Читать «Знание — сила, 2007 № 08 (962)» онлайн - страница 25

Дело совсем в другом. В специальной теории относительности четвертая координата оказывается совершенно равноправной с любой из трех пространственных координат. Четырехмерное пространство оказывается наделенным совершенно определенными свойствами и в этом случае называется пространством Минковского, или, более старомодно, псевдоевклидовым пространством. Сказал бы Кант, что такое представление о пространстве-времени является врожденным, априорным, доопытным? Едва ли. Но он мог бы сказать, что оно абсолютно и стал бы защищать этот последний бастион.

Однако Кант давно умер, а Эйнштейн решил, вдохновленный успехом своего детища — специальной теории относительности — пойти в поисках абсолютной идеи о пространстве-времени еще дальше и занялся чем-то, что не было вызвано необходимостью объяснения каких бы то ни было существовавших в то время фактов (в отличие от специальной теории относительности, которая была реакцией на представлявшийся совершенно загадочным опыт Майкельсона, установивший одинаковость скорости распространения света поперек и вдоль направления движения Земли).

Ему очень захотелось, чтобы весь мир управлялся только геометрией пространства-времени. Это ему здорово удалось, но по отношению не ко всему разнообразию явлений, а только к гравитации. Известно еще со времен того же Галилея, что движение тела в поле тяжести (гравитационном поле) не зависит от его массы. Эйнштейн возвел это наблюдение в принцип, назвав его принципом эквивалентности. Он гласит, что сила гравитации эквивалентна силе инерции, которая действует на тело в ускоренной системе отсчета. Например, если кто-то хочет, чтобы жир всплыл на поверхность молока, образовав сливки, он выставит кринку в поле тяжести Земли на подоконнике, а может вместо этого раскрутить ее на центрифуге. Наблюдатель (ускоренный), вращающийся вместе с центрифугой, будет воспринимать действующую на него центробежную силу инерции как гравитационную. Поэтому сливки будут всплывать на поверхность молока, не замечая подмены силы тяжести силой инерции.

Переход к ускоренной системе отсчета, своей в каждой точке пространства, есть локальное преобразование четырех координат, включая время. Оно приводит к искривлению всей геометрии четырехмерного пространства. Такая теория называется общей теорией относительности. Принцип эквивалентности Эйнштейна включает в себя как частный случай принцип инвариантности Галилея и служит его обобщением.

Для величины, отвечающей за кривизну пространства-времени, Эйнштейн предложил уравнение, руководствуясь только тем, чтобы «было хорошо», точнее, соображениями естественности, экономности и изящества. Это — уравнение для структуры пространства-времени, а всю существующую материю[* Материей в контексте общей теории относительности принято называть все поля и частицы помимо гравитационного поля. Этот термин не имеет отношения к философской категории «материя».], включая электромагнитное поле, Эйнштейн поместил в правую часть как источник кривизны и гравитации. Уравнение это выбито в камне на памятнике Эйнштейну в Вашингтоне недалеко от мемориала Линкольна. Не могу только припомнить, вместе с Лямбда-членом (космологической постоянной) или без него. Дело в том, что Эйнштейн колебался, надо ли включать этот член в уравнение — то, было, включал, то отказывался от него. Руководящий принцип красоты ничем не мог ему в этом выборе помочь. Ныне Лямбда-член составляет главную интригу в космологических сценариях.