Альберт Эйнштейн: творец и бунтарь - [39]
Этот вывод весьма существен и сам по себе. Но из него вытекает не менее важное следствие. Представьте себе свет в виде волн. В таком случае, как это показано на рисунке, для наклона траектории движения необходимо, чтобы нижняя часть волны запаздывала. Что же из этого следует? А то, что скорость света не является постоянной и уменьшается под действием гравитации. Но ведь это же самая настоящая ересь! И главный еретик — сам Эйнштейн.
Однако мы еще не все сказали о принципе эквивалентности. Поместим экспериментаторов (назовем их А. Нижний и А. Верхний) в Aclab, а в Gravlab — экспериментаторов G. Нижнего и G. Верхнего, как показано на рисунке, и предположим, что у каждого из них есть точные часы. Эйнштейн показал (здесь не имеет смысла вдаваться в подробности), что в результате ускорения А. Верхний считает часы А. Нижнего отстающими от его собственных, в то время как, к нашему удивлению, А. Нижний находит, что часы А. Верхнего идут быстрее его часов. (Кто бы мог подумать, что подобная ситуация вызовет у нас удивление?![22]) Согласно принципу эквивалентности, когда G. Нижний и G. Верхний сверят свои часы, посмотрев на них, они должны будут согласиться, что часы G. Нижнего, оказывается, идут медленнее, чем часы G. Верхнего. Следовательно, гравитация искривляет время и делает это самым неожиданным образом.
Эйнштейн не просто выдвигал идеи. Он пытался также найти подтверждающие его предсказания факты, которые могли бы быть экспериментально проверены. Возьмем, к примеру, скорость хода часов. Заменим ее скоростью колебаний (в данном случае — частотой) испускаемого атомами света. Тогда, утверждал Эйнштейн в 1907 г., можно провести сравнение и убедиться, что колебания света, посылаемого нам атомами с Солнца, на одну полумиллионную часть меньше частоты световых колебаний, источниками которых являются такие же атомы на Земле. Это найдет проявление в небольшом сдвиге линий спектра солнечного света в сторону красного конца спектра. Понятно теперь, почему этот знаменитый эффект получил название гравитационного красного смещения.
Что же касается гравитационного искривления световых лучей, то в 1907 г. Эйнштейну не удалось придумать реального способа его экспериментальной проверки. К 1911 г. такой способ был им уже найден. Эйнштейн вычислил, что лучи, исходящие от звезд, проходя вблизи Солнца, должны отклоняться на 0.83>1 дуговой секунды — угловой ширины монеты в 25 центов, рассматриваемой с расстояния семи с лишним километров. По предсказанию Эйнштейна, это отклонение могло быть обнаружено в момент полного солнечного затмения.
Немецкий астроном Эрвин Финлей-Фрейндлих попытался найти наблюдательные подтверждения этого отклонения и изучил все существовавшие в то время фотографические снимки затмений Солнца, но успеха так и не добился. Поскольку очередное полное солнечное затмение должно было произойти в 1914 г. и могло наблюдаться с территории России, он отправился туда с целью проверить теорию Эйнштейна, но разразившаяся в тот год война помешала ему. Хотя это и можно считать невезением, мы тем не менее убедимся, что неудача имела и положительную сторону.
Эйнштейн стремился выяснить, действительно ли световые лучи искривляются под воздействием поля тяготения Солнца, и с этой целью 14 октября 1913 г. написал из Цюриха письмо известному американскому астроному Джорджу Хейлу. В письме он спрашивал, можно ли осуществить проверку сделанного им теоретического вывода, не дожидаясь солнечного затмения. Посовещавшись с другими астрономами, Хейл дал отрицательный ответ. Как и неудачная попытка Финлея-Фрейндлиха, этот ответ также, как оказалось, имел свою положительную сторону. Письмо Эйнштейна Хейлу представляет определенный интерес и как документ личного характера, в особенности если принять во внимание, что оно было написано после того, как Эйнштейн получил приглашение в Берлин, но до его отъезда туда из Цюриха. В этом письме Эйнштейн писал, что обращается к Хейлу по рекомендации своего коллеги профессора Маурера, и Маурер даже сделал небольшую приписку к этому письму на не слишком хорошем английском языке, в которой выражал благодарность за «любезный ответ мистеру профессору д-ру Эйнштейну, моему уважаемому коллеге по Политехническому училищу»; подпись Маурера для пущей убедительности подкреплена печатью Политехникума. Видимо, Эйнштейн хотел, чтобы к его просьбе отнеслись серьезно, но с присущей ему от рождения скромностью отнюдь не был уверен, что одного его имени для этого будет достаточно. Это было в его духе. Можно было бы ожидать, что ради такого случая он постарается написать письмо особенно аккуратно. Но Эйнштейн без особых церемоний зачеркивает слова и заменяет их другими, заботясь лишь о том, чтобы в письме было выражено существо дела, а не соблюдены светские условности. И в этом штрихе также раскрываются некоторые его чисто человеческие черты.
Даже не имея возможности получить экспериментальное подтверждение принципа эквивалентности, Эйнштейн сохранял уверенность в его справедливости. Он прекрасно сознавал, что это всего лишь достаточно грубый и приблизительный набросок, лишь первый шажок на пути к тому, что он уже интуитивно предвидел, но еще не мог сформулировать. Но знал он и то, что в принципе эквивалентности уже содержатся фундаментальные эстетические и физические понятия, на которые он мог опираться в своих дальнейших поисках. Прежде всего этот принцип олицетворял эстетическое единство: ведь с какой стати, рассуждал Эйнштейн, допускать существование одного типа относительности для механических и другого — для всех остальных физических явлений? К тому же он воспринимал этот принцип как убедительное подтверждение того, что его интуитивное стремление к признанию всех видов движения относительными не является своего рода погоней за миражем. Более того, Эйнштейн чувствовал, что итогом его устремлений должна стать новая теория гравитации, которая уже не будет укладываться в границы специальной теории относительности. И — будто всего этого недостаточно, — как мы увидим, этот принцип действительно с необычайной точностью направлял поиски Эйнштейна на его пути к общей теории относительности. Началом же этих революционных изменений в физике послужила внезапная, изумившая самого Эйнштейна догадка, касающаяся равенства инертной и тяжелой масс в теории Ньютона. Как и всякий другой ученый, Эйнштейн не избежал ошибок в своих исканиях, но интуиция всегда возвращала его на единственно верный путь.
