Второй annus mirabilis

«Annus mirabilis» – «чудесным годом» – в жизни Эйнштейна часто называют 1905 год, поскольку именно тогда он опубликовал свои новаторские статьи о том, как свет выбивает электроны из металлов (так называемый фотоэффект, который породил квантовую механику и был удостоен Нобелевской премии), о случайном движении частиц в жидкости (Броуновское движение) и о специальной теории относительности. Да, 1905 год и в самом деле был для Эйнштейна годом чудес, однако у него выдался и второй annus mirabilis – точнее, год и три месяца, с ноября 1915 года по февраль 1917. За этот период он опубликовал ни много ни мало 15 трактатов, в том числе блистательную вершину своих трудов – статью об общей теории относительности – и сделал два важных открытия в области квантовой механики. Во время этого второго annus mirabilis на свет появилась современная космология, а с ней и космологическая постоянная.

Надеюсь, что сведения, приведенные в главе 10, убедили читателя, что Эйнштейн, скорее всего, никогда не употреблял выражения «величайший ляпсус». Более того, введение космологической постоянной вообще не было ляпсусом, поскольку принципы общей теории относительности давали подобному члену зеленый свет. Считать, будто это постоянная обеспечивает возможность существования статической Вселенной, и вправду была ошибка, достойная сожаления, но разве можно назвать ее «ляпсусом» масштаба, соответствующего этой книге? Был ли это вообще ляпсус Эйнштейна? Наоборот – Эйнштейн совершил ляпсус, когда изъял космологическую постоянную из уравнений! Вспомним, что убрать этот член из уравнений – в сущности, то же самое, что произвольно приписать лямбде значение «нуль». Сделав это, Эйнштейн ограничил всеобщность теории относительности – а это дорогая цена за лаконичность уравнений, даже задолго до недавнего открытия ускорения Вселенной.

Простота хороша в применении к фундаментальным принципам, а не к форме уравнений. В случае космологической постоянной Эйнштейн ошибочно пожертвовал всеобщностью ради внешнего изящества. Поясню свою мысль простой аналогией. Когда Кеплер открыл, что орбиты планет имеют форму эллипса, а не окружности, великий Галилео Галилей отказался в это верить. Галилей был еще в плену эстетических идеалов античности, а они требовали, чтобы орбиты были идеально симметричными. Однако физика доказала, что это необоснованный предрассудок. Симметрия, имеющая отношение к орбитам планет, гораздо глубже, чем простая симметрия формы. Закон всемирного тяготения Ньютона симметричен относительно поворота системы координат, а это значит, что эллиптические орбиты (такая форма естественным образом следует из этого закона) могут иметь в пространстве любую ориентацию. Когда Эйнштейн сказал, что его космологическая постоянная «некрасива», ему в равной степени мешали и предвзятость, и недальновидность. Лучше бы ему послушаться внутреннего голоса, который подсказывал (о чем он писал в своем письме де Ситтеру от 14 апреля 1917 года, см. главу 10), что «настанет день, когда… мы сможем эмпирически решить вопрос о том, исчезает L или нет». Этот день настал в 1998 году.

Ошибки гения

Более 20 процентов статей, принадлежащих перу Эйнштейна, содержат те или иные ошибки. В нескольких случаях конечный результат верен, несмотря на погрешности. Это верный признак подлинно великих теоретиков: они руководствуются скорее интуицией, чем формализмом. В письме от 3 февраля 1915 года голландскому физику Хендрику Лоренцу Эйнштейн излагает собственную точку зрения на ошибки в научных теориях:

«Теоретик заблуждается в двух случаях.

1. Дьявол водит его за нос и заманивает ложной гипотезой. (В этом случае он заслуживает нашего сочувствия.)

2. Его аргументы небрежны и ошибочны. (В этом случае он заслуживает порки.)»

И хотя сам Эйнштейн, несомненно, совершал ошибки обеих разновидностей, несравненная физическая интуиция сплошь и рядом подсказывала ему путь к верному ответу. К несчастью, мы, простые смертные, не в силах ни имитировать, ни развить у себя подобный талант.

В 1949 году сотрудник Эйнштейна Леопольд Инфельд так писал о революционной работе Эйнштейна по космологии:

«Хотя преувеличить значение этой статьи очень трудно… изначальные идеи Эйнштейна, как видно с сегодняшней точки зрения, устарели, если не попросту ошибочны… В сущности, это очередной пример того, как неверное решение фундаментальной задачи может сыграть гораздо более важную роль, чем верное решение тривиальной, неинтересной задачи.»

Заметка Инфельда включена в том, выпущенный в честь Эйнштейна, под названием «Альберт Эйнштейн. Философ и ученый» («Albert Einstein: Philosopher – Scientist»). В этой книге опубликованы работы сразу шести нобелевских лауреатов. Жорж Леметр в своей статье привел серьезные, по его мнению, доводы в пользу того, чтобы оставить космологическую постоянную в уравнениях: «История науки знает множество примеров, когда открытия совершались по причинам, которые сейчас уже не кажутся существенными. Возможно, открытие космологической постоянной – именно такой случай». Как он был прав!

Однако сам Эйнштейн все же колебался. В своих «Замечаниях к статьям, собранным в этом коллективном труде», он повторяет свои прежние доводы: «Введение подобной постоянной предполагает значительный ущерб логической простоте теории, ущерб, с неизбежностью которого, как мне представляется, можно мириться лишь в том случае, если нет причин сомневаться в статической, по сути, природе пространства». Далее Эйнштейн говорит, что после того как Хаббл открыл расширение Вселенной, а Фридман показал, что расширение возможно и в контексте первоначальных уравнений, он считает ввод лямбды «в настоящий момент [то есть в 1949 году] неоправданным». Кстати, обратите внимание, что хотя Эйнштейн писал это вскоре после переписки с Гамовым, ни малейших аллюзий на «величайший ляпсус» здесь нет.

С одной стороны, можно возразить, что Эйнштейн был прав, когда отказался добавлять в свои уравнения член, которого не требовали данные наблюдений. С другой – Эйнштейн уже упустил одну возможность предсказать расширение Вселенной, когда сослался на недостаток данных по движению звезд. Отказавшись от космологической постоянной, он упустил вторую возможность – на этот раз предсказать ускорение расширения Вселенной! Случись два таких промаха у заурядного ученого, их наверняка сочли бы недостатком интуиции, но об Эйнштейне такое едва ли можно сказать. Ошибки Эйнштейна – всего лишь напоминание, что человеческая логика не гарантирована от ляпсусов, даже если ее применяет величайший гений.

Эйнштейн размышлял над единой теорией и природой физической реальности до самого конца. Еще в 1940 году он предвидел трудности, с которыми сталкиваются современные сторонники теории струн: «Эти две системы [общая теория относительности и квантовая механика] прямо друг другу не противоречат, однако, похоже, не очень подходят для того, чтобы слиться в единую теорию». А всего за месяц до кончины поделился сомнениями в себе: «Представляется сомнительным, что [классическая] теория поля сможет принять в расчет атомную структуру вещества и излучения, а также квантовые явления». Однако некоторым утешением Эйнштейну служили слова драматурга XVIII века Готхольда Эфраима Лессинга: «Стремление к истине драгоценнее, чем ее обретение». При всех ляпсусах на памяти последних поколений никто, пожалуй, не стремился к истине больше Альберта Эйнштейна.