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

Помог ему в этом, по крайней мере на раннем этапе, очень сильный математик и еще более выдающийся астрофизик Карл Шварцшильд, который руководил в то время Потсдамской обсерваторией. Он изучил новую формулировку общей теории относительности Эйнштейна и в начале 1916 года предпринял попытку применить ее к исследованию космических объектов.

Одно обстоятельство очень осложняло работу Шварцшильда. Во время войны он пошел добровольцем в немецкую армию и читал статьи Эйнштейна, уже находясь на фронте в России и рассчитывая там траектории артиллерийских снарядов. Однако он смог выкроить время и с помощью уравнений теории Эйнштейна рассчитать гравитационное поле вокруг космических объектов. В каком-то смысле его ситуация была похожа на ту, в которой работал сам Эйнштейн, создавая свою специальную теорию относительности в свободное время от рассмотрения патентных заявок на способы синхронизации часов, только в военном ее варианте.

В январе 1916 года Шварцшильд послал Эйнштейну по почте свой результат точного решения его уравнений с припиской, что он придаст его теории “блеск высшей пробы”. Помимо прочего, его результаты подтвердили с большей точностью, что уравнения Эйнштейна объясняют поведение орбиты Меркурия. Эйнштейн пришел в возбуждение. В ответ он написал: “Я не ожидал, что точное решение задачи может быть сформулировано так просто”. В следующий четверг он лично представил эту работу на еженедельном заседании Прусской академии наук1.

Первые расчеты Шварцшильда в основном касались искривления пространства – времени во внешней окрестности невращающейся сферической звезды. Через несколько недель он послал Эйнштейну еще одну статью с расчетом того, что происходит уже внутри такой звезды.

Из расчетов следовало, что и там и там может, а точнее должно, происходить что-то необычное. Если всю массу звезды (или любого другого объекта) сжать в достаточно маленький объем, определяемый радиусом, получившим название шварцшильдовского радиуса, то все расчеты делались неверными. В центре звезды пространство должно было бесконечно заворачиваться вокруг самого себя. Для нашего Солнца это случилось бы, если бы вся его масса сжалась в сферу с радиусом примерно три километра. Для Земли это могло бы произойти, если бы вся ее масса была втиснута в сферу радиусом около одного сантиметра.

Что это могло означать? В такой ситуации ничто в пределах радиуса Шварцшильда не смогло бы преодолеть притяжение, даже свет или излучение в любой другой форме. Время на границе сферы также подверглось бы искажению и бесконечно замедлилось. Другими словами, путешественник, приближающийся к границе сферы Шварцшильда, с точки зрения внешнего наблюдателя застыл бы в неподвижности.

Эйнштейн не верил – ни тогда, ни позже, – что эти результаты на самом деле соответствуют чему-то реальному. В 1939 году, например, он подготовил работу, в которой, по его словам, “ясно объяснил, почему эти “сингулярности Шварцшильда” не существуют в физической реальности”. Однако несколько месяцев спустя Роберт Оппенгеймер и его ученик, студент Хартланд Снайдер, сделали обратное утверждение, предсказав, что звезды могут подвергаться гравитационному коллапсу2.

Что касается самого Шварцшильда, то он уже не смог продвинуться в этом вопросе. Через несколько недель после написания своей статьи на фронте он заболел страшной аутоиммунной болезнью, которая начала съедать его клетки кожи, и в мае того же года в возрасте сорока двух лет умер.