Фридрих Гернек - Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Вторым эффектом является искривление световых лучей звезд в поле тяготения солнца. Это было особенно смелое предположение, противоречившее всем фактам и привычному образу мыслей. Ни один физик до Эйнштейна даже и во сне не пытался исходить в своих расчетах из того, что свет в свободном пространстве распространяется иначе, чем прямолинейно.

Уже в 1911 году в Праге Эйнштейн теоретически вывел искривление лучей из релятивистского положения об инертности энергии и "принципа эквивалентности". Он, однако, получил слишком малую величину, так как все еще исходил из классических представлений. Только в конце 1915 года в Берлине он нашел правильную величину в 1,7 дуговой секунды, которая четыре года спустя была в пределах возможностей измерения подтверждена английской экспедицией по наблюдению солнечного затмения под руководством астрофизика Эддингтона.

Подтверждение столь невероятного физического предположения практикой астрофотографии и астрономического вычисления произвело на мир специалистов большое впечатление и возбудило невиданный интерес. Оно означало триумф теоретического естествознания и превратилось в мировую сенсацию, которая едва ли не превзошла открытие спутников Юпитера Галилеем и открытие Х-лучей Рентгеном.

Третьим эффектом для проверки новой теории гравитации является релятивистское красное смещение. Оно основывается на том, что атомы в сильном поле тяготения испускают свет, спектральные линии которого показывают сравнительно большую длину волн, то есть смещены в длинноволновую, красную сторону спектра. Сильное гравитационное воздействие уменьшает число колебаний лучей света, и в соответствии с этим увеличивается длина волны.

У солнца и звезд с очень большой плотностью, "белых карликов", астрофизики смогли установить этот эффект спектроскопически; однако из-за различных трудностей наблюдения и измерения найденные величины не вполне соответствовали требованиям теории и не всегда совпадали друг с другом. Несмотря на то, что Эйнштейн неоднократно подчеркивал, что главное значение общей теории относительности состоит не в подтверждении мелкими эффектами, но в упрощении теоретических основ всей физики, которыми они обусловливаются, все же приятно, что вскоре и релятивистское красное смещение было доказано количественно безупречно.

С помощью эффекта Мессбауэра, который был важен уже для парадокса времени специальной теории относительности, в 1960 году двум американским физикам удалось подтвердить предсказанную Эйнштейном величину релятивистского красного смещения в поле тяготения Земли. Используя башню с 22-метровым вертикальным испытательным штреком, они смогли по смещению частоты колебаний гамма-квантов установить величину релятивистского эффекта с величайшей точностью. Тем самым общая теория относительности блестяще выдержала и свою третью проверку.

Теория относительности и гравитации не только низвела, по словам Эйнштейна, понятия пространства и времени с "Олимпа априорности" и привела их в "пригодное к употреблению состояние", она также доказала истинность диалектического понимания взаимодействия формы и содержания в масштабах всего мира. Движущаяся материя, тела и поля как содержание определяют структуру пространства - времени, которая оказывает обратное воздействие на тела и поля как форма.

Общая теория относительности физически подтвердила диалектико-материалистический тезис о том, что пространство и время есть "формы существования материи". Если ранее придерживались взгляда - как разъяснял Эйнштейн некоему репортеру основную мысль своего учения, - что пространство и время останутся, если из вселенной удалить все вещи, то теперь известно, что тогда больше не могло бы существовать также ни пространства, ни времени. Так Эйнштейн простейшим образом разъяснил диалектико-материалистическое положение о неразрывной взаимозависимости материи, движения, пространства и времени.

Уже через год после завершения теории гравитации и почти одновременно со своей общедоступной книгой "О специальной и общей теории относительности", своей первой опубликованной книгой, Эйнштейн предложил новую теоретическую работу, которая также имела далеко идущие последствия. На основе римановской геометрии я принципа Маха он развил мысль о неограниченной, однако пространственно-конечной, неевклидовой вселенной. В ней луч света, идущий по прямой линии через миллиарды лет, возвращается в свой исходный пункт. Общая теория относительности стала здесь как бы дорожным знаком на пути в космос.

Описанная Эйнштейном в 1917 году первая модель замкнутой вселенной была неудовлетворительной по форме. Однако ее основная мысль оставалась в силе и привела вскоре к целому набору релятивистских моделей вселенной.

Одним из первых, кто ознакомился с космологическими взглядами Эйнштейна и творчески их продолжил, был выдающийся советский математик Александр Фридман, к сожалению, умерший слишком рано. На основе эйнштейновских уравнений поля он в 1922 году пришел к идее замкнутой вселенной с растущим во времени радиусом искривления. Эйнштейн расценил результат Фридмана как "верный и вносящий ясность".

В настоящее время многочисленные физики-теоретики и астрономы в принципе склоняются к точке зрения Эйнштейна с учетом изменений ее первоначальной формулировки, Эрвин Шрёдингер в 1960 году в своей последней публикации также говорил о "вероятно, замкнутой вселенной". Проблема расширяющейся вселенной, которая впервые была поднята в 1928 году калифорнийским астрономом Хабблом на основе его наблюдений спиральных туманностей, тесно связана с космологией Эйнштейна и Фридмана.

Наиболее точно значение космологии Эйнштейна охарактеризовал Макс Борн в опубликованном в 1955 году докладе "Физика и относительность". О гипотезе замкнутой вселенной Борн сказал: "Это предположение о конечном, но неограниченном пространстве является одной из самых великих идей о природе космоса, которые когда-либо высказывались. Оно разъяснило загадку, почему система звезд с течением времени не рассеялась и не разредилась, что произошло бы, если бы пространство было бесконечным; это придало физический смысл принципу Маха, который постулировал, что закон инерции должен рассматриваться не как свойство пустого пространства, а как эффект всей системы звезд, и это открыло путь к пониманию того факта, что эта звездная система расширяется".

Пространственно замкнутый космос не является необходимым выводом из уравнений поля теории гравитации; тем не менее многие физики и философы считают его наилучшим их решением. К числу сторонников этой гипотезы принадлежал и Макс Лауэ. Сам Эйнштейн на вопрос, почему он среди возможных решений своих уравнений поля избрал конечное пространство, вынужден был ответить: "Я себя лучше чувствую в закрытом пространстве". Вопрос о том, насколько правомерно рассматривать вселенную как некий род сферического пространства с изменяющейся кривизной и конечным пространственным содержанием, сегодня еще не решен, и не ясно, можно ли на этот вопрос вообще ответить однозначно.