Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности - Педро Феррейра

Через год после выхода статьи Хаббла Эддингтон высказал свое мнение по поводу эффекта де Ситтера и наблюдений Хаббла в журнале The Observatory, в котором во время Первой мировой войны он публиковал свои пацифистские призывы. После чтения этой статьи плотно обосновавшийся в университете Лувена аббат Леметр пришел в замешательство. Ведь там не было ни малейшего упоминания о его работе. Его более простая модель расширяющейся Вселенной была забыта. Немедленно он отправил Эддингтону письмо с описанием своей работы 1927 года, в которой демонстрировалась возможность дополнительных решений уравнений Эйнштейна, указывающих на расширение Вселенной. В конце Леметр добавил: «Я отправляю вам несколько копий статьи. Возможно, вы сможете переслать ее де Ситтеру. В свое время я послал ему эту статью, но, похоже, он ее не прочитал». Эддингтон был раздавлен. Его «блестящий» и «проницательный» ученик сообщал о своих попытках заниматься теорией относительности, но Эддингтон просто списал его со счетов и забыл про его работу. Он быстро приступил к статье, продвигающей взгляд Леметра на Вселенную и убеждающей де Ситтера отбросить собственную модель и принять модель Леметра. Теперь настала очередь Эйнштейна признать существование расширяющейся Вселенной.

Годы известности отвлекли Эйнштейна и от его теории, бурно развиваемой Фридманом и Леметром, и от наблюдений за удаляющимися галактиками. Но к лету 1930 года ему пришлось признать, что кое-что изменилось. Во время визита в Кембридж он остановился у Эддингтона и его сестры и заразился энтузиазмом Эддингтона, связанным с результатами Хаббла и Вселенной Леметра. Во время одной из многочисленных поездок он посетил Калифорнию и Маунт-Вилсон, где в общих чертах обсудил с Хабблом новое видение Вселенной. Эйнштейн пока не очень хорошо говорил по-английски, а Хаббл Не понимал немецкого, но они оба видели, что концепция расширяющейся Вселенной прижилась как среди физиков, так и среди астрономов. Во время следующей поездки, на этот раз в Лейден, во время беседы с де Ситтером Эйнштейн увлекся идеей новой космологии, родившейся из его теории и породившей варианты расширяющейся Вселенной. Они согласились избавиться от параметра, который ввел Эйнштейн, чтобы обеспечить статичность теории Вселенной. Добавленной в теорию задним числом космологической константе пришел конец.

Обнаружив в уравнениях Эйнштейна расширяющуюся Вселенную, Леметр решил развить заодно и его общую теорию относительности. Он понял, что данная теория позволит получить картину того, с чего все началось. Ведь из постулата о расширении Вселенной вытекал вопрос, каким образом и почему она начала вести себя подобным образом. И отмотав время назад, можно прийти к моменту, когда пространство-время существовало в виде точки. Эта странная ситуация не похожа ни на одно из явлений, наблюдаемых в окружающем мире. Но модели Фридмана и Леметра, по-видимому, демонстрировали именно это: первый момент зарождения пространства-времени.

Леметр предложил радикальную идею возникновения Вселенной. Она включала начало всего. В этой концепции Вселенная появлялась из одной точки, первоначального атома, или, как его называл Леметр, «космического яйца». Этот атом породил весь заполняющий современную Вселенную материал. Он должен был распасться в соответствии с законами квантовой физики, разработка которых в то время только начиналась. По аналогичной схеме происходит наблюдаемый в лабораториях радиоактивный распад частиц. Потомки первичного атома в свою очередь распадались на дополнительные атомы и т. д.

Это была простая, умозрительная, почти библейская модель, но Леметр всеми силами старался в своих предположениях держаться подальше от религии. Будучи священником, он больше чем кто-либо другой рисковал быть обвиненным в привнесении элемента веры в чисто научную гипотезу. В журнале Nature он опубликовал заметку, озаглавленную «Начало мира с точки зрения квантовой теории». Этим заголовком было сказано все. Речь о божественном вмешательстве или теологических конструкциях не шла. Это был практический вывод из холодных беспристрастных законов физики. Так устроена природа. Свое видение Леметр изложил так: «Если мир начался с одного кванта, понятия пространства и времени вначале должны быть лишены какого-либо смысла; они должны начаться только в момент, когда первоначальный квант разделяется на достаточное количество квантов. Бели это предположение корректно, начало мира произошло немного раньше возникновения пространства и времени».

В январе 1931 года в своем обращении к Британской математической ассоциации Эддингтон рассказал, что он думает о новейшей идее Леметра, начав так: «Мне не нравится современное представление о начале окружающего мира». Эддингтон поддержал работу Леметра, посвященную расширяющейся Вселенной, и убедил Эйнштейна отказаться от концепции статической Вселенной. Своей международной известностью Леметр обязан Эддингтону. Но воспринять наиболее передовые идеи Леметра Эддингтон был не в состоянии. Они выводили теорию пространства-времени Эйнштейна за границы применимости. По крайней мере, такое мнение озвучивал Эддингтон.

Аналогично тому как Эйнштейн отвергал расширение пространства в работах Фридмана и Леметра, Эддингтон отказывался принять результаты, вытекающие из математических расчетов. Вместо этого он предложил другое решение. Благодаря полученным Хабблом и Хьюмасоном доказательствам того, что галактики разбегаются, была отброшена модель статической Вселенной Эйнштейна. В процессе поиска всех возможных решений Леметр показал, что эта статическая Вселенная обладает свойством, которое усиливает позицию Эддингтона, — она нестабильна. Достаточно добавить туда немного материи — дополнительную галактику, звезду или даже один-единственный атом, — и Вселенная начнет сворачиваться в одну точку. И наоборот, удаление материи приводит к ее расширению, в результате чего она начинает вести себя подобно Вселенным Фридмана и Леметра. Именно эту нестабильность модифицировал Эддингтон, чтобы объяснить процесс расширения.

Объяснение, предложенное Эддингтоном, при своей неоднородности и незавершенности было правдоподобным и простым. Начало Вселенной описывалось моделью Эйнштейна, то есть она была статичной и неподвижной. На самом деле было бы ошибкой утверждать, что Вселенная имела начало; она могла находиться в статичном состоянии бесконечно долгое время, пока в соответствии с предложением Эддингтона материя каким-то способом, который еще требовалось определить, не начала группироваться. Из возникающих конгломератов материи сформировались звезды и галактики, а находящееся между ними пустое пространство привело к дестабилизации модели Эйнштейна и положило начало расширению. Произошел изящный переход Вселенной, находящейся вне времени, в расширяющуюся Вселенную.

Эддингтона предложенная Леметром радикальная гипотеза начала Вселенной не убедила, а вот Эйнштейн придерживался иного мнения. Зимой 1933 года путешествующие по Соединенным Штатам Америки Эйнштейн и Леметр встретились в Пасадене, в Калифорнийском технологическом институте, куда аббата пригласили прочитать две лекции. Их предыдущая встреча в Сольвее в 1927 году, во время которой Эйнштейн отозвался о работе Леметра как о наборе правильных, но не имеющих отношения к делу выводов из его собственной теории, прошла не слишком удачно. Но теперь все изменилось. Леметр пользовался уважением как одно из ведущих светил новой науки — космологии. Во время этой встречи ученые, погруженные в беседу, бродили по саду Атенеума, центра социальной жизни Калтеха. Газета Los Angeles Times описывала эту встречу так: «Серьезные выражения их лиц свидетельствовали о том, что идет обсуждение современного состояния дел, связанных с космосом». Было логичным и присутствие Эйнштейна на лекциях Леметра. В конце одного из семинаров он встал и сказал: «Это наиболее красивое и исчерпывающее объяснение мироздания, которое я когда-либо слышал».