Чем мир держится?

Английский физик Г. Бонди задает «риторический вопрос»: «Как же случилось, что столь хорошо обоснованная теория была отброшена и заменена другой (общей теорией относительности Эйнштейна. — Р. П.), самая большая заслуга которой заключается в том, что она дала те же результаты, что и прежняя? Немногочисленные и незначительные пункты, в которых эти теории расходились, были даже не особенно твердо установлены экспериментально».

Однако: «Нас приводит к новой теории принцип единства физики, который требует, чтобы гравитация, с одной стороны, и электромагнетизм и оптика, с другой, не принадлежали к разным типам пространства-времени».

Вот мы встретились в этой книге впервые с принципом единства физики. Естественное обоснование такого принципа — то, что любые сложные процессы в природе содержат явления, относящиеся к разным областям физики и подчиняющиеся их законам. Он находит свое выражение и подтверждение на многих «стыках» теории гравитации с другими областями физического знания. Лишним подтверждением такого единства стало практически одновременное действительно широкое признание ученым миром теории Максвелла и теории Эйнштейна.

(Никак нельзя недооценивать роль, которую сыграли для Эйнштейна его размышления над Максвелловой теорией электромагнетизма. И не случайно ведь первая работа сотрудника Бернского бюро патентов по специальной теории относительности называлась «К электродинамике движущихся тел». К электродинамике!)

Долго не признавали даже крупные физики теорию Максвелла. Но когда, наконец, она была принята, это стало победой нового подхода к физике в целом и проложило дорогу теории относительности.

Несмотря на всю категоричность утверждений Бонди о незначительности расхождений в теориях Ньютона и Эйнштейна, один факт безусловно сыграл особую роль в возникновении общей теории относительности.

Физики — не революционеры, скорее они консервативны, и только вынуждающие обстоятельства побуждают их жертвовать хорошо обоснованными представлениями.

В 1859 году французский ученый Урбен Леверье прославленный тем, что по движению планеты Уран предсказал существование неизвестного тогда Нептуна, обратил внимание на еще один непорядок в Солнечной системе. Самая отдаленная от Солнца точка орбиты Меркурия — его перигелий — смещалась чуть-чуть больше, чем следовало из формул небесной механики, основанной на законе всемирного тяготения. Смещение (позже уточненное англичанином Ньюкомом) составляло всего сорок три угловые секунды за столетие, меньше, чем полсекунды в год.

Мелочь? Но в астрономии, как и вообще в науке, мелочей не бывает, и факт, не соответствующий теории, не более и не менее как мина, подложенная под эту теорию.

Сам Леверье пошел по уже проложенной им торной дороге, предположив существование еще одной планеты, теперь уже между Солнцем и Меркурием, планеты, сбивающей Меркурий с его пути. Гипотетическому спутнику Солнца дали имя Вулкана, вычислили его орбиту, а найти не смогли.

Попытки объяснить «неувязочку» вызвали к жизни не только мифическую планету, расположенную якобы еще ближе к Солнцу, чем Меркурий, но и кольцо комет, летящих вокруг Солнца внутри орбиты Меркурия, и спутник Меркурия, и кольцо малых планет между орбитами Меркурия и Венеры.

Солнце полагали сплющенным, а также — в другом варианте — окруженным большим количеством диффузной материи. Каждая из этих гипотез опровергалась. Спутник Меркурия увидели бы, Солнце не может быть сплющенным в нужной для смещения перигелия Меркурия степени и т. п. и т. д.

Смещение перигелия Меркурия было, по существу, единственным наблюдаемым уклонением во Вселенной от правил небесной механики Ньютона[8]. Но астрономы были уязвлены в самое сердце. Они — и вдруг чего-то не могут объяснить!

После открытий Ньютона наука, развивавшая их, знала о небе гораздо больше, чем о Земле. Парадоксально, но это положение кое в чем сохранилось до наших дней. Кто не слышал, скажем, что элемент гелий был открыт сначала на Солнце, потом на Земле. Однако гораздо реже вспоминают, что нам лучше известен химический состав звезд, чем собственной планеты. Астрономия в течение столетий не без оснований была и остается самой уверенной в себе изо всех наук.

Великие события порой возникают по малому поводу. Принц Гамлет в трагедии Шекспира поначалу как будто осуждает норвежского принца Фортинбраса, ведущего армию воевать за «невзрачный кус, в котором барыша — лишь званье, что земля». Однако потом говорит: «…дело не стоит выеденного яйца. Но тот-то и велик, кто без причины не ступит шага, если ж в деле честь, подымет драку за пучок соломы».

Честь ученых — в стремлении сделать так, чтобы выводы теории совпадали с данными наблюдений и экспериментов. И до тех пор, пока тут нет полного совпадения, а есть расхождение хоть на волос, они не могут, не имеют права успокоиться. Затронута честь ее величества Науки! Всякий факт, не отвечающий «хорошей» теории, есть оскорбление, вызов, брошенный науке. Наука в лице своих представителей примет этот вызов, каким бы мелким ни был повод для него.

И незначительность факта, в котором следовало разобраться, часто оказывалась мнимой.

Общая теория относительности уже при рождении своем разрядила «мину Меркурия». Она указала, что перигелий Меркурия за столетие должен смещаться как раз на сорок три и одну десятую секунды за столетие. Разница с наблюдениями, как видите, составляла уже доли секунды не в год, а в век. Даже астрономия с се повышенными требованиями к точности могла позволить себе признать такой результат вполне удовлетворительным.

Французский ученый А. Арзелье, приступая к подробному разбору этой ситуации, был вправе заявить: «Мол цель — показать, из каких джунглей нас вывел Эйнштейн…»

В XVI веке Коперник вывел астрономию из «джунглей» Птолемеевой системы, данные которой не соответствовали множеству наблюдаемых фактов. В XX веке хватило одного «необъяснимого факта» в небесной механике, чтобы ради его понимания понадобилось перестроить картину мира. Конечно, дело было не только в нем, но…

Г. Бонди — физик, а не астроном, может быть, поэтому ему эта история представляется незначительной, а на первый план выходят общие принципы единства физики. Что же, они, принципы, это место заслуживают. Но конкретные факты тоже никак нельзя недооценивать.

Одно к другому — и появилась общая теория относительности, она же теория гравитации. Именно она определяет сегодняшнее состояние проблемы гравитации. Ее справедливо называют революционной, однако не будем забывать и о том, что новое учение о гравитации прочно стояло на фундаменте классической физики, корни этого учения глубоко уходят в историческую «подпочву науки».

Сегодня

Законы должны быть одинаковы всюду

«Нам уже ясно, что Земля на самом деле движется, хотя это нам не кажется, ибо мы ощущаем движение лишь при сравнении с неподвижной точкой. Если бы кто-нибудь не знал, что вода течет, не видел бы берегов и был бы на корабле посреди вод, как мог бы он попять, что корабль движется? На этом же основании, если кто-либо находится на Земле, на Солнце или на какой-нибудь другой планете, ему всегда будет казаться, что он на неподвижном центре и что все остальные вещи движутся».

Так писал в первой половине XV века Николай Кузанский, кардинал католической церкви и крупный ученый. Это, пожалуй, первое в мире четкое изложение принципа относительности движения.

По-латыни «принципиум» — основа, первоначало. Название великой книги Ньютона переводится как «Математические начала натуральной философии», а сама книга написана на латыни, и словом «начала» перелагают на русский слово «Principia». Философский словарь определяет: «В логическом смысле Принцип есть центральное понятие, основание системы, представляющее обобщение и распространение какого-либо положения на все явления той области, из которой данный принцип абстрагирован».

8

Не все было, правда, в порядке и с Луной. Но ученые понимали, что та слишком близко к Земле, а взаимосвязи между соседями, живущими почти рядом, гораздо, как известно, богаче и сложнее, чем между теми, кто разделен большими расстояниями.