Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

и популярных книг, многие из которых выдержали по несколько изданий и стали бестселлерами. Он был избран директором Кембриджской обсерватории (1914), секретарем Королевского астрономического общества (1912–1917), его президентом (1921–1923) и иностранным секретарем (1936–1944). Один из кратеров Луны носит имя Эддингтона. Об Эддингтоне написано 10 книг, одна из которых, «Эддингтон, наиболее выдающийся астрофизик своего времени» (1982), написана С. Чандрасекаром, имевшим серьезные основания обижаться на Эддингтона за резкую критику.

Нас будет интересовать выдающийся вклад Эддингтона в теорию относительности. Он увлекся общей теорией относительности сразу после ее создания и организовал экспедицию для проверки предсказания ОТО об отклонении света звезды в гравитационном поле Солнца. Несмотря на военное время, экспедиция под руководством Эддингтона в 1919 году получила необходимые фотографии звезд возле Солнца в момент полного солнечного затмения. Наблюдения экспедиции подтвердили общую теорию относительности Эйнштейна. Эта новость попала на страницы крупнейших газет небольшой планеты, уставшей от войны, с чего и началась заслуженная слава теории относительности и ее творца. Будучи одновременно и талантливым теоретиком, Эддингтон, бывший моложе Эйнштейна всего на три года, быстро освоил новую теорию и много сделал для ее пропаганды, выпустив 4 книги с популярным и научным ее изложением. Его знаменитая книга «Пространство, время и тяготение» (1920) выдержала 15 изданий на английском языке. Главный его труд по эйнштейновской теории гравитации, «Математическая теория относительности», был написан в 1922 году (Эддингтон А. С., 1922). В 1924 году вышло его второе английское издание (было выпущено около десятка репринтных изданий до 1975 года), в 1925 году — немецкий перевод, в 1934-м — русский (см. илл. 14). Эта книга стала наиболее глубоким изложением теории относительности первой половины XX века, и как мы убедимся ниже, она нисколько не потеряла свое значение до настоящего времени. В 1928 году Эддингтон публикует свою самую философскую книгу — «Природа физического мира» (Eddington A. S. «The Nature of the Physical World», 1928). В 1933 году выходит книга Эддингтона о космологии «Расширяющаяся Вселенная» (Eddington A. S. «The Expanding Universe», 1933).

Эддингтон был одним из самых талантливых и проницательных физиков XX века, и его мнение о теории относительности имеет огромный вес. Стивен Хокинг в своей книге «От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени» (1990, с. 77) приводит такой анекдот об Эддингтоне: «Говорят, в начале двадцатых годов один журналист сказал Эддингтону, что он слышал, будто в мире всего три человека понимают общую теорию относительности. Эддингтон, помолчав, сказал: „Я думаю — кто же третий?“» Этот анекдот на самом деле близок к правде. Кип Торн пишет в своей книге «Black holes and Time Warps» (1994, с. 134): «В течение 1920-х и 30-х годов наиболее известными в мире знатоками общей теории относительности были Альберт Эйнштейн и британский астрофизик Артур Эддингтон. Другие понимали относительность, но Эйнштейн и Эддингтон задавали интеллектуальный тон в этом предмете». Физик Ганс Огянян в книге «Ошибки Эйнштейна» (Ohanian Hans, «Einstein's Mistakes», 2008, p. 222) пишет даже следующее: «Артур Эддингтон, который был широко известен как главный эксперт по теории относительности и который понимал ее отдельные моменты лучше, чем сам Эйнштейн...»

Соглашаясь с этими высокими оценками и стараясь не затенять блестящий стиль Эддингтона пересказом, будем максимально полагаться на обширные цитаты из его «Математической теории относительности» — далее МТО.

Уже во введении сэр Эддингтон пишет следующее: «Развитие физики идет вперед, и по мере того как теории внешнего мира выкристаллизовываются, мы часто стремимся элементарные физические величины, определенные операциями измерения, заменить теоретическими величинами, которые, как нам кажется, имеют более фундаментальное значение во внешнем мире. Так, например, vis viva („живая сила“) m2/2, которую мы можем непосредственно определить на опыте, заменяется обобщенной энергией, неявно определяемой по свойству сохранения своей величины. Наша задача, таким образом, становится обратной. Мы должны теперь не открывать свойства величины, которую мы обнаружили в природе, но установить, как мы можем обнаружить величину, свойства которой мы заранее постулировали. Такое развитие науки представляется неизбежным, но оно имеет большие недостатки, в особенности в тех случаях, когда нам надо перестраивать теорию. Более полное изучение может показать нам, что в природе нет ничего такого, что в точности обладало бы заданными свойствами; или может оказаться, что величина, обладающая данными свойствами, полностью потеряла свое значение в связи с новыми теоретическими воззрениями».

Далее Эддингтон добавляет в присущих ему ярких выражениях: «В п. 59 мы увидим, что как раз последнее произошло с энергией. Мертвая рука устарелой теории продолжает давить нас, так как в этом случае принятая обычно терминология все еще неявно связана с ней. Но, конечно, это является лишь мелким недостатком по сравнению со множеством преимуществ, получаемых от классического обобщения энергии, как определенной ступени к более полной теории» (МТО, с. 18–19). В упомянутом параграфе 59 Эддингтон пишет (с. 248–249): «Законы сохранения материальной энергии и количества движения формально выражаются уравнениями:

(59.1)

...Мы обобщили это уравнение в соответствующее тензорное уравнение:

, которое уже не является математическим выражением сохранения чего-либо».

Чтобы лучше понять это утверждение Эддингтона, распишем приведенное им тензорное уравнение в явном виде (см., например, Ландау и Лифшиц, «Теория поля»):

(2)

Уравнение (59.1) описывает классический закон сохранения, когда при условии нулевого потока через границу системы (дивергенция (59.1) равна нулю) ее энергия сохраняется постоянной. Уравнение (2) включает, кроме классической дивергенции, еще и члены с символами Кристоффеля, зависящими от метрического тензора и его производных. Тем самым уравнение (2) описывает систему, в которой энергия может меняться даже в условиях замкнутости системы благодаря изменению гравитационных полей в системе. Выражение (2) часто называют законом сохранения, но, как отмечают Ландау и Лифшиц (т. 2), соглашаясь с Эддингтоном, «это уравнение, вообще говоря, не выражает закона сохранения чего бы то ни было».

Отказавшись от закона сохранения энергии в пользу более общего закона, Эддингтон считает вопрос об энергии исчерпанным с точки зрения релятивистской теории. Далее он лишь сопоставляет это новое релятивистское решение со старым подходом:

«Интересно сравнить этот путь с традиционным методом, в котором уравнение (59.1) обобщается таким образом, что форма закона сохранения явно остается.

В классической механике закон сохранения спасают введением нового вида энергии — потенциальной энергии, не содержащейся в

. При этом предполагается, что потенциальная энергия запасена в поле тяготения; количество движения и компоненты напряжения тоже могут иметь какие-то невидимые дополнения в поле тяготения. Поэтому к