Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Больше всего беспокоило Эйнштейна в справедливости теории Entwurf то, что ее математические уравнения не удовлетворяли принципу общековариантности, таким образом, опровергая его предположение о том, что законы природы одинаковы для наблюдателя, находящегося в ускоренном или произвольном движении, и для наблюдателя, движущегося с постоянной скоростью. “К сожалению, вся теория такая хитрая, что у меня все еще нет полной уверенности в ней, – писал он в ответ на теплое поздравительном письме от Лоренца, – сами уравнения гравитации, к сожалению, не удовлетворяют свойствам общей ковариантности”28.

Вскоре он смог убедить себя хотя бы на некоторое время, что это было неизбежно. Отчасти он сделал это с помощью мысленного эксперимента, который стал называться “аргумент дырки”29 и который, казалось, позволял предположить, что Святой Грааль – общековариантность уравнений гравитационного поля – недостижим или по крайней мере физически неинтересен. “Тот факт, что уравнения гравитации не обладают общековариантностью, сильно беспокоил меня некоторое время, но этого не избежать, – написал он другу. – Легко показать, что теория с уравнениями, удовлетворяющими свойству общековариантности не может существовать, если наложить требование, что математически поле полностью определяется материей”30.

К тому времени очень немногие физики восприняли новую теорию Эйнштейна, а многие даже считали ее неправильной31. Эйнштейн был доволен уже тем, что, во всяком случае, тема теории относительности “привлекла должное внимание, – написал он своему другу Цангеру, – мне нравятся споры. Как пел Фигаро: “Если захочет барин попрыгать, я подыграю гитарой ему”[51]”32.

Несмотря на все это, Эйнштейн продолжал попытки спасти свой подход, который он использовал в теории Entwurf. Он смог найти способы, или как минимум думал, что смог, для достижения достаточной ковариантности уравнений, позволяющих удовлетворить большинству требований своего принципа эквивалентности гравитации и ускорения. “Мне удалось доказать, что гравитационные уравнения справедливы для произвольно движущейся системы отсчета, и таким образом, гипотеза об эквивалентности ускорения и гравитационного поля является абсолютно правильной, – писал он Цангеру в начале 1914 года. – Природа показывает нам только хвост льва. Но я не сомневаюсь, что хвост принадлежит льву и лев существует, даже если он не может показаться нам весь сразу. Мы видим из него примерно столько же, сколько и блоха, сидящая на нем”33.

Фрейндлих и затмение 1914 года

Эйнштейн знал один способ развеять общие сомнения. Он часто заканчивал свои статьи предложениями способов постановки будущих экспериментов, которые могли бы подтвердить все теоретические результаты, сформулированные в этих статьях. В случае общей теории относительности он впервые использовал этот аргумент в 1911 году, предложив экспериментаторам проверить ее результаты, для чего указал довольно точно, насколько свет звезды, по его расчетам, будет отклоняться гравитационным полем Солнца.

Как он надеялся, эту величину можно было бы измерить по фотографиям звезд, сделанных в то время, когда свет от них проходит близко от Солнца, и сравнить их положение с тем, когда свет от них не проходит в непосредственной близости от Солнца, и это позволило бы определить, будет ли наблюдаться небольшой сдвиг в их положении. Но этот эксперимент нужно делать во время солнечного затмения, когда свет звезд не затмевает Солнце и их можно увидеть.

Так что неудивительно, что, учитывая яростные атаки со стороны коллег и собственные внутренние сомнения, Эйнштейн был остро заинтересован в результатах наблюдений, которые планировалось провести в ходе ближайшего полного затмения Солнца 21 августа 1914 года. Это потребовало организации экспедиции в Крым, в Россию, где затмение было полным.

Эйнштейн так хотел, чтобы его теория была проверена во время затмения, что, когда показалось, что для такой экспедиции может не найтись денег, он предложил оплатить часть расходов. Эрвин Фрейндлих, молодой астроном из Берлина, который прочитал работу Эйнштейна 1911 года с предсказаниями небольшого искривления лучей света, захотел доказать его правоту и был готов взять на себя руководство экспедицией. В начале 1912 года Эйнштейн написал ему: “Я очень рад, что вы взялись за вопрос об искривлении луча света с таким большим рвением”. В августе 1913 года он все еще забрасывает астронома вдохновляющими письмами. “Теоретики больше ничего не могут сделать, – писал он. – В этом вопросе только вы, астрономы, в следующем году можете оказать прямо-таки неоценимую услугу теоретической физике”34.

В августе 1913 года Фрейндлих женился и решил провести медовый месяц в горах недалеко от Цюриха в надежде встреться с Эйнштейном. Так и получилось. Когда Фрейндлих в письме Эйнштейну описал свои планы на медовый месяц, тот пригласил его в гости. Фрейндлих об этом написал своей невесте и заметил: “Это превосходно, потому что это согласуется с нашими планами”. Об ее реакции на перспективу провести часть своего медового месяца в обществе физика-теоретика, которого она никогда не встречала, история умалчивает.

Как вспоминала позже жена Фрейндлиха, когда молодожены вышли на Цюрихском железнодорожном вокзале, их встречал растрепанный Эйнштейн в большой соломенной шляпе, а рядом стоял толстенький химик Фриц Габер. Эйнштейн привез всю компанию в соседний город, где прочитал лекцию, после чего пригласил их на обед. Естественно, он забыл взять с собой деньги, и помощник, который пришел вместе с ним, под столом сунул ему банкноту в 100 франков. Большую часть времени Фрейндлих с Эйнштейном обсуждали гравитацию и искривление лучей света, не прервав дискуссию, даже когда они отправились на прогулку, оставив новоиспеченную жену Фрейндлиха в одиночестве любоваться пейзажем35.

Во время чтения Эйнштейном той самой лекции, которая была посвящена общей теории относительности, он представил Фрейндлиха аудитории и назвал его “человеком, который будет проверять теорию в следующем году”. Однако оставалась одна проблема: нужно было найти деньги на экспедицию. Как раз в это время Планк и другие ученые пытались заманить Эйнштейна из Цюриха в Берлин, обещая сделать его членом Прусской академии, и Эйнштейн использовал ситуацию, написав Планку и предложив ему профинансировать экспедицию Фрейндлиха для проверки теории.

На самом деле в тот день, когда Эйнштейн официально принял предложение занять пост в Берлине и был избран в Академию – 7 декабря 1913 года, – он написал Фрейндлиху письмо с предложением воспользоваться его личными деньгами. “Если Академия откажется от этого [финансирования], то мы возьмем немножко денег от частных лиц, – писал Эйнштейн. – Если не получится, буду платить я сам из тех небольших накоплений, что у меня есть, по крайней мере первые 2 тысячи марок”. Главное, подчеркнул Эйнштейн, Фрейндлиху следует уже сейчас приступить к подготовке экспедиции. “Просто двигайтесь вперед и заказывайте фотопластинки, не позволяйте себе потерять время из-за проблем с деньгами”36.