Чтение онлайн

На самом деле, за несколько лет до поворотного момента, которым стал Сольвеевский конгресс 1927 г., Эйнштейн заинтересовался весьма амбициозной программой исследований, направленной на поиск расширенной версии общей теории относительности, способной «унифицированным» образом описывать наличие электромагнитного поля совместно с гравитационным. Эту программу инициировал ряд других ученых в 1917–1921 гг., в частности Герман Вейль, Артур Эддингтон, Рудольф Бах и Теодор Калуца. Примерно с 1922 г. Эйнштейн втягивается в исследования в этом направлении. Погружаясь в них, он не догадывался, что будет заниматься этим направлением до конца своей жизни и, к сожалению, так и не сможет получить никакого убедительного результата. Иногда Эйнштейну казалось, что ему, наконец, удалось найти удовлетворительную геометрическую конструкцию обобщения теории гравитации, однако затем он вновь и вновь замечал определенные физические несогласованности своих теоретических попыток. Письмо Герману Вейлю, написанное в мае 1923 г. по поводу проверки очередной теории, хорошо отражает его настроения на тот момент:

«Эту задачу надо решать, она прекрасна. Но над ней застыла холодная мраморная улыбка непреклонной Природы, которая вызвала наше желание ее понять, не дав на то необходимой силы интеллекта».

Мы не станем здесь вдаваться в подробности исследований Эйнштейна в направлении «единой теории», которыми он занимался последние 30 лет своей жизни. Эйнштейн был погружен в эти исследования буквально до последней минуты жизни, поскольку, даже находясь в больнице Принстона, 17 апреля 1955 г., он просил своего секретаря Хелен Дукас принести письменные принадлежности и последние страницы его вычислений прямо в постель. В то воскресенье, несмотря на плохое самочувствие, Эйнштейн погрузился в размышления, как делал это на протяжении всей своей жизни. Он умер несколько часов спустя, в 1:15.

Отметим, что его программа «объединения» базировалась на трех основных стремлениях. Во-первых, Эйнштейн надеялся объединить гравитацию и электромагнетизм посредством новой геометрической структуры пространства-времени. Идея заключалась в том, что более богатая «геометрия» пространства-времени, нежели используемая в общей теории относительности геометрия Римана, могла бы естественным образом объяснить существование и свойства электромагнитного поля в том виде, как оно было описано Максвеллом. Во-вторых, Эйнштейн надеялся объединить непрерывное и дискретное описания частицы, представляя ее как пространственную область, в которой непрерывное поле, ассоциированное с частицей, имеет очень большую (но все же конечную) интенсивность. Эйнштейн думал, что гравитация, т. е. деформация пространства-времени, необходима для того, чтобы избежать проблем теории Максвелла в «плоском» пространстве-времени Минковского. В последнем случае заряженная точечная частица создает бесконечно большое электрическое поле в своем местоположении. Говорят, что такое поле является «сингулярным» и что частица представляет собой «сингулярность» этого поля. Третья надежда Эйнштейна была связана с получением возможности описывать квантовые явления в рамках классической (т. е. неквантовой) теории поля.

Эйнштейну не удалось реализовать этот грандиозный проект (см. заключительную часть книги). Подобно Сизифу, он наблюдал, как одна за другой рассыпаются теории, которые он возводил камень за камнем в течение многих лет. Но это никогда не останавливало его. К тому же он никогда не воспринимал трагически свои многочисленные неудачи. Отношение Эйнштейна прекрасно иллюстрируют как идея Камю о том, что «не нужно представлять Сизифа несчастным», так и мысль Лессинга, говорившего, что «поиск истины важнее, чем обладание истиной». В стремлении к гармонии Эйнштейна всегда поддерживало глубокое чувство (которое он сам относил к религиозным) причастности к гармонии необъятной реальности, гармонии, которая проявляется в человеческом сознании, а также в красоте и рациональности мироздания. Посмотрим на описание этого чувства в эссе, написанном в 1930 г.:

«Прекраснейшее из того, что мы могли бы испытать, есть чувство таинства жизни. В этом чувстве берут начало все подлинные искусства и наука. Когда мы не знакомы с ним, не способны более поражаться и испытывать изумление, мы не живем по-настоящему. Это ощущение тайны, хотя и смешанное со страхом, породило также и религию. Знание, что безусловно существует то, во что мы не можем проникнуть, но что проявляется во всем посредством высшей рациональности и сверкающей красоты, доступных нашему восприятию лишь в своих самых примитивных формах, – это знание и это переживание образуют истинное религиозное ощущение; в этом смысле и только в нем я могу считать себя глубоко религиозным человеком. Я не могу представить себе бога, который вознаграждает и наказывает свои творения и имеет волю, подобную нашей. Еще более я не могу и не хочу представить себе сущность человека, продолжающую существование после физической смерти; оставим эти мысли, основанные либо на страхе, либо на бессмысленном эгоизме, для самоуспокоения слабых душ. Что касается меня, то мне достаточно размышлять о загадке вечной жизни, осознавать и воспринимать чудесное устройство мира и смиренно стремиться постичь хотя бы крупинку, пусть даже самую малую, того разума, который проявляется в Природе».

Даже если Эйнштейну и не удалось реализовать свою очень (или даже слишком) грандиозную программу объединения, ряд других его работ, завершенных после 1925 г., оказались впоследствии весьма важными. Исключительная величина Эйнштейна проявляется в том, что любой из его второстепенных работ было бы достаточно для успешной карьеры среднестатистическому исследователю. Прежде чем привести краткие сведения о поздних работах Эйнштейна, укажем, где они были сделаны. В последний раз мы оставили Эйнштейна в Берлине в должности директора по исследованиям Прусской академии наук. Эйнштейн работал в Берлине с 1914 по 1933 г. В этот период он развелся со своей первой женой Милевой (которая вырастила в Цюрихе двоих его сыновей, Ганса Альберта и Эдуарда, при материальной поддержке Эйнштейна). В 1919 г. он женился снова, на своей кузине Эльзе Эйнштейн Левенталь. Этот брак длился до кончины Эльзы в 1936 г. в Принстоне. У них не было общих детей, но дочери Эльзы, Ильза и в особенности Марго, долгое время жили вместе с супружеской парой. Марго оставалась с Эйнштейном после того, как он овдовел. В 1933 г., после прихода к власти Гитлера и в связи с ростом антисемитских настроений в Берлине, Эйнштейн с семьей был вынужден эмигрировать. Во Франции (по инициативе Поля Ланжевена) Эйнштейну предложили пост почетного профессора в Коллеж де Франс. Поначалу согласившись на это предложение, он вскоре счел более безопасным принять предложение вновь созданного Института перспективных исследований в Принстоне (США). С октября 1933 г. до своей смерти 18 апреля 1955 г. Эйнштейн работал в этом институте. Там он нашел для себя спокойное убежище, где смог сосредоточиться на работе, находясь в некоторой изоляции от физического сообщества, изоляции, которая все более увеличивалась с годами.

Из перечня значимых работ Эйнштейна следует упомянуть: (i) работы (совместно с Натаном Розеном) о топологической структуре пространства, деформированного присутствием одной или нескольких частиц, и о принципиальной возможности для частицы быть не сингулярностью геометрии, а своего рода «мостом», соединяющим отдельные области пространства (так называемые «мосты Эйнштейна – Розена»); (ii) работы по гравитационному линзированию, т. е. эффекту усиления видимой яркости звезды, чей свет прежде, чем достичь наблюдателя, отклоняется гравитационным полем распределения масс, расположенных поблизости от линии видимости; и (iii) работы (совместно с Леопольдом Инфельдом и Банешем Хоффманом) о движении нескольких тел, описываемых как точечные сингулярности геометрии.

Все эти работы, уже после смерти Эйнштейна, привели к развитию самостоятельных чрезвычайно богатых направлений исследований, имеющих важное значение в современной науке. Например, важность изучения гравитационного линзирования стала понятна после первого наблюдения эффекта такого типа в 1979 г. Значимость этого эффекта еще более возросла в последние годы и, по-видимому, будет расти и дальше. Что касается работы Эйнштейна – Инфельда – Хоффмана о движении нескольких сингулярностей геометрии, то ее методологическая ценность была осознана в середине 1970-х гг., когда развитие современной астрофизики потребовало от теоретиков исследования орбитального движения сжатых гравитацией объектов типа нейтронных звезд или черных дыр {153} . Теоретическое изучение движения пары черных дыр имеет большую важность и служит предметом новейших исследований, так как оно является существенным элементом определения и тем самым возможности детектирования гравитационных волн, испускаемых при схлопывании бинарных систем черных дыр.

Но здесь мы более подробно остановимся на другой работе Эйнштейна, сделанной во время принстонского периода его карьеры, в 1935 г., совместно с Борисом Подольским и Натаном Розеном. Она хорошо иллюстрирует глубину эйнштейновского подхода к физике. Мы уже говорили о нежелании Эйнштейна в 1927 г. принять «мягкую подушку» копенгагенской интерпретации. В течение нескольких лет он надеялся найти в ней технические дефекты, например скрытое нарушение соотношений неопределенностей, однако вскоре убедился в их отсутствии. Затем он искал более четкую формулировку своей неудовлетворенности и своего ощущения, что либо копенгагенская интерпретация, либо сама квантовая теория была неполна. Статья Эйнштейна, Подольского и Розена (ЭПР для краткости) отметила важный этап в понимании глубокой структуры квантовой теории. Фактически она привлекла внимание к одному весьма парадоксальному аспекту ее формализма: так называемой запутанности двух физических систем, которые взаимодействовали (квантово-механически) какое-то время, перед тем как разделиться.

Рассмотрим пример такой «ситуации ЭПР». Представим себе систему из двух частиц. Для простоты предположим, что массы частиц равны между собой. Соотношения неопределенностей Гейзенберга говорят, что невозможно одновременно измерить с бесконечной точностью положение и скорость первой частицы. Также они запрещают точное одновременное измерение положения и скорости второй частицы. Между тем можно убедится в том, что ничто не запрещает фиксировать (или измерить) с любой точностью положение центра масс двух частиц, а также их относительную скорость. Поэтому можно создать систему из двух частиц в таком квантовом состоянии, что положение центра масс будет вполне определенной точкой, которую мы возьмем в качестве начала координат и в которой к тому же относительная скорость равна нулю. Теперь позволим системе свободно эволюционировать из данного начального состояния, а затем, в определенный момент, проведем измерения (очень далеко от начала координат) над одной из частиц, скажем первой.

Соотношения неопределенностей запрещают одновременное измерение положения и скорости первой частицы, но ничто в квантовой механике не запрещает измерить с бесконечной точностью либо одно, либо другое. Для начала представим, что мы измеряем положение первой частицы и находим его равным определенному значению x1. Как мы знаем, центр системы фиксирован в начале координат, и отсюда следует, что положение второй частицы полностью определено и имеет значение x2 = -x1. Но представим теперь, что мы решили измерить не положение первой частицы, а ее скорость и нашли некоторое определенное значение v1. Поскольку нам также известно, что относительная скорость (v1– v2) частиц равна нулю, мы заключаем из этого измерения, что скорость второй частицы полностью определена и имеет значение v2 = v1.