Альберт Эйнштейн
Технологии

Затмение Эйнштейна, навсегда изменившее физику

Раз примерно в полтора года Луна проходит ровно между Солнцем и Землей, и в этот момент обитатели нашей планеты любуются полным солнечным затмением. Места, где наблюдается это волнующее зрелище, всякий раз разные. В этом году оно лучше всего было видно в Южной Америке, в том числе над пустыней Атакама, где находятся знаменитые телескопы, подарившие астрономии множество важнейших открытий. Затмение – это замечательное явление, которое даёт возможность увидеть механику Солнечной системы в действии, а романтикам – поразмыслить над своим местом в ней. А ещё они позволили учёным сделать грандиозные открытия! Более ста лет назад один немецкий учёный, который был тогда мало кому известен, представил на суд коллег новую теорию, которая могла полностью изменить представление человечества о пространстве, времени и движении. Тогда её мало кто понимал, да и сегодня, откровенно говоря, количество этих людей принципиально не увеличилось. Как бы то ни было, для её доказательства потребовались двое бесстрашных астрономов и нелёгкие экспедиции в отдалённые уголки мира. Но благодаря этому научному подвигу имя Альберта Эйнштейна стало синонимом понятия “гениальный учёный”, а человечество совершило огромный рывок в своём понимании Вселенной.

Затмение Эйнштейна, навсегда изменившее физику

Впрочем, обо всём по порядку. 25 ноября 1915 года Эйнштейн опубликовал свои уравнения гравитационного поля. Это был прямой вызов существовавшим представлениям о том, что пространство равномерно и неизменно, а гравитация – это сила, с помощью которой объекты воздействуют друг на друга. Сегодня считается, что пространство и время четырёхмерны, объединены в неразрывный континуум, и могут искривляться под воздействием массы или энергии. Это искривление и создает эффект гравитации. Тогда это звучало совершенно дико. По той причине, что, например, решение задач в рамках теории Ньютона с использованием новых правил относительности давали разные результаты – в зависимости от того, кто делал измерения или расчеты. Это было безумно неудобно и казалось чем-то совершенно недопустимым.

Эйнштейн и сам осознавал необходимость проверки своей теории. В связи с чем предложил сфотографировать находящиеся рядом с Солнцем звезды во время затмения, а затем сравнить их с изображениями тех же объектов, сделанными обычной ночью. Теория Эйнштейна предсказывала, что гравитация Солнца искривляет свет звезд, смещая их на фотографиях. Было просчитано даже точное значение – 1.75 угловых секунды. Если бы была верна теория Ньютона, то это значение было бы в два раза меньше. Учёный начал искать способы провести описанный эксперимент. Он попросил немецкого астронома Эрвина Финлей-Фройндлиха произвести наблюдения за затмением в Крыму, но того в России арестовали как представителя вражеского государства.

Затмение Эйнштейна, навсегда изменившее физику

Эта история разворачивалась на фоне Первой мировой войны. Общение между учёными разных стран было прервано, не было телеграфной связи, которую можно представить неким подобием Интернета того времени. Вражда государств испортила отношения и между самими исследователями. Однако теория Эйнштейна была настолько интересной, что для неё не существовало границ. Она привлекла внимание британского астрофизика Артура Эддингтона. Он дружил с королевским астрономом Фрэнком Дайсоном, и, возможно, именно тот подсказал ему, что для проверки предположения Эйнштейна лучше всего подойдёт затмение, которое должно было произойти в 1919 году.

По той причине, что Солнце в этот момент должно было располагаться посреди Гиад. Это самое близкое к Земле звездное скопление, то есть рядом с нашим светилом в момент затмения находилось бы много ярких звезд. Учёные начали изучать траекторию движения тени Солнца по Земле. Она проходила по Атлантическому океану, но делать фотографии с раскачивающегося корабля – это не очень правильная идея. Если брать в расчёт только сушу, то путь этого астрономического явления пролегал через бассейн Амазонки в Южной Америке и Конго в Африке. Учёные выбрали город Собрал на северо-востоке Бразилии и остров Принсипи неподалёку от побережья Чёрного континента. Две разные точки были нужны по той причине, что это увеличило бы шансы избежать плохой погоды. Кроме того, две отдельные экспедиции – это своего рода независимость, и если у одной что-то пойдёт не так, то задачу может выполнить вторая группа учёных.

Телескопы большого размера, естественно, они взять с собой не могли, поэтому вынули из них самые важные части – линзы и зеркала целостата. Последняя деталь настраивается таким образом, чтобы, поворачиваясь, “отменять” вращение Земли. В этом случае линзу и трубу телескопа можно закрепить неподвижно. Но, очевидно, самыми важными для всего предприятия предметами были фотопластины, так как получить искомое значение можно было только с помощью сравнения положения звезд. Использование фотографий для подобных измерений в то время было новинкой. Ошибиться, испортить всё после стольких трудов было очень легко. Это, кстати, проявилось и в случае с данным экспериментом. После того как были сделаны фотографии и проведён их анализ, у учёных оказалось три набора данных. На них повлияли и плохая погода, и другие проблемы. Так, например, у одного из двух комплектов приборов оказалось дефектное зеркало. В результате два набора подтверждали теорию Эйнштейна, а один – Ньютона.

Кольца Эйнштейна. Гравитационное линзирование. Автор: NASA
Кольца Эйнштейна. Гравитационное линзирование. Автор: NASA

Как к этому относиться? Учёные поразмыслили и решили, что раз счёт 2:1 в пользу немца, то он прав. Именно это и было объявлено на знаменитом заседании Королевского астрономического общества в ноябре 1919 года. Эйнштейн прославился, завоевал себе имя и навсегда вписал своё имя в историю науки. Благодаря английским учёным, которые, забыв о вражде между государствами, доказали его правоту. Научная теория – это не просто набор уравнений или сформулированная идея. Она должна предсказывать, давать новые объяснения тому, что интересно человеку. И у Эйнштейна это получилось замечательно. Черные дыры, гравитационные волны, гравитационное линзирование… Эта теория революционным образом изменила наш взгляд на окружающий мир, на понимание Вселенной.

Эйнштейн получает сертификат об американском гражданстве (1940)
Эйнштейн получает сертификат об американском гражданстве (1940). Автор: New York World-Telegram and the Sun staff photographer: Al Aumuller – Library of Congress Prints and Photographs Division. New York World-Telegram and the Sun Newspaper Photograph Collection. http://hdl.loc.gov/loc.pnp/ppmsca.05649, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1309724

Есть ли теория, которая может сбросить с пьедестала построения Эйнштейна? Трудно сказать. Общая теория относительности прошла все испытания, но она несовместима с представлением о квантовой природе вещества. Сегодня мы в каком-то смысле находимся в той же самой ситуации, с которой наука столкнулась 100 лет назад. Теория Эйнштейна предполагает, что Вселенная непрерывна, а квантовая говорит об обратном. Как их примирить? На роль связующего звена сегодня претендуют множество кандидатов – теория струн, петлевая квантовая гравитация, некоторые другие… Возможно, это будет что-то другое, ещё не родившееся в голове у своего автора. Наука непрерывно движется, она не стоит на месте. В конце концов, ответ будет найден, даже если для этого придётся отправиться в очередную дальнюю экспедицию.

Text.ru - 100.00%

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector