Альберт Эйнштейн. Творец и бунтарь полностью

Даже не имея возможности получить экспериментальное подтверждение принципа эквивалентности, Эйнштейн сохранял уверенность в его справедливости. Он прекрасно сознавал, что это всего лишь достаточно грубый и приблизительный набросок, лишь первый шажок на пути к тому, что он уже интуитивно предвидел, но еще не мог сформулировать. Но знал он и то, что в принципе эквивалентности уже содержатся фундаментальные эстетические и физические понятия, на которые он мог опираться в своих дальнейших поисках. Прежде всего этот принцип олицетворял эстетическое единство: ведь с какой стати, рассуждал Эйнштейн, допускать существование одного типа относительности для механических и другого — для всех остальных физических явлений? К тому же он воспринимал этот принцип как убедительное подтверждение того, что его интуитивное стремление к признанию всех видов движения относительными не является своего рода погоней за миражем. Более того, Эйнштейн чувствовал, что итогом его устремлений должна стать новая теория гравитации, которая уже не будет укладываться в границы специальной теории относительности. И — будто всего этого недостаточно, — как мы увидим, этот принцип действительно с необычайной точностью направлял поиски Эйнштейна на его пути к общей теории относительности. Началом же этих революционных изменений в физике послужила внезапная, изумившая самого Эйнштейна догадка, касающаяся равенства инертной и тяжелой масс в теории Ньютона. Как и всякий другой ученый, Эйнштейн не избежал ошибок в своих исканиях, но интуиция всегда возвращала его на единственно верный путь.

Гениальные научные идеи не появляются сразу в законченном виде. Интуитивно предчувствуя истину, Эйнштейн еще долго должен был идти к ней. По какому пути предстояло пойти его мысли теперь? Эйнштейн обратился к воздействию гравитации на скорость света. Ведь этот вопрос выходил за рамки специальной теории относительности, согласно которой скорость света постоянна и одинакова для любого наблюдателя. Кроме того, к этому времени физики уже более ста лет привыкли считать, что ньютоновское «действие на расстоянии», т. е. закон гравитации, может быть выражен единственным «уравнением поля», содержащим одну-единственную переменную математическую величину, называемую гравитационным потенциалом. Нельзя ли сделать так, чтобы переменная скорость света играла ту же роль, что и ньютоновский гравитационный потенциал, но уже с релятивистских позиций? Эта конкретная и в то же время обобщающая идея естественным образом привлекала Эйнштейна. Однако попытки ее разработать убедили его в том, что создание приемлемой теории гравитации не может быть осуществлено столь легким способом. Это первое столкновение с трудностями было необходимой разведкой перед главным сражением. Ведь если переменная скорость света на давала адекватного математического представления гравитации, то что же в таком случае могло помочь?

Давайте вернемся к нашим Aclab и Gravlab. Если бы Aclab двигалась без ускорения, то внутри нее свободные частицы двигались бы прямолинейно с постоянной скоростью. Так гласит первый закон Ньютона, а именно закон инерции. Стоит включить ускорение, и те же самые свободные частицы в Aclab, движение которых не изменится, станут как бы падать — точь-в-точь как они падали бы под воздействием силы тяготения в Gravlab.

Итак, Эйнштейн разработал «план кампании», который мы и постараемся изложить в упрощенном виде. Во-первых, выразим закон инерции в его релятивистской форме, согласно которой в пространстве — времени мировые линии свободных частиц представляют собой прямые. Затем применим некоторое математическое преобразование для описания ситуации в Aclab. Полученное представление должно автоматически описывать физическую ситуацию в Gravlab; таким образом, можно будет получить какой-то намек на то, как следует рассматривать гравитацию с математической точки зрения.　

Но почему речь идет только о намеке, а не о законченной теории? Дело в том, что полученные таким путем результаты отражают сугубо локальные свойства гравитации. Если бы АсlаЬ и СгауlаЬ имели большие размеры, они бы уже не были полностью эквивалентны, в чем нетрудно убедиться, взглянув на рисунок, на котором большая космическая АсlаЬ сравнивается с большой СгауlаЬ, расположенной на изогнутой поверхности Земли.