В поисках Вулкана: планеты, с которой началась общая теория относительности Эйнштейна
Все думали, что гравитационное притяжение пока неизвестной планеты приводит к колебаниям Меркурия. Но ошибались. И Альберт Эйнштейн объяснил почему. Сто лет назад в Прусской академии наук Альберт Эйнштейн прочитал первую серию лекций, которые переписали законы гравитации Ньютона и изменили мир. Возможно, этой революции бы не было без опровержения устаревших астрономических расчетов.
По Ньютону, колебания Меркурия были вызваны гравитационной тягой другой планеты. Этот Вулкан — та самая «другая» планета — впервые наблюдали в 1859 году; наблюдения подтвердил величайший астроном того времени, Урбен Леверье; The New York Times засвидетельствовал это открытие как величайшее в том веке. Увы, но его не существовало.
Выступая в Массачусетском технологическом институте, профессор академического письма Том Левенсон рассказал о том, как провинциальный доктор из Франции запустил «вулканоманию»; как теория относительности Эйнштейна предложила совершенно новое объяснение Вселенной; и почему Вулкан до сих пор может поучить нас природе правды и иллюзии.
Сегодня историю «планеты» Вулкан едва ли можно назвать сноской в истории науки. Почему вы решили вырвать ее из небытия?
Я подошел к Вулкану с точки зрения Эйнштейна. Это прекрасная история об Эйнштейне, поскольку она случилась в момент величайшего прорыва в карьере Эйнштейна, общей теории относительности. Он подготовил три из четырех работ, представленных Прусской академии, и проделал расчеты, чтобы увидеть, как его теория объяснит орбиту Меркурия.
Его новая теория точно предсказала движение Меркурия вокруг Солнца. Эйнштейн рассказывал своим друзьям об этом самым необыкновенным языком. Он сказал, что чувствует фактически свое сердцебиение, и был так взволнован, что не мог работать в течение трех дней: так его переполняла радость. Поэтому великая теория, которая должна была объяснить Вселенную совершенно новым образом, опиралась на эту полузабытую проблему, которая вызывала колебания Меркурия. Оттого мне стало любопытно.
Вулкан
Вы говорите, «биография Вулкана демонстрирует одновременно человеческую способность поиска и самообмана». Объясните.
Вулкан примечателен, потому что идея небольшого тела внутри орбиты Меркурия имеет прекрасный смысл. Если вы полагаетесь на ньютонову теорию гравитации, как и все в то время, открытие небольших колебаний в середине орбиты Меркурия нельзя было объяснить буксиром Венеры или Земли, но: есть неоткрытая планета или кучка астероидов, которых мы не видим из-за близости к Солнцу, но которые оказывают гравитационное влияние на Меркурий.
Это не только идеально вписывалось в математические рамки теории Ньютона, таким же способом ученые выяснили положение Нептуна по колебаниям орбиты Урана несколькими годами ранее.
Самообман появился в следующие 20 лет, людям казалось, что они видели мерцания света, которые объяснили бы вид Вулкана во время затмения: круглые объекты, проходящие перед лицом Солнца, которые были приняты за транзиты Вулкана.
Меркурий
Среди них были не просто любители, но такие люди, как Урбен Джозев Леверье, самый известный астроном в мире и директор Парижской обсерватории. Несколько лет назад Леверье открыл Нептун «на кончике пера», анализируя колебания орбиты Урана. Подобный анализ он проделал и для Меркурия, поэтому было совершенно очевидно, почему люди верили в существование Вулкана.
Первым заметил Вулкан астроном-любитель из Франции Эдмонд Модест Лекарболь. В своем каменном сарае в деревне Оржер-ан-Бос, 26 марта 1859 года. Молодой врач, любитель астрономии, построил обсерваторию в каменном сарае с небольшим куполом наверху. В тот день в 1859 году он принял пациента, а затем отправился в свой сарай, чтобы заглянуть в телескоп.
Когда он направил свой телескоп на Солнце, он увидел круглый объект на лике Солнца. Он записал время его движения по Солнцу, записал все данные, после чего прибыл другой пациент, которого он осмотрел и вернулся в сарай. Круглая точка продолжала движение через Солнце. Он отслеживал ее постоянно, делая пометки в блокноте, пока та, наконец, не достигла другого края Солнца.
Этот результат ему ни о чем не сказал. В тот момент он ничего не знал о работе Леверье по Меркурию. И когда она попала в его поле внимания из газет, он написал письмо Леверье.
Леверье был на новогодней вечеринке, когда получил письмо и отправился к дому Леверье: сначала на поезде, потом 20 километров пешком. Леверье убедился, что Лекарболь действительно видел то, что видел, и сделал вывод, что астроном видел проход планеты. Непонятно, кто первым дал ей название, но к ней привязалось имя Вулкан.
Леверье
Вы говорите: «Каждый человек с телескопом искал Вулкан. Некоторые его нашли». Дайте нам картину того, как вулканомания охватила мир.
Две вещи: у Леверье должна быть верховная власть над Солнечной системой. Если он говорит, что Вулкан не только обязан там быть, но и был обнаружен, почти для каждого он стал реальностью. Астрономы бросились пересматривать старые записи, чтобы проверить, не видели ли планету раньше. Если один любитель смог ее найти, то и любой с телескопом сможет. Очень скоро в Солнечной системе обнаружился очередной объект, еще одно подтверждение теории тяготения Ньютона.
Даже Томас Эдисон поучаствовал в этом процессе. Великое затмение 1878 года началось в Сибири, пересекло Канаду и затем проделало путь вниз по США через штат Вайоминг. Это было настолько крупное событие, что даже правительство США выделило деньги на наблюдения. Другие астрономы, которые не были связаны с бюджетом, позанимали места, где, как считалось, будет удобнее всего наблюдать.
Одним из главных пунктов стал Ролинс в Вайоминге, небольшой городок с железнодорожным депо и гостиницей. Томас Эдисон частенько бывал там ради охоты и рыбалки. Но в тот раз он взял с собой новое изобретение, «тазиметр», который измерял инфракрасное излучение или тепло. Эдисон хотел испытать его во время затмения, чтобы увидеть, обнаружит ли он тепло короны Солнца.
Harpers Weekly
В день затмения Эдисон испытал свой инструмент, который совершенно не работал. Тогда он отправился вверх по железной дороге из Ролинса к ныне совершенно исчезнувшему форпосту Сепарейшен, Вайоминг, где двое известных охотников на Вулкан в тот день настроили свои телескопы.
Один из них, Саймон Ньюкомб, пропустил его. Другой, Джеймс Уотсон, директор обсерватории Анн-Арбор, увидел маленькую яркую звездочку там, где не было запланировано звезд, и сказал, что это Вулкан. Новость об этом открытии разлетелась по миру за несколько дней.
Саймон Ньюкомб
Почему было такое жгучее желание поверить в Вулкан, что даже «газета рекордов», The New York Times, вскочила на подножку?
Было две причины. Первая научная. За предыдущие сто лет лучшие математические умы Европы и Америки разработали все более и более сложные модели Солнечной системы, используя законы Ньютона, и всегда оказывались правы.
В соответствии с законами Ньютона, колебания Меркурия были вызваны неким источником гравитационной энергии. Это было единственным объяснением. Факты сами по себе ничего не значат, если у вас нет рамок, в которые их можно заключить. Тогда рамками были законы Ньютона.
Есть также популистский аспект. Почему «Нью-Йорк Таймс» дразнит профессиональных астрономов их сомнениями насчет Вулкана? Ответом является желание человека сказать «смотрите, вы, умные ребята, вы на самом деле ничего не знаете, существуют вещи, о которых даже вы не знаете».
Как опровержение существования Вулкана стало центром общей теории относительности Эйнштейна?
Теория относительности Эйнштейна объясняет то же явление, но делает это при помощи совершенно отличной структуры или картины от ньютоновых. В теории Ньютона гравитация является свойством, которое пересекает пространство между двумя телами; сила, которая вас притягивает. Эйнштейн сказал, что все не так. Он сказал, мол, вы должны в корне изменить свою картину гравитации, свое понимание свойств реальности.
Ядром ОТО является то, что пространство и время не статичны, а динамичны и могут меняться. Что они меняются в присутствии и движении материи и энергии. Крупная масса вроде Солнца создает искривления в пространстве-времени, а значит все не так прямолинейно. Луч света, проходящий близко к Солнцу, пойдет по кривому пути.
Опровержение существования Вулкана было центральным для Эйнштейна, поскольку показало, что его кардинальная и причудливая картина того, что пространство-время зыбко, является правильным способом взглянуть на Вселенную. Меркурий колеблется, потому что это кратчайший путь, по которому он может пройти через искривление пространства-времени, созданное гигантской массой Солнца. Без искривленного пространства-времени нужна другая масса. Но с ним Меркурий будет вести себя в точности, как говорит теория Эйнштейна.
Вы называете историю Вулкана «поучительным рассказом». Какие уроки она нам преподносит?
Вулкан учит нас, как трудно понять то, что природа пытается нам сообщить, и как трудно понять, когда природа говорит «нет». Даже один грубый факт может подорвать самую прекрасную теорию. Но это не совсем случай Вулкана. Пока у вас не будет рамок, которые позволят вам увидеть альтернативу тому, что вы думали раньше, вы не сможете с легкостью принимать новые факты.
Люди продолжали открывать Вулкан, поскольку мир требовал, чтобы Вулкан был там. Альберту Эйнштейну потребовалось обеспечить рамки, в которых Вулкан стал бы не только несуществующим, но и ненужным.
