звездного света, какое предсказывала Общая теория относительности (в пределах статистической погрешности). После того как экспедиции вернулись в Британию и представили научному сообществу свои результаты, Эйнштейн в один день стал всемирной знаменитостью.

С тех пор Общая теория относительности подтверждалась многими экспериментами, в которых были верифицированы ее предсказания. Общая теория относительности помогла разрешить загадку смещений перигелия Меркурия – ближайшей к Солнцу точки его орбиты. До тех пор никому не удавалось объяснить эти смещения с точки зрения механики Ньютона. Было подтверждено существование предсказанных Общей теорией относительности черных дыр при помощи наблюдения материи, которая исчезает в них, испуская при этом рентгеновские лучи. Ученые наблюдали множество других феноменов, которые теперь можно было объяснить исходя из Общей теории относительности. Один из таких феноменов – гравитационное красное смещение: длина волны света увеличивается под воздействием гравитации.