Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Таким образом, в теории Ньютона гравитационное ускорение не зависит от массы. Яблоки ускоряются так же, как планеты. Даже элементарная частица чрезвычайно малой массы, например электрон, испытывает такое же гравитационное ускорение. Масса планеты, яблока или электрона вообще не присутствует в итоговой формуле. Поэтому, даже если масса равна нулю, как в случае света, теория Ньютона предсказывает гравитационное ускорение. (Разумеется, расчетное отклонение очень мало в силу огромной скорости света.)

В 1911 г. Эйнштейн сделал первое предсказание об отклонении света звезд Солнцем. К сожалению, его расчетная величина совпала с ньютоновской – чуть меньше одной угловой секунды. Если обе теории прогнозируют одну и ту же величину, то никакой эксперимент не сможет подтвердить преимущество одной из них. Однако в 1916 г. Эйнштейн понял, что ошибся в математических расчетах и что отклонение света, согласно ОТО, должно быть почти в два раза больше, чем по теории Ньютона, – целых 1,75″.

В повседневной жизни отклонение 1,75″ – это совсем немного. Представьте, что друг светит фонариком в вашу сторону с расстояния 120 м. Вы с точностью определяете направление, откуда приходит свет. Затем ваш друг передвигает фонарик всего на 1 мм. Это даст угол 1,75″. Поверьте, измерить его будет сложно.

Есть другая проблема: эффект имеет место только вблизи наблюдаемого края Солнца. Вы когда-нибудь пытались увидеть звезды при ярком дневном свете, тем более измерить их положение? Это все равно что пытаться изучать светлячков, порхающих далеко позади мощного прожектора, освещающего двор. Хотелось бы выключить прожектор или хотя бы убавить яркость.

Сходным образом была решена проблема измерения отклонения света звезд. Солнце то и дело временно «выключается», когда перед ним проходит диск Луны. В течение полного солнечного затмения яркая поверхность Солнца полностью заслоняется, или затемняется, Луной, и звезды на его фоне становятся видны.

Возник план: во время полного солнечного затмения сфотографировать звезды в непосредственной близости от Солнца. Пронаблюдать то же самое звездное поле на несколько месяцев позже или раньше, когда свет звезд не отклоняется под воздействием искривления пространственно-временного континуума находящимся на их пути Солнцем. Сравнить положение звезд на двух фотографиях и измерить величину отклонения во время затмения.

Английский астроном Артур Стэнли Эддингтон сыграл главную роль в осуществлении этого плана. Новость о появлении ОТО Эйнштейна добралась до Англии только в начале 1916 г., поскольку шла война. Но в Лейдене физики прекрасно знали о новой теории. Виллем да Ситтер, блестящий лейденский астроном и математик, написал о ней в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Эддингтон, будучи секретарем общества, оказался первым английским ученым, познакомившимся с новейшими трудами Эйнштейна, и стал одним из самых преданных его сторонников и пропагандистов.

Предыдущие экспедиции немецких ученых с целью измерения отклонения света звезд во время полного солнечного затмения 21 августа 1914 г. оказались безрезультатными, главным образом из-за войны. Но Эддингтон был уверен, что его ждет успех, и заручился помощью Фрэнка Дайсона, директора Гринвичской обсерватории, расположенной к востоку от Лондона, а также британского Королевского астронома (эту почетную должность впервые занял Джон Флемстид в 1675 г.).

Представляю, как два астронома обсуждали план Эддингтона по проверке теории Эйнштейна (предупреждаю, что целиком и полностью выдумал этот диалог):

– Наилучшая возможность представится во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г., – говорит Дайсон.

– Что в нем особенного? – уточняет Эддингтон.

– На редкость продолжительное. Почти 7 минут. Мы успеем сделать фотографии. Более того, во время затмения Солнце будет в созвездии Тельца, в окружении относительно ярких звезд, например Гиад, знаменитого звездного скопления. Какие возможности для измерения положения звезд!

– Значит, все прекрасно? Никаких препятствий?

– Да как сказать, – мнется Дайсон. – Большая часть зоны полного затмения придется на дождливую амазонскую сельву и африканские джунгли. Легкодоступными будут только два места – город Собрал на северо-востоке Бразилии и остров Принсипи в Гвинейском заливе.

– Чудесно, – отвечает Эддингтон. – Давайте организуем две экспедиции. Если в одном из этих мест во время затмения будет облачность, мы все равно получим результаты. Если при обоих экспериментах будет хорошая погода и результаты окажутся одинаковыми, это будет еще убедительнее.

Конечно, проще сказать, чем сделать. Эра повсеместных коммерческих авиаперевозок еще не началась, и людей, телескопы и фотокамеры пришлось несколько недель везти морем. В Бразилии основной телескоп отказал из-за жары, и в распоряжении астрономов Гринвичской обсерватории Чарльза Дэвидсона и Эндрю Кроммелина остался слабый прибор. Тем временем на Принсипи проклятием Эддингтона и часовщика Эдвина Коттингема стали облака. Из привезенных ими на родину фотопластин пригодились лишь несколько, которые удалось отснять в последнюю минуту затмения [25] Об экспедиции Артура Эддингтона 1919 г. с целью наблюдения солнечного затмения см.: Peter Coles, “Einstein, Eddington and the 1919 Eclipse” (Питер Коулс. Эйнштейн, Эддингтон и затмение 1919 г.), Proceedings of International School on “The Historical Development of Modern Cosmology”, Valencia 2000 , ASP Conference Series ( http://arxiv.org/abs/astro-ph/0102462 ). .

Скорее всего, вы никогда не видели полного солнечного затмения. Большинству людей случалось наблюдать разве что частичные, когда часть поверхности Солнца затеняется Луной, но частичные и полные солнечные затмения – события несопоставимые. Стоит увидеть полное затмение, и вы, бесспорно, согласитесь со мной. Небо становится серо-голубым. Животные затихают. Надвигается темнота, становятся видны планеты и звезды, и серебристо-белая корона Солнца, словно бесценный дар природы, скрывается за темным силуэтом Луны. Потрясающе!

Я видел около десятка полных солнечных затмений (это зрелище вызывает зависимость с первого раза – увидели одно, обязательно захочется еще) и знаю, что должны были испытывать Эддингтон и Коттингем. На Карибском острове Ауруба в феврале 1998 г. небо было затянуто тучами почти весь день, практически до начала явления. Все собравшиеся переживали – вдруг облака не разойдутся в нужный момент? (К счастью, они разошлись.) Через полтора года, в августе 1999 г., я повез семью наблюдать затмение в Турцию, где вероятность ясной погоды была намного выше, чем во Франции и Германии, и все равно сильно нервничал весь день накануне, стоило маленькому облачку появиться над горизонтом. А ведь передо мной не стояла задача доказать правоту Эйнштейна!