Наука для всех простыми словами

Самый лучший сайт c познавательной информацией.

Уже сто лет, как Альберт Эйнштейн добавил последние штрихи к своей новой теории, которая изменила человеческое понимание самой природы реальности.

20.07.2016 в 03:53

Своей общей теорией относительности (ото) Эйнштейн вытеснил самую популярную идею в науке, теорию гравитации ньютона, заменив старое понятие силы радикально необычным видением вселенной, в которой пространство - время деформируется.


После того как спустя четыре года измерения искривления звездного света вокруг солнца во время полного затмения подтвердили ото, Эйнштейн стал мировой знаменитостью, и первая строка катехизиса науки была вновь подтверждена: один факт может разрушить самую прекрасную идею.

Ричард фейнман однажды высказался об этом представлении немного изящнее - он писал, что наука получает свою уникальную способность определять, "Является ли Что-то тем или Иным" через следующее предписание: "наблюдение - это главный и последний судья правдивости идеи". Так или иначе, вот, что говорили потенциальным ученым (и всем остальным) на первой в их жизни школьной ярмарке научных проектов, с вулканами в бутылке из содовой и ментоса: наука развивается, потому что она постоянно подвергается проверке реальностью и суду природы, которые не обманешь.

Это и произошло, когда британские ученые, измерившие траекторию звездного света вокруг солнца, сообщили на заседании королевского общества, что у них получилось число, совпадающее с прогнозом Эйнштейна, но противоречащее ньютону. Единственное однозначное наблюдение демонстрировало следующее: свет отклоняется от контуров пространства - времени. И вот так запросто двухсотлетняя ньютоновская космология крахом пала.

Но есть только одна проблема: все было совсем не так.

У Альберта Эйнштейна не было необходимости ждать четыре года для подтверждения своей теории. По меньшей мере за неделю до того, как он привел ото в ее окончательный вид, он уже знал, что природа с ним согласна. Когда он делал свои расчеты, то, что казалось небольшой ошибкой в неточных измерениях, могло быть целиком объяснено его теорией. Этого ему оказалось достаточно: ото была реальностью.

На первый взгляд это всего лишь еще один пример того, как по фейнману должна работать наука. Но в действительности, тайна, убедившая Эйнштейна, была неразрешима более полувека - и никто, даже сам Эйнштейн, не верил в существование этого явления: между тем, оно было решительным вызовом подходу ньютона. Вместо этого десятилетия были потрачены на поиски планеты, которая по всем разумным подсчетам должна была существовать, но не существовала.

Её история начинается с другой планеты, существовавшей всегда. Точный анализ орбиты Меркурия в 1859 году обнаружил несоответствие. Небольшое колебание, меньше, чем одна десятитысячная самой дальней внутренней траектории планеты вокруг солнца, не могло быть объяснено ни одним источником гравитации в пределах солнечной системы. В рамках ньютоновской гравитации объяснение было очевидно: если каждое открытое тело было описано, значит, аномальное поведение Меркурия может быть объяснено только тем, что еще только будет открыто, планетой между ним и солнцем.

Первые признаки гипотетического тела, обнаруженные во время прохождения по диску солнца, были получены почти сразу, в декабре 1859 года. Новая планета была так необходима, что ей дали название без колебаний: вулкан. Астрофотография - техника прикрепления камер к телескопам - только зарождалась, поэтому это первое наблюдение было описано, но его еще надо было подтвердить - кто-то должен был его повторить. Что никто не сделал, но это неважно. Профессиональные и серьезные астрономы - любители мельком видели свою версию вулкана больше десяти раз за последующие двадцать лет.

Последняя "эврика! " Случилась во время великого американского затмения 1878 года, когда Джеймс Уотсон, директор обсерватории Ann Arbor, опознал вулкан в небольшом красноватом объекте в нескольких градусах от видимого края солнца. К сожалению, никто из других астрономов - профессионалов на других восьми станциях, учрежденных государством для наблюдения этого затмения, не видел ничего необычного.

На этом научному консенсусу пришел конец: каждое "Открытие" было ошибкой; пятном на солнце, ошибочно определенной звездой, желаемым, принятым за действительное. У вулкана было полное право на существование. Во вселенной ньютона он был обязан там быть. Но его не было.

Следующий шаг был очевиден, но никто не осмеливался его сделать: мог ли ньютон ошибаться? Некоторые астрономы предлагали спонтанные решения: может быть, солнце полнее посередине, чем предполагалось (оно не полнее); возможно, есть невидимый ореол пыли, влияющий на гравитацию Меркурия (такого ореола нет); может быть, можно немного поиграть с числами ньютона, чтобы все расчеты сошлись (нельзя. Но по большей части за последующие тридцать лет разговоры про Меркурий постепенно прекратились. С одной стороны была самая успешная теория в истории современной науки. С другой - небольшая необъяснимая аномалия. Победитель очевиден.

Вызов ньютону, конечно же, был брошен. В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности, которая показала, что ход времени и измерение пространства должны отличаться для наблюдателей в движении относительно друг друга. К 1907 году Эйнштейн понял, что логика его первой теории относительности противоречила классическому пониманию движения и гравитации. Например: по ньютону, сила гравитации меняется в пустом пространстве незамедлительно, сила притяжения солнца влияет на землю без какой-либо задержки во времени, в то время как в рамках теории Эйнштейна, ничто, даже сила, не может двигаться быстрее скорости света.

Кроме этого были и другие пробелы, но именно такого рода противоречие и не менее странное наблюдение привели Эйнштейна к тому, чтобы расширить свою теорию относительности до теории гравитации. У него ушло на это восемь лет, но наконец, в ноябре 1915 года, он закончил ее: как физическую картину вселенной, в которой энергия и материя могут деформировать пространство и время, так и математические разработки, позволившие ему просчитать траектории, по которым должны двигаться материя и энергия в этом новом космосе.

Таким образом, когда Эйнштейн, наконец, довел свои расчеты до такого состояния, что он мог просчитать примеры из реального мира, он начал исследовать случаи близкого расхождения звезд и планет: к Меркурию. Где-то между 11 и 18 ноября он вставил необходимые числа и продирался сквозь уравнения. Спустя двадцать четыре шага он получил свой ответ. Траектория Меркурия, колебания от вулкана и вот это все появились на странице во всем своем великолепии - или, как писал Эйнштейн: "Эта Теория Полностью Соответствует Наблюдениям".

Благодаря этому Эйнштейн понял все. Он рассказал одному другу, что, когда увидел, как Меркурий исчез из его уравнений, его сердце остановилось, а другому - что он был "вне Себя от Радости". Не было необходимости ждать затмения, вот почему он однажды сказал, что если бы британские эксперты вернулись с "Неправильными" числами "мне бы было их жаль. Теория верна".

Спустя столетие мы чествуем ото и новое видение Эйнштейна того, как устроена вселенная. Вулкан сейчас едва ли сноски в истории астрономии заслуживает. Но и он не бесполезен. Вопреки мифу науки факты не являются чем-то независимым. Они приобретают смысл благодаря парадигмам, в рамках которых люди их интерпретируют. Может быть - как это было в случае вулкана - почти невозможно увидеть то, что уже существует за пределами того, что должно существовать.

Десятилетиями вулкан был практически реальной вехой, разделяющей миф научного прогресса и то, как на самом деле работает наука день за днем. Его история - это, возможно, самый явный пример того, как тяжело посреди раздора обнаружить серьезное открытие, но это едва ли единственный такой случай.

Из-за необычности геологии и окаменелостей в теории дрейфа материков, этой идее сопротивлялись полвека. Сиддхартха мукерджи задокументировал в своей книге "Царь Всех Болезней" то, как зацикленность на исцелении от неправильно понятого заболевания целое поколение препятствовала признанию сложной природы рака. Прошли десятки лет, прежде чем физики стали проводить эксперименты, показывающие, что скорость света была постоянной для каждого наблюдателя - и даже тогда только очень молодой Эйнштейн воспринял это наблюдение достаточно серьезно, чтобы создать свою первую теорию относительности.

В конце концов, всё так: реальность является последним авторитетным судьей, который решает, в чем права или в чем ошибается любая теория. За момент времени, любой момент, включая наш, в науке болезненно и медленно появляется один ненадежный, исторически непредвиденный, самообманывающийся и временами (очень) победоносный ученый. Другими словами, быстрое существование вулкана (1859-1915) - это не просто любопытство. Это осторожность. Оригинал: The Atlantic.