Ведро Ньютона и реинкарнация эфира

“Что-либо по-настоящему новое можно выдумать только в юности”, – пожаловался Эйнштейн в письме к другу, закончив работу над общей теорией относительности и космологией. Дальше человек становится более опытным, более известным – и более тупым”¹⁶.

В 1919 году, когда после наблюдения солнечного затмения Эйнштен стал всемирно знаменитым, ему исполнилось сорок. Следующие шесть лет его работы по-прежнему вносили существенный вклад в развитие квантовой теории. Но затем, как мы увидим ниже, стало казаться, что если он и не тупица, то, осторожно говоря, упрямец, отказывающийся признавать квантовую механику и в одиночку отправившийся в долгий, закончившийся безуспешно путь к единой теории поля, которая должна была придать более детерминистскую форму квантовой механике.

В последующие годы ученые обнаружили, что в природе кроме электромагнитных и гравитационных сил действуют и другие силы, были открыты новые частицы. Это еще усложнило задачу Эйнштейна – добиться унификации всего. Но оказалось, что тогда он уже меньше был осведомлен о самых последних достижениях экспериментальной физики и уже не обладал былым чутьем, позволившим ему заставить природу раскрыть перед ним свои фундаментальные законы.

Пострадала бы наука, если бы после наблюдения солнечного затмения Эйнштейн ушел в отставку и посвятил оставшиеся тридцать два года жизни, скажем, плаванию под парусами? Да, ведь, хотя большинство его нападок на квантовую механику оказались необоснованными, в некоторых вопросах ему удалось продвинуться вперед, что послужило становлению этой теории. Более того, важную роль, хотя, возможно, и менее осознанную, сыграли его изобретательные, но тщетные попытки обнаружить прорехи в теории.

В связи с этим возникает еще один вопрос: почему до сорока лет творческий потенциал Эйнштейна был гораздо выше, чем в более позднем возрасте? В какой-то степени это профессиональный риск, с которым сталкиваются все математики и физики-теоретики: обычно своей вершины они достигают до того, как им исполнится сорок лет¹⁷. “Интеллект скукоживается, – объяснял Эйнштейн своему другу, – но блестящая завеса славы все еще скрывает отвердевшую оболочку”¹⁸.

Если говорить конкретнее, научные успехи Эйнштейна в какой-то мере были обусловлены его нежеланием следовать проторенным путем. Есть связь между способностью Эйнштейна к творчеству и его желанием бросить вызов авторитетам. Он не испытывал сентиментальной привязанности к старым порядкам, а возможность перевернуть все вверх дном побуждала его к активным действиям. Упрямство шло ему на пользу.

Но теперь, сменив богемный образ жизни на буржуазный комфорт, Эйнштейн уверовал, что полевые теории могут сохранить достоверность и детерминизм классической науки. С этого времени упрямство работало против него.

Судьбе было угодно, чтобы страх стать консерватором возник у него многими годами раньше, вскоре после того, как схлынул шквал его знаменитых работ 1905 года. “Вскоре я стану вялым и бесплодным, достигну возраста, когда человек выражает недовольство революционным настроем молодежи”, – тревожился он в письме к своему другу, члену “Академии Олимпия” Морису Соловину¹⁹.

Теперь, когда позади уже было так много триумфальных побед, нашлись молодые революционеры, считавшие, что на его долю действительно выпал именно этот жребий. В одном из самых разоблачительных замечаний о самом себе Эйнштейн с грустью говорит: “Чтобы наказать меня за презрение к авторитетам, судьба сделала авторитетом меня самого”²⁰.

Поэтому неудивительно, что в 1920-х годах Эйнштейн еще раз вернулся к наиболее смелым ранним идеям. Например, в статье о теории относительности 1905 года он как “избыточную” полностью отверг саму идею возможности существования эфира. Но, закончив общую теорию относительности, Эйнштейн пришел к выводу, что в этой теории гравитационные потенциалы характеризуют свойства пустого пространства и служат средой, способной передавать возмущения. Он говорил об этом как о новом способе представить себе эфир. “Я согласен с вами, общая теория относительности допускает гипотезу эфира”, – написал он Лоренцу в 1916 году²¹.

В лекции, прочитанной в Лейдене в мае 1920 года, Эйнштейн публично заговорил о реинкарнации, хотя и не о возрождении эфира. “Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира, – сказал он. – Можно принять существование эфира, не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения”.

Изменение точки зрения, указывал он, оправдано результатами общей теории относительности. Он разъяснил, что его новый эфир отличается от старого, который, чтобы объяснить, как распространяются в пространстве световые волны, представляли себе как среду, способную пульсировать. Вместо этого он ввел это понятие еще раз, объясняя с его помощью вращение и инерционность.

Наверное, если бы он выбрал другой термин, некоторой путаницы удалось бы избежать. Но из его речи следовало, что он намеренно переопределяет именно это слово:

Отрицать эфир – это в конечном счете значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств. С таким воззрением не согласуются основные факты механики… чтобы смотреть на ускорение или вращение как на нечто реальное, существенно тольк о наряду с наблюдаемыми объектами считать еще реальной некоторую другую чувственно не воспринимаемую вещь. Понятие эфира снова приобретает определенное содержание, которое совершенно отлично от содержания понятия эфира механической теории света. общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами; таким образом, в этом смысле эфир существует. пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы, и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно так же к нему нельзя применять понятие движения²².

Итак, чем был этот перевоплотившийся эфир и что он означал для принципа Маха и вопроса, связанного с ведром Ньютона? Вначале Эйнштейн с энтузиазмом утверждал, что в рамках общей теории относительности вращение в полном согласии с воззрениями Маха просто движение относительно других тел в пространстве. Другими словами, если вы находитесь в ведерке, болтающемся в пустом пространстве, то есть во всей Вселенной больше нет никаких других тел, невозможно сказать, вращаетесь вы или нет. Эйнштейн даже написал Маху, что будет рад, если его принцип найдет свое подтверждение в теории относительности.

Эйнштейн отстаивал это и перед блестящим молодым ученым Карлом Шварцшильдом, который во время войны написал ему письмо с Восточного фронта о значении общей теории относительности для космологии. “Инерция – просто взаимодействие между массами, а не эффект, в который вовлечено само “пространство” отдельно от наблюдаемых масс”, – заявил тогда Эйнштейн²³. Но Шварцшильд с этим утверждением не согласился.

И теперь, через четыре года, Эйнштейн изменил свою точку зрения. В отличие от интерпретации общей теории относительности в 1916 году в речи, произнесенной в Лейдене, Эйнштейн признал, что теория гравитационного поля подразумевает наличие физических свойств у пустого пространства. Механическое поведение тела, подвешенного в пустом пространстве, такого как, например, ведро Ньютона, “зависит не только от относительных скоростей, но также и от собственного состояния вращения”. А это значит, что “пространство наделено физическими свойствами”.

Он категорически заявил: это означает, что он отказывается от принципа Маха. Среди прочего, идея Маха о том, что инерция обусловлена взаимодействием данного тела со всеми телами во Вселенной, предполагает, что эти тела могут мгновенно воздействовать на него, даже если они расположены сколь угодно далеко. Теория относительности Эйнштейна не допускает мгновенного действия на расстоянии. Даже силы гравитации не приводятся в действие мгновенно, а только благодаря изменениям гравитационного поля, а те подчиняются ограничениям, накладываемым постулатом о постоянстве скорости света. “Инерционное сопротивление ускорению, обусловленное удаленными массами, предполагает действие на расстоянии, – сказал Эйнштейн во время лекции. – Поскольку в настоящее время физики не согласны с тем, что действие на расстоянии может иметь место, мы возвращаемся к эфиру, который должен служить средой, передающей инерцию”²⁴.

Полемика по этому вопросу продолжается до сих пор, но Эйнштейн, по крайней мере читая лекцию в Лейдене, верил, что в согласии с общей теорией относительности, как он ее тогда понимал, вода в ведре Ньютона будет подниматься вдоль стенок, даже если оно будет вращаться во Вселенной, свободной от всех других тел. “В отличие от предсказаний Маха, – пишет Брайан Грин, – даже если во Вселенной нет других тел, вы будете ощущать давление на внутренние стенки вращающегося ведра… В общей теории относительности пустое пространство – время обеспечивает точку отсчета для ускоренного движения”²⁵.

Сила инерции, поднимающая воду вверх по стенкам ведра, вызвана его вращением относительно метрического поля, которое Эйнштейн теперь считал возрожденным эфиром. В результате он вынужден был признать, что общая теория относительности не требует исключения понятия абсолютного движения, по крайней мере относительно метрики пространства – времени²⁶.

Это было не совсем отступление. Не было это и возвращением к концепции эфира из XIX века. Но это был более консервативный взгляд на Вселенную, указывающий на разрыв с радикализмом Маха, который когда-то Эйнштейн признавал.

Эйнштейну явно было некомфортно. Он пришел к выводу, что лучший способ избавиться от необходимости в эфире, существующем независимо от материи, – построить эту самую не дающуюся в руки единую теорию поля. Это был бы настоящий триумф! “Сгладились бы противоречия между эфиром и материей, – говорил он, – а вся физика стала бы завершенной системой взглядов”²⁷.