Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности - Педро Феррейра

В некотором смысле их можно было понять. Ранее общая теория относительности уже принесла ряд успешных открытий, например она обосновала прецессию перигелия Меркурия и гравитационное отклонение света. Она привела к открытию расширяющейся Вселенной, сильно повлияв на наше мировоззрение. Но это было в прошлом. Кроме того, создалось впечатление, что теория относительности может давать только фантастические математические предсказания, такие как решения Шварцшильда или Оппенгеймера и Снайдера для коллапсирующих или сколлапсировавпшх звезд. Доказательством подобных странных решений, существовавших где-то там, в пространстве, была только сама теория. Но в реальности их никто не видел, поэтому имело смысл считать их математическим казусом. А квантовая физика поддавалась экспериментальным измерениям в лабораториях и могла служить для создания каких-то вещей. Однако было ясно, что общая теория относительности может давать и еще более странные результаты, что смог показать логик Курт Гёдель.

Путь из дома в институт Эйнштейн не всегда совершал в одиночку. Часто этого эксцентричного и неаккуратно выглядящего профессора с всклокоченными волосами и добрым взглядом сопровождала маленькая фигурка, всегда укутанная в тяжелое пальто, с глазами, скрытыми за толстыми линзами очков. Пока Эйнштейн рассеянно двигался к главному зданию института, этот человек плелся следом, спокойно выслушивая монологи Эйнштейна и отвечая ему высоким голосом. Эйнштейн наслаждался прогулками с этим странным маленьким человеком и доверял ему. Его другом стал Курт Гёдель, ученый, ответственный за пересмотр современной математики. К изумлению Эйнштейна, Гёдель смог значительно расширить общую теорию относительности.

Гёдель приехал из Вены, которая в начале столетия представляла собой интеллектуальный центр. В ее кофейнях, которые стали домом для Эрнста Маха, Людвига Больцмана, Рудольфа Карнапа, Густава Климта и целого ряда гениальных мыслителей, процветал свободный дух дискуссий. Наиболее престижным из неформальных сообществ был получивший Мировую известность «Венский кружок». Туда попадали только по приглашениям, и Гёдель оказался в числе немногих избранных.

В отличие от Эйнштейна Гёдель получал в школе отличные отметки по всем предметам, а в университете считался выдающимся студентом. Он заигрывал с физикой, но представлял, как соединить ее с математикой в одну логичную конструкцию. Он оперативно изучал разработки, которые с удивительной скоростью штамповали философы и математики в попытках создать нерушимую теорию математики, в которой не будет места нерациональности, допущениям и обходным маневрам. Именно такой план продвигал правивший в Геттингене Давид Гильберт.

Гильберт был убежден, что всю математику можно построить из набора постулатов, или аксиом. С его точки зрения, тщательно и систематически применяя правила логики, любой математический факт во Вселенной можно вывести из не более чем полудюжины аксиом. Исключений быть не должно. Проверка любого математического факта от 2 + 2 = 4 до последней теоремы Ферма должна была иметь логическое доказательство. Именно программа Гильберта являлась движущей силой математики, когда на нее обратил внимание Гёдель.

Погруженный в жизнь Вены, спокойно посещающий собрания «Венского кружка» и наблюдающий за бесконечными обсуждениями способов распространить программу Гильберта на всю природу, которые вели логики и математики, Гёдель медленно и неуклонно подбирался к собственной фундаментальной гипотезе. И в какой-то момент одним махом полностью разрушил планы Гильберта, сформулировав теорему о неполноте.

Эта теорема утверждала крайне простые вещи. Любое Математическое описание системы начинается с набора аксиом и правил. Гёдель показал, что при любом наборе первоначальных постулатов всегда останутся аспекты, которые невозможно вывести: недоказуемые неопровержимые формулы. Обнаруженную формулу можно добавить в существующий набор аксиом. Но теорема Гёделя показала наличие бесконечного количества таких недоказуемых неопровержимых формул. По мере того как вы находите все новые истины, которые невозможно доказать, и добавляете их к своим аксиомам, ваша простая и элегантная дедуктивная система раздувается до гигантских размеров, оставаясь тем не менее неполной.

Теорема Гёделя парализовала программу Гильберта и выбила из седла многих его коллег. Сам Гильберт сначала с раздражением отказался признавать результат Гёделя, но в конечном итоге он его принял и безуспешно попытался встроить в свою программу. Другие философы опубликовали ничем не обоснованную критику, от которой Гёдель дистанцировался. Английский философ Бертран Рассел так никогда и не смог нормально воспринять результаты Гёделя. Доминировавший в философских течениях первой половины XX века Людвиг Витгенштейн просто отверг теорему о неполноте как неуместную. Но Гёдель верил, что она таковой не была.

Хотя Гёдель любил Вену, в конечном счете его начало привлекать место, которое Эйнштейн называл «замечательным местечком и… церемонным поселком маленьких полубогов на ходулях». После ряда визитов в 1930-х он стал комфортно чувствовать себя в Институте перспективных исследований, водя дружбу с Эйнштейном, вступая в дискуссии с фон Нейманом и постепенно осознавая, насколько высок интеллектуальный уровень эмигрантов, нашедших приют в Принстоне. Неприятный инцидент в Вене, когда Гёделя избили, приняв за еврея, вынудил его к переезду.

Эйнштейн и Гёдель сразу поладили. Эйнштейн говорил, что он ходит на службу «только ради возможности возвращаться домой с Гёделем». Эйнштейн заботился о нем, когда Гёдель болел. Когда подавший документы на получение американского гражданства Гёдель уже готовился принять присягу, он обнаружил в американской конституции логическое несоответствие, допускавшее установление в стране диктатуры. Именно Эйнштейн помешал тогда Гёделю сорвать церемонию получения гражданства.

Одержимый математикой Гёдель любил физику и часами обсуждал с Эйнштейном теорию относительности и квантовую механику. Они оба с трудом принимали случайности в квантовой физике, но Гёдель пошел еще дальше: он предположил, что в общей теории относительности Эйнштейна имеется критический недостаток.

Гёдель набросился на уравнения Эйнштейна и подобно Фридману, Леметру и многим другим, кто брался за эту теорию ранее, попытался упростить их в поисках контролируемого решения, которое представляло бы реальную Вселенную. Наверное, вы помните, что Эйнштейн считал Вселенную наполненной различной материей — атомами, звездами, галактиками, всем чем угодно, — равномерно распределенной в пространстве. Повернувшись на произвольный угол в любой момент времени, вы увидели бы ровно ту же самую картину, лишенную характерных черт и не имеющую центра или другой приоритетной точки. Фридман и Леметр каждый по-своему последовали примеру Эйнштейна и нашли простые решения, согласно которым геометрия пространства менялась со временем. Гёдель решил слегка усложнить картину. Совсем чуть-чуть, чтобы уравнения все еще поддавались решению. Но при этом дополнение было достаточно значительным, чтобы обеспечить интересный результат. Он предположил, что вся Вселенная вращается вокруг центральной оси, как карусель, снова и снова поворачиваясь относительно времени. Пространство-время в построенной Гёделем Вселенной, как и в моделях, предложенных Фридманом и Леметром, можно было описать в терминах времени, трех пространственных координат и геометрической характеристики каждой точки пространства-времени. Но были и отличия. Например, в моделях Фридмана и Леметра присутствовал эффект красного смещения, обнаруженный Хабблом и Слайфером в реальной Вселенной. Вселенная же Гёделя была этого лишена. Очевидно, что эта модель не могла объяснить измеренное Слайфером, Хабблом и Хыомасоном расширение. Но суть дела состояла не в этом. Решение все равно было верным и моделировало одну из возможных Вселенных в общей теории относительности Эйнштейна.