Завораживающая бездна ОТО

Конверт, выпущенный итальянской почтой, посвященный Галилею и Эйнштейну.

В конце этого года мир отмечает 100-летие создания Альбертом Эйнштейном общей теории относительности (ОТО). Эйнштейн начал работать над ней практически сразу вслед за созданием специальной теории относительности (СТО), что было вполне естественным шагом, так как идеи СТО необходимо было обобщить, чтобы найти описание гравитационного поля.

Напомним, что специальная теория относительности была построена им в 1905 году. За пять лет до этого Максом Планком была выдвинута гипотеза квантов, приведшая в течение последующих 30 лет к созданию квантовой механики. Так в первые три десятилетия ХХ века было начато и завершено построение стройного здания современной физики.

Это здание появилось благодаря преодолению прежде всего двух идеализаций классической физики: о бесконечной скорости распространения информации и разделения материи на частицы и волны. И СТО, покончившая с первой идеализацией, и квантовая механика, вскрывшая ограниченность второй, возникли на рубеже XIX и XX веков, когда классическая физика столкнулась с фундаментальными трудностями в описании экспериментов (вспомним опыты Майкельсона – Морли, закон Вина и связанную с ним «ультрафиолетовую катастрофу»). Тем самым они поставили физику на почву здравого смысла и, что не менее важно, воплотили этот здравый смысл в последовательный и строгий математический аппарат, постоянно развивающийся, совершенствующийся и позволяющий описать все богатство физических явлений, наблюдаемых в современном эксперименте.

Альберт Эйнштейн – на пятифранковой монете Республики Того (2000 год).

C ОТО случилась другая история. Она возникла не как реакция на кризис классической физики, а исключительно как плод интеллектуального гения Эйнштейна. Причем там было все – и гениальное прозрение, и гениальный ход мысли. Это хорошо видно по работам Эйнштейна 1907–1916 годов.

Вообще говоря, ряд эффектов, включая наиболее известный – отклонение светового луча в гравитационном поле, – был предсказан им задолго до создания канонической теории. Но ему все время не нравилась математическая «некрасота» получаемых уравнений. Тут он следовал истине, которую много позже (возможно, имея в виду именно уравнения ОТО) сформулировал один из создателей квантовой механики Поль Дирак: «Физическая теория должна обладать математической красотой».

В конце 1915 года Эйнштейн находит путь к правильному решению, и восторг, испытываемый им, прорывается даже сквозь сухой академический текст: «Прелесть этой теории едва ли может скрыться от того, кто действительно понимает ее; она означает истинный триумф метода абсолютного дифференциального исчисления, развитого Гауссом, Риманом, Кристоффелем, Ричи и Леви-Чевитой». Приведенная цитата взята из статьи в журнале Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften («Доклады Прусской академии наук»). В нем и вышли одна вслед за другой три ключевые статьи, датируемые соответственно 11 ноября, 18 ноября и 2 декабря 1915 года.

В первых двух Эйнштейн близок к цели. От этого и испытываемый им восторг. И наконец в короткой последней статье делается решающий шаг – выписывается правильное уравнение гравитационного поля и тем самым завершается построение ОТО. Академик, нобелевский лауреат Виталий Гинзбург утверждал, что если бы человечество захотело продемонстрировать наиболее чистое и концентрированное выражение своей интеллектуальной мощи, то такой демонстрацией, безусловно, была бы ОТО.

Однако с экспериментами, связанными с ОТО, дело обстоит негусто даже спустя 100 лет. И если с последствиями СТО и квантовой механики физики сталкиваются буквально на каждом шагу уже более века, то ОТО не играет в жизни подавляющего числа физиков никакой практической роли, кроме той, какую она играет в жизни обывателя. То есть роли некоторого грандиозного, небывалого по своей интеллектуальной красоте мифа. А у мифов свои законы. И это законы красоты.

Альберт Эйнштейн – на пятифранковой монете Республики Того (2000 год).

Но красота – страшная сила, в особенности если она овладеет массами. Ну не массами, а даже группой людей. Тогда вместо тяжелого практического и критического труда, воплощением которого в физике с галилеевских времен является эксперимент, возникают иллюзия и ставка на чудо. Интересной иллюстрацией сказанного является современная космология. Люди, занимающиеся ею, оказались очарованы интеллектуальной красотой ОТО, и ничто не способно извлечь их из завораживающей бездны ОТО.

К примеру, основные положения очень модной в массах, интересующихся наукой, инфляционной теории рождения Вселенной или еще более далекой от реальности теории суперструн невозможно проверить в настоящем галилеевском эксперименте. На этом понятии следует остановиться подробнее, так как даже люди, претендующие быть физиками, не всегда понимают всю его принципиальную важность.

Что такое настоящий галилеевский эксперимент? В наиболее ясном и простом виде все его основные составляющие видны в легендарных экспериментах Галилея на Пизанской башне по свободному падению тел. В них он фактически в качестве экспериментальной установки использовал саму башню, экспериментальными образцами ему служили тела различной массы и формы (например, камни), а источниками случайных и систематических ошибок служили сопротивление воздуха и многочисленные перипатетики-контролеры и зеваки.

Именно на основе подобных экспериментов, как напишет позже гениальный Жозеф Луи Лагранж, «Галилеем были заложены первые основы динамики. Действие сил до него рассматривали исключительно в случае равновесия; и хотя ускоренное движение свободно падающих тел... также приписывали постоянно действующей силе тяжести, никому не удалось установить законов указанного обыденного явления...

Галилей первым сделал этот шаг и открыл новую и безграничную область для механики... В самом деле, чтобы открыть спутники Юпитера, фазы Венеры, солнечные пятна и т.д., требуются только телескоп и наблюдательность, но нужен исключительный гений, чтобы установить законы природы на явлениях, которые всегда были у всех перед глазами».

Самое удивительное, что в течение последующих столетий никаких принципиальных изменений в постановке физических экспериментов не произошло. Также проводили свои великие эксперименты и Майкл Фарадей, и Генрих Герц, и Роберт Вуд... Список можно продолжать не на одну страницу. И также ставят свои уже не великие эксперименты современные физики.

С современной же космологией, чьи корни лежат в ОТО, произошел казус: она парадоксальным образом воспроизвела греческую натурофилософию, в основе которой лежало наблюдение, но главную ценность составляла риторическая красота суждений. Замените «риторическую красоту суждений» «математической красотой уравнений», а глаза Анаксимандра, Гераклита или Анаксагора современными телескопами, и перед нами – готовый натурофилософ XXI века. И уже не парадоксальным, а вполне закономерным образом такая «натурофилософия» стала чуть ли не единственным источником современной научно-популярной литературы.

Для этого достаточно вспомнить книги Стивена Хокинга, ставшие едва ли не единственным связанным с наукой беллетристическим развлечением человечества. И картины рождения, жизни и гибели Вселенной оказались столь привлекательными для массового сознания, конечно, не в силу их научной ценности, а потому, что оказались имманентны его религиозному и мифологическому образу мыслей.

Так, спустя век плод интеллектуального гения Эйнштейна трансформировался в вульгарный образ массового сознания, а ОТО и наследующая ей современная космология без надлежащей поддержки современного эксперимента в его настоящем, галилеевском смысле неизбежно превратились для этого сознания в такие же сюжеты, как НЛО, бермудский треугольник или лохнесское чудовище.

 Новосибирск