Ровно сто лет тому назад Альберт Эйнштейн завершил разработку новой теории, которая изменила представление человечества о фундаментальной природе реальности. Своей общей теорией относительности Эйнштейн заменил большинство известных в то время научных идей, подобно тому, как теория тяготения Ньютона заменила старые и откровенно странные идеи космосе, в котором искривляется пространство и время.
Через четыре года, когда во время полного солнечного затмения, измерения силы света вокруг солнца подтвердили общую относительность, Эйнштейн стал мировой знаменитостью. Известная научная закономерность вновь подтвердилась: один случайный факт может уничтожить самую прекрасную идею.
Ричард Фрейнман однажды сформулировал эту закономерность более изящно, написав, что наука получает свою уникальную власть определять «положение вещей в мире» через предписание, что «наблюдение является последним и окончательным судьей, который определяет верность идеи». В той или иной форме эту фразу слышали все начинающие ученые еще на школьных научных выставках. Наука двигается вперед потому, что на каждом шагу она поддается испытаниям реальности. Это заключение природы является окончательным и не подлежит обжалованию.
Именно это сучилось, когда британские ученые, которые измерили путь солнечного света вокруг солнца, сообщили заседанию Королевского научного общества о том, что наблюдали числа, которые сходятся с предсказаниями Эйнштейна, и противоречат идеям Ньютона. Одно недвусмысленное наблюдение показало, что свет отклоняется на контурах пространство-время. Это стало концом 200-летней теории строения космоса Ньютона.
Однако существует одна проблема — все произошло не совсем так.
Альберту Эйнштейну не было необходимости ждать четыре года для подтверждения своей теории. По крайне мере за неделю до того, как он закончил теорию общей относительности в ее окончательной форме, он уже знал, что теория подтверждена природой. Когда он сделал все подсчеты, то, что казалось маленькой ошибкой в непонятных измерениях, можно было принять за всю теорию. Для него этого было достаточно: общая теория была уже реальностью.
На первый взгляд, это еще один пример того, как должна работать наука по Фрейнману. Однако, на самом деле, тайна, которая всех убедила в том, что Эйнштейн ошибается, оставалась не разрешенной на протяжении половины столетия. И никто, даже сам Эйнштейн, до самого конца не признавал этот феномен тем, чем он на самом деле был: решительный вызов ко всему подходу Ньютона. Вместо этого, ученые провели несколько десятилетий в погоне за планетой, которая, согласно всевозможным измерениям должна была существовать, но на самом деле это оказалось не так.
История об этой отсутствующей планете начиналась с другой истории, которая не утратила своей актуальности и сегодня. Всеобъемлющее исследование орбиты Меркурия в 1895 году обнаружило проблему. Малейшее колебание на пути следования планету вокруг солнца нельзя было объяснить ни одним источником гравитации в пределах солнечной системы. В рамках теории гравитации Ньютона объяснение было очевидным. Если учитывать влияние каждого известного космического тела, то странное поведение Меркурия можно было объяснить только чем-то, что еще не было открыто — планетой между ним и солнцем.
Первый признак ожидаемого космического тела был найден почти сразу же в 1859 году. Наличие новой планеты казалось настолько очевидным, что ей даже придумали название — Вулкан. Астронография — техника прикрепления камер к телескопу — в то время существовала лишь в зародыше, поэтому эти первые наблюдения были описаны, но не доказаны. Однако никто не обращал на это внимания. И не нужно было. Начинающие и профессиональные астрономы в следующие 20 лет еще десяток раз выдвинут теорию о существовании планеты Вулкан.
Финальное «Эврика» последовало после большого американского затмения в 1878 году, когда Джеймс Уотсон, директор Детройтской обсерватории, распознал планету Вулкан в небольшом красном объекте за несколько градусов от солнца во время затмения. К сожалению, ни один из профессиональных астрономов на восьми станция, оборудованных федеральным правительством для наблюдения за затмением, не заметили ничего необычного.
После этого все достигли научного консенсуса: каждое «открытие» было ошибкой; солнечным пятном, неправильно определенной звездой, желанием. Планета Вулкан имела право на существование. Во вселенной Ньютона она просто была обязана существовать. Но на самом деле все было не так.
Следующий шаг был очевидным, однако никто не осмеливался сделать его. Мог ли Ньютон ошибаться? Некоторые астрономы предложили специальное решение: возможно солнце на самом деле толще, чем считалось (на самом деле это не так); возможно существует невидимое гало из пыли, которое влияет на движение Меркурия (эго не существует); возможно, необходимо просто все более детально рассчитать и результаты сойдутся (это также ошибочно). Однако, в большей части, в следующие 30 лет тайна Меркурия оставалась неразгаданной. С одной стороны, это была самая успешная теория в истории современной науки. Но с другой стороны, существовала маленькая необъяснимая аномалия. Однако никто не устраивал дискуссии.
Вызов правоте Ньютона все-таки был брошен, конечно же. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности, которая показала зависимость (наблюдаемых) пространственных и временных характеристик от скорости. К 1907 году Эйнштейн понял, что логика этой первой теории относительности расходится с классическим пониманием движения и гравитации. Например, в виденье Ньютона сила гравитации постоянно перемещается в пустом пространстве, солнце притягивает Землю без каких либо отклонений во времени, тогда как, согласно теории относительности Эйнштейна, ничто, даже сила, не может быть быстрее скорости света.
Здесь также существовала проблема, но она была скорее противоречием, а не странным наблюдением, которое подтолкнуло Эйнштейна к расширению теории относительности в теорию гравитации. На это у него пошло восемь лет, но в итоге, в ноябре 1915 года, он сделал это: физическая картина вселенной, в которой энергия и материя деформируют пространство и время, и математические рамка.
Таким образом, когда Эйнштейн довел свои расчеты до такого уровня, что мог рассчитать настоящий пример с реального мира, он обратил внимание на планету, которая находится ближе всех к солнцу — Меркурий. В период между одиннадцатым и восемнадцатым ноября он собирал необходимые величины и делал уравнения. После долгих математических расчетов, он наконец-то получил ответ. Путь Меркурия, вызванные влиянием Вулкана колебания, появились на странице во всей своей красе, или, как написал сам Эйнштейн: «Эта теория полностью сходится с предыдущими наблюдениями».
Вместе с тем, Эйнштейн знал. Он сказал одному из своих друзей, что, когда Меркурий выпадал из его уравнений, он чувствовал, как его сердце запиналось. Другому человеку Эйнштейн сказал, что «был вне себя от радости». Уже не было необходимости ждать затмения — именно поэтому Эйнштейн однажды сказал, что если бы британская экспедиция вернулась с «неправильными» числами «Мне было бы жаль за Господа. Теория абсолютно верна».
Через столетие после этого события мы празднуем создание теории относительности и пересмотр Эйнштейном принципов организации вселенной. Планета Вулкан сейчас считается подстрочным примечанием в истории астрономии. В противоположность мифам науки, факты не являются анонимными. Они получают свое значение с рамок, в которых человек их рассматривает. Иногда, как это было в истории с планетой Вулкан, почти невозможно посмотреть сквозь то, что должно существовать, на то, что на самом деле существует.
Великим умам потребовались десятилетия, чтобы развеять миф о Вулкане и продолжить двигать научный прогресс вперед. Эта история является ярким примером того, как сложно бывает в средине исследования осознать роль наблюдений. Такие случаи далеко не единичны.
Странность геологии и ископаемых доказательств в поддержку теории движения материков помогли сломить почти полувековое сопротивление этой идее. Мукурджи Сиддхартха в своей книге «Царь всех болезней» показал, как концентрация на лечении болезни, о которой было создано неправильное представление, вбила в сознание нескольких поколений идею о сложности лечений этого заболевания. Прошли десятилетия, прежде чем физики путем экспериментов определили, что скорость света одинакова для всех наблюдателей — и даже тогда, лишь очень молодой Эйнштейн воспринял это наблюдение всерьез, что позволило ему разработать первую теорию относительности.
В долгосрочной перспективе это всегда оказывается правдой — именно реальность всегда имеет последнее слово, и решает, какие идеи правильные, а какие ошибочны. Но в каждый момент истории, включая наш, наука неизменно двигается вперед именно таким путем, медленно, с ошибками, самообманом и научными триумфами. Другими словами, непродолжительная история о существовании планеты Вулкан (1859-1915 года) является не редкостью. Ее, скорее, можно считать предостережением для будущих поколений.
Томас Левенсон
Источник: