Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон

Но Эйнштейну это даже не казалось правдой. Конечная цель науки, повторял он, открытие законов, строго определяющих причину и следствие из нее. “Мне очень, очень не хочется расставаться со строго выполняемой причинностью”, – сказал он Максу Борну67.

Вера Эйнштейна в детерминизм и причинность отражала взгляды его любимого религиозного философа Бенедикта Спинозы. “Уже тогда, когда результат усилий, затраченных на определение причинно-следственных связей всех явлений, был весьма скромен, он был абсолютно убежден, что все явления – это следствия причин, их порождающих”, – написал Эйнштейн о Спинозе68. То же самое Эйнштейн мог сказать и о себе, подчеркнув, что в его случае слова “уже тогда” означают время после наступления эры квантовой механики.

Как и Спиноза, Эйнштейн не верил в личностного Бога, взаимодействующего с человеком. Но они оба верили, что Божественный план находит свое отражение в изысканно красивых законах, управляющих Вселенной. Это было не просто проявлением веры. Этот принцип, как и принцип относительности, Эйнштейн возвел до уровня постулата. И этим принципом он руководствовался в своей работе. “Когда я оцениваю теорию, – сказал Эйнштейн своему приятелю Банешу Хоффману, – я спрашиваю себя, так ли бы я устроил мир, если бы был Богом”. Когда он ставил такой вопрос, была одна возможность, в которую он просто не мог поверить: Господь сотворил прекрасные и искусные правила, определяющие почти все происходящее, но самую малость предоставил всецело на волю случая. Это казалось неправильным. “Если бы Бог хотел именно этого, он все устроил бы именно так, а не ограничился бы малостью… Он пошел бы до конца. В этом случае нам вообще не надо было бы открывать какие-то законы”69. С этим связано и одно из самых известных высказываний Эйнштейна. В письме своему другу-физику Максу Борну, с которым он почти тридцать лет вел спор на эту тему, он написал: “Квантовая механика, несомненно, впечатляет. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не первоклассная штучка. Теория объясняет многое, но на самом деле она ни на шаг не приближает нас к секретам Старика. Во всяком случае, я убежден, что Он в кости не играет”70.

Вот почему Эйнштейн решил, что квантовая механика, хотя, возможно, и не является неправильной, по крайней мере неполна. Должно существовать более полное объяснение того, как работает Вселенная. Такое, которое включало бы в себя и теорию относительности, и квантовую механику. Найди его, и места случайности не останется.

С Нильсом Бором на Сольвеевском конгрессе 1930 г.

Тогда как те, кто не убоялся неопределенностей, лежащих в основании квантовой механики, храбро продолжали ее строить, Эйнштейн, как и раньше, продолжал в одиночку поиск более сложного объяснения устройства Вселенной – единой теории поля. Эта теория была призвана связать воедино и электричество, и магнетизм, и гравитацию, и квантовую механику. Раньше гений Эйнштейна именно в том и состоял, что ему удавалось найти недостающие связи между разными теориями. Об этом Эйнштейн говорит сам в первых предложениях статей о теории относительности и квантах света за 1905 год[77].

Он хотел так записать уравнения гравитационного поля общей теории относительности, чтобы они описывали и электромагнитные поля. “Разум, стремящийся к единообразию, не может быть удовлетворен тем, что возможно существование двух полей, абсолютно независимых по своей природе, – объяснял Эйнштейн в своей нобелевской лекции. – Мы стремимся найти единую математическую теорию поля, в которой гравитационные и электромагнитные поля интерпретируются только как компоненты или проявления одного и того же единого поля”1.

Эйнштейн надеялся, что такая единая теория позволит сделать квантовую механику совместимой с теорией относительности. Он и Планка публично причислил к своим сторонникам. На праздновании шестидесятого дня рождения Планка, секретаря Прусской академии наук и президента Общества кайзера Вильгельма, он произнес тост: “Желаю вам успеха в объединении в единую логическую систему квантовой теории, электромагнетизма и механики 2.

Путь, пройденный Эйнштейном за время этого поиска, состоял главным образом из последовательности неверных шагов, причем на всем пути математические сложности только возрастали. Обычно его действия были обусловлены реакцией на неправильные действия других. Первым не в том направлении двинулся Герман Вейль, немецкий ученый, занимавшийся математической физикой. В 1918 году он предложил расширить геометрию общей теории относительности, что, казалось, позволит добиться геометризации и электромагнитного поля.

Вначале Эйнштейн пришел в восторг. “Это первоклассный ход гения”, – сказал он Вейлю. Но возникло затруднение, и Эйнштейн написал Вейлю: “Мне все еще не удается урегулировать мои возражения, касающиеся измерительной линейки”3.

Согласно теории Вейля измерительная линейка и часы должны меняться в зависимости от пути, по которому они перемещаются в пространстве. Но экспериментальные наблюдения показывали, что этого не происходит. В следующем письме, после двух дней раздумий, Эйнштейн добавил ложку дегтя в бочку с медом. “Ваша цепочка рассуждений удивительно самосогласованна, – написал он Вейлю. – За исключением того, что эти рассуждения не согласуются с реальностью, они действительно представляют собой величайшее интеллектуальное достижение”4.

Затем, в 1919 году, профессор математики из Кенигсберга Теодор Калуца предложил добавить пятое измерение к четырем измерениям пространства – времени. Калуца постулировал, что эта добавленная пространственная координата свернута, имея в виду, что, начав двигаться в направлении этой координаты, вы вернетесь к началу, как если бы движение происходило по замкнутой кривой на поверхности цилиндра.

Калуца не пытался ни объяснить физическую реальность, ни указать, где может располагаться добавленное измерение. В конце концов, он был математиком и не был обязан это делать. Вместо этого он придумал математический прием. Для описания метрических свойств четырехмерного пространства – времени Эйнштейна требуется десять величин. Калуца знал, что для описания геометрии пятимерного мира их требуется пятнадцать5.

Пытаясь разобраться с математическими свойствами этой сложной конструкции, Калуца обнаружил, что четыре из добавленных пяти величин можно использовать для вывода уравнений электромагнитного поля Максвелла. По крайней мере, с точки зрения математика это был путь, следуя которому можно было получить полевую теорию, объединяющую гравитацию и электромагнетизм.