Педро Феррейра - Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

В 2009 году я посетил Принсипи — заросший пышной зеленью уголок в африканской глуши. Именно отсюда девяносто лет назад Артур Эддингтон писал Фрэнку Дайсону, будущему президенту Королевского астрономического сообщества: «Через облака. Надеюсь». Проведенные Эддингтоном измерения звездного света во время солнечного затмения упрочили положение общей теории относительности Эйнштейна на арене современных теорий. Эта экспедиция превратила Эддингтона и Эйнштейна в суперзвезд международного уровня.

Я приехал в маленькое островное государство Сан-Томе и Принсипи с пестрой группой англичан, португальцев, бразильцев и немцев, чтобы установить на участке, где проводили измерения Эддингтон и Коттингем, мемориальную доску — подарок Королевского астрономического общества и Международного астрономического союза.

После столетий колониального правления Сан-Томе и Принсипи на время превратилось в еще одно социалистическое африканское государство. В стране появился свободный рынок, а блестящие новые дома для состоятельных отдыхающих из Анголы составили резкий контраст большим, ветхим колониальным фермам.

Главный дом в Roça Sundy, где Эддингтон занимался измерениями, был в лучшей форме, чем многочисленные заброшенные колониальные дома в заросшей зеленью сельской местности. Региональный президент Принсипи — маленького острова с населением не более пяти тысяч человек — утверждал, что это его загородный дом. Оказалось, что он выдавал желаемое за действительное. Дом был запущенным, проржавевшим и необитаемым.

Меня до глубины души растрогал этот идеальный маленький уголок. В начале XX века в Сан-Томе и Принсипи родилась моя бабушка, и я много слышал от нее об этом месте. Кроме того, я ощутил причастность к поворотному пункту истории.

Именно здесь была доказана корректность теории Эйнштейна настолько, насколько вообще возможно доказать корректность научной теории. Именно здесь общая теория относительности стала реальным фактом.

Вокруг присутствовали остатки ушедшей эпохи — эпохи Эддингтона. Теннисный корт, бетонные трещины которого проигрывали борьбу неумолимо просачивающейся наверх растительности. Вокруг была пышная, всепобеждающая зелень. Все так сильно отличалось от сурового, ухоженного пейзажа среди болот, окружавшего Эддингтона почти всю его жизнь. После нашего посещения там осталась блестящая мемориальная доска, рассказывающая о достижении Эддингтона и, как мы надеемся, объясняющая всем, кто забредет в этот заброшенный уголок, какое знаменательное событие здесь произошло.

Оглядываясь на 1919 год, остается изумляться глубине развития идей Эйнштейна и Эддингтона. Простая гипотеза об отклонении света искривленным пространством-временем, ставшая ключом к проверке теории Эйнштейна, теперь, девяносто лет спустя, превратилась в один из самых мощных астрономических инструментов. Последние двадцать лет мы изучаем нашу Вселенную, наблюдая за тем, как пространство-время искажает свет. Наблюдение за звездами соседних галактик и ожидание момента, когда их свет внезапно сфокусируется, проходя мимо темного тяжелого объекта, позволяет искать темную материю. Крупицы темной материи, если они существуют, сыграют ту же самую роль, которую Солнце играло в эксперименте Эддингтона, искривив путь звездного света и сфокусировав его как линза. В большем масштабе мы пользуемся этим эффектом для наблюдения за скоплениями — группами от десятков до сотен галактик. Погруженные в пространство-время, эти тяжеловесы создают гигантские искажения, рассеивающие и выравнивающие свет удаленных галактик. Искривления и сдвиг их света дают современным астрономам возможность оценивать вес скоплений.

Зачем же на этом останавливаться? С типичной гордыней астрономы, космологи и релятивисты сосредоточились на составлении карт искажений пространства-времени до границ области наблюдений. Изучая эти срезы Вселенной и влияние пространства-времени на свет таких галактик, можно детально описать вид пространства-времени вокруг нас. Подняв на новый уровень идеи Эйнштейна и Эддингтона, мы изучим Вселенную, поняв, из чего она состоит и действуют ли в ней разработанные к настоящему моменту законы поведения пространства-времени.

В дни торжеств на острове Принсипи у всех на устах были имена Эйнштейна и Эддингтона. На этом затерянном в океане крошечном острове вряд ли стоило спрашивать окружающих, понимают ли они, о чем идет речь. Местные и приезжие высокопоставленные гости торжественно кивали, но это ничего не значит. Во время церемонии вокруг бегали дети и подростки. Они не очень понимали, что здесь происходило, но, разумеется, слышали про Эйнштейна. Некоторые даже знали про известного англичанина Эддингтона, который приезжал сюда много лет назад. Но все уверены, что их маленький остров заслуживает известности.

Толпа, присоединившаяся к этому странному экзотическому празднику, стала для меня еще одним причудливым признаком универсальности и демократичности теории Эйнштейна. Заумная, а порой и неразрешимая теория в то же самое время вполне доступна и легко выразима сжатым набором уравнений. История общей относительности охватывает многие континенты, а состав действующих лиц является действительно международным. Британский астроном, русский метеоролог, бельгийский священник, новозеландский математик, немецкий солдат, индийский вундеркинд, американский эксперт по атомным бомбам, южноафриканский квакер и многие другие оказались сведенными вместе элегантностью и мощью теории Эйнштейна.

Той ночью мы раздали телескопы и все вместе смотрели на звезды. Небо захватывало, предлагая глубже вникнуть в теорию Эйнштейна. Я думал о том, как эта теория двигает нас ко все более масштабным космическим исследованиям. Новое открытие может произойти на юге Африки или в австралийской пустыне, где в современных телескопах используются последние, наиболее мощные технологии XXI века.

Эддингтон пользовался оптическим телескопом, инструментом с линзами, окуляром и фотопластинкой, сейчас же для наблюдений применяются радиоантенны и тарелки. Радио уже много сделало для общей теории относительности, но сейчас мы готовы шагнуть дальше, чем когда-либо мечталось. Возникла идея построить десятки тысяч антенн, рассеянных на расстоянии сотен и тысяч километров. Такой интерферометр, известный как Квадратная километровая решетка, так как общая приемная зона всех антенн должна составить квадратный километр, будет поддерживаться одним, а возможно, двумя континентами. Часть телескопов расположится на просторах Западной Австралии, другая часть усеет юг Африки. Ядро этого монстра должно находиться в регионе Карру, но часть тарелок распределят по таким странам, как Намибия, Мозамбик, Гана, Кения и Мадагаскар. Это будет настоящий континентальный африканский проект. И как Эддингтон на Принсипи установил корректность общей теории относительности. Квадратная километровая решетка позволит с беспрецедентной точностью проверить эту теорию в космологических масштабах. Она покажет, существуют ли места, в которых теория перестает работать. Она сможет зарегистрировать неуловимые гравитационные волны, которые все еще ждут своего открытия. Возможно, она даже прояснит природу печально известной темной энергии, которая, кажется, укрепилась в текущей модели Вселенной.

В ночь чествования колоссальных достижений Эйнштейна и Эддингтона я думал о том, что, возможно, пока мы узнали лишь начальные фрагменты того, что теория пространства-времени может рассказать о Вселенной. Двадцать первый век несомненно станет веком общей теории относительности, и я счастлив, что живу во время, когда нас ожидает такое количество новых открытий. Почти через сто лет с момента окончательной формулировки Эйнштейном его теории обязательно должно произойти что-нибудь фантастическое.