Наш календарь

Что увидел Эддингтон

В этом году мы отмечаем две знаменательных даты: 100 лет назад основоположник ядерной физики Эрнест Резерфорд осуществил первую в истории человечества рукотворную ядерную реакцию, и в том же году британский астрофизик, автор первой теории внутреннего строения звезд Артур Эддингтон предпринял попытку подтвердить эмпирически одно из предсказаний релятивистской теории гравитации Эйнштейна, только что построенной, но уже претендовавшей на описание Вселенной. В марте 1919 года в Южное полушарие с научной экспедицией отправились два корабля: один держал путь к западному побережью Африки, другой - к берегам северной Бразилии.

Еще в ходе первых попыток применить теорию относительности к гравитации Эйнштейн вычислил угол отклонения светового луча в поле тяготения Солнца и получил то же, что давала корпускулярная теория света Ньютона. Идея проверить это во время солнечного затмения, измерив видимое смещение звезд вблизи Солнца, увлекла Эйнштейна в 1913 году, когда он уже искал подходы к математическому формализму общей теории относительности. Ближайшее затмение ожидалось в августе 1914 года; планировалось провести наблюдения в Крыму, но тут началась война, и затею пришлось отложить.

И вот наступило 29 мая 1919 года, день очередного полного солнечного затмения. Как будто сатана подсунул свой скользкий хвост: у Эддингтона в Африке накануне поднялся шторм, небо заволокло облаками, и только две фотопластинки оказались пригодными для обработки, в Западном полушарии из-за смены температурного режима один из телескопов вышел из строя...

Солнечное затмение 2019 года.

Природа ничего не знает об уравнениях, которые пишут для нее физики, но часто с удивительной скрупулезностью следует им, как в случае с квантовой электродинамикой. В данном же случае природа вполне определенного ответа не дала: как говорится, и не то чтобы да, и не то чтобы нет. К тому времени общая теория относительности (она же релятивистская теория гравитации) была построена, Эйнштейн пересчитал угол отклонения и получил вдвое большее значение; Эддингтон потом признавал, что отклонения, похоже, находятся где-то между предсказаниями ньютоновской и релятивистской теорий, но это не помешало ему сделать выбор в пользу последней.

С тех пор этот вывод не раз подвергался сомнению, и подвергается до сих пор. Анализируя погрешности, которые дают разрешающая способность телескопа, суточное вращение Земли, аберрация поля, атмосферная рефракция, звездная аберрация, собственные движения звезд и наконец неизбежные ошибки обработки, критики делают вывод, что замеченный Эддингтоном эффект тонет в погрешностях измерений (не говоря уже о том, что часть изображений Эддингтон просто отбросил).

Сходную ситуацию с доказательством вращения Земли описал В.И.Арнольд в книге "Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук": "Шары бросались в соборе с высоты около 9 м при тщательно закрытых дверях и окнах, чтобы предохранить шар от вредного воздействия сквозняков. Если как следует все подсчитать, учтя турбулентность, то станет ясно, что при такой маленькой высоте никакого эффекта наблюдаться не может (теоретическое отклонение - 0,3 мм). Но Гук был очень искусным экспериментатором. С тех пор ни у кого больше этот опыт не получался, но у Гука он "получился". Королевскому обществу Гук сообщил, что шар при трех испытаниях каждый раз отклонялся на юго-восток не менее чем на четверть дюйма. По-видимому, он не совсем владел статистическим анализом, и число испытаний было недостаточно велико. Кроме того, он, скорее всего, не проверил полученное отклонение по соответствующему уровню значимости и признал явление установленным, хотя ничего еще толком доказано не было". По-настоящему вращение Земли наглядно продемонстрировал два века спустя Леон Фуко, когда никто уже не сомневался в том, что Земля вертится.

Поздравление с блестящим подтверждением своей теории Эйнштейн принял с деланным равнодушием: "Я в этом не сомневался". Не сомневался и Эддингтон, которому была близка мысль Эйнштейна, что в эксперименте может обнаружиться лишь то, что подсказывает теория. Горячий сторонник релятивистской теории гравитации, он обещал даже застрелиться, если результат окажется отрицательным; в XVII веке представленные им результаты не были бы приняты Королевским обществом уже в силу того, что он был заинтересованным лицом, а по уставу свидетельства таких лиц не подлежали рассмотрению. Но на дворе было начало XX века, и европейский рационализм снова брал верх над британским эмпиризмом, и на совместном заседании физиков и астрономов, подводя итог обсуждению, патриарх британской физики Дж.Дж. Томсон внушительно сказал: "Этот результат - одно из величайших достижений человеческой мысли".

И все-таки настоящее, хотя и косвенное, подтверждение релятивистской теории тяготения пришло после открытия разбегания галактик и формулировки закона Хаббла, по существу предсказанного нашим великим соотечественником А.А.Фридманом, получившим неожиданное решение уравнений Эйнштейна.

А. Р.