Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности Феррейра Педро

Глава 13.

Показная экстраполяция

Я только что закончил читать лекцию и стоял вместе со слушателями в главном зале Института астрономии Кембриджского университета, попивая дешевое вино из пластикового стаканчика. Мы собирались группами, перемещаясь по залу и пытаясь завязать оживленный разговор. Лекция, которую меня пригласили прочитать, рассказывала об измененной гравитации и описывала класс теорий, предложенных, чтобы избавиться от общей теории относительности при объяснении ряда космологических загадок. Во время лекции никаких сюрпризов не было. В начале лекции я запнулся, опровергая комментарий о темной материи, но благополучно вышел из положения. Никто не говорил, что я не прав, никто не надоедал вопросами, и я собрался отправиться домой в Оксфорд.

Однако ко мне, сверкая глазами и размахивая белым пластиковым стаканчиком как оружием, приблизился директор института Джордж Эфстатиу. «Спасибо, что приехал, — сказал он, — выступление было интересным. Должен сказать, что это была хорошая лекция на реально глупую тему». Я вежливо улыбнулся в ответ на его хлопок по моей спине. С подобной реакцией я сталкивался не в первый раз, так что удивляться не приходилось. Эфстатиу играл важную роль в проработке деталей развития темной материи при формировании крупномасштабной структуры. Кроме того, он одним из первых начал утверждать, что распределение галактик свидетельствует о космологической константе. Быстро поднимающийся по карьерной лестнице Эфстатиу был преуспевающим и уверенным в себе человеком. «Приступив к руководству институтом, я попытался объявить его зоной, свободной от модифицированной гравитации. И в целом, я думаю, у меня это получилось». Он лучезарно улыбался, в то время как люди вокруг нас смотрели в пол. «Какого черта вы над этим работаете?» — спросил он, не ожидая ответа.

За несколько месяцев до этого я принял участие в небольшом семинаре в Королевской обсерватории в Эдинбурге, целиком посвященном альтернативным теориям гравитации. Участники этого мероприятия представляли собой странную смесь астрономов, математиков и физиков. Атмосфера была особой. Каждое выступление завершалось дружными аплодисментами, как в какой-нибудь группе взаимопомощи. В воздухе стоял гул, как будто все доклады являлись откровениями некоего пророческого закона физики, открывающими новые горизонты. Пророками чувствовали себя все. Каждый ощущал себя Эйнштейном. Это чувство локтя напомнило мне мое краткое юношеское увлечение троцкизмом, в период которого я испытал пьянящее чувство товарищества, ведь мы с моими товарищами-агитаторами совершенно одинаково считали окружающий мир продажным в своей основе.

Фанатичный энтузиазм семинара заставил меня ощутить дискомфорт, как от причастности к лжеучению. Аплодисменты после моего собственного доклада вызвали у меня почти физическое ощущение тошноты, и мне пришлось покинуть аудиторию. Я был несправедлив; в аудитории сидели люди, годами работавшие над альтернативными теориями гравитации и боровшиеся против господствующих тенденций, к которым относилась и святая вера в Эйнштейна. Статьи этих ученых регулярно отвергались просто потому, что тема была совершенно не модной. Они привыкли сталкиваться с враждебно настроенной публикой. А на этом семинаре их рвение отыскало, наконец, благодарных слушателей, и они смогли спокойно обсудить интересующую их тему: опровержение общей теории относительности Эйнштейна.

Большинство моих коллег не горят желанием вносить изменения в грандиозные труды Эйнштейна — как говорится, если что-то работает, лучше это не трогать. Особенно это касается тех, кто принимал участие в славном возрождении 1960-х, когда общая теория относительности вышла из темного застойного прошлого, чтобы снова оказаться в центре внимания и превратиться в прекрасное средство для объяснения всего, от смерти звезд до судьбы Вселенной. Это поколение астрофизиков до сих пор ощущает магическую мощь теории Эйнштейна. Уровень лояльности я смог оценить на другой конференции, проводившейся в Королевском астрономическом обществе в 2010 году. В тех же залах, где Эддингтон представлял результаты экспедиции для наблюдения за затмением и клеймил Чандрасекара за предположение о возможности гравитационного коллапса, собранию астрофизиков и астрономов был задан вопрос: кто из них верит в корректность теории Эйнштейна? Поднялось несколько рук. При ближайшем рассмотрении выяснилось, что они принадлежали представителям той группы, которая в 1960-е занималась широким внедрением общей теории относительности. По их мнению, теория была слишком странной и слишком красивой, чтобы вносить в нее какие бы то ни было изменения.

Невозможно отрицать колоссальные успехи общей теории относительности на протяжении XX века, но настало время взглянуть на вещи по-новому. Наука может только выиграть, если признает, что повторяется история с ньютоновской теорией гравитации. Она до сих пор применима и прекрасно работает; она позволяет объяснить движение объектов на нашей планете, движение планет и даже эволюцию галактик. Но в более экстремальных ситуациях она неприменима. При увеличении силы тяжести более полезные и точные прогнозы дает уже общая теория относительности Эйнштейна. И возможно, пришло время сделать следующий шаг и заняться поисками теории, превосходящей общую теорию относительности уже в ее граничных точках.

Проблемы с общей теорией относительности при очень больших или очень малых масштабах, а также для очень сильной или очень слабой силы тяжести могут быть индикаторами ее ограниченной применимости. Невозможность объединения общей теории относительности с квантовой физикой также может указывать на разность в поведении этих теорий в очень маленьком масштабе, в котором мы ищем между ними совпадения. Предсказание общей теории относительности, гласящее, что 96% нашей Вселенной заполнено темной и непонятной материей, может означать только неприменимость нашей теории гравитации. И сейчас, почти через сто лет после оглашения Эйнштейном своего открытия, возможно, имеет смысл пересмотреть границы его применимости.

История полна попыток модифицировать общую теорию относительности. С момента ее первой публикации Эйнштейн ощущал, что работа еще не окончена и теория является частью чего-то большего. Снова и снова он безуспешно пытался вставить общую относительность в свои великие теории объединения. Артур Эддингтон также провел последнее десятилетие своей жизни, пытаясь разработать собственную фундаментальную теорию, магический сплав расчетов, цифр и совпадений, позволяющий объяснить все, от электромагнетизма до пространства-времени. Поиск фундаментальной теории стал для Эддингтона амбициозным начинанием, которое медленно, но верно подрывало его престиж.

Физик из Кембриджа Поль Дирак считал общую теорию относительности Эйнштейна идеальным примером того, какой должна быть теория. В конце жизни он говорил: «Предусмотренная природой красота уравнений вызывает сильную эмоциональную реакцию», а в уравнениях Эйнштейна эта красота была. Еще Дираку не давали покоя наблюдаемые в окружающем мире совпадения численных значений, которые в случае действительно красивых фундаментальных уравнений просто не могли быть реальными совпадениями. В наблюдениях фигурировали кое-какие очень-очень большие числа, которые не могли оказаться случайными. Сравним электрическое взаимодействие между электроном и протоном с гравитационным взаимодействием между ними. Первое во много раз превосходит второе, и множитель в этом выражении содержит тридцать один ноль. Это чрезвычайно большое число, подходящее в качестве характеристики более серьезного параметра, например возраста Вселенной. Герман Вейль и Артур Эддингтон тоже считали, что для совпадения таких огромных чисел должна быть какая-то причина. Поль Дирак сделал шаг вперед, предположив, что сила тяжести, определяемая постоянной Ньютона, должна меняться во времени, что противоречит общей теории относительности.

Свою идею Дирак предложил в конце 1930-х, но никогда ее не развивал. В 1950-е и 1960-е годы Роберт Дикке и один из его принстонских студентов, Карл Вране, совместно с Паскуалем Йорданом из Гамбурга вдохнули в идею Дирака новую жизнь и создали альтернативу теории Эйнштейна. В определенной степени это было идеальное дополнение к общей теории относительности. Как выразился Карл Бранс: «Экспериментаторы, особенно из NASA, радостно восприняли возможность оспорить теорию, которая долгое время не подтверждалась экспериментально». Подобным образом думали далеко не все, и как вспоминает Бранс: «Казалось, с течением времени многие теоретики испытали раздражение от того, что в теорию Эйнштейна вторгается другая область знаний».

После ухода в отставку Поль Дирак перебрался в университет штата Флорида и занялся обдумыванием некоторых своих странных идей. Иногда он признавался своим коллегам, что убежден в наличии лучшего, более естественного способа объяснения гравитации. Но особо о своих экспериментах в этой области он предпочитал не распространяться, боясь, что их могут счесть непредсказуемыми и умозрительными. К этому времени было сделано уже много попыток модифицировать общую теорию относительности, в основном обусловленных проблемами с поиском не содержащей бесконечностей теории квантовой гравитации. Когда дело доходит до квантовой физики, с гравитацией начинают происходить странные вещи, как указал в конце 1960-х советский физик Андрей Сахаров.

Сахаров наряду с Яковом Зельдовичем, Львом Ландау и многими другими входил в группу, собранную Игорем Курчатовым и Лаврентием Берией для работы над советским ядерным проектом. Сын учителя физики, в 1938 году в возрасте семнадцати лет Сахаров поступил в Московский государственный университет, во время войны работал инженером-изобретателем и в 1947 году получил степень кандидата физических наук в области теоретической физики. Как и Зельдович, Сахаров был успешным советским ученым. Бели Ландау спасла смерть Сталина, то Сахаров проработал над ядерным и термоядерным оружием даже дольше Зельдовича, почти двадцать лет.

В отличие от творческого, открытого и полагающегося на интуицию Зельдовича, Сахаров был больше подкован технически и сильнее интересовался абстрактными задачами. Друг о друге эти ученые отзывались с восхищением. Сахаров считал Зельдовича «человеком всесторонних интересов», в то время как Зельдович сделал комплимент уникальному и своеобразному способу решения задач своим коллегой, сказав: «Я не понимаю, как думает Сахаров».

С 1965 года Андрей Сахаров сосредоточился на космологии и гравитации, правда, работая в собственном темпе. Зельдович опубликовал множество работ, нагруженных новыми идеями, количество же публикаций Сахарова было далеко не таким внушительным. Его статей хватило бы разве что на тонкую книжку. Но среди них встречаются настоящие жемчужины, посвященные формированию структуры, происхождению материи и природе пространства-времени. В одной короткой блестящей работе утверждается, что законы, управляющие пространством-временем, — не более чем иллюзия, причиной которой является сложная квантовая природа реальности. С точки зрения Сахарова, вид и поведение пространства-времени во многом напоминают воду, кристаллы и другие сложные системы. И то, что, как нам кажется, мы видим, является не более чем картиной более фундаментальной реальности, нарисованной широкими мазками. Именно квантовые свойства молекул и слабая связь между ними однозначно придают воде вид жидкости, плещущейся вокруг нас и ведущей себя определенным образом. Несмотря на отличие в деталях, широкий взгляд Сахарова достаточно точно предсказал, как в результате прогресса в квантовой гравитации пространство-время будет восприниматься сейчас, почти сорок лет спустя.

Рассматривая теорию Эйнштейна, Сахаров предположил, что геометрия пространства-времени не является фундаментальным свойством, как не являются таковыми вязкость воды или упругость кристаллов. Эти свойства возникают из более базового описания реальности. Аналогичным образом из квантовой природы материи возникает гравитация. Простая трехстраничная работа Сахарова дала удивительный результат. Сделанное им предположение привело к естественному выводу уравнений Эйнштейна. Иными словами, квантовый мир естественным образом вызывал появление геометрии пространства-времени. Смоделированная Сахаровым теория гравитации в чем-то напоминала общую теорию относительности, но приводила к более сложному набору уравнений. Уравнения Эйнштейна сами по себе были настоящей пыткой; смоделированная же Сахаровым гравитация пошла еще дальше. Ее отличия от теории Эйнштейна проявлялись только при сильном искривлении пространства-времени вблизи черных дыр, в очень ранней Вселенной, когда все вокруг было горячим и плотным, или в микроскопическом масштабе, когда на сцену выходила квантовая пена Уиллера. Когда физические законы раздвигаются до границ своей применимости, они перестают работать и становятся частью нового, более обширного набора законов.

Эту работу Андрей Сахаров опубликовал в 1967 году, когда его голова была занята другими вещами. За долгие годы работы над проектом бомбы он получал награды от советского режима. Играя ключевую роль он, как и Зельдович, три раза награждался медалью Героя Социалистического Труда. Но близость к ядерному оружию заставила его остро осознать катастрофические последствия гонки вооружений, в которую были вовлечены Советский Союз и Соединенные Штаты Америки. Все усиливающиеся протесты Сахарова против ядерного оружия привели к тому, что он утратил свой статус. В 1968 году он пошел против режима, опубликовав статью «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе», в которой недвусмысленно изложил свои возражения против одной из основных оборонных программ Советского Союза — развития противоракетной обороны. Это был конец пребывания Андрея Сахарова в роли идеального советского гражданина. Как ярко выраженный диссидент, он был лишен привилегий и наград, возможности работать над секретными проектами и сослан в Горький. Зельдович неодобрительно относился к так называемой социальной работе Сахарова, говоря своим коллегам, что «такие люди, как Хокинг, посвящают себя науке. Ничто не в силах их отвлечь». Но как писал в своих мемуарах Сахаров, сила его переживаний из-за ситуации в Советском Союзе была столь велика, что «я был просто вынужден говорить, действовать, отложив в сторону все, до определенных пределов даже науку».

Неудачи в научной карьере Сахарова не помешали его гипотезе о том, как кванты могут изменить общую теорию относительности, снова и снова всплывать на поверхность в следующие десятилетия. Его статья предвосхитила шквал квантовых идей, обрушившихся на общую теорию относительности в 1970-е. Некоторые релятивисты считали, что корректировка теории предложенным Сахаровым способом приведет ее в соответствие с квантовыми представлениями и решит проблему с заполняющими ее бесконечностями. Но к концу десятилетия Стивен Вайнберг и Эдвард Виттен доказали, что бесконечности в данном случае являются неустранимыми. Корректировкой теории убрать их было невозможно, требовалось нечто более существенное.

«Супертеории» — теории супергравитации и суперструн — были определенно более основательными и на первый взгляд обещали довольно много в плане преобразования теории Эйнштейна. Фундаментальная идея, лежащая в основе общей теории относительности, не изменилась — центральная роль при понимании гравитации по-прежнему отводилась пространству-времени. Просто это уже не было четырехмерное пространство-время, изначально предполагавшееся Эйнштейном. В девяти- и одиннадцатимерном пространстве-времени супертеорий уравнения выглядели похожим образом, но на практике дополнительные измерения породили область новых фундаментальных частиц и силовых полей, влияющих на наблюдаемый нами четырехмерный мир.

Отдельные одинокие голоса сопротивлялись подобному насилию над общей теорией относительности, но подавляющее большинство считало, что она нуждается в исправлении при попытках ее квантования, в областях высокой плотности или кривизны рядом с сингулярностями, а также при рассмотрении Большого взрыва.

Теория Эйнштейна прекрасно работает, если избегать минного поля квантовой гравитации и не рассматривать Вселенную в начале ее существования, когда она была горячей, плотной и хаотичной. В больших масштабах в астрофизике и космологии общая теория относительности продолжает давать прекрасные результаты.

Если бы астрономия была индустрией, генеральные ассамблеи Международного астрономического союза можно было бы сравнить с мероприятиями, на которых практически каждый пытается что-то продать. На ассамблее 2000 года в Манчестере, в Великобритании тысячи людей собрались порадоваться последним открытиям и рассказать о новых проектах, которыми они собираются заниматься. На заседаниях того года присутствовала великолепная группа космологов, включая меня. Несколько лет назад были оглашены данные о сверхновой, указывающей на ускоряющееся расширение Вселенной. В этом году анонсировались измерения геометрии Вселенной. Наблюдения указывали на простую, но очень странную модель с темной материей и космологической константой. Причин для разногласий и дебатов больше не было — личные предпочтения перестали иметь значение. Это была качественная, убедительная наука, данные радовали ясностью и согласованностью, и казалось, что других вариантов просто не существует.

Один из пленарных докладов прочитал Джим Пиблс. Это мероприятие стало своего рода прославлением идей Пиблса и последствий, к которым они нас привели. Все открытия предыдущих лет тем или иным образом были обусловлены областью, которую основал Пиблс вместе с другими учеными. Но он был убежденным противником массовых течений, даже основанных им самим. В своем докладе он попытался обуздать истерию, спросив, зачем нам требуются точные измерения Вселенной. И сам ответил: для проверки наших предположений. Он рассмотрел все аспекты модели Большого взрыва. Почему сначала температура была высокой? Откуда взялась крупномасштабная структура? Как сформировались галактики? В середине доклада он указал на некий очевидный факт. Как было позднее написано в материалах ассамблеи: «Элегантная логика общей теории относительности и проверка ее точности позволяют рекомендовать ее как предпочтительную рабочую модель для космологии». Однако Пиблс предупредил, что, возможно, космологам не нужно спешить с выводами. В масштабе Солнечной системы общая теория относительности работала с максимальной точностью — прекрасным примером была прецессия Меркурия, — но мы не имеем представления, можно ли обеспечить тот же самый уровень точности в масштабе Вселенной. По его словам, в данном случае имела место «показная экстраполяция». Пиблс был прав, хотя по большому счету, участники ассамблеи не смогли воспринять значение его утверждения.

Французский астроном Леверье увлеченно доказывал, что для корректного объяснения прецессии орбиты Меркурия должна существовать новая, еще не открытая планета Вулкан, находящаяся в центре Солнечной системы. Вера в ньютоновскую гравитацию заставила его предсказать существование нового, странного и невидимого объекта. Без Вулкана ньютоновская модель не работала. Разумеется, выяснилось, что Леверье был не прав. Однако для корректировки модели потребовалась не новая планета, а новая теория гравитации.

Сейчас, в начале XXI века, мы оказались в похожей ситуации. У нас есть прекрасная теория гравитации, которая для объяснения космологических данных требует, чтобы более 96% Вселенной состояло из невидимой и нераспознаваемой нами субстанции. Может быть, это еще одна трещина в здании, возведенном Эйнштейном почти сто лет назад? Возможно, его теорию следует скорректировать с учетом принятой без лишней суеты квантовой физики. Но проверка общей теории относительности в крупном масштабе имеет свои особенности. Если убрать из картины темную материю и темную энергию, красивую теорию Эйнштейна придется пересматривать. Эту перспективу многие астрофизики воспринимают как применение кувалды, чтобы загнать машину в гараж.

Израильский релятивист Яаков Бекенштейн начал задумываться о модификации теории Эйнштейна еще в начале 1970-х, будучи аспирантом Джона Уиллера в Принстоне. В процессе размышлений об энтропии и черных дырах его крайне заинтересовали общая теория относительности и альтернативная теория, предложенная Дираком. «В какой-то момент, — сказал он, — я почувствовал, что не понимаю, почему некоторые вещи в общей теории относительности делаются определенным образом, почему важны некоторые аспекты, почему нужно следовать линии, задаваемой этой теорией. Мне показалось, что следует сопоставить ее с другими направлениями».

Из «других направлений» Бекенштейн выбрал предложенное в 1980-х годах его соотечественником, израильским астрофизиком Мордехаем Милгромом. Идея Милгрома состояла в совершенно новом взгляде на поведение гравитации в галактиках. Он указал, что свидетельства наличия темной материи при вращении галактик проявлялись только в случае очень слабой гравитационной силы. И действительно, если ньютоновская гравитация применяется в режиме экстремально слабых взаимодействий, имеет смысл ввести в рассмотрение невидимую материю, усиливающую гравитационное притяжение. Но стоит ли в такой ситуации вообще применять законы Ньютона? Милгром сделал смелое предположение, что звезды на внешнем крае галактики должны быть более тяжелыми, а значит, из центра галактики на них действует намного более сильное притяжение, чем думали изначально. И благодаря этому более сильному притяжению звезды могут двигаться с большей скоростью. Это объясняет наблюдения Веры Рубин и других астрономов, обнаруживших, что внешние части галактик движутся вокруг своих центров со скоростями, превосходящими ожидаемые. Новую теорию Милгром назвал модифицированной ньютоновской динамикой (Modifi ed Newtonian Dynamics, MOND).

Многие астрофизики сочли, что Милгром в своей модификации гравитации зашел слишком далеко. У теории не было основополагающего принципа, она относилась не к обоснованным гипотезам, а скорее к фантазиям. Бекенштейн говорил, что во время описания этой идеи в 1982 году на конференции Международного астрономического союза «некоторые смотрели на меня так, как будто я признался, что видел НЛО… Практически все считали ввод в рассмотрение темной материи важным и выступали за него». В течение следующих двух десятилетий подавляющее большинство астрофизиков и релятивистов игнорировало идею Милгрома или пыталось ее опровергнуть. Время от времени появлялись статьи, в которых закон Милгрома применялся к разным астрофизическим ситуациям и демонстрировалось, что он не работает. Зачастую эти работы были написаны на скорую руку и являлись неполными, но поскольку они опровергали MOND, то считались вполне научными и без проблем публиковались. Статьи же в защиту MOND воспринимались как ненаучные и появлялись на страницах журналов только после тяжелой борьбы. Как сказал один из астрономов, аббревиатура MOND считалась ругательством.

Пиблс взирал на эту битву сверху, но в 2002 году выступил от лица Милгрома и его коллег с упреком: «Теория MOND пока никак не опровергнута, и людей, которые ею занимаются, следует больше поощрять». Яаков Бекенштейн высказался по поводу отношения к работающим над этой теорией куда более резко: «Следует принять во внимание, что противостояние между теорией MOND и теорией темной материи не является чисто научным. В поиски темной материи инвестировались большие деньги… Теперь без нее нельзя обойтись, поскольку она стала основой многих карьер. Очевидно, что если на сцену выйдет теория, подобная MOND, это приведет к сокращению бюджета, выделяемого на исследования темной материи, и работы в этой сфере станет меньше».

С момента появления MOND Бекенштейн искал пути улучшения этой теории. Он имел склонность доискиваться до самых корней физических теорий и просто не мог оставить MOND в том состоянии, в котором она была. Он хотел получить нечто, сравнимое с общей теорией относительности и применимое во всех масштабах, от происходящего на Земле до процессов во Вселенной в целом. «Я решил, — говорил Бекенштейн, — что пришло время в качестве аргумента создать пример релятивистской теории». В 2004 году он опубликовал статью с описанием новой теории, конкурирующей с построениями Эйнштейна. Он назвал ее TeVeS, что расшифровывалось как тензон-вектор-скалярная теория гравитации. Красивой эта теория не была. Название намекало на мешанину полей, которые в совокупности приводили к совершенно новому набору уравнений, намного более сложному и запутанному, чем уравнения общей теории относительности Эйнштейна. Но при всей своей хаотичности теория Бекенштейна работала. В приложении к галактикам она вела себя как MOND, одновременно позволяя рассматривать эволюцию Вселенной и формирование крупномасштабных структур.

Большинство космологов и релятивистов относились к TeVeS с пренебрежением. Они отвергали ее как кустарный, громоздкий способ обхода проблемы, не дающий представления о ее сути. Но этот способ был предложен релятивистом с безупречной репутацией. Сформулированный Бекенштейном обобщенный второй закон термодинамики для черных дыр стал одним из наиболее глубоких откровений современной общей теории относительности и квантовой физики. Разумеется, существовала тенденция, когда старые, известные физики начинали разрабатывать странные идеи и проталкивали их силой своего авторитета. Но Бекенштейн к их числу не относился.

Бекенштейн был не одинок. Его предложение решало проблему темной материи, в то время как его коллеги пытались избавиться от космологической постоянной и темной энергии. Возросло количество гипотез, конкурирующих с общей теорией относительности, усилилась борьба вокруг корректной теории гравитации. Дополнительную аргументацию предоставляли потрясающие наблюдения, произведенные при помощи новых телескопов и инструментов, разработанных благодаря стремительному росту физической космологии. Любой анализ нового фрагмента космологических данных, подтверждающих общую теорию относительности, проходил по одной и той же схеме. Результаты неизбежно публиковались в виде пресс-релиза, а потом широко освещались в журналах, после чего с такой же неизбежностью следовал шквал статей, указывающих, что аргументы, воспринимаемые как неопровержимые доказательства общей теории относительности, на самом деле таковыми не являются.

Статья, появившаяся в январе 2008 года в журнале Nature, стала сигналом еще одного тихого сдвига. В ней группа итальянских наблюдателей анализировала данные исследования галактик. Аналогичными исследованиями Джим Пиблс и его последователи занимались почти сорок лет. Изучая способ группировки галактик, итальянская группа смогла измерить скорость, с которой они падали друг на друга, притягиваемые общим гравитационным полем. В этом не было ничего нового. Подобные вещи многократно делались и ранее для различных групп галактик. Интерес вызвал способ представления данных: на график с результатами наблюдений итальянцы заодно наложили прогнозы, полученные согласно как общей теорией относительности, так и других, альтернативных моделей гравитации. Часть предсказаний полностью совпала с экспериментальными данными, часть не имела с ними ничего общего. Но это был совершенно очевидный ход: сравнение теории с результатами наблюдений.

Статья в Nature ознаменовала изменение духа и акцентов среди практикующих космологов. С конца 1990-х годов приоритетной была задача измерения, характеристики и доказательства существования темной энергии, а в этой статье экспериментальными данными воспользовались для проверки общей теории относительности. Это было возвращение к проверке фундаментальных предположений физической космологии.

В последующие годы приоритетной задачей космологических экспериментов стала проверка общей теории относительности. Ученые все еще хотели знать, существует ли темная материя, из чего она состоит, каким образом формируются галактики, превращаясь в строительные кирпичики Вселенной. Но снова и снова на семинарах и пленарных лекциях, в заявках ученых на финансирование центральное место занимала проверка общей теории относительности.

Модификации теории гравитации до сих пор не одобряются многими, если не всеми, релятивистами. Корректировка общей теории относительности в случаях, когда она входит в противоречие с квантовой физикой, принимается спокойно, но попытки приведения пространства-времени в соответствие с результатами наблюдений — дело совсем другое. Теория Эйнштейна содержит еще много непонятного и неоткрытого, а ее исправление релятивисты считают ненужным и неэлегантным усложнением. Однако окружающий мир может не соглашаться с этим, и благодаря астрономам, снова начавшим интересоваться работами Эйнштейна, у нас есть возможность исследовать фундаментальные законы пространства-времени, дальше и глубже заглядывая в космос.

Идеи Дирака, Сахарова и Бекенштейна, подкрепленные свежими работами в наблюдательной космологии, открывают перед нами новый, слишком захватывающий, чтобы от него отмахнуться, способ мышления и ставят перед этой мощной наукой новую цель. Вместе с коллегами из Оксфорда и Ноттингема я решил принять участие в написании обзора методов модификации гравитации. Мы почувствовали себя исследователями джунглей, открывающими новые, экзотические объекты. Дюжины теорий, одна страннее другой, предлагали причудливые исправления общей теории относительности, часто с удивительными, реалистичными результатами. В нашем обзоре был представлен богатый выбор гравитационных теорий, многие из которых могли бы составить жесткую конкуренцию общей теории относительности. Над альтернативами теории Эйнштейна задумывается такое количество ученых, что на современных крупных мероприятиях — последователях устраиваемых Девиттом в Чапел-Хилл конференций и Техасских симпозиумов Альфреда Шильда — проводятся параллельные семинары с докладчиками всех возрастов и со всех континентов, пытающимися детально анализировать общую теорию относительности. Эта область науки до сих пор остается побочной, но работают над ней достаточно много ученых. Во время моего утреннего доклада в Кембридже Эфстатиу выразил свое пренебрежение. Но даже этот блестящий ум, ставший одним из пионеров современной стандартной космологической модели, в которой все играет свою роль, в том числе общая теория относительности, темная материя и темная энергия, ощутил бы энтузиазм, если бы новые астрономические данные показали нам дорогу к новой физике. А новая теория гравитации, возможно надуманная, определенно может считаться новой физикой. Осталось дождаться свежих астрономических данных, которые покажут, есть ли в ней что-то действительно революционное.

Глава 14.

ЧТО-ТО ДОЛЖНО СЛУЧИТЬСЯ

Недавно я консультировал Европейское космическое агентство. Оно отвечает за отправку в космос научно-исследовательских спутников, часто совместно с NASA. Одним из их наиболее известных экспериментов является космический телескоп Хаббл, позволивший получить ряд удивительно четких и чистых снимков глубокого космоса.

Спутники — это новые форпосты науки, неописуемо сложные лаборатории для самых удивительных экспериментов, плавающие в пространстве на границе нашей досягаемости. Стоят они дорого, от полумиллиарда до нескольких миллиардов долларов каждый. Их нельзя просто так взять и запустить в небо. Годы, а порой даже десятилетия занимает планирование и принятие решения об оправданности запуска.

В Европейском космическом агентстве мы говорили о том, что будущие космические полеты должны проходить в соответствии с предложениями крупных международных групп ученых. В процессе длительных собраний, переполненных презентациями в Power Point, диаграммами Ганга и сметами возможных расходов, от которых у меня на глазах появлялись слезы, я часто терялся. Все это сильно отличалось от свободных исследований, необузданного творчества и красивой математики, так привлекавших меня в аспирантуре. Шокировало и то, что далеко идущие захватывающие проекты обсуждались как акционерные предприятия. Как будто мы открывали новые фабрики в какой-то далекой стране.

Однако в разгар нудных технических речей меня сильно поразил тот факт, что во многих предложениях по запуску спутников центральным объектом интереса указывалась общая теория относительности. Она в явном виде упоминалась во многих предложениях, чудесным образом сопровождая обсуждаемые нами детали и технические характеристики. Нас просили финансировать полеты стоимостью миллиарды долларов, в которых теория Эйнштейна должна была проверяться или применяться для исследования глубин космоса и внутренних механизмов плотных массивных объектов. Это было будущее космической науки в XXI веке. Не все предложения можно было финансировать, запускались далеко не все спутники, но выбирать было из чего.

В одном из полетов предлагалось регистрировать рябь пространства и времени, гравитационные волны, расходящиеся от закончившегося взрывом столкновения двух черных дыр. Это было порождение проектов LIGO и GEO600, монструозный интерферометр, состоящий не из одного, а из трех спутников, вращающихся вокруг Солнца и оснащенных сверхточными лазерами, лучи которых отскакивали от зеркал, разнесенных на миллионы километров. Подобная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра (Laser Interferometer Space Antenna, LISA), уточняет результаты вновь начавшихся наземных экспериментов, фиксируя слабые сигналы, которых не замечают обсерватории LIGO и GEO.

Это еще не все. Другой полет предлагается посвятить измерению истории расширения Вселенной вплоть до момента, когда ее возраст составлял одну сотую от текущего. Для этого потребуются методы физической космологии, исследующие разбитое на полосы небо для создания каталогов с сотнями миллионов галактик. Затем, глядя на то, как галактики собираются в огромную космическую сеть, тщательно изучая, как в процессе гравитационного коллапса скопления и нити света объединяются вокруг пустот, можно оценить влияние темной материи и темной энергии или узнать, справедливо ли мнение, что теория Эйнштейна перестает работать в крупном масштабе.

Был также предложен спутник, предназначенный для изучения внутреннего строения черных дыр и поиска мощных всплесков рентгеновского излучения, в конце 1960-х и 1970-х открывшего столь удивительное окно во Вселенную. На этот раз можно пойти дальше и посмотреть, как чрезмерно закрученное пространство-время в центре этих объектов будет рвать в клочья материю и свет в соответствии с предсказаниями Зельдовича, Новикова, Риса и Линден-Белла. На первый раз достаточно измерить физические процессы, происходящие рядом с печально известным горизонтом событий, сферой Шварцшильда, которая так долго была для нас загадкой.

Во время этих собраний мне стало ясно, что общая теория относительности в XXI веке останется в центре внимания физики и астрономии. А это непросто. В мире ужатых бюджетов, бедности и экономического кризиса многие дважды подумают, прежде чем тратить миллиарды евро или долларов на спутниковые полеты. Не приходится удивляться тому, что правительство США прекратило финансирование проекта LISA, хотя думать об этом крайне грустно.

Проект LISA должен был стать последним шагом, необходимым для открытия гравитационных волн. Эта антенна могла бы не только обнаружить неуловимую рябь, но и стать огромной, совершенной обсерваторией, которая использовала бы гравитационные волны для наблюдения за столкновениями черных дыр и за нейтронными звездами, вращающимися вокруг общего центра. Мы получили бы возможность многое узнать о фантастических объектах, предсказанных общей теорией относительности. Первый этап проекта LIGO имел огромный успех, хотя и не позволил сделать никаких наблюдений. Он доказал, что используемая технология, безумная мешанина лазеров, квантов и точной инженерии, действительно работает и ее можно настроить, добившись еще более продуктивной работы. Следующая стадия этого проекта, известная как Advanced LI GO, уже могла получать результаты и готовила почву для проекта LISA. Однако сейчас, после отказа в финансировании, проект LISA близок к краху. Кто захочет в период, когда существует множество более насущных нужд, вкладывать деньги в огромную махину, цель работы которой понятна лишь нескольким посвященным?

Однако поиск гравитационных волн слишком важен, чтобы просто взять и отказаться от него. Поэтому европейцы силами Европейского космического агентства решили двигаться вперед. Предлагаемый интерферометр при меньших размерах все равно довольно впечатляющий. Он по-прежнему стоит миллиарды, хотя и дешевле своего предшественника. Чрезвычайно огорченные американские релятивисты также не собираются сдаваться. Без лишнего шума разбросанные по всей стране группы пытаются разработать собственный проект, более дешевый и компактный и менее амбициозный, но тем не менее позволяющий заглянуть в глубины пространства-времени, чтобы иметь резервный план на случай, если европейцы изменят вектор своих интересов или тоже станут жертвами финансового кризиса.

Но не нужно ждать запуска спутников. Вокруг нас уже происходят фантастические вещи. Мы помним, как менялось отношение к сингулярностям, какими противоестественными их считали многие великие умы, от Альберта Эйнштейна и Артура Эддингтона до Джона Уиллера (пока он не понял, как обстоят дела). Открытие квазаров, нейтронных звезд и рентгеновского излучения, а также потрясающий творческий потенциал таких ученых, как Уиллер, Кип Торн, Яков Зельдович, Игорь Новиков, Мартин Рис, Дональд Линден-Белл и Роджер Пенроуз, привели к тому, что черные дыры стали для нас обыденной вещью. К концу периода 1960-хи 1970-х, который Кип Торн называл золотым веком общей теории относительности, черные дыры стали такой же реальной частью астрофизики и физики, как звезды и планеты.

На моей полке стоят два учебника по общей теории относительности, выпущенные в конце золотого века. Они сильно отличаются друг от друга. Один из них называется «Гравитация» и написан Джоном Уиллером и парой его способных студентов — Чарльзом Мизнером и Кипом Торном. Его объем превышает тысячу страниц, большая черная обложка напоминает готическую телефонную книгу, он тщательно иллюстрирован и содержит все сведения о пространстве-времени, которые вам могут потребоваться. Там вы найдете весь странный материал, включая все афоризмы Уиллера, которые он изрекал во время докладов и конференций. Второй учебник написан одним из отцов стандартной модели физики частиц Стивеном Вайнбергом. Получив репутацию одного из ведущих умов в квантовой физике, он также решил заняться общей теорией относительности. Его книга «Гравитация и космология» является тщательным и продуманным введением в теорию Эйнштейна. Ее содержание в какой-то степени пересекается с содержанием первого учебника, но никакого сумасбродства в ней нет. Учитывая захватывающие открытия десятилетия, предшествующего ее выходу, книга Вайнберга содержит не очень много сведений о черных дырах. Это явление аккуратно упомянуто в конце одной из центральных глав как нечто, на что следует обратить внимание в качестве результата радикального расширения границ общей теории относительности.

Можно понять, почему некоторые продолжали относится к ситуации настороженно. Да, казалось, что все доказательства указывают на наличие повсюду плотных тяжелых объектов. И объяснить их без привлечения концепции черных дыр было непросто. Однако самих черных дыр при этом пока никто не видел. Впрочем, посмотреть непосредственно на черную дыру невозможно. Вы просто ничего не увидите — черные дыры, скрываются за сферой Шварцшильда и невидимы. Но тот факт, что мы не можем их увидеть, не означает, что их не нужно искать. Более того, большая черная дыра находится в центре нашей галактики Млечный Путь. Ее вес более чем в 100 миллионов раз превышает вес Солнца, а радиус составляет примерно 10 миллионов километров. Это много. Но так как она находится в десятках тысяч световых лет от нас, ее угловой размер на небе равен примерно стомиллионной градуса, то есть, с нашей точки зрения, меньше булавочной головки и намного меньше, чем можно рассмотреть в современный телескоп. И только благодаря уму и настойчивости астрономов мы уверены в том, что черная дыра там действительно есть.

Две группы исследователей — одна из Мюнхена, вторая из Калифорнии — настойчиво следили за движением нескольких звезд, расположенных вблизи центра Млечного Пути. За более чем десять лет они определили траектории этой группы звезд и обнаружили, что они перемещаются по сильно искривленным орбитам, явно притягиваемые большой гравитационной силой. Тщательно просчитав орбиты, астрономы смогли рассчитать не только силу гравитационного притяжения, но и местоположение гравитационного центра. Объединив результаты своих наблюдений, две группы исследователей с удивительной точностью узнали массу черной дыры и указали, в каком месте пространства-времени должна находиться сингулярность.

И это еще не все. Астрономы и релятивисты направили свои усилия на создание телескопа, позволяющего увидеть черную дыру. Так называемый телескоп горизонта событий имеет разрешение в миллиардную углового градуса, то есть долю размера черной дыры на небе, а значит, даст возможность увидеть сферу Шварцшильда — поверхность черной дыры, которая, как показали Оппенгеймер и Снайдер, является застывшим во времени мгновенным состоянием. Это будет темная тень, окруженная хаотичным водоворотом, который, по прогнозам Зельдовича и Новикова, должен окружать черную дыру, — аккреционные диски звезд, газ и пыль, увлекаемые гравитационным притяжением сингулярности.

Накапливающиеся данные крайне убедительны. Сдержанность Вайнберга понять легко, но в наше время сложно найти человека, который стал бы утверждать, что в центре Млечного Пути отсутствует черная дыра. Аналогичным образом остальные галактики должны иметь в центрах черные дыры, напоминающие массивные двигатели, окруженные гигантскими спиралями звезд.

Средства массовой информации считают все связанное с общей теорией относительности и великими идеями Эйнштейна увлекательным и заслуживающим упоминания в печати. Фотографии центра нашей галактики вызвали появление заголовков «Существование черной дыры в Млечном пути доказано» на ВВС и «Доказательства показывают на черную дыру в центре Млечного Пути» в New York Times. На момент написания этой книги новостной сайт ВВС опубликовал интервью моего оксфордского коллеги, рассказывающее о том, что ранее наблюдаемый квазар оказался сверхмассивной черной дырой с массой в миллиард Солнц. Меня изумляет, что почти через пятьдесят лет после измерений Мартина Шмидта и Техасского симпозиума черные дыры по-прежнему вызывают ажиотаж.

Месяца не проходит без новостей, рассказывающих о космологии или о черных дырах, о начале Вселенной или об отголосках других вселенных, признаках таинственной мультивселенной. Такие слова, как черная дыра, Большой взрыв, темная энергия, темная материя, мультивселенная, сингулярность, кротовые норы, глубоко проникли в массовую культуру от бродвейских постановок и песен до комедийных шоу и голливудских фильмов. Общая теория относительности бесчисленными путями просачивается в научно-фантастические романы и на телевидение. С точки зрения фантазии и творчества все это превосходит самые смелые мечты Уиллера. Буквально каждый считает себя специалистом по общей теории относительности.

Эта увлеченность радует, хотя порой случаются и курьезы. Мой сын назвал меня безответственным за желание приблизить запуск Большого адронного коллайдера, и в этом мнении он был не одинок. В средствах массовой информации неоднократно повторялось, что теория струн, которая является одним из претендентов на теорию квантовой гравитации, предсказала формирование черной дыры после запуска коллайдера. При столкновении лучей протонов среди множества попадающих на детекторы объектов должны быть микроскопические черные дыры — мини-порталы в другие измерения. Мой сын знал, что черные дыры засасывают всё вокруг себя. Это же известно всем. Так зачем же мне и остальным людям в здравом уме потребовалось создавать такие безумно опасные вещи? Это же глупо.

Один из физиков пытался остановить включение Большого адронного коллайдера через суд. Во время интервью на шоу Джона Стюарта у него спросили про вероятность катастрофы, и он нарочито демонстративно ответил: «Пятьдесят процентов». Суд он проиграл, коллайдер запустили, а мы все еще живы. К сожалению, обнаружить миниатюрные черные дыры не удалось.

На каждой публичной лекции о моей работе мне задают один и тот же вопрос: «Что было до Большого взрыва?». Я прибегаю к различным объяснениям. Один из вариантов ответа: «До Большого взрыва времени не существовало». Моя коллега, Джоселлин Белл Бёрнелл, отвечает в стиле дзен-буддизма: «Это все равно что на Северном полюсе спрашивать, что такое север». Все было бы намного проще, если бы я мог прибегнуть к математике, но в этом случае большая часть аудитории не поймет, о чем речь. Целые десятилетия благодаря теориям сингулярности Стивена Хокинга и Роджера Пенроуза мы верили, что до Большого взрыва ничего не было. Это одна из тех математических истин, появившихся в золотой век общей теории относительности, которые невозможно обойти.

Недавно я обнаружил, что мои ответы на такие вопросы стали более разнообразными, но менее точными. В последние годы благодаря открытиям в области квантовой гравитации и космологии вопрос начального времени стал широко обсуждаться. Когда вы поворачиваете время вспять и делаете Вселенную более плотной, более горячей и более хаотичной, начинают действовать квантовая пена, струны, браны и даже петли. Некоторые считают, что в этот момент пространство-время прекращает свое существование, и разговор о начальной сингулярности перестает иметь смысл.

Так что же происходило до Большого взрыва? Есть версия, что наша Вселенная появилась из пустоты. Пузырь пространства-времени рос и рос, пока не приобрел нынешний вид. Существует много других вселенных, подобных нашей, также появившихся из пустоты. Другая версия родилась из идей теории струн и М-теории, утверждающих, что у Вселенной существует намного больше четырех измерений, а мы живем на трехмерной «бране» в данном пространстве-времени и поворачиваемся вместе с ним. Наше место жительства, то есть наша брана, ощущается как трехмерная вселенная, которая то и дело сталкивается с другой аналогичной браной. В момент столкновения происходит выделение тепла, и наша Вселенная начинает ощущаться, как пережившая горячий Большой взрыв. Вместо сингулярности существует только бесконечная последовательность горячих «больших взрывов», — циклическая Вселенная, которой могли бы гордиться советские ортодоксальные философы, а возможно, и сам Фред Хойл. Создатели этой модели назвали каждый из таких больших взрывов Экпиросисом. Это греческий термин, обозначающий периодическое разрушение Вселенной, за которым обязательно следует возрождение.

Скорее всего, такое количество квантовой гравитации указывает на то, что при взгляде на пространство-время через всевидящий микроскоп оно окажется фрагментированным. Отматывая время к моменту, когда пространство-время еще было сконцентрировано в точке, мы обязательно увидим кусочки, из которых состоит ткань пространства. Известные нам законы физики перестанут работать еще до достижения сингулярности. Адепты теории петлевой квантовой гравитации считают, что существовал момент, когда Вселенная коллапсировала до квантового барьера и магическим образом снова начала расширяться. Она прошла через стадию, которая стала известна как «отскок».

Возможно, не стоило рассматривать эту странную темную эпоху, когда заметную роль начала играть квантовая гравитация, а многочисленные мнения о происходящем привели к не менее многочисленным гипотезам. Возможно, пространство-время является намного более пустым, чем нам казалось до этого, и наша Вселенная — всего лишь одна из множества частей, составляющих мультивселенную. А в этой мультивселенной появляются отдельные вселенные и увеличиваются до космических масштабов, каждая со своей скоростью и своим способом. И проследив за историей нашей Вселенной, мы обнаружим, что она, как прыщик, встроена в намного более протяженное пространство-время, которое существовало вечно. Мультивселенная — это дикий огромный мир в состоянии статического равновесия: в устойчивом состоянии создания и разрушения.

Мультивселенная наряду с так называемым антропным принципом стала одним из любимых решений проблемы, связанной с космологической константой. На волне огромных успехов наблюдательной космологии многие стали считать эту константу существующей в реальной Вселенной, несмотря на то что предсказания квантовой теории дают для нее неприлично большие значения, сильно превосходящие рассчитанные по результатам наблюдений. Физики, занимающиеся теорией струн, утверждают, что невозможность получения в этой теории прогнозов обусловлена ландшафтом вероятных вселенных, каждая из которых обладает собственной симметрией, энергетической шкалой, типами частиц и полей и, что самое важное, собственной космологической постоянной. Реализуемыми являются все вселенные, даже с крайне малым значением этой константы. Антропный принцип, предложенный Робертом Дикке, а затем разработанный Брэндоном Картером, утверждает, что мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель. Мы существуем и разумны, потому что Вселенная обладает корректным набором констант, частиц и шкал энергии (включая и космологическую постоянную), разрешающим наше существование. Есть бесконечное множество возможных вселенных, но существовать мы можем только во вселенных с нужными значениями физических констант. И именно она оказывается единственной Вселенной в мульти-вселенной, доступной для нашего наблюдения.

Некоторые считают, что космология стала настолько насыщенной и сложной, что, возможно, мы достигли границ науки. Одним из скептиков, считающих, что данный подход зашел слишком далеко, является Джордж Эллис. Релятивист, вместе с Хокингом и Пенроузом в конце 1960-х закрепивший существование в космосе сингулярностей, Эллис одним из первых воспользовался Вселенной как огромной лабораторией и полигоном для проверки теории Эйнштейна. «Я не считаю существование этих других вселенных доказанным и не думаю, что его когда-либо удастся доказать, — говорит он. — Довод в пользу мультивселенной является хорошо обоснованным философским предположением, но пока его нельзя проверить, а значит, и нельзя считать полностью научным». Широкий спектр возможностей дает поле для любых предсказаний. Но даже в среде физиков, занимающихся теорией струн, проскальзывают мнения, что дело зашло слишком далеко. Новый подход отказывается от конечной цели современной физики — поиска уникального и простого объяснения всех фундаментальных взаимодействий, включая гравитационное. Принятие мультивселенной равносильно признанию поражения. Подобным развитием событий недоволен даже отец современной теории струн Эдвард Виттен, который говорит: «Надеюсь, что современные дискуссии в теории струн являются просто отклонениями от правильного направления».

Однако количество сторонников мультивселенной растет. Эта гипотеза решает ряд крупных проблем, например проблемы существования космологической константы и объяснения значений мировых констант. В СМИ на регулярной основе появляются заявления и отчеты о параллельных вселенных и доказательства безграничности и многовариантности пространства-времени. Все это является благодатной почвой для спекуляций и высказывания самых разных версий. Но как считает Эллис, к науке это не имеет отношения.

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 Roa 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 устновил 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.