этого маневра потенциал того же поля тяжести был там, у тебя, чрезвычайно большим. Поэтому твои часы спешили как сумасшедшие, а электрокардиограф показывал, что твое сердце стрекочет с необычайной скоростью. Я должен был бы опасаться за твое здоровье, если бы не знал, что это просто эффект теории тяготения, общей теории относительности. Ведь гравитационный потенциал, в котором ты находился, определялся не столько той перегрузкой, которую я должен был испытать, чтобы остаться, в покое, сколько расстоянием между нами, а оно было огромным. Именно поэтому во время старта и финиша, когда мы были близко друг от друга, я не наблюдал ничего особенного ни на твоих часах, ни на твоей электрокардиограмме. Итак, заключит путешественник, мои часы шли нормально, но они отстали от твоих потому, что твои часы очень спешили, когда я разворачивал свой корабль. Оба они зафиксируют одно и то же: часы, совершившие путешествие, отстали от покоившихся часов.
Психологическое воздействие парадокса близнецов связано с тем, что при его обсуждении зачастую подменяют физическую теорию относительности вульгарными положениями философского релятивизма, провозглашающего, что «все в мире относительно». Физическая теория относительности не имеет ничего общего с такими высказываниями. Более того, общая теория относительности, основывающаяся на объективном факте относительности движения, относительности скорости и на абсолютном характере ускорения, которое эквивалентно соответствующему полю тяготения, позволяет получить математические формулы, дающие возможность вычисления всех эффектов: в том числе они позволяют во всех деталях проследить за тем, как происходит отставание часов близнеца-путешественника. Нужно привыкнуть к тому, что показания приборов на Земле и в ракете различаются между собой, а расчеты, выполненные на основе этих показаний, приводят к совпадающим окончательным результатам.
Специальная теория относительности, сохранившая привилегированную роль движения по инерции, не позволяет провести вычисления, необходимые для разъяснения парадокса близнецов, но она легко объясняет, почему некоторые элементарные частицы, время жизни которых (то есть время их существования от момента возникновения до момента распада) очень мало, могут, родившись под воздействием космических частиц на верхние слои атмосферы, достичь поверхности Земли. Эти частицы летят почти со скоростью света, так что время их жизни, измеренное по земным часам, в десятки раз длиннее, чем их собственное время жизни. Специальная теория относительности достаточна для понимания этого опыта, потому что частицы здесь движутся по инерции прямолинейно и равномерно.
Общая теория относительности показала, что законы природы могут и должны быть сформулированы так, чтобы оставаться справедливыми при любых движениях. Соответствующие уравнения не должны менять своего вида при переходе от одной системы к другой, движущейся произвольным образом. На примере с часами близнецов мы видим: несмотря на то, что один и тот же процесс описывается в различных системах по-разному, результаты получаются одинаковыми. Именно в этом состоит преимущество и сила обшей теории относительности. Она дает правильные результаты, не зависящие от того, где находится и как движется наблюдатель. Он должен, конечно, пользоваться правильными приборами и правильной теорией.
Например, изучая Солнечную систему, он может представить себя находящимся в центре Солнца и не участвующим в его вращении вокруг оси. Тогда его модель Солнечной системы совпадает с системой Коперника. В наши дни никому не придет в голову возвращаться к системе Тихо Браге или к системе Птолемея, хотя теория относительности показывает, как, путем математических преобразований, можно было бы осуществлять такой переход. Сложность и громоздкость геоцентрического описания являются одним из доказательств того, что такие системы весьма далеки от реальной действительности, хотя, применяя их для вычислений, тоже можно получать правильные результаты. Здесь еще раз следует вспомнить мысль Ломоносова о простоте природы и необходимости отказываться от усложнений при ее описании, если можно описать ее просто.
Эйнштейн считал недостатком общей теории относительности то, что гравитационное поле и электромагнитное поле выступают в ней как две несвязанные между собой сущности. Не удовлетворяло его и то, что теория никак не учитывает существование дискретных частиц вещества, элементарных частиц, атомов и молекул, а также дискретных порций энергии электромагнитного поля — фотонов. Сразу же после завершения общей теории относительности, теории тяготения, он начал обдумывать эти вопросы. Постепенно они выкристаллизовались в четкую физическую задачу, сложнейшую задачу, все больше подчинявшую его мысли и силы. Задачу, которая поглотила остаток его жизни и которая продолжает дразнить его последователей.
ТЕОРИЯ, КОТОРАЯ НЕ РАБОТАЛА
Драматические поиски единой судьбы мира
В этой книге мы встречались с различными теориями, возможности которых оказывались ограниченными. Такова обычная ситуация, возникающая в силу глубочайших диалектических законов человеческого познания. Ведь развитие науки безгранично. Научная теория не может появиться как продукт чистого разума. Она обязательно возникает и развивается из опыта, будь то наблюдения природных явлений, протекающих без участия человека, или эксперимент, специально поставленный для отыскания ответа на определенный вопрос. Правильно поставленные вопросы играют решающую роль в развитии знаний. В ходе длительной и не имеющей предела эволюции науки ни одна из теорий не возникла и не могла быть сформулирована в завершенной окончательной форме. Все они претерпевали развитие и уточнение и, если их основа была правильной, оставались в истории в качестве фундамента последующих более совершенных теорий. Даже теории, не сохранившиеся при дальнейшем развитии науки, оказавшиеся неудовлетворительными в своей основе, зачастую приносили объективную пользу развитию науки и техники. Так было, например, с теорией теплорода, хорошо послужившей создателям первых паровых машин.
Наука — это драма, драма идей. Эти слова принадлежат величайшему физику, Ньютону двадцатого века, Эйнштейну. Но если искать в этой драме наиболее драматические эпизоды, то ничто не сможет сравниться с тянувшейся сорок лет историей попыток самого Эйнштейна создать единую теорию поля.
Общую теорию относительности недаром называют теорией тяготения. Она строго и однозначно связала свойства пространства с распределением в нем материи, свойства полей с телами, составленными из частиц. Она связала движение каждого тела с положением и движением всех остальных тел Вселенной, показала, как нужно формулировать все известные и еще неизвестные теории, чтобы они не входили в противоречие с реальной природой.
Все, правда немногочисленные, предсказания общей теории относительности были подтверждены опытом. Но у ее создателя оставалось чувство неудовлетворенности. Ему хотелось понять внутреннее единство природы. Этого понимания он не достиг. В общей теории относительности нет единства гравитационного и электромагнитного поля. В этой теории гравитационное поле, представляющее тяготение, самую древнюю из известных человеку сил природы, определяет свойства мира. Все остальное разыгрывается на этой сцене. В том числе и электромагнитное поле и все электромагнитные процессы существуют на этой сцене, никак не влияя на нее.
Это казалось Эйнштейну противоестественным. Он чувствовал, что электромагнитное
