Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная - Уолтер Айзексон (2015)

Гильберт на следующий день ответил любезным и весьма великодушным письмом, из которого следовало, что он не оспаривает приоритета Эйнштейна. “Сердечные поздравления по поводу решения проблемы движения перигелия, – писал он. – Если бы я мог считать так быстро, как вы, в моих уравнениях электрон должен был бы капитулировать, и атому водорода пришлось бы писать записку с объяснениями, почему он не излучает”81.

Тем не менее на следующий день, 20 ноября, Гильберт послал статью в “Геттингенский научный журнал” с описанием своей версии уравнений общей теории относительности. Для своей статьи он выбрал не самое скромное название: “Основание физики”.

Неясно, насколько внимательно Эйнштейн прочитал статью, которую Гильберт послал ему, или что в ней повлияло на ход его мыслей, если вообще повлияло, когда он лихорадочно готовил свою кульминационную четвертую лекцию для Прусской академии. Как бы ни было дело, сделанные неделей ранее расчеты по орбите Меркурия и по искривлению лучей света помогли ему понять, что он мог избежать ограничений и условий на координаты, которых он требовал от своих уравнений гравитационного поля. Таким образом, к 25 ноября 1915 года – как раз к его последней лекции, называвшейся “Полевые уравнения гравитации”, – он подготовил систему ковариантных уравнений, увенчавших его общую теорию относительности.

Для неспециалиста этот результат был совсем не таким ярким, как, скажем, его знаменитое уравнение E = mc2. Тем не менее длинные сложные выражения оказалось возможно упростить с помощью компактной записи тензоров с индексами, и суть окончательных полевых уравнений Эйнштейна можно записать в таком компактном виде, что их можно печатать на футболках пижонистых студентов-физиков (что часто и делается). В одном из многочисленных его вариантов82 уравнение можно записать в виде:

Rμν– 1/2gμν R=8πTΜΝ.

В левой части уравнения стоит величина Rμν – тензор Риччи, который Эйнштейн ввел ранее; gμν – крайне важный метрический тензор, а член R является следом тензора Риччи и называется скаляром Риччи. Всю левую часть уравнения сейчас принято называть тензором Эйнштейна, и она может быть записана в сжатом виде просто как Gμν. Она несет всю информацию о том, как пространство – время деформируется и искривляется массивными объектами.

Правая часть описывает движение материи в поле тяготения. Взаимодействие правой и левой частей уравнения показывает, как объекты искривляют пространство – время и, в свою очередь, как эта кривизна влияет на движение объектов. Физик Джон Уилер выразил это так: “Материя говорит пространству – времени, как изогнуться, а искривленное пространство говорит материи, как двигаться”83.

Таким образом, вместе они танцуют космическое танго, или, как сформулировал это другой физик, Брайан Грин, “пространство и время стали игроками в эволюционирующем космосе. Они ожили. Материя здесь заставляет пространство деформироваться там, что вызывает движение материи здесь, а это, в свою очередь, побуждает пространство поодаль деформироваться еще больше, и т. д. Общая теория относительности стала хореографом постановки причудливого космического танца пространства, времени, материи и энергии”84.

Наконец, к его удовлетворению, у Эйнштейна появились по-настоящему ковариантные уравнения, в которые включены по крайней мере все формы движения – как инерционное, так и ускоренное, вращательное и произвольное. Как он заявил в официальной презентации своей теории, которую он опубликовал в марте следующего года в Annalen der Physik, “общие законы природы должны быть выражены через уравнения, справедливые во всех системах координат, то есть эти уравнения должны быть ковариантными относительно любых подстановок (общековариантными)” [54],85