большой хит Эйнштейна
Что характеризует успешную физическую теорию? Как можно рассказать о развитии такой захватывающей истории? Педро Феррейра, профессор астрофизики Оксфордского университета, дает ответ в своей книге «Совершенная теория», которая теперь опубликована на немецком языке. Феррейра рассказывает историю общей теории относительности, начиная с ее удивительного происхождения и заканчивая ранним раздражением, которое она вызвала среди физиков, ее экспериментальным подтверждением, ее значением в настоящем и будущем. Пока он пытается проиллюстрировать ключевые физические идеи, его действительно интересуют люди, стоящие за этой теорией.
Все началось с открытия физика Альберта Эйнштейна (1879-1955). Его целью было преодолеть кажущуюся несовместимость законов движения Ньютона и уравнений электромагнетизма Максвелла. Ему удалось сделать это с помощью специальной теории относительности. В ней пространство и время уже не разделены и не рассматриваются как абсолютные величины, а объединяются в «пространство-время». Но Эйнштейн понял, что конструкция не завершена, потому что он не принял во внимание гравитацию. Обобщив теорию, ему удалось описать гравитацию с помощью геометрии пространства-времени. Ключевая идея пришла физику во время работы в патентном бюро в Берне. Используя немного больше, чем ручку и бумагу, он провел мысленный эксперимент: «Когда человек находится в свободном падении, он не чувствует собственного веса». Феррейра ясно дает понять, что гениальность Эйнштейна заключалась в его физической интуиции - чувстве, которое впоследствии часто вводило его в заблуждение.
Писать на совершенно иностранном языке
Эйнштейн знал, что ему нужен «новый вид языка», чтобы сформулировать свою теорию. Для этого ему нужно было уметь вникать в относительно новую дифференциальную геометрию и применять ее. Феррейра сравнивает усилия с изучением древнеиндийского санскрита без каких-либо предварительных знаний, а затем с написанием романа на этом языке. Астрофизик Артур Эддингтон (1882-1944) предоставил первое экспериментальное подтверждение общей теории относительности в 1919 году, продемонстрировав предсказанное отклонение световых лучей Солнцем. Позже, однако, возникли сомнения в том, что его наблюдения в то время были достаточно точными для этого.
В следующих отрывках Феррейра описывает, как ведущие физики пытались проникнуть в идеи Эйнштейна и увидеть их следствия. Среди прочего речь идет о русском физике Александре Фридмане (1888-1925), который вывел возможность динамически изменяющейся Вселенной на основе уравнений Эйнштейна. Также представлен бельгийский священник и ученый Жорж Леметр (1894-1966), который, вероятно, первым разработал основы расширяющегося космоса в 1927 году и, таким образом, дал решающие импульсы для более поздней теории Большого взрыва.
Любопытные скопления масс
Кроме того, существование черных дыр вытекает из общей теории относительности, которая является еще одной темой книги. После того, как физики Роберт Оппенгеймер (1904-1967) и Хартланд Снайдер (1913-1962) смогли описать такие объекты уже в 1939 году, интерес к «монстрам массы» сначала оборвался в 1940-х и 1950-х годах. Их свойства казались слишком странными многим, в том числе и самому Эйнштейну. Физика черных дыр снова набрала обороты только благодаря физику Джону Арчибальду Уиллеру (1911-2008), который дал черным дырам их имя, как пишет Феррейра.
Книга проливает свет на многих других физиков и влияние общей теории относительности на их работу: Стивена Хокинга и Роджера Пенроуза (теорема сингулярности, информационный парадокс и теория большого взрыва), Джеймса Пиблза (стандартная модель темной энергии и материи). космология), Брюс ДеВитт (связь между теорией относительности и квантовой теорией) и Джозеф Вебер (эксперименты с гравитационными волнами). В последней части своей книги Феррейра исследует попытки объединить теорию относительности и квантовую механику, например, в теории струн.
В общем, Феррейра рассказывает всестороннюю историю общей теории относительности, которая предоставляет читателю много информации. Хотя он почти полностью отказывается от преподавания собственно физики, ему удается заразить аудиторию своей очевидной страстью к предмету. Однако, учитывая множество отступлений от важных личностей, иногда можно и потеряться. Кроме того, раздражают частые формулировки в превосходной степени. Кроме того, чтение продвигается без особых усилий, тем более, что перевод с английского сделан на славу.