Банеш Хофман - Альберт Эйнштейн. ТВОРЕЦ И БУНТАРЬ.

И хотя намек — всего-навсего намек, в запутанной ситуации, как известно, он может представлять большую ценность. В данном же случае этот намек, казалось, приобретал все большее значение, ибо благодаря ему Эйнштейн натолкнулся на целый сонм взаимосвязанных проблем. Искривление времени под воздействием гравитации привело его к мысли, что пространство, теснейшим образом связанное в релятивистской теории со временем, также должно быть искривлено. Более того, ускоренное движение лаборатории вызывает искажение пространственно-временной системы координат — четырехмерного аналога миллиметровой бумаги, — а подобные искажения означают, что эти системы координат утрачивают прямую связь со стандартными часами и масштабами длины. Непосредственные физические измерения стали, таким образом, невозможны, и Эйнштейн испытал крайнюю растерянность. Прошло немало времени, прежде чем он понял, что и здесь содержался намек, притом немаловажный. Эйнштейн вынужден был полностью пересмотреть все, что связано с координатами и измерениями, а это было делом далеко не легким.　

Необычайно важная догадка, которая помогла Эйнштейну найти ключ к этой проблеме и продолжить свои поиски, осенила его не сразу. Попробуем понять его мысль с помощью довольно простой аналогии. Столкнулись два автомобиля. Полиция устанавливает «координаты» — место (пусть это будет угол 20-й стрит и 15-й авеню) и время катастрофы. Теперь изобразим на миллиметровке план района с координатами 20 и 15 и с его помощью легко определим расстояние, которое нужно проехать до места происшествия, например от полицейских участков на 5-й стрит и 8-й авеню. Затем предположим, что катастрофа произошла на углу Кингс Лэйн и Линден Крес- цент, а полицейские участки расположены на Хайлэнд Террас и Болтон Плейс [23] В первом случае говорится о районе Нью-Йорка, где стрит и авеню расположены перпендикулярно друг к другу, образуя как бы прямоугольную сетку. Во втором случае столь строгий порядок отсутствует. — Прим. перев. . С такими координатами мы получим на плане беспорядочную картину города с кривыми и неравномерно расположенными улицами. В таком городе мы без карты не сумеем получить ни малейшего представления о величине искомых расстояний.　

Однако это не совсем так. Ведь нам прекрасно известно, что во время столкновения расстояние между автомобилями — и в пространстве, и во времени — было нулевым. «Ну, — скажете вы, — к чему заострять внимание на столь очевидных вещах?» Тем не менее именно подобная тривиальная мысль и явилась для Эйнштейна настоящим откровением. Пространственно-временные координаты нужны просто для удобства обозначения. Физика же (столкновение автомобилей для нее — лишь частный случай) имеет дело главным образом с совпадающими во времени событиями, а такие события независимо от системы координат останутся, безусловно, совпадающими. Это утверждение в сформулированном виде звучит как нечто само собой разумеющееся. Однако именно в этом и состоит особое очарование самых глубоких идей Эйнштейна. Данная идея не исключение, и она тоже не несет на себе отпечатка той долгой умственной борьбы, результатом которой она на самом деле явилась.　

Теперь он мог следовать дальше по пути к общей теории относительности. Если отныне всякое движение относительно, то, вероятно, придется примириться с как угодно искаженными системами координат, даже если их связь с непосредственными измерениями, казалось бы, почти невозможно конкретизировать. В силу целого ряда причин Эйнштейн пришел к заключению, что не должно быть каких-либо предпочтений: физические уравнения должны одинаково подходить для всех пространственно-временных систем координат. Это требование он позднее назвал принципом общей ковариантности. 　

В Праге Эйнштейну почти не удалось продвинуться в развитии этого принципа. Он предвидел, что на этом пути ему предстоит столкнуться с труднейшими математическими проблемами, и по возвращении в Цюрих в 1912 г. сделал, как оказалось, наиболее верный шаг для их преодоления: обратился к помощи хорошего математика. В письме от 29 октября 1912 г. Эйнштейн писал:　

«…я занят исключительно проблемой гравитации и думаю, что теперь мне удастся преодолеть все трудности с помощью моего друга — математика. Но одно мне совершенно ясно: что никогда в жизни мне еще не приходилось так много работать и что я проникся величайшим уважением к математике, наиболее изысканные области которой я до сих пор по неразумению считал ненужной для меня роскошью. По сравнению с этой проблемой первоначальная теория относительности не более, чем детская игра!»　

Математиком, к которому он обратился, был не кто иной, как его преданный друг Марсель Гроссман, не впервые уже выручавший Эйнштейна из затруднительного положения. По счастливому стечению обстоятельств, — а может быть, волею судьбы — область математики, в которой тот специализировался, в точности соответствовала потребностям Эйнштейна, и без существеннейшей помощи Гроссмана в математическом оформлении общей теории относительности эта теория еще долгое время не могла бы стать достоянием науки. Хотя это сотрудничество, скорее всего, было довольно необычным, поскольку научное мировоззрение Гроссмана — математика до глубины души — в корне отличалось от мировоззрения его друга — физика. Об этом прекрасно свидетельствует история, рассказанная Эйнштейном в его «Автобиографических набросках», которые были написаны им незадолго до смерти для сборника, выпущенного в честь столетней годовщины со дня основания Цюрихского политехникума. Вспоминая свои студенческие годы, Эйнштейн писал:　

«[Гроссман] сделал однажды такое прекрасное, характерное замечание, что я не могу его здесь не процитировать: „Я полагаю, что из изучения физики я все же почерпнул кое-что существенное. Когда раньше я садился на стул и ощущал еще остаток тепла, которое принадлежало моему „предсидетелю“ мне было неприятно. Все это совершенно прошло, так как физика научила меня, что теплота есть нечто совершенно безличное“».　

Как мы помним, перед Эйнштейном стояла математическая задача вывода уравнений, соответствующих принципу общей ковариантности. Вероятно, еще в Праге кто-то из коллег говорил Эйнштейну, что нужный ему математический метод уже создан. Однако осваивать его Эйнштейн начал лишь в Цюрихе при всемерной помощи Гроссмана. Надо сказать, что овладеть этим «оружием» было нелегко. Сейчас этот метод называют тензорным исчислением, а разработка его — в основном заслуга итальянского математика Грегорио Риччи, причем решающего успеха последний добился все в том же 1887 году, ознаменовавшемся экспериментом Майкельсона — Морли и открытием фотоэлектрического эффекта.