Выводы Эйнштейна известны нам со школьной скамьи. Пространство и время образуют единое целое. Для любого объекта, движущегося с очень высокой скоростью, пространство укорачивается, а бег времени замедляется. Мы затвердили эти парадоксальные догмы, но они неверны. Герру Эйнштейну следовало бы взять свою знаменитую работу, написанную в 1905 году, и самолично порвать. Дабы передергивать и подтасовывать научные выводы, хороши и мелкие исторические неточности.
Ни в одной из публикаций, когда-либо появлявшихся в немецкой прессе, никто не отваживался так очернить частную теорию относительности, как это сделали сотрудники научно-популярного журнала «Р.М.». На страницах сего издания появилась статья, где собраны доказательства, якобы опровергающие частную теорию относительности. Обвинять знаменитого ученого взялись физики Георг Галецки и Петер Марквардт. В своей книге «Реквием по частной теории относительности», недавно вышедшей в Кельне, они собрали все возражения, которые только можно привести против работы Эйнштейна.
Впрочем, Марквардт и Галецки не одиноки сейчас в своих устремлениях. Нападки на Эйнштейна входят в моду. Не пролетает и недели, чтобы в редакции авторитетного немецкого журнала «Bild der Wissenschaft» не появился очередной манускрипт, в котором бы на каких-нибудь нескольких страничках развенчивалась некая «ложная научная догма» и на смену ей в нескольких скупых абзацах воздвигалась «новая, стройная картина мироздания». Полный абзац! Чаще всего в качестве «ложной догмы» избирается частная теория относительности. Чаще всего мишенью для критических стрел становится герр Альберт Эйнштейн.
По обыкновению достаточно лишь взглянуть на эти исполненные желчью строки, чтобы понять, что всей этой писанине грош цена, что бумага, на которой начертаны «новые сокровенные истины», и то дороже сих «умодробительных выводов». Главная беда этих «доморощенных теоретиков», как правило, в одном: оппоненты, явившиеся «не от касты ученых, а от мира сего», попросту не поняли теорию относительности, не разобрались во всех ее тонкостях и хитросплетениях. Вот и льются потоки возражений из их замороченных умов. Не понимая теории относительности, они улавливают лишь одно: что она резко противоречит их житейскому опыту, их здравому смыслу. Они берутся критиковать ее «со своей крохотной колокольни» и — попадают пальцем в небо: их аргументация, какой бы добросовестной она ни была, всегда бывает ошибочной. Пусть толпы дилетантов досадуют и бранятся на научную теорию, от их пустой брани она вовсе не станет ложной.
Другое дело — такой критик, как Галецки: физик, получивший солидное образование, работавший профессором в Хайфе (Израиль). О нем положительно отзывается и профессор Гюнтер Нимц из Кельнского университета — человек, который сам подвергся резким нападкам многих коллег за свои эксперименты по передаче информации со скоростью, превышающей скорость света. Кстати, Нимц был научным руководителем Галецки и Марквардта после того, как они защитили докторские диссертации в Кельне. «Блестяще подготовленные казуисты» — двусмысленно обмолвился Нимц. Что же до книги, чернящей частную теорию относительности, Нимц считает ее никудышной: «Сумасбродное сочинение. Истинному положению вещей не соответствует».
Конечно, дилетантам, этим «доморощенным теоретикам», всей своей сворой набрасывающимся на льва, труднее углядеть в сочинении двух кельнских мастеров физического эпатажа спорные, сомнительные пункты, передергивания, подтасовки и неточности — слишком искусно авторы маскируют свои слабости. Предварив книгу задорным, полемическим вступлением, в котором они сетуют на «недостаток научного дискурса в вопросе теории относительности», они затем обрушивают на читателя дотошные и вполне убедительные описания экспериментов, коими Эйнштейн подкреплял свою сенсационную теорию и которые, по словам кельнских критиков, оказались — на деле-то — фальсифицированными. Лишь при ближайшем, более тщательном рассмотрении удается заметить, что авторы умалчивают кое о каких деталях, вырывают цитаты из контекста, искажают смысл сказанного или происходившего.
Итак, откроем книгу, написанную «могильщиками Эйнштейна», и прочитаем, что же говорится здесь, например, об эфире. По мнению авторов книги, Майкельсон и Морли, неправильно интерпретировав погрешность измерения, фальсифицировали результаты эксперимента. Однако аргументы наших современников вызывают мало доверия: и Майкельсон, и Морли были ярыми сторонниками теории эфира, им хотелось доказать ее правоту, подкрепить ее истинность с помощью цифр и фактов — ан нет, не получилось.
Дабы передергивать и подтасовывать научные выводы, хороши и мелкие исторические неточности. В том памятном 1881 году эксперимент, собственно говоря, проводил один лишь Майкельсон. Морли повторил его только в 1887 году — повторил с тем же самым успехом. Итак, проведены были два эксперимента, и результат их оказался одинаков. И впоследствии были предприняты попытки обнаружить эфирный ветер — в 1926 году физиком Кеннеди, в 1930 году его коллегой Йоосом из Йены. Галецки и Марквардт умалчивают об этом — так же, как и о прецизионных измерениях, проведенных в недавнее время с помощью лазеров. Эти эксперименты не оставляют сомнений: свет с одинаковой скоростью распространяется в любом направлении. Вместо того чтобы добросовестно перечислить все проведенные опыты, наши оппоненты ссылаются на эксперимент, поставленный в 1933 году Дейтоном Миллером. Сей доблестный искатель истины не поленился взобраться на гору, где, как предполагал он, особенно привольно струятся потоки эфира. Гипотеза эта лишь подчеркивает наивность Миллера. Уже через несколько лет Пикар и Штахель экспериментально опровергли это воззрение. Итак, утверждать, что «эфирный ветер» все-таки существует, столь же вздорно, что и уверять, будто теория Эйнштейна «насквозь фальшива». Ведь Эйнштейн, опираясь на результаты, полученные Майкельсоном и Морли (вот тут-то наши оппоненты правы), сделал вывод, что скорость света равна неизменной величине, то есть равна константе.
Столь же мало почтительно Галецки и Марквардт обходятся с другими экспериментальными фактами. Так, вспоминая опыты, проводившиеся в пятидесятые годы (тогда было обнаружено, что долговечность определенных элементарных частиц — мюонов — возрастает по мере того, как их скорость движения в атмосфере приближается к скорости света), кельнские ученые указывают на некоторые слабости в постановке этих давних экспериментов. Между тем позднейшие опыты, проведенные на огромных, ультрасовременных ускорителях, блестяще подтвердили выводы Эйнштейна, предсказывавшего, что «время растягивается». Галецки и Марквардт упомянули эти эксперименты, но усомнились в их итогах, поведя речь о якобы имевших место ошибках и сбоях в работе детектора, подсчитывавшего частицы.
Приемы авторов довольно специфичны: они всячески подчеркивают незначительные, второстепенные детали и этим принижают важное, существенное, бросая тень на все теоретические построения. Увенчивая свои казуистические доводы, оба новоявленных оппонента пытаются приписать Эйнштейну взаимно противоречащие высказывания. Так, в 1920 году самый знаменитый физик «всех времен и народов» якобы признавался: «Пространство немыслимо без эфира». Тем самым он опроверг свои же утверждения, постулированные в году 1905-м. На самом деле, к тому времени Эйнштейн подразумевал под словом «эфир» уже нечто совсем иное, нежели тот пресловутый «таинственный ветер», который, по представлениям Майкельсона и Морли, неизменно веял в пространстве Вселенной. В 1922 году Эйнштейн выразился точнее: «Эфир следовало бы заменить определенными пространственными структурами. Новый эфир — это вовсе не некое вещество, перетекающее в пространстве». Что имел в виду великий ученый? Что в вакууме также существуют некие структуры, точнее говоря, энергетические поля, которые и передают действие физических сил. Подчас — благодаря этим энергетическим полям — некоторые элементарные частицы могут даже возникать буквально из «ничего» — сегодня это стало общим местом в квантовой механике.
Итак, мы убеждаемся, что Галецки и Марквардт, взявшись писать «правдивую, откровенную книгу», упоминают в ней лишь о том, что соответствует их концепции. Подобный методологический подход удручает профессора Хуберта Геннера, сотрудника Геттингенского университета и специалиста по частной теории относительности: «Авторы этой книги, очевидно, страдают избирательным восприятием».
Особенно возмущают Геннера такие пассажи, как этот: «Классический эффект Доплера — это идеализированное кинематическое описание, в котором пренебрегают физической связью между наблюдателем и объектом. Поэтому данный эффект не существует» — говорится в книге. При этом авторы не спешат пояснить, что же такое «классический эффект Доплера», равно как и не торопятся растолковать, что же надлежит понимать под «физической связью». «Это их высказывание напоминает мне такого рода «непреложные» истины, как «Моя киска купила бы «Вискас»» — расплывчатая, обтекаемая фраза на все случаи жизни и ничего более» — злится Геннер.
И все же самый главный минус книги даже не в том, что «могильщики Эйнштейна» передергивают цитаты, твердят без обиняков или молчат не без умысла, а в том, что они не предлагают никакой альтернативы, в том, что они не могут ее предложить. Что в остатке? Одно брюзжание. Допустим, теория относительности Эйнштейна и впрямь фальсифицирована, как того хотелось бы Марквардту и Галецки. Что дальше? Что должно прийти ей на смену? Какая теория справедлива, если лжива эйнштейновская? Ведь такие эффекты, как «увеличение массы», «уменьшение временных и пространственных интервалов, разделяющих наблюдателей, движущихся относительно друг друга», сотни раз доказывались на практике. В таких областях науки, как астрономия, ядерная энергетика, физика элементарных частиц, подобные эффекты представляют собой обыденное явление, и эти же эффекты органично вписываются в теорию Эйнштейна. Навигационная система GPS (Global Positioning System) вообще была бы немыслима без трудов Альберта Эйнштейна. Упразднив его теорию, мы не упраздним эти явления. Их надлежит истолковать с помощью другой теории? Какой? Пока что ни одна гипотеза, притязавшая на истинность, не выдержала проверки всеми этими явлениями, а теория относительности выдержала. Впрочем, все вышесказанное вовсе не означает, что на смену эйнштейновскому учению никогда не придет новая теория. Вот только вряд ли эта «новая теория» будет опровергать воззрения великого физика. Нет, теория относительности станет составной частью этой «новой, более общей» картины мироздания — как составной частью самой теории относительности стали законы Ньютона, то бишь законы классической механики.
Хуберт Геннер, раскритиковавший Галецки и Марквардта, подчеркивает, что в поисках «новой, более общей» теории нет ничего зазорного. Настоящие, серьезные ученые к этому стремятся: «Теория относительности — отнюдь не религия, не догма». Есть в работах Эйнштейна и свое действительно «уязвимое место»: пока что теоретикам так и не удалось связать воедино общую теорию относительности и квантовую механику — эти два столпа, на которых покоится здание современной физики. Головную боль доставляют ученым процессы, происходящие в черных дырах, а также проблема Большого Взрыва, поскольку в тот момент плотность материи достигала необычайно громадной величины. На этих «передних фронтах» современной физики теория относительности Эйнштейна уже не способна помочь ученым: никаких вразумительных объяснений она не дает.
Впрочем, все это проблемы специалистов, проблемы кабинетных теоретиков. Журналистов заботит другое: как отличить подлинного, серьезного ученого от тщеславного болтуна и фальсификатора, от авантюриста, в решительном порыве изливающего потоки грязи на признанную, авторитетную фигуру? Ответ, пожалуй, таков: человек, ищущий истины, обращается к обеим спорящим сторонам, а не игнорирует попросту — как то случилось на страницах «Р.М.» — мнение большинства. Кроме того, нападая на теорию относительности, следовало бы не забывать и об осмотрительности: пусть нам самим, опирающимся на нашу обывательскую точку зрения, содержание этой теории и сегодня все еще кажется чем-то спорным, революционным, подобному поверхностному впечатлению противоречит уникальный гений Альберта Эйнштейна.
В 1921 году Эйнштейн подчеркивал, что его теория «обязана своим происхождением не стремлением произвести сенсацию, а лишь желанием как можно лучше согласовать физическую теорию с наблюдаемыми фактами». С тех пор все эксперименты и наблюдения лишь подтверждали прогнозы, сделанные теорией относительности. Наоборот, многочисленные альтернативные теории, — подразумевающие, например, в качестве исходного посыла изменение гравитационной постоянной или зависимость инерции от массы, — не прошли испытания научными фактами. Что же касается теории относительности, она сопутствует нам повсюду, даже в нашей обыденной жизни: скажем, любой из нас, усаживаясь перед телевизором, дабы посмотреть спутниковую программу, пользуется, на самом деле, благами, проистекающими из учения Альберта Эйнштейна.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПОДТВЕРЖДАЮТ: ЭЙНШТЕЙН БЫЛ ПРАВ
Теория относительности — наряду с квантовой теорией — являет собой тот фундамент, на котором покоится здание современной физики. Вот перечень важнейших экспериментов, подтверждающих теорию Эйнштейна.
РАСШИРЕНИЕ времени. Чем быстрее одна система отсчета движется относительно другой, тем сильнее расширяется время этой стремительно уносящейся системы отсчета — сие означает, что время замедляет свой бег. Для световых лучей более нет времени; если бы некие частицы стали двигаться со скоростью, превышающей скорость света, то мы, пребывающие в нашем временном отрезке, видели бы эти частицы не в будущем, а в прошлом. Эксперимент, проведенный в 1976 году, наглядно свидетельствует о расширении времени. Известно, что период полураспада мюонов, тяжелых собратьев электронов, составляет полторы миллионные доли секунды. В лабораторных условиях мюоны удалось разогнать до скорости, равной 99,94 процентам скорости света. Тут-то и выяснилось, что продолжительность их жизни, действительно, возросла в 29 раз.
ОПТИЧЕСКИЙ эффект Доплера. Как и в случае с движущимися источниками звука, длина световых волн, воспринимаемых наблюдателем, меняется, если источник света движется относительно него. Так, если источник света приближается к наблюдателю, имеет место «фиолетовое смещение» спектра видимого света. Если же источник света удаляется, то имеет место «красное смещение» спектра. Подобные явления давно уже блестяще документированы как посредством различных экспериментов, так и благодаря астрономическим наблюдениям.
РЕЛЯТИВИСТСКАЯ аберрация. Быстродвижущиеся частицы — например, электроны — испускают лучи прежде всего в направлении своего движения. Если наблюдать за ними под определенным углом зрения, это излучение кажется особенно интенсивным. Это синхротронное излучение воспроизведено в лабораторных условиях и обнаружено в космическом пространстве.
ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ массы и энергии. Обе эти характеристики являют собой две стороны одной и той же медали. Обе они связаны знаменитой формулой Е = mc2. Поэтому масса может превращаться в энергию, что мы и наблюдаем при расщеплении и слиянии атомных ядер в атомных реакторах и бомбах.
РЕЛЯТИВИСТСКОЕ увеличение массы. Чем быстрее движется объект, тем больше нужно затратить энергии, чтобы ускорить его движение, и тем больше возрастает его масса. Поэтому, если для ускорения электронов используется напряжение величиной 20,5 миллиардов вольт, то скорость их движения возрастает до величины, всего на 0,15 метра в секунду меньше скорости света, в то время как, согласно законам классической физики, скорость движения этих электронов должна в 283 раза превысить скорость света. В лабораторных экспериментах удалось подтвердить это увеличение массы. Расхождение с расчетной величиной составило менее 0,0001.
КРУГОВОЕ движение перигелия планет. Гравитационные взаимодействия планет приводят к тому, что их эллиптические орбиты искажаются — образуются «вмятины». Кроме того, еще до Эйнштейна было известно, что ближайшая к Солнцу точка орбиты («перигелий») с каждым оборотом планеты слегка смещается. Особенно сильно выражен этот эффект у ближайшей к Солнцу планеты — у Меркурия. В данном случае смещение достигает 43 угловых секунд.
ОТКЛОНЕНИЕ световых лучей в гравитационном поле. Свет движется по кратчайшему расстоянию, разделяющему две точки. Однако в тех областях пространства, где сосредоточены огромные массы материи, световые лучи начинают двигаться по криволинейной траектории. Собственно говоря, масса изменяет («искривляет») геометрию пространства. Поэтому любой астрономический объект, чьи световые лучи минуют гравитационное поле, созданное массивным космическим телом, для нас несколько смещается относительно своего «истинного» положения. Данный эффект был предсказан Эйнштейном еще в 1911 году. Впервые его удалось зафиксировать в 1919 году, во время полного солнечного затмения: в то время как Луна закрыла солнечный диск, ученым удалось сфотографировать рядом с его краем те звезды, которые, на самом деле, в этот момент располагались непосредственно за Солнцем. Сейчас, благодаря наблюдениям за квазарами, величину отклонения световых лучей удалось измерить с точностью до долей угловых секунд.
ЭФФЕКТ Шапиро. В гравитационном поле световые лучи движутся не по прямолинейной, а по криволинейной траектории, поэтому время их движения несколько увеличивается. Величину эту можно измерить с помощью радиолокационного эха. Допустим, Венера располагается позади солнечного диска в непосредственной близости к его краю. В таком случае время движения радиолокационного сигнала, составляющее 1920 секунд, увеличивается еще на 200 миллионных долей секунды, что соответствует удлинению траектории движения на 60 километров.
ЭФФЕКТ гравитационной линзы. Под действием мощной гравитационной силы изображение отдаленных источников света (галактик или квазаров) может двоиться, троиться и так далее, если между данным источником света и наблюдателем располагается так называемая гравитационная линза — например, скопление галактик. Начиная с 1979 года, удалось обнаружить почти два десятка подобных космических миражей.
ГРАВИТАЦИОННОЕ красное смещение. Оказавшись в гравитационном поле, фотоны теряют свою энергию, поэтому их волновая длина увеличивается. Это проявляется тем сильнее, чем мощнее воздействие гравитационного поля. В наземных условиях подобный эффект был зафиксирован на различных расстояниях от поверхности Земли. Впервые его наблюдали в 1960 году. В 1976 году его удалось подтвердить экспериментальным путем с помощью межпланетной автоматической станции.
РАСШИРЕНИЕ времени в гравитационном поле. Время расширяется не только при движении объекта со сверхвысокой скоростью, но и в случае действия мощного гравитационного поля. Итак, часы на поверхности Земли тикают чуть медленнее, чем в самолете или космическом пространстве (разница, правда, составляет всего несколько миллиардных долей секунды). Еще в семидесятые годы данный эффект был достоверно зафиксирован с помощью атомных часов. В 1985 году с высокой степенью точности он был подтвержден в рамках эксперимента NAVEX, проводившегося на борту космического корабля «Space Shuttle».
ГРАВИТАЦИОННЫЕ волны. Массы материи, движущиеся с ускорением (например, вращающиеся объекты), излучают гравитационные волны. Это — крохотные пространственно-временные осцилляции, распространяющиеся со скоростью света. В настоящее время на нашей планете построено уже три детектора, предназначенных для обнаружения гравитационных волн. Косвенным образом их существование уже удалось доказать. В 1994 году эта работа была удостоена Нобелевской премии в области физики. За двадцать лет до этого, в 1974 году, в созвездии Орла были открыты две нейтронные звезды, вращавшиеся друг относительно друга. Удалось зафиксировать радиоизлучение, испускаемое с поразительной периодичностью одной из этих звезд — погрешность интервалов составляла всего три миллионные доли секунды. Поэтому данный пульсар, известный под названием «PSR 1913 + 16», можно было использовать в качестве точнейших «часов». С помощью этих «часов» впервые удалось проверить положения теории относительности, касающиеся мощных гравитационных полей. Кроме того, ученые обнаружили, что траектории движения этих нейтронных звезд сжимаются со скоростью три миллиметра за один оборот.
