Эврики и эйфории. Об ученых и их открытиях

Эддингтон был болезненно стыдлив, но отнюдь не скромен. Его блистательный ученик Субраманьям Чандрасекар вспоминал мельком услышанный диалог Эддингтона с другим астрономом, Людвигом Зильберштейном. Зильберштейн мнил себя большим знатоком теории Эйнштейна и потому сделал Эддингтону комплимент, назвав того одним из трех человек в мире, которые эту теорию понимают. Эддингтон выглядел смущенным, и Зильберштейн дружески посоветовал ему отбросить ложную скромность — на что последовал ответ: “Дело вовсе не в этом. Просто я пытаюсь догадаться, кто же третий”. Помимо всего прочего, Эддингтон был квакером и пацифистом и потому весьма симпатизировал Эйнштейну, который не побоялся всеобщего осуждения, выступая против германского милитаризма с самого начала Первой мировой войны. В этом, возможно, и стоит искать причину, заставившую Эддингтона доказывать правоту Эйнштейна.

Эйнштейн страстно желал проверить экспериментально те предсказания, которые давала его теория (скорее для того, чтобы убедить скептиков, чем для собственного спокойствия, — сам он ни секунды не сомневался в своей правоте). Одно из предсказаний, допускающих проверку, заключалось в том, что гравитация искривляет свет; самый простой способ в этом убедиться — измерить видимое смещение звезды, достаточно близко подошедшей к солнечному диску. Эти звезды видны во время полных солнечных затмений, и одно из таких затмений ждали 29 мая 1919 года. Эддингтон настоял, чтобы Британия снарядила для наблюдений сразу две экспедиции — одну в бразильский Собраль, а другую (под руководством самого Эддингтона) — на остров Принсипи у западного побережья Африки.

Задача, однако, оказалась сложнее, чем думали. Великий Лаплас в начале XIX века и немецкий астроном Георг фон Зольднер немногим позже независимо предсказали, что свет, рассматриваемый как поток частиц, будет изгибаться гравитационным полем. (Работа Зольднера пылилась в архивах, пока ее не отыскал оппонент Эйнштейна Филипп Ленард, чьи антисемитизм и раздражение росли день за днем, и теперь он использовал Зольднера в борьбе со своим заклятым врагом.) Ньютонова механика предсказывала сдвиг на 0,875", а модель Эйнштейна — на 1,75" Впрочем, сдвиги такого порядка едва выбивались за рамки погрешности измерения самых точных приборов того времени. Могли ли телескопы в Собрале или на Принсипе с достоверностью отличить 0,9" от 1,8"? Эддингтон предполагал, что могли.

Самые благоприятные условия для наблюдений складывались в Бразилии. Лучший из телескопов, привезенных туда, выдавал среднее отклонение в 1,98" (то есть больше, чем требовала теория Эйнштейна), а на телескопе похуже получили о,86", неотличимое от прогнозов Ньютоновой механики. На острове Принсипи в самый неподходящий момент появились облака, и только на двух из шестнадцати пластинок, заснятых во время затмения, имелись изображения звезд — не слишком четкие, зато позволяющие сделать хоть какие-то замеры. По ним выходило, что среднее отклонение составляет 1,61" при стандартной ошибке в 0,3". Результаты представили на внеочередном собрании Королевского общества и Астрономического общества, созванном специально для этого 6 ноября 1919 года. Председательствовал сэр Дж. Дж. Томсон, президент Королевского общества. Королевский астроном сэр Фрэнк Дайсон выступил первым и сообщил вот что:

Астрографические пластинки (то есть фотографические пластинки, экспонированные на специальном телескопе) дают 0,97" для смещение на лимбе, если проводить калибровку по самим пластинкам, а равное — 1,40", если калибровать по контрольным пластинкам (то есть снимкам, сделанным на том же телескопе ночью). Однако лучшие пластинки показывают результат 1,98" — притом что Эйнштейн предсказывал смещение на лимбе в 1,75" На этих пластинках согласие между данными для отдельных звезд было наилучшим из возможных.

После тщательного анализа пластинок я готов заявить: нет сомнений, что предсказания Эйнштейна подтверждаются. Были получены ясные доказательства того, что свет искривляется в соответствии с Эйнштейновыми законами гравитации.

Дайсон ни словом не обмолвился о данных, полученных на Принсипи. Эддингтон, который выступал вслед за ним, результаты с Принсипи не отбраковал, и если забыть про показания менее совершенного телескопа из Собраля, то после усреднения оставшихся величин — избыточно высокой “бразильской” в 1,98" и не слишком точной “африканской” в 1,61" — получалось ровно то, что предсказывал Эйнштейн. Тут выступил профессор Зильберштейн: “Другая попытка проверить теорию относительности, основанная на красном смещении света далеких звезд, провалилась. Так почему стоит верить сомнительным данным по искривлению света, полученным на пределе точности приборов?” — спросил он. У Эддингтона не нашлось убедительного ответа. (С загадкой красного смещения справятся позже: оно возникает из-за сдвига в частоте колебаний излучения, испущенного движущимся объектом. Точным аналогом может служить снижение тона у свистка удаляющегося поезда.)

Вот воспоминания одного из участников экспедиции на Принсипи:

Когда нас познакомили с задачей, имелось три возможных сценария. Первый — никакого отклонения не будет вообще, то есть свет не подчиняется законам гравитации. Второй — случится “отклонение наполовину”: это будет означать, что притяжение все-таки действует на свет, как утверждал еще Ньютон, и ситуацию описывают простые ньютоновские законы. Третий — наконец произойдет “полное отклонение”, которое подтверждает правоту Эйнштейна в противовес Ньютону. Помню, как Дайсон разъяснял все это моему коллеге Коттингэму. “Если мы получим двойное отклонение — что это будет значить?” — спрашивал тот. “Тогда, — сказал Дайсон, — Эддингтон сойдет с ума, и вы отправитесь домой в одиночку”.

Не приходится сомневаться, что главной целью Эддингтона было восстановить согласие между немецкими и западными учеными, подпорченное патриотическим угаром Первой мировой войны.

Дело в том, что группа немецких светил (в которую Эйнштейн, разумеется, не входил) в 1914 году подписала так называемую Фульденскую декларацию, где со страны снималась вся ответственность за развязывание войны и подчеркивалось, что немецкие ученые поддерживают армию. Это и последующие события спровоцировали всплеск яростного шовинизма в научных журналах (таких как Nature) в Британии, Франции и США.

Выводы экспедиций привлекли к себе одобрительное внимание прессы: появился номер Times с заголовком “Революция в науке: идеи Ньютона отвергнуты”, а за Эйнштейном закрепилась репутация героя. Разумеется, во время последующих затмений тоже делались замеры, которые давали противоречивые и двусмысленные результаты, но пререкаться было уже поздно. И лучшие специалисты, и общественность сходились во мнении: теория относительности верна. Что касается Эддингтона, его время от времени мучила совесть, но разве что слегка. Впоследствии он признавался, что сомнения его посещали, однако в некрологе коллеге Дайсон писал:

Объявление результатов вызвало живой интерес у общества, и теория относительности, которая прежде была достоянием немногих специалистов, в одночасье стала известна всем. Более того, не обошлось без международного резонанса: эта история положила конец бойкоту немецкой науки. Став первыми в деле проверки и окончательного подтверждения теории, принадлежащей “врагу”, наша национальная Обсерватория вернула к жизни лучшую из научных традиций. Этот урок, вероятно, стоит усвоить всему остальному миру.

Чисто технически такой поступок был ошибкой, которая пуристу покажется более чем постыдной, — зато совершили ее из самых благородных побуждений.

Рассказ и цитаты позаимствованы из статьи: Earman J. and Glymour С., “Relativity and Eclipses”, Historical Studies in the Physical Sciences ii, 49 (1980,).

Трудная судьба Хаутерманса

Биография Фрица Хаутерманса — готовый сюжет для какого-нибудь романа. Немец по происхождению, он вырос и учился в Вене. Был физиком, который глубоко понимал квантовую теорию. Теоретическим изысканиям он предавался в венских кафе, и о его невероятном пристрастии к кофе ходили легенды. Заработав неплохую научную репутацию, он оказался в Геттингене, одной из столиц теоретической физики того времени. Хаутерманс был на четверть евреем, поэтому мог испытывать гордость за предков (“Когда ваши предки сидели на деревьях, — говорил он коллегам-арийцам, — мои уже подделывали банкноты”) и при этом не опасаться преследований по нацистским расовым законам. Кроме того, он был убежденным коммунистом и много лет подряд состоял в партии — что считалось ничуть не менее опасным, чем быть евреем. Из-за этого он и бежал в Англию, где едва не изобрел лазер (это устройство, позволяющее генерировать свет высокой интенсивности с фиксированной длиной волны, создадут в 1960-м). Впрочем, и жизнь в Англии не пришлась ему по вкусу: особенно ему досаждал запах вареной баранины. Он снова пустился в путь, на этот раз поддавшись своей давней мечте побывать в Советском Союзе. Очередным местом его работы стал Харьковский физико-технический институт, где тогда собралась плеяда блестящих физиков, среди которых был и великий Лев Ландау.