Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

В каком-то смысле эта проблема сохранилась до сегодняшнего дня. Пока ещё не построена удовлетворительная теория, описывающая силы, которые действуют внутри электрона, но трудности удаётся обойти, предположив, что у электрона нет внутренней структуры – это точечный заряд, не имеющий размеров и, следовательно, не разрываемый изнутри. Похоже, что эксперимент подтверждает такое предположение.

Подобно Вейлю и Калуце, Эйнштейн считал, что единая теория поля должна вырасти из обобщения общей теории относительности. Вейль проводил обобщение, добавив метрику, а Калуца – измерение. Эйнштейн искал другие возможности и нашёл их – с его точки зрения наиболее удачные и естественные. Общая теория относительности была симметричной теорией; другими словами, метрика была симметричной, аналогично тому, как симметрично наше тело относительно вертикальной линии, проведённой через его центр. Эйнштейн решил посмотреть, что получится, если отказаться от симметрии, и построил несимметричную теорию. И вновь чудесным образом появились уравнения Максвелла, и снова появилась надежда, что единая теория поля вот-вот будет готова. Эйнштейн какое-то время развивал её, а потом ненадолго оставил, чтобы заняться другой теорией, являющейся модификацией теории Вейля.

В начале 1929 года Эйнштейн пришёл к убеждению, что эта видоизменённая им теория верна. Новость просочилась в прессу и вскоре газеты всего мира запестрели восторженными заголовками. Новую теорию Эйнштейна провозгласили великим достижением науки. Он оказался в весьма неловком положении, так как знал, что теория ещё не проверена и на проверку потребуется несколько лет; более того, вскоре оказалось, что она оставляет желать лучшего.

Постепенно стало ясно, в чём заключается одна из основных трудностей, которую нужно было преодолеть Эйнштейну на пути к объединению. Дело в том, что незадолго до того созданная квантовая теория давала результаты, которые, казалось, хорошо согласуются с экспериментом. Поэтому единая теория поля, чтобы стать действительно всеобъемлющей теорией всей Вселенной, должна была каким-либо образом включать в себя и квантовую теорию.

Эйнштейн был не в восторге от квантовой механики и её статистического подхода к проблемам микромира. Он был убеждён, что при обобщении как-то удастся обойтись без вероятностей и неопределённостей. Но квантовая механика развивалась так бурно, что через несколько лет под её крылом оказалось большинство физических явлений микромира, для описания которых использовался непривычный язык. Ради новой перспективной квантовой механики учёные один за другим покидали общую теорию относительности. В итоге искать обобщения своей теории Эйнштейн продолжал уже почти в полном одиночестве.

В 1932 году он получил приглашение из Принстонского института перспективных исследований в США и через год в последний раз пересёк океан (раньше он уже ненадолго приезжал в Америку). Но теперь Эйнштейн не находился на переднем крае физики, и отношение некоторых коллег огорчало учёного – его идеи казались им отжившими и заезженными, как старая пластинка. У них вызывало недоумение отрицательное отношение Эйнштейна к столь популярной квантовой теории. Но он оставался непоколебим и спокойно сносил насмешки. Эйнштейн понимал, как он выглядит со стороны, и в 1954 году заметил: «Я похож на страуса, прячущего голову в релятивистский песок, чтобы не видеть зловредных квантов».

В Принстоне у Эйнштейна было несколько сотрудников: Хофман, Инфельд, Страус и Баргман. Много раз ему казалось, что цель достигнута, но через несколько дней или недель домик, построенный из уравнений, рассыпался. Вот что писал Страус: «Мы работали [над одной из теорий] девять месяцев. Но вот однажды вечером я нашёл класс решений, который при свете дня показал, что эта теория не имеет физического смысла». Страус пришёл в отчаянье, а Эйнштейн на следующее утро уже забыл о неудаче и начал думать над новой теорией.

Эйнштейну по-прежнему приходили в голову новые идеи, но уже не так часто, как в молодости. Кроме того, и трудностей было гораздо больше, чем при создании общей теории относительности. Раньше были хоть какие-то намёки, а теперь приходилось продираться сквозь джунгли сложнейших уравнений практически наугад. Он действовал методом проб и ошибок, проверяя то один подход, то другой.

Однажды Эйнштейна спросили, принесли ли его колоссальные усилия хоть какую-нибудь пользу. «По крайней мере, я знаю 99 путей, которые не годятся», – ответил он. Тем не менее Эйнштейн считал себя обязанным продолжать поиск: «Я знаю, что шансов на успех мало, но пытаться нужно… Это мой долг».

В Принстоне он в основном продолжал работать над своей прежней несимметричной теорией. Он записал две системы уравнений, каждая из которых открывала новые возможности. Но и тут возникли трудности. Леопольд Инфельд показал, что частицы, описываемые одной из систем, не взаимодействуют как положено – не удовлетворяют обычным хорошо известным законам электричества и магнетизма. Позднее Каллауэй показал, что так же обстоит дело и с другой системой уравнений.

Эйнштейн был убеждён, что эти уравнения – только первый шаг; потом их как-нибудь удастся слегка изменить или подправить, какой-то выход обязательно найдётся. Он продолжал свой поиск, а тем временем из жизни уходили близкие ему люди. Через три года после переезда в Принстон умерли его жена и старый друг М. Гроссман. В 1946 году с его сестрой Майей, самым близким Эйнштейну человеком, случился удар; она медленно угасала и скончалась в 1951 году.

Эйнштейн за несколько лет до кончины

К середине 50-х годов Эйнштейна стали одолевать сомнения. Все его старания ни к чему не привели. Незадолго до смерти он неохотно признал: «Представляется сомнительным, чтобы теория поля могла описывать как атомную структуру вещества и излучения, так и квантовые явления». Но несмотря на сомнения, Эйнштейн продолжал строить единую теорию поля. Даже на смертном одре он не выпускал из рук карандаш и бумагу.

Когда 13 апреля 1955 года Эйнштейна с сильными судорогами увезли в принстонскую больницу, он знал, что конец близок, но попросил принести очки и записи, чтобы продолжать работу. Глядя на осунувшиеся, опустошённые лица близких, пришедших навестить его, Эйнштейн сказал: «Не расстраивайтесь, всем суждено умереть». Он скончался 18 апреля, так и не осуществив свою мечту.

Многие трудности, с которыми столкнулся Эйнштейн при создании новой теории, были связаны не с физической, а с математической интерпретацией. Трудности эти были так велики, что возникает вопрос, не нужны ли для их разрешения новые математические методы. В истории науки часто крупные научные открытия были результатом появления новых математических приёмов. Ньютон, например, совершил свои основные открытия, создав дифференциальное исчисление. Так и Эйнштейн не смог бы построить общую теорию относительности без тензорного исчисления, которое появилось всего за несколько лет до создания этой теории.