Затмение, 1919 год

В это время появилась возможность впечатляющей экспериментальной проверки общей теории относительности, которая могла бы позволить измученным войной людям отвлечься и помочь им исцелиться. Она была основана на простой концепции, которую каждый мог понять: гравитация должна искривить траекторию света. В частности, Эйнштейн предсказал, на какую величину отклоняется свет от далекой звезды при его прохождении через сильное гравитационное поле, окружающее Солнце.

Чтобы проверить это предположение, астрономы должны были бы начертить траекторию звезды в обычных условиях. Потом они должны были бы подождать, пока расположение звезды относительно Солнца будет таким, что свет от этой звезды пройдет в непосредственной близости от него, и посмотреть, изменится ли положение звезды.

Было одно важное препятствие. Такое наблюдение возможно только при полном затмении, когда звезды можно увидеть и сфотографировать. К счастью, природа случайно выбрала для размеров Солнца и Луны такие удобные для нас пропорции, что каждые несколько лет случаются полные затмения, причем в те моменты времени и в тех местах, которые идеально подходят для таких наблюдений.

В статье Эйнштейна 1911 года “О влиянии гравитации на распространение света”, и в работе, описывающей его проект теории (Entwurf), опубликованной в следующем году, он подсчитал, что луч света, проходящий вблизи Солнца, отклонится (с учетом некоторых более поздних исправлений) примерно на 0,85 угловой секунды. Это значение совпадало с результатом, который можно получить с помощью эмиссионной теории, в частности ньютоновской, в который свет рассматривается как поток частиц. Как упоминалось ранее, попытка проверить этот результат во время затмения августа 1914 года в Крыму была сорвана войной, и этим Эйнштейн был спасен от возможного обвинения в том, что его теория неправильно описывает эксперимент.

В конце 1915 года, когда он нашел уравнения поля и вычислил кривизну пространства – времени, вызванную гравитацией, он получил для отклонения вдвое большее значение. Свет, проходящий рядом с Солнцем, по его расчетам, должен был отклониться примерно на 1,7 угловой секунды.

В своей популярной книге по теории относительности, вышедшей в 1916 году, Эйнштейн описал еще одну возможность проверки этого вывода учеными. “Это должно было бы проявляться в том, что неподвижные звезды, видимые вблизи Солнца при полных солнечных затмениях, казались бы смещенными на 1,7 угловой секунды по сравнению с тем положением, которое они занимают в том случае, когда Солнце находится в другом месте неба , – утверждал он. – Проверка правильности этого вывода представляет собой задачу чрезвычайной важности, и мы надеемся на скорое решение ее астрономами”¹⁶.

Голландскому астрофизику Виллему де Ситтеру удалось в 1916 году, в разгар войны, переправить копию статьи по общей теории относительности Эйнштейна через Ла-Манш Артуру Эддингтону, директору Кембриджской обсерватории. Эйнштейн был не очень известен в Англии: у английских ученых считалось патриотичным либо игнорировать, либо принижать достижения германских коллег. Эддингтон стал исключением. Он с энтузиазмом принял теорию относительности и написал обзор на английском языке, который сделал теорию популярной, по крайней мере среди ученых.

Эддингтон проконсультировался с королевским астрономом сэром Фрэнком Дайсоном, и им пришла в голову смелая идея собрать команду английских ученых и доказать теорию немецкого ученого, несмотря на то что их страны были в состоянии войны. Кроме того, это помогло бы решить личную проблему Эддингтона. Он был квакером, а значит, пацифистом, и ему грозила тюрьма за отказ от военной службы в Англии. (В 1918 году ему было тридцать пять лет, и следовательно, он все еще подлежал воинскому призыву.) Дайсон смог убедить британское Адмиралтейство, что Эддингтон лучше послужит своему народу, возглавив экспедицию по проверке теории относительности во время следующего полного солнечного затмения.

Это затмение должно было случиться 29 мая 1919 года, и Дайсон подчеркнул, что это будет уникальная возможность. Солнце тогда будет расположено на фоне богатого звездами скопления Гиады, которое мы, простые любители понаблюдать за звездами, можем увидеть в центре созвездия Тельца. Но наблюдать его пришлось бы в дальних широтах, лучше всего – на линии, которая идет через Атлантику в районе экватора от берегов Бразилии к Экваториальной Африке. И организовать экспедицию туда тоже было нелегко – в 1918 году в этом регионе было полно немецких подводных лодок, и их капитаны больше интересовались контролем над морем, чем кривизной космоса.

К счастью, война закончилась еще до начала экспедиции. В начале марта 1919 года Эддингтон отплыл из Ливерпуля с двумя командами. Одна группа отправилась устанавливать свои камеры в уединенном городе Собрал в джунглях Амазонки на севере Бразилии. Вторая группа, с которой отплыл и Эддингтон, направилась на крошечный остров Принсипи, в португальскую колонию, расположенную на градус к северу от экватора в непосредственной близости от Атлантического побережья Африки. Эддингтон установил свое оборудование на краю утеса высотой примерно 160 метров на северной оконечности острова¹⁷.

Затмение на Принсипи должно было начаться в 3 часа 13 минут дня по местному времени и продлиться около пяти минут. В то утро шел сильный дождь. Но, когда подошло время затмения, небо стало очищаться. Для Эддингтона это был самый важный момент его карьеры, и небо, как нарочно, дразнило и мучило его, то укрывая облаками, то открывая ускользающее Солнце.

В своем дневнике Эддингтон отметил: “Я почти не видел затмения, поскольку был слишком занят сменой фотопластинок и сумел только бегло взглянуть на него, чтобы убедиться, что оно уже началось, и еще раз в промежуточный момент, чтобы посмотреть, сколько на небе облаков”. Он сделал шестнадцать фотографий. “На них хорошо получилось Солнце, очень четко виден его профиль, но облака затенили изображения звезд”. В телеграмме в Лондон, посланной в тот же день, он был краток: “Сквозь облака, с надеждой. Эддингтон”¹⁸.

У команды в Бразилии погода была лучше, но для получения окончательного результата нужно было подождать, пока все фотографические пластинки из обоих мест будут отправлены обратно в Англию, проявлены, измерены и сравнены. Все это продолжалось до сентября, и все ученые Европы с нетерпением ждали результата. Некоторые болельщики в послевоенной Европе состязание между английской теорией Ньютона, предсказывавшей отклонение 0,85 угловой секунды, и немецкой теорией Эйнштейна, прогнозирующей отклонение 1,7 угловой секунды, воспринимали как политическое соревнование.

Фотофиниш сразу не дал четкого ответа. Один комплект особенно хороших фотографий, сделанных в Бразилии, показал отклонение, равное 1,98 угловой секунды. На другом приборе, также установленном в Бразилии, были получены немного размытые фотографии, так как из-за жары зеркало прибора слегка “повело”, и из них было получено отклонение о,86, но с более высокой погрешностью. А кроме того, были собственные пластинки Эддингтона с острова Принсипи. На них было меньше звезд, поэтому для того, чтобы извлечь некоторые данные, были использованы сложные расчеты, которые в результате дали отклонение примерно 1,6 угловой секунды.

Предсказательная сила теории Эйнштейна и предложенный им способ проверки своего предсказания, возможно, оказали влияние на Эддингтона, чье восхищение математической элегантностью теории заставило его глубоко в нее поверить. И он отказался от меньшего значения, полученного в Бразилии, сославшись на то, что оборудование было неисправным, и с некоторым перекосом в пользу своих нечетких африканских результатов получил отклонение, равное в среднем чуть большее 1,7 угловой секунды, соответствующее прогнозам Эйнштейна. Не самое чистое подтверждение, но его было достаточно для Эддингтона, и этот результат оказался правильным. Позже он вспоминал об этом времени как о величайшем моменте его жизни¹⁹.

Эйнштейн все это время находился в Берлине и делал вид, что его не особенно волнуют результаты эксперимента, но полностью скрыть свое нетерпение в ожидании известий он не мог. Рухнувшая экономика Германии в 1919 году, в частности, привела к тому, что лифт в доме, где находилась его квартира, был отключен и нужно было готовиться к холодной зиме, поскольку возможности обогреться не было. Своей больной матери он написал 5 сентября: “В эту зиму буду сильно дрожать. До сих пор нет новостей о затмении”. Письмо своему другу Паулю Эренфесту в Голландию, написанное через неделю, Эйнштейн закончил небрежным, но выдающим его беспокойство вопросом: “Ты случайно не слышал ничего об английских наблюдениях солнечного затмения?”²⁰.

Конечно, его друзья в Голландии сообщили бы ему, если бы узнали что-то про результаты. И, задав такой вопрос, Эйнштейн продемонстрировал, что был не так уверен в исходе эксперимента, как старался показать. Наконец новости узнали в Голландии. 22 сентября 1919 года Лоренц послал телеграмму, основываясь на том, что он только что услышал от своего коллеги-астронома, встретившегося с Эддингтоном на конференции: “Эддингтон обнаружил смещение положения звезды на солнечном лимбе, ориентировочное значение между девятью десятыми секунды и вдвое большим числом”. Это был очень неоднозначный результат. Был ли это сдвиг 0,85 угловой секунды, как предсказывала эмиссионная теория Ньютона и забракованный проект теории Эйнштейна 1912 года? Или же это было в два раза большее значение, которое он предсказал в последней своей теории?

Но у Эйнштейна не осталось никаких сомнений. “Сегодня пришли хорошие новости, – писал он матери. – Лоренц телеграфировал мне, что британская экспедиция проверила отклонение света Солнцем”²¹. Возможно, правда, его уверенность в успехе была частично вызвана желанием поднять настроение матери, страдавшей раком желудка. Но скорее всего, он был уверен в результате, потому что знал: его теория правильна.

В какой-то момент вскоре после того как прибыли новости от Лоренца, Эйнштейн занимался с аспиранткой Ильзой Шнайдер, которая позже вспоминала: “Вдруг он прервал разговор, потянулся к телеграмме, которая лежала на подоконнике”. Он протянул ей телеграмму и сказал: “Возможно, это вас заинтересует”.

Естественно, она пришла в радостное возбуждение, но Эйнштейн оставался совершенно спокоен и сказал ей: “Я знал, что теория правильна”.

Она спросила – ну а что если бы эксперименты показали, что его теория не верна? Он ответил: “Тогда мне было бы жаль Господа Бога, ведь теория-то верная”²².

Когда распространились более точные новости о результатах измерений во время затмения, Макс Планк мягко указал Эйнштейну на важность того, что его собственная уверенность подтвердилась некоторыми реальными фактами. “Вы уже много раз говорили, что никогда лично не сомневались в том, какими окажутся результаты, – написал Планк, – но тем не менее очень существенно, что этот факт стал очевидным и для других”. Для Планка, невозмутимого покровителя Эйнштейна, этот триумф имел трансцендентальный аспект: “И опять была продемонстрирована неразрывная связь красоты, истинности и реальности”. Эйнштейн ответил Планку с показным смирением: “То, что мне было позволено испытать такое, – это подарок благосклонной судьбы”²³.

Послания Эйнштейну с поздравлениями от его ближайших друзей в Цюрихе были более легкомысленными. Цюрихский физический коллоквиум послал стихотворное поздравление:

 

Вмиг исчезли все сомненья —

Луч подвержен искривленью,

Звездный луч издалека!

Славен наш Альберт в веках!²⁴

 

На что Эйнштейн через несколько дней ответил тоже стихотворением, имея в виду солнечное затмение:

 

Мамаша Солнце нам тепло дарит

И не выносит тех, кто дерзостно мудрит,

А посему в теченье долгих лет

Она таила свой большой секрет.

Но вот недавно доченька Луна

Пришла к ней в гости. Радости полна,

Мамаша Солнце приоткрыла тайну,

И Эддингтон был тут же неслучайно!²⁵

 

Не стоит судить о поэтическом мастерстве Эйнштейна по английскому или русскому переводу, следует помнить, что его стихи лучше звучат на немецком, в котором последние две строки заканчиваются словами gekommen и aufgenommen соответственно.

Первое неофициальное заявление было сделано на заседании голландской Королевской академии. Эйнштейн гордо сидел на сцене, в то время как Лоренц описывал результаты Эддингтона перед аудиторией примерно из тысячи восторженных студентов и ученых. Но это было закрытое заседание, без прессы, так что слухи о результатах лишь добавляли напряжения к ожиданиям официального объявления, которое должно было состояться через две недели в Лондоне.

Именитые члены Королевского общества, наиболее почтенного научного учреждения Великобритании, встретились с коллегами из Королевского астрономического общества во второй половине дня 6 ноября 1919 года в Барлингтон-хаус на Пикадилли, для того чтобы присутствовать на собрании, которое они считали историческим. В повестке дня стоял только один вопрос: отчет о наблюдениях во время затмения.

Сэр Дж. Дж. Томсон, президент Королевского общества и открыватель электрона, был председателем. Философ Альфред Норт Уайтхед приехал из Кембриджа и сидел в аудитории, делая заметки о происходящем. В большом зале на них с внушительного портрета смотрел Исаак Ньютон. “Вся атмосфера напряженного интереса была в точности как в греческой драме, – записал Уайтхед. – Мы были хором, сопровождающим своим пением промысел судьбы… и портрет Ньютона как бы напоминал нам, что это первое крупное обобщение [его теории] и понадобилось более двух столетий, чтобы прийти к нему”²⁶.

Королевский астроном сэр Фрэнк Дайсон был удостоен чести представить выводы. Он подробно описал оборудование, технику фотографирования и сложности с вычислениями. Его вывод, однако, был прост. “После тщательного изучения пластин я готов сказать, что не может быть никаких сомнений в том, что они подтверждают предсказание Эйнштейна, – заявил он. – Результаты экспедиций в Собрале и Принсипи оставляют мало сомнений, что в окрестности Солнца происходит отклонение света и что это отклонение соответствует выводам обобщенной теорией относительности Эйнштейна”²⁷.

В зале присутствовали и некоторые скептики. Людвиг Зильберштейн, указывая на портрет Ньютона, предупредил: “Мы обязаны действовать очень осторожно, когда меняем закон всемирного тяготения этого великого человека”. Но тон задал мудрый Дж. Дж. Томсон, который подвел итоги дискуссии: “Этот результат – одно из величайших достижений человеческой мысли”²⁸.

Эйнштейн во время заседания вернулся в Берлин, так что он пропустил ажиотаж вокруг объявления результатов. Он отпраздновал событие, купив себе новую скрипку. Но он понял историческое значение объявления о том, что законы сэра Исаака Ньютона описывают уже не всякое поведение Вселенной. “Ньютон, простите меня, – писал впоследствии Эйнштейн, вспомнив этот момент. – Вы нашли единственное решение, которое только возможно было найти человеку вашего времени, обладающего высшими мыслительными и творческими способностями”²⁹.

Это было грандиозное торжество, но понять его значение было нелегко. Скептик Зильберштейн подошел к Эддингтону и сообщил, мол, люди думают, что только трое ученых в мире восприняли общую теорию относительности. Ему сказали, что он, Эддингтон, был одним из троих.

Застенчивый квакер ничего не сказал. Но Зильберштейн продолжил: “Не будьте таким скромным, Эддингтон!”

И тогда Эддингтон отреагировал: “Наоборот. Мне просто интересно, кто этот третий”³⁰.

Эйнштейн с Чарли Чаплином и Эльзой в Голливуде