Вселената на Айнщайн - откъс от "Кратка история на почти всичко" на Бил Брайс

Oct/13/2020

Вселената на Айнщайн - откъс от "Кратка история на почти всичко" на Бил Брайс

Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електричеството, магнетизма, газовете, оптиката, акустиката, кинетиката и статистическата механика, които са само част от многото, които могат да бъдат изредени. Открили рентгеновите лъчи, катодните лъчи, електрона и радиоактивността, измислили мерните единици — ом, ват, келвин, джаул, ампер и малкия ерг.

Ако нещо е можело да бъде осцилирано, ускорено, пертурбирано, дестилирано, комбинирано, премерено или превърнато в газ, учените го били направили, като в процеса на работа измислили съвкупност от универсални закони, които са толкова важни и величествени, че някои още ги изписват с главни букви: Теория за електромагнитната същност на светлината, Закон на Рихтер за обратната пропорционалност, Закон на Чарлз за газовете, Закон за съединяващите се обеми, Нулев закон на термодинамиката, Теория за валентността и Закон за действие на масите, както и безброй други. Изобретателността им довела до дрънченето и пуфкането на машини и инструменти в целия свят. Мнозина мъдри хора вярвали, че нямало какво още да бъде открито от науката.

През 1875 г., когато един млад германец от Кил на име Макс Планк взимал решение дали да посвети живота си на математиката или на физиката, най-чистосърдечно бил приканван да не избира физиката, тъй като всичките открития били направени. Уверяван бил, че настъпващият век ще бъде век на затвърдяване и усъвършенстване на направеното, а не на революционни промени. Планк не ги послушал. Изучавал теоретична физика и отдал цялата си душа и енергия в изследване на ентропията — процес, който е централен за термодинамиката и многообещаващ за амбициите на един млад човек.[1] През 1891 г. постигнал резултати и с ужас научил, че важни изследвания в областта на ентропията вече били направени, в случая от един саможив учен от Йейлския университет на име Д. Уилард Гибс.

Навярно Гибс е най-гениалната личност, за която почти никой не бил чувал. Толкова бил скромен, сякаш бил невидим, прекарал фактически целия си живот, освен три години следване в Европа, в рамките на квартал между две пресечки, граничещи с къщата му и района на Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът. През първите десет години в Йейл дори не си направил труда да си получи заплатата. (Притежавал други финансови средства.) От 1871 г., когато станал професор в университета, до смъртта му през 1903 г. на курсовете му присъствали средно малко повече от един студент на семестър. Публикациите му били трудни за четене и използвали негова собствена система от означения, неразбираема за мнозина. Но дълбоко сред мистериозните му формулировки се криели изключително гениални прозрения.

През 1875–78 г. Гибс написал серия от работи под общото заглавие За равновесието на хетерогенните вещества, където бляскаво разяснява принципите на термодинамиката на, да кажем, почти всичко — „газове, смеси, повърхности, твърди тела, фазови промени… химични реакции, електрохимични клетки, утаяване и осмоза“, ако цитираме Уилям Х. Кропър. Фактически Гибс показва, че термодинамиката не се отнася просто за топлината и енергията на ниво голям и шумен парников двигател, а че също присъства и действа на атомно ниво в химичните реакции. Трудът За равновесието на Гибс бил наречен Принципите на термодинамиката, но по необясними причини той избрал да публикува тези епохални наблюдения в Трудове на Кънектикътската академия на изкуствата и науката — периодично издание, което не било особено известно дори в Кънектикът, ето защо Планк чул за него, когато вече било късно.

Без да е обезсърчен — навярно все пак бил малко обезсърчен — Планк се насочил към други неща.[2] Самите ние ще насочим вниманието си към тях, но първо трябва да направим незначително (но важно!) отклонение и да отидем в Кливланд, Охайо, и в Школата по приложни науки „Кейз“. Там, през 1880-те, физик на средна възраст на име Албърт Микелсън, с помощта на своя приятел химика Едуард Морли, се бил заел със серия от експерименти, които довели до странни и заинтригуващи резултати, и които щели да окажат голямо влияние върху всичко, което последвало.

Това, което Микелсън и Морли направили, всъщност без да искат, е да подкопаят едно отдавна поддържано схващане относно нещо, наречено светлоносен етер — стабилна, невидима, безтегловна, без триене и за жалост абсолютно въображаема среда, за която се смятало, че се разпростира из вселената. Измислен от Декарт, възприет от Нютон и почитан от всички дотогава, етерът имал абсолютно централна позиция във физиката от деветнайсети век като начин да се обясни как се движи светлината през пустотата на пространството. Особено нужен бил етерът през 1800-те, тъй като светлината и електромагнетизмът се възприемали като вълни, което означава видове трептения. Тези трептения трябвало да бъдат в нещо; и оттук нуждата от етер, а и така дълго продължилата привързаност към него. Дори и през 1909 г. великият британски физик Дж. Дж. Томсън твърдял настойчиво: „Етерът не е фантастично творение, хипотеза на философ; етерът е толкова важен за нас, колкото и въздухът, който дишаме“ — и това повече от четири години, след като по доста необорим начин било установено, че той не съществува. Накратко, хората били наистина привързани към етера.

Ако трябва да се илюстрира идеята, че през деветнайсети век Америка е място на неограничените възможности, по-добър пример от този за Албърт Микелсън не може да се намери. Роден през 1852 г. на немско-полската граница в семейство на бедни евреи търговци, той пристига в Америка като дете и израства в миньорски лагер в обхванатата от треска за злато Калифорния, където баща му въртял бизнес със сушени плодове. Тъй като бил твърде беден, за да постъпи в колеж, отишъл във Вашингтон и взел да се мотае пред предния вход на Белия дом, за да може да среща „случайно“ президента Юлисис С. Грант, когато той се появи за ежедневната си разходка (Очевидно е, че онези времена са били по-сигурни за президентите.) По време на тези разходки Микелсън толкова се сближил с президента, че Грант обещал да му осигури вакантно място в Американската военноморска академия. Именно там Микелсън изучил физиката.

Десет години по-късно, вече професор в школата „Кейз“ в Кливланд, Микелсън се опитал да направи измерване на нещо, наречено етерно течение — вид вятър, образуван от движещи се обекти, докато се носят из пространството. Едно от предвижданията на нютоновата физика било, че скоростта на светлината, докато прекосява етера, ще варира в зависимост от наблюдателя — дали той се движи към източника на светлината или се отдалечава от нея, но никой не бил измислил начин, как това да се измери. На Микелсън му хрумнало, че през половината година Земята се движи към Слънцето, а през другата половина се отдалечава от него, като разсъждавал, че ако се направят внимателно изчисления в противоположни сезони и се сравни времето на движение на светлината в тях, ще получим отговора.

Микелсън придумал Алекзандър Греъм Бел, новозабогатял изобретател на телефона, да му осигури средства за построяване на прецизен уред, наречен интерферометър, с който да се измерва с голяма точност скоростта на светлинната. След това с помощта на гениалния, но мрачен Морли, през следващите години Микелсън се впуснал в точни измервания. Работата изисквала прецизност и била изтощителна, като за известно време трябвало да бъде преустановена поради краткото, но пълно нервно разстройство на Микелсън. Все пак през 1887 г. вече имали резултати. Те въобще не били такива, каквито двамата учени очаквали да получат.

Както пише астрофизикът от Калифорнийския технологичен институт Кил С. Торн: „Скоростта на светлината се оказала еднаква във всички посоки и през всички сезони.“ Бил първият намек от двеста години — фактически точно двеста години — че законите на Нютон вероятно не са валидни за всичко и навсякъде. Откритието на Микелсън и Морли станало, по думите на Уилям Х. Кропър — „навярно най-известният отрицателен резултат в историята на физиката.“ За този труд Микелсън получава Нобелова награда за физика — първият американец, отличен с тази награда — но едва след двайсет години. Междувременно експериментите Микелсън-Морли щели да кръжат във въздуха като мирис на старо, останали на заден план в научното мислене.

Забележително е, че въпреки откритията си, когато започнал новият век, Микелсън бил сред тези, които вярвали, че науката почти си е свършила работата и „само нещичко трябва да се направи тук-там, а някои неща да се изпипат,“ както пише един автор в Нейчър.

Всъщност светът навлизал в един век на науката, в който много от хората нямало да разбират нищо и никой нямало да разбира от всичко. Учените скоро щели да попаднат във водовъртежа на едно царство на частици и античастици, където нещата ту се сътворяват, ту изчезват за периоди от време, в сравнение с които наносекундите изглеждат продължителни и безметежни, и където всичко е странно. Науката навлизала от света на макрофизиката, където обектите можели да бъдат видени, пипнати и измервани, в света на микрофизиката, където събитията се случвали с такава невъобразима бързина, чийто мащаб е извън обсега на въображението. Предстояло ни да навлезем в квантовия век и този, който първи щял да открехне вратата, бил злочестият до този момент Макс Планк.

През 1900 г., вече занимаващ се с теоретична физика в Берлинския университет и достигнал, да кажем, напредналата възраст от 42 години, Планк разкрива тайните на нова „квантова теория“, която твърди, че енергията не е нещо непрекъснато като течаща вода, а съществува в индивидуални порции, които нарича кванти. Това била нова идея и то добра. В краткосрочен план тя щяла да спомогне да се разреши загадката на експериментите на Микелсън-Морли, тъй като показва, че светлината в края на краищата не е на вълни. В дългосроченплан тази теория щяла да положи основите на цялата съвременна физика. Във всеки случай това бил първият знак, че светът щял да се промени.

Но епохалното събитие — зараждането на новия век — става през 1905 г., когато в немското списание по физика Годишници по физика се появява поредица от материали, написани от млад швейцарски административен служител, който не работел към университет, нямал достъп до лаборатория и до библиотека, по-голяма от тази на Националната патентна служба в Берн, където работел като технически експерт трета степен. (Молбата му да бъде повишен в технически експерт втора степен била неотдавна отхвърлена.)

Името му било Алберт Айнщайн и в тази безметежна година той поместил в Годишници по физика пет материала, от които три, според Ч. П. Сноу, „били най-великите в областта на физиката“ — единият разглеждал фотоелектричния ефект чрез новата квантова теория на Планк, другият бил върху движението на малки частици, суспендирани в течност (известно като Брауново движение), а последният описвал една специална теория — теорията на относителността.

Първият материал спечелва на автора Нобелова награда и обяснява същността на светлината (и също освен всичко друго спомага да имаме телевизия).[3] Вторият дава доказателства, че атомите наистина съществуват — факт, който изненадващо бил спорен. Третият просто променя света.

Айнщайн е роден през 1879 г. в Улм, Южна Германия, но израснал в Мюнхен. Почти нищо в ранните му години не предвещавало бъдещото му величие. Известно е, че се научил да говори чак на тригодишна възраст. През 1890 г. бизнесът на баща му в електрическия бранш се провалил, семейството му се преместило в Милано, но Алберт, който вече бил юноша, заминал за Швейцария, за да продължи образованието си — въпреки че първия път го скъсали на приемния изпит за колежа. През 1896 г. се отказал от германското си гражданство, за да избегне военната служба, и се записал на четиригодишен курс в Цюрихския политехнически университет, който бълвал учители по точните науки. Бил умен, но не и изключителен студент.

През 1900 г. се дипломирал и след няколко месеца започнал да пише за Годишници по физика. Първият му материал относно физиката на флуидите в сламките за пиене (именно за тях сред всичко останало) се появил в същото издание заедно с квантовата теория на Планк. От 1902 г. до 1904 г. написал серия от материали върху статическата механика, след което разбрал, че тихият и продуктивен Дж. Уилярд Гибс от Кънектикът също бил работил върху този проблем в труда си от 1901 г. Елементарни принципи на статистическата механика.

По това време се влюбил и в една състудентка — унгарка на име Милева Марич. През 1901 г. им се ражда извънбрачно дете — дъщеря, която дискретно е дадена за осиновяване. Айнщайн никога не вижда детето си. Две години по-късно той и Марич се оженват. По време на тези две събития през 1902 г. Айнщайн постъпва на работа в Швейцарската патентна служба, където работи през следващите седем години. Работата му харесвала: била достатъчно предизвикателна да привлече вниманието му, но не толкова предизвикателна, че да отклони интереса му от физиката. В тази обстановка през 1905 г. създава специалната теория за относителността.

Върху електродинамиката на движещите се тела е един от най-забележителните трудове, публикувани някога, от гледна точка на това, как е представен, и на това, което изследва. Няма нито бележки под линия, нито цитати, не включва почти никаква математика, не споменава никакъв друг труд, който да е оказал влияние, и споменава за помощта на само една личност, колега в патентната служба на име Мишел Бесо. Както пише Ч. П. Сноу, „като че ли Айнщайн е достигнал до тези изводи само по мисловен път, без ничия помощ без да се осланя на мнението на другиго. Изненадващо е, че до голяма степен, точно това и бил направил.“

Забележителното уравнение Е = mc² не било включено в този труд, а било публикувано в кратко приложение, отпечатано след няколко месеца. Както може да си спомняте от ученическите години, в това уравнение Е е енергията, m — масата, а с² — скоростта на светлината на квадрат.

Най-просто казано, според уравнението между масата и енергията съществува точна зависимост. Те са две форми на едно и също нещо: енергията е освободена материя; материята е енергия в очакване да се прояви като такава. Тъй като с² (скоростта на светлината се умножава на себе си) е действително голямо число, това, което казва уравнението, е, че има огромно количество — наистина огромно количество — от енергия във всяко материално нещо.[4]

Може и да не се чувствате изключително як, но ако сте среден по размер възрастен, скромното ви тяло ще съдържа не по-малко от 7×10 на степен 18 джаула потенциална енергия — достатъчно, за да експлодира със силата на 30 много големи водородни бомби, ако се приеме, че знаете как да я освободите и искате да го направите. Такава енергия се съдържа вътре във всичко. Просто не сме много добри в това да я освобождаваме. Дори една уранова бомба — най-енергийното нещо което засега сме създали — освобождава по-малко от 1% от енергията, която би могла да се освободи от нея, ако бяхме малко по-умели. Освен всичко друго, теорията на Айнщайн обяснява как радиацията действа: как парче уран може да излъчва постоянни потоци от високочестотна енергия, без да се стопи като къс лед. (Може да го направи, като превърне масата си в енергия по изключително ефикасен начин à la Е=mc².) Обяснява как звездите могат да горят милиарди години, без да им свършва горивото. (Същото, както по-горе.) С един замах, в една проста формула Айнщайн дарява геолозите и астрономите с лукса на милиарди години. И най-вече, специалната теория показва, че скоростта на светлината е постоянна и най-голямата стойност за скорост. Нищо не може да я надмине. Хвърля светлина (не се цели игра на думи) върху истинската същност на разбирането ни за вселената. Не случайно разрешава също проблема, свързан с етера, като става ясно, че той не съществува. Айнщайн ни дава вселена, която не се нуждае от него.

Физиците по правило не отдават голямо внимание на твърденията на швейцарски патентни чиновници, така че въпреки изобилието от полезни открития трудовете на Айнщайн не привлекли голямо внимание. След като разрешил няколко от най-големите загадки на вселената, Айнщайн се кандидатирал за пост на университетски преподавател и кандидатурата му била отхвърлена, кандидатствал и за гимназиален учител, но и там не го приели. Така че отново започнал да работи като експерт трета степен, но, разбира се, продължил да размишлява. Крайният резултат над това, което размишлявал, бил все още много далеч.

Когато поетът Пол Валери веднъж попитал Айнщайн дали има тетрадка, в която да си записва идеите, Айнщайн го погледнал леко учуден. „О, това не е необходимо“ — отговорил той. — „Толкова рядко имам такава.“ Не е нужно да изтъквам, че когато имал такава, била много добра. Следващата идея била една от най-великите, които някой някога е имал — наистина най-великата според Бурз, Моц и Уивър в тяхната съдържателна история на науката за атома. „Сътворена от един единствен ум“ — пишат те — „несъмнено това е най-великото интелектуално постижение на човечеството“ — което, разбира се, е най-добрият комплимент, който може да бъде направен.

Понякога се пише, че около 1907 г. Алберт Айнщайн видял работник да пада от покрив и започнал да мисли за гравитацията. Уви, както много други истории, тази изглежда съмнителна. Според самия Айнщайн, просто си седял в един стол, когато проблемът за гравитацията му дошъл наум.

Всъщност това, което дошло наум на Айнщайн, било повече изходната точка на решението на проблема за гравитацията, тъй като осъзнавал от самото начало, че нещото, което липсвало в специалната теория, било гравитацията. „Специалното“ на специалната теория е, че се занимавала с тела, движещи се главно в безпрепятствено състояние. Но какво се случва, когато едно тяло в движение — светлината най-вече — срещне препятствие — такова като гравитацията. Това е въпрос, който занимавал Айнщайн през по-голямата част от следващото десетилетие и през 1917 г. той публикувал материал, наречен Космологически въпроси върху Общата теория на относителността. Специалната теория на относителността от 1905 г. е задълбочен и важен труд, но както Ч. П. Сноу веднъж отбелязал, ако Айнщайн не бил го създал тогава, то някой друг щял да го направи, навярно в рамките на следващите пет години; това било идея, която чакала да бъде открита. Но общата теория била нещо съвсем друго. „Без нея“ — пише Сноу през 1979 г. — „много е вероятно днес все още да сме в очакване на теорията.“

С пурата си, добросърдечен и скромен, с щръкнала коса, Айнщайн бил твърде блестяща личност, за да остане трайно в сянка, и през 1919 г., когато войната вече е приключила, светът изведнъж го забелязал. Почти веднага теориите му на относителността си създали репутацията на абсолютно неразбираеми за обикновените хора. Положението не се подобрило, както Дейвид Боданис изтъква в изключителната си книга Е=mc², когато Ню Йорк Таймс решил да напише материал и — по причини, които не спират да ни учудват — изпратили кореспондента си по голф, някой си Хенри Крауч, да вземе интервюто.

Това били дълбоки води за Крауч и той объркал всичко. Една от грешките в репортажа му, които имали по-трайно значение, е, че Айнщайн е намерил издател, осмелил се да издаде книга, която само дванайсет души „в целия свят щели да разберат“. Нямало такава книга, нямало такъв издател, нито пък такъв кръг от учени, но това веднага се възприело. Скоро в общественото съзнание броят на хората, които можели да схванат относителността, бил намален още повече и трябва да се каже, че научните среди не направили много, за да разрушат този мит.

Когато един журналист попитал британския астроном сър Артър Едингтън дали е вярно, че е един от само тримата души в света, които могат да разберат айнщайновите теории на относителността, Едингтън се замислил за момент и отговорил: „Опитвам се да се сетя, кой е третият човек.“ Всъщност проблемът с относителността не е, че включвала много диференциални уравнения, Лоренцовата трансформация и друга сложна математика (макар че наистина включвала, дори и на Айнщайн му била нужна помощ за някои от тях), но просто била изключително неинтуитивна.

Същността на относителността е, че пространството и времето не са абсолютни, а относителни спрямо наблюдателя и спрямо обекта, който се наблюдава, и колкото по-бързо човек се движи, толкова по-ясно изразени стават тези ефекти. Никога не можем да достигнем скоростта на светлината и колкото повече се опитваме (и по-бързо се движим), ще се получава все по-голямо изкривяване спрямо външния наблюдател.

Почти веднага популяризаторите на науката се опитали да направят тези понятия разбираеми за обикновените хора. Един от по-успешните опити, поне в комерсиален план, било изданието АБВ на относителността от Бетран Ръсел, математик и философ. В него Ръсел използва сравнение, което оттогава се е използвало многократно. Той кара читателя да си представи влак, дълъг сто метра, движещ се с 60% от скоростта на светлината. За този, който стои на перона и гледа как той отминава, ще изглежда, че влакът е само осемдесет метра дълъг и всичко в него ще е компресирано по същия начин. Ако можем да чуем пътниците в него да говорят, гласовете им ще са слети и неясни като плоча, която е пусната да свири на по-бавни обороти, а движенията им ще изглеждат забавени по подобен начин. Дори часовниците във влака ще изглеждат, че се движат с четири-пети от нормалната си скорост.

Обаче — и това най-същественото и най-странното на пръв поглед — хората във влака няма да осъзнават това изкривяване. За тях всичко във влака ще изглежда съвсем нормално, а ние на перона ще им изглеждаме странно компресирани и в забавено движение. Всичко ще е свързано с положението ни спрямо движещия се обект.

Този ефект в действителност се проявява всеки път, когато се движите. Прелетете над Съединените щати и ще слезете от самолета една квинтилионна (10 на степен –18) от секундата, или горе-долу толкова, по-млади, от тези, с които сте били преди това. Дори и като прекосите стаята, съвсем леко ще промените собственото си чувство спрямо времето и пространството. Изчислено е, че ако се хвърли бейзболна топка, която лети със 150 километра в час, масата й ще се увеличи с 0,000000000002 грама, докато стигне гумената плоча, бележеща мястото на батсмана. Така че ефектите на относителността са реални и са измерими. Проблемът е, че такива промени са изключително малки, за да ни се отразят въобще. Но за други неща във вселената светлината, гравитацията, самата вселена — те са съществени.

Така че, ако идеите на относителността са странни, то е само защото не изпитваме този вид взаимодействие в нормалния живот. Обаче, за да се върнем отново към Боданис, обикновено се сблъскваме с друг вид относителност — например по отношение на звука. Ако сме в парка и някой свири неприятна музика, знаем, че ако се отдалечим, музиката ще се чува по-тихо. Това не е защото тя свири по-тихо разбира се, а просто защото положението ни спрямо нея се е променило. По същия начин за нещо, което е твърде малко и бавно — като охлюв да речем — идеята, че една и съща музика от грамофон може да звучи с различна сила за двама наблюдатели, навярно ще изглежда невероятно.

От всички идеи в общата теория на относителността най-предизвикателната и неинтуитивна е идеята, че времето е част от пространството. Инстинктът ни е да смятаме времето като вечно, абсолютно, неизменно — нищо не може да наруши постоянното му тиктакане. Всъщност, според Айнщайн, времето е с променлива величина и винаги се изменя. Дори има форма. Обвързано е („неразрурушимо взаимосвързано“ по думите на Стивън Хокинг) с трите измерения на пространството в едно особено измерение, известно като пространство-време.

Пространство-времето обикновено се обяснява, като се опитаме да си представим нещо плоско, но гъвкаво — да кажем матрак или опънат гумен дюшек — на който се намира тежък кръгъл предмет като желязна топка. Тежестта на желязната топка кара материала, върху който се намира, да се изпъва и леко да хлътва. Това е в общи линии аналогично на ефекта, който един масивен обект като Слънцето (желязната топка) има върху пространство-времето (материала): разтяга го, извива го и го деформира. Сега, ако търкулнем по-малка топка по повърхността, тя ще се опита да се движи по права линия, както е според законите за движението на Нютон, но когато се доближи до масивния обект и наклона на хлътналата тъкан, се търкулва надолу, и бива неизбежно привлечена към по-масивния обект. Това е гравитацията — продукт на изкривяване на пространство-времето.

Всеки обект, който има маса, създава малка „падина“ в тъканта на космоса. Така че вселената, както го казва Денис Оувърбай, „представлява последната за момента форма на хлътналия дюшек.“ Гравитацията според това схващане вече не е толкова субект, колкото резултат — „не е сила, а е вторичен продукт от изкривяване на пространство-времето“ — по думите на физика Мичио Каку, който продължава: „В определен смисъл гравитацията не съществува; това, което движи планетите и звездите, е изкривяване на пространството и времето.“

Разбира се, аналогията на хлътналия дюшек свършва дотук, защото не включва ефекта на времето. Но мозъците ни възприемат само единствено дотук, защото е почти невъзможно да си представим измерение, съдържащо три части пространство, свързани към една част време — всичките взаимообвързани като вплетени нишки на кариран плат. Във всеки случай смятам, че всички ще се съгласят — това е една страшно голяма идея на млад мъж, който гледа през прозореца на патентен офис в столицата на Швейцария.

Освен всичко друго, общата теория на относителността показала, че вселената или трябва да се разширява, или да се свива. Но Айнщайн не бил космолог и приел преобладаващото схващане, че вселената е фиксирана и вечна. Малко или повече импулсивно, включил в уравненията си нещо, наречено космологична константна, която произволно уравновесява ефектите на гравитацията, служейки като вид математически бутон за пауза. Книгите за история на науката винаги прощават на Айнщайн този пропуск, но всъщност това било доста неприятна част от научната му дейност и той го знаел. Нарекъл го „най-глупавата грешка в живота ми.“

По стечение на обстоятелствата по времето, когато Айнщайн включвал космологичната константа в теорията си, в Лоуелската обсерватория в Аризона астроном с бодрото междугалактическо име Весто Слайфър (който всъщност бил от Индиана) измервал със спектограф далечните звезди, откривайки, че те навярно се отдалечават от нас. Вселената не била статична. Звездите, които Слайфър гледал, показвали очевидни признаци на Доплеров ефект[5] — същия механизъм, който стои зад отчетливо провлаченото йее-ъъммм, което колите издават, когато профучават по състезателната писта. Феноменът се отнася също до светлината и в случая с отдалечаващите се галактики е известен като червеното отместване (тъй като светлината, която се отдалечава от нас, се премества към червения край на спектъра, а приближаващата се светлина се отмества към синия край).

Слайфър бил първият, който забелязал този ефект при светлината и осъзнал потенциалното му значение за разбирането на движенията в космоса. За жалост, никой не му обърнал голямо внимание. Лоуелската обсерватория, трябва да си спомним, била малко странна благодарение на идеята фикс, която имал Пърсивъл Лоуел по отношение на марсианските канали — това през 1910-те я направили във всяко отношение аванпост на астрономическите търсения. Слайфър не знаел за теорията на относителността на Айнщайн и светът също така не знаел за Слайфър. Така че откритията му не оказали никакво влияние.

Вместо това със слава щял да се увенчае преливащият с егото си Едуин Хъбъл. Хъбъл е роден през 1889 г., десет години след Айнщайн, в малък град в щата Мисури, на края на Озаркс, и израснал там и после в Уитън, Илиной — едно от предградията на Чикаго. Баща му бил висш служител в застрахователния бизнес, така че животът му винаги бил добре осигурен, а Едуин се радвал и на физически дадености. Бил силен и надарен атлет, чаровен, умен и изключително привлекателен — „толкова красив, че чак било прекалено“, според описанието на Уилям Х. Кропър, а по думите на друг почитател бил „Адонис“. Според собствените му думи, успял да изпълни живота си с повече или по-малко постоянни дела на храброст — спасявал давещи се плувци, водел уплашени мъже на безопасно място по бойните полета на Франция, засрамвал световни борци с нокдаун по време на приятелски турове по борба. Всичко било твърде хубаво, за да е вярно. Но така било. При всичките си дарби Хъбъл също бил и непоправим лъжец.

Било повече и от странно, тъй като животът на Хъбъл от ранна възраст бил наситен с толкова отличия, че понякога изключителността им била абсурдна. Само по време на едно първенство в гимназията през 1906 г. спечелил овчарския скок, тласкането на гюле, хвърлянето на диск, скока от място, дългия скок със засилване и бил в печелившия щафетен отбор — това прави седем спечелени първи места по време на една среща. В същата година постигнал национален рекорд по дълъг скок в щата Илиной.

Като учен бил също толкова добър и нямал проблеми с това да бъде приет да учи физика и астрономия в Чикагския университет (където по случайност департаментът се оглавявал от Албърт Микелсън). Там бил избран да бъде един от първите стипендианти „Роудс“ в Оксфорд. Трите години живот в Англия явно му завъртели главата, тъй като когато се върнал в Уитън през 1913 г., носел къса пелерина, пушел пури и придобил странен и натруфен акцент — не съвсем, но почти британски, който му останал за цял живот. Въпреки че по-късно твърдял, че прекарал повечето от второто десетилетие, практикувайки право в Кентъки, всъщност работел като гимназиален учител и треньор по баскетбол в Ню Олбани, Индиана, преди със закъснение да получи доктората си и да прекара кратко време в армията. (Пристигнал във Франция един месец преди сключването на примирие и почти със сигурност никога не бил чул и един вражески изстрел.)

През 1919 г., вече на трийсет години, се преместил в Калифорния и започнал работа в обсерваторията Маунт Уилсън близо до Лос Анджелис. Бързо и доста неочаквано станал най-изключителният астроном на двайсети век.

Заслужава си да направим пауза за момент и да помислим колко малко се знаело за космоса по това време. Днес астрономите смятат, че навярно има 140 милиарда галактики във видимата вселена. Това е огромно число, много по-голямо отколкото споменаването му ще помогне да си представим. Ако галактиките бяха замразени грахови зърна, щяха да са достатъчни, за да напълним една голяма аудитория — да кажем старата Бостън Гардън или пък Роял Албърт Хол. (Астрофизик на име Брюс Грегори всъщност го е изчислил.) През 1919 г., когато Хъбъл за първи път погледнал през окуляра, галактиките, които ни били известни, били точно само една: Млечният път. Всичко останало се смятало или за част от самия Млечен път, или едно от много далечните, периферни газови образувания. Хъбъл бързо демонстрирал колко погрешно било това схващане.

През следващото десетилетие Хъбъл се занимавал с два от най-фундаменталните въпроси на вселената: на колко години е и колко е голяма? За да се отговори и на двата е нужно да се знаят две неща — колко далече са определени галактики и колко бързо се отдалечават от нас (това, което е известно като рецесионна скорост). Червеното отместване дава скоростта, с която галактиките се отдалечават, обаче не ни казва, колко са далече. За това са ни нужни така наречените „стандартни свещи“ — звезди, чиято яркост може да бъде надеждно изчислена и използвана като мярка за измерване на яркостта (и оттук на относителното разстояние) на други звезди.

Късметът на Хъбъл бил да се появи скоро след като една изобретателна жена на име Хенриета Суон Левит измислила начин това да се извърши. Левит работела в обсерваторията Харвард Колидж като изчислител, както били известни тогава работещите на този пост. Изчислителите прекарвали живота си в изследване на фотографски плаки и правене на изчисления — оттук и името. По друг начин казано, си било направо робски труд, но това било най-многото, до което една жена можела да се добере в истинската астрономия в Харвард — или където и да било другаде — по това време. Колкото и нечестна да била системата, тя имала определени неочаквани предимства: означавала, че половината от най-големите умове, които съществували, се занимавали с работа, която иначе не би привлякла много внимание, за да бъде извършвана, и давала възможност на жените да оценяват фината структура на космоса, което често убягвало на техните колеги от мъжки пол.

Анни Джъмп Канън, работейки като изчислител в Харвард, използвала постоянното си занимание със звездите, за да състави толкова практична система за класификация на звездите, че още се прилага и днес. Приносът на Левит бил още по-голям. Тя забелязала, че вид звезда, известна като променлива Цефеида (наречена на съзвездието Цефеиди, където за първи път била идентифицирана), пулсирала с редовен ритъм — вид звездно туптене. Цефеидите са съвсем редки, но поне една е добре известна на повечето от нас — Полярната звезда е Цефеида.

Знаем, че Цефеидите пулсират така, защото са стари звезди, отминали своята „главна фаза“, както казват астрономите, и станали червени гиганти. Химията на червените гиганти е малко тежка материя за целите ни тук (нужно е познаване на свойствата на йонизираните хелиеви атоми, както и много други неща), но, казано просто, те изгарят остатъчното си гориво по начин, който създава много ритмична и сигурна последователност от блясване и затъмнение. Геният на Левит се състоял в това да осъзнае, че като се сравняват относителните големини на Цефеиди в различни точки на небето, може да се определи какви са разстоянията им една спрямо друга. Така те можели да се използват като „стандартни свещи“ — термин, който тя създала и който все още се използва повсеместно. Методът давал само относителни, но не и абсолютни разстояния, но дори и така, за първи път някой предлагал по-приложим начин да се измерва едромащабната вселена.

(Само за да оценим истинските заслуги за тези прозрения, вероятно е нужно да отбележим, че по това време Левит и Канон правят предположения за фундаменталните свойства на космоса въз основа на замъглени петна на фотографските плаки. Харвардският астроном Уилям Х. Пикеринг, който, разбира се, можел да прави наблюдения чрез първокласен телескоп колкото често си иска, развивал теорията си, че тъмните петна на Луната били предизвикани от рояк сезонно мигриращи насекоми.)

Съчетавайки космическия аршин на Левит с лесните за използване червени отмествания на Весто Слайфър, Едуин Хъбъл започнал да измерва определени точки в пространството по нов начин. През 1923 г. той показал, че образувание от далечен фин материал в съзвездието Андромеда, известно като M31, не било въобще газов облак, а блестящи звезди, образуващи галактика с размери 100 хиляди светлинни години и на разстояние от нас най-малко 900 хиляди светлинни години. Вселената била по-огромна — много по-огромна, отколкото някой въобще е предполагал. През 1924 г. Хъбъл написал епохалния труд Цефеидите в спиралните мъглявини (В оригиналното заглавие е използвана латинската дума nebulae — облаци, която била думата му за галактиките), показвайки, че вселената се състояла не само от Млечния път, но и от много независими галактики — „островни вселени“ — много от тях по-големи от Млечния път и много по-далечни.

Това откритие само по себе си щяло да осигури репутацията на Хъбъл, но той насочил вниманието си в решаване на проблема колко по-голяма е цялата вселена и направил едно още по-забележително откритие. Хъбъл започнал да измерва спектъра на далечните галактики — това, което Слайфър бил започнал в Аризона. Като използвал новия два и половина-метров телескоп Хукър в Маунт Уилсън и някои умни предположения, изчислил, че всички галактики на небето (освен нашия местен куп) се отдалечават от нас. Нещо повече, скоростта на отдалечаване и разстоянието до тях били точно пропорционални: колкото по-далече била галактиката, толкова по-бързо се движела.

Това било наистина изумително. Вселената се разширявала бързо и равномерно във всички посоки. Не било нужно много въображение, за да се тръгне оттам назад и да се осъзнае, че следователно всичко трябва да е започнало от някаква централна точка. Освен че се оказало, че вселената не била стабилна, фиксирана, вечна пустота, каквато всички винаги си представяли, а отгоре на това тя имала начало. Следователно трябвало да има и край.

Чудно е, както Стивън Хокинг отбелязва, че на никой не му било хрумнало за разширяващата се вселена преди това. Една статична вселена, както би трябвало да бъде ясно на Нютон и на всеки мислещ астроном преди това, щяла да рухне върху себе си. Съществувал още и проблемът, че ако звездите горят безкрайно в статична вселена, щели да направят всичко невероятно горещо — наистина твърде горещо за такива като нас. Една разширяваща се вселена решавала всичко с един замах.

Хъбъл бил много по-добър наблюдател, отколкото мислител, и не оценил веднага цялостните последици от Общата теория на относителността на Айнщайн. Това наистина било забележително, имайки предвид, че Айнщайн и теорията му били вече световно известни. Нещо повече, през 1929 г. Албърт Микелсън, който вече не бил в най-активните си години — приел пост в Маунт Уилсън да измерва скоростта на светлината с надеждния си интерферометър, със сигурност трябва да му е споменал приложимостта на айнщайновата теория спрямо собствените му открития.

Във всеки случай Хъбъл не успял да се възползва, когато имал шанс. Това останало за белгийския свещеник и учен (с докторат от Масачузетския технологичен институт) на име Жорж Леметр, който обединил двете течения в собствената си „теория на фойерверка“. Според тази теория вселената започнала като геометрична точка — „праисторически атом“, който избухнал славно и оттогава се раздалечава. Това е идея, която много добре предшествала модерното схващане за Големия взрив, но била толкова изпреварила времето си, че Леметр рядко получава повече от едно-две изречения, както сме му отредили тук. На света щели да му бъдат нужни още десетилетия и случайното откритие на космическото фоново лъчение от Пензиас и Уилсън, пораждащо свистящия звук на тяхната антена в Ню Джърси, преди Големият взрив да започне да се превръща от интересна идея в утвърдена теория.

Нито Хъбъл, нито Айнщайн щели да имат значително участие в тази голяма история. Въпреки че никой нямало да предугади този взрив тогава, и двамата мъже били направили за това достатъчно много.

През 1936 г. Хъбъл написал популярната книга, наречена Царството на мъглявините, която обяснявала в ласкателен стил собствените му постижения. В нея най-накрая той показвал, че се е запознал с теорията на Айнщайн — донякъде и го сторил: отделил й четири страници от около двеста.

Хъбъл умира от инфаркт през 1953 г. Една малка странност го очаквала. По причини, мистериозно завоалирани, жена му отказала да има погребение и никога не разкрила какво направила с тялото му. Половин век по-късно си остава загадка къде се намират останките на най-големия астроном на века. За възпоменание трябва да гледаме към небето и Космическия телескоп Хъбъл, изстрелян през 1990 г. и наречен в негова чест.

Бележки
[1] По-конкретно ентропията е мярка за степента на случайността или безпорядъка в една система. Дарел Ебинг в учебника Обща химия предлага един ефективен начин да мислим за явленията като за тесте карти за игра. Може да се каже, че едно ново тесте, току-що извадено от кутията, подредено по бои и стойности на картите от асо до поп, е в състояние на порядък. Ако се разбъркат картите, те вече са в състояние на безпорядък. Ентропията е величина за измерване на съществуващия безпорядък и за определяне на вероятността от постигане на определени резултати с още размествания. Разбира се, ако човек иска да публикува наблюденията си в респектиращо списание, трябва да познава още понятия като нерегулярност, решетъчно разстояние и стехиометрични връзки но това е в общи линии идеята. ↑

[2] Планк често нямал късмет през живота си. Обичаната му съпруга починала рано, през 1909 г., а по-малкият от двамата му синове бил убит през Първата световна война. Имал и две дъщери близначки, които боготворял. Едната от тях умира при раждане. Другата близначка започнала да се грижи за бебето и се влюбила в съпруга на сестра си. Оженили се, но две години по-късно и тя умира при раждане. През 1944 г., когато Планк бил на осемдесет и пет, бомба на Съюзниците паднала върху къщата му и той изгубил всичко — трудове, дневници, всичко, което бил събрал през живота си. На следващата година оцелелият му син бил хванат в конспирация, целяща да убие Хитлер, и бил екзекутиран. ↑

[3] Айнщайн бил удостоен, някак си неясно, „за заслуги в областта на теоретичната физика.“ Трябвало да чака 16 години, до 1921 г., за да получи наградата един доста дълъг период, като се вземе всичко предвид, но това било нищо в сравнение със случая на Фредерик Рейнс, който засича неутриното през 1957 г., но става Нобелов лауреат едва през 1995 г., 38 години по-късно, или пък на германеца Ернст Руска, който изобретява електронния микроскоп през 1932 г., а получава Нобелова награда през 1986 г., повече от половин век след събитието. Тъй като Нобеловите награди никога не се присъждат посмъртно, дълголетието може да е толкова важен фактор, колкото и изобретателността на лауреатите. ↑

[4] Как с става символ за скоростта на светлината е малка загадка, но Дави Боданис предполага, че произлиза от латинското celeritas, което означава бързина. Тогавашният том на речника Oxford English Dictionary, съставен десетилетие преди теорията на Айнщайн, включва много неща, означени със с — carbon (въглерод), cricket (крикет), но не се споменава като символ за светлина скорост. ↑

[5] Наречен на Йохан Кристиан Доплер — австрийски физик, който първи забелязва този ефект през 1842 г. Накратко, става въпрос за това, че докато движещ се обект се приближава до стационарен, звуковите вълни от него се събират и се струпват в който и да уред, който ги лови (например ушите ни) точно както може да се очаква, когато нещо бива блъснато отзад към неподвижен обект. Това струпване се чува от слушателя като писклив повишаващ се звук (йее). Когато източникът на звука преминава, звуковите вълни се разпръскват и удължават, така че се възприема рязко понижаващ се звук (ъъмм).

Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електричеството, магнетизма, газовете, оптиката, акустиката, кинетиката и статистическата механика, които са само част от многото, които могат да бъдат изредени. Открили рентгеновите лъчи, катодните лъчи, електрона и радиоактивността, измислили мерните единици — ом, ват, келвин, джаул, ампер и малкия ерг.

Ако нещо е можело да бъде осцилирано, ускорено, пертурбирано, дестилирано, комбинирано, премерено или превърнато в газ, учените го били направили, като в процеса на работа измислили съвкупност от универсални закони, които са толкова важни и величествени, че някои още ги изписват с главни букви: Теория за електромагнитната същност на светлината, Закон на Рихтер за обратната пропорционалност, Закон на Чарлз за газовете, Закон за съединяващите се обеми, Нулев закон на термодинамиката, Теория за валентността и Закон за действие на масите, както и безброй други. Изобретателността им довела до дрънченето и пуфкането на машини и инструменти в целия свят. Мнозина мъдри хора вярвали, че нямало какво още да бъде открито от науката.

През 1875 г., когато един млад германец от Кил на име Макс Планк взимал решение дали да посвети живота си на математиката или на физиката, най-чистосърдечно бил приканван да не избира физиката, тъй като всичките открития били направени. Уверяван бил, че настъпващият век ще бъде век на затвърдяване и усъвършенстване на направеното, а не на революционни промени. Планк не ги послушал. Изучавал теоретична физика и отдал цялата си душа и енергия в изследване на ентропията — процес, който е централен за термодинамиката и многообещаващ за амбициите на един млад човек.[1] През 1891 г. постигнал резултати и с ужас научил, че важни изследвания в областта на ентропията вече били направени, в случая от един саможив учен от Йейлския университет на име Д. Уилард Гибс.

Навярно Гибс е най-гениалната личност, за която почти никой не бил чувал. Толкова бил скромен, сякаш бил невидим, прекарал фактически целия си живот, освен три години следване в Европа, в рамките на квартал между две пресечки, граничещи с къщата му и района на Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът. През първите десет години в Йейл дори не си направил труда да си получи заплатата. (Притежавал други финансови средства.) От 1871 г., когато станал професор в университета, до смъртта му през 1903 г. на курсовете му присъствали средно малко повече от един студент на семестър. Публикациите му били трудни за четене и използвали негова собствена система от означения, неразбираема за мнозина. Но дълбоко сред мистериозните му формулировки се криели изключително гениални прозрения.

През 1875–78 г. Гибс написал серия от работи под общото заглавие За равновесието на хетерогенните вещества, където бляскаво разяснява принципите на термодинамиката на, да кажем, почти всичко — „газове, смеси, повърхности, твърди тела, фазови промени… химични реакции, електрохимични клетки, утаяване и осмоза“, ако цитираме Уилям Х. Кропър. Фактически Гибс показва, че термодинамиката не се отнася просто за топлината и енергията на ниво голям и шумен парников двигател, а че също присъства и действа на атомно ниво в химичните реакции. Трудът За равновесието на Гибс бил наречен Принципите на термодинамиката, но по необясними причини той избрал да публикува тези епохални наблюдения в Трудове на Кънектикътската академия на изкуствата и науката — периодично издание, което не било особено известно дори в Кънектикът, ето защо Планк чул за него, когато вече било късно.

Без да е обезсърчен — навярно все пак бил малко обезсърчен — Планк се насочил към други неща.[2] Самите ние ще насочим вниманието си към тях, но първо трябва да направим незначително (но важно!) отклонение и да отидем в Кливланд, Охайо, и в Школата по приложни науки „Кейз“. Там, през 1880-те, физик на средна възраст на име Албърт Микелсън, с помощта на своя приятел химика Едуард Морли, се бил заел със серия от експерименти, които довели до странни и заинтригуващи резултати, и които щели да окажат голямо влияние върху всичко, което последвало.

Това, което Микелсън и Морли направили, всъщност без да искат, е да подкопаят едно отдавна поддържано схващане относно нещо, наречено светлоносен етер — стабилна, невидима, безтегловна, без триене и за жалост абсолютно въображаема среда, за която се смятало, че се разпростира из вселената. Измислен от Декарт, възприет от Нютон и почитан от всички дотогава, етерът имал абсолютно централна позиция във физиката от деветнайсети век като начин да се обясни как се движи светлината през пустотата на пространството. Особено нужен бил етерът през 1800-те, тъй като светлината и електромагнетизмът се възприемали като вълни, което означава видове трептения. Тези трептения трябвало да бъдат в нещо; и оттук нуждата от етер, а и така дълго продължилата привързаност към него. Дори и през 1909 г. великият британски физик Дж. Дж. Томсън твърдял настойчиво: „Етерът не е фантастично творение, хипотеза на философ; етерът е толкова важен за нас, колкото и въздухът, който дишаме“ — и това повече от четири години, след като по доста необорим начин било установено, че той не съществува. Накратко, хората били наистина привързани към етера.

Ако трябва да се илюстрира идеята, че през деветнайсети век Америка е място на неограничените възможности, по-добър пример от този за Албърт Микелсън не може да се намери. Роден през 1852 г. на немско-полската граница в семейство на бедни евреи търговци, той пристига в Америка като дете и израства в миньорски лагер в обхванатата от треска за злато Калифорния, където баща му въртял бизнес със сушени плодове. Тъй като бил твърде беден, за да постъпи в колеж, отишъл във Вашингтон и взел да се мотае пред предния вход на Белия дом, за да може да среща „случайно“ президента Юлисис С. Грант, когато той се появи за ежедневната си разходка (Очевидно е, че онези времена са били по-сигурни за президентите.) По време на тези разходки Микелсън толкова се сближил с президента, че Грант обещал да му осигури вакантно място в Американската военноморска академия. Именно там Микелсън изучил физиката.

Десет години по-късно, вече професор в школата „Кейз“ в Кливланд, Микелсън се опитал да направи измерване на нещо, наречено етерно течение — вид вятър, образуван от движещи се обекти, докато се носят из пространството. Едно от предвижданията на нютоновата физика било, че скоростта на светлината, докато прекосява етера, ще варира в зависимост от наблюдателя — дали той се движи към източника на светлината или се отдалечава от нея, но никой не бил измислил начин, как това да се измери. На Микелсън му хрумнало, че през половината година Земята се движи към Слънцето, а през другата половина се отдалечава от него, като разсъждавал, че ако се направят внимателно изчисления в противоположни сезони и се сравни времето на движение на светлината в тях, ще получим отговора.

Микелсън придумал Алекзандър Греъм Бел, новозабогатял изобретател на телефона, да му осигури средства за построяване на прецизен уред, наречен интерферометър, с който да се измерва с голяма точност скоростта на светлинната. След това с помощта на гениалния, но мрачен Морли, през следващите години Микелсън се впуснал в точни измервания. Работата изисквала прецизност и била изтощителна, като за известно време трябвало да бъде преустановена поради краткото, но пълно нервно разстройство на Микелсън. Все пак през 1887 г. вече имали резултати. Те въобще не били такива, каквито двамата учени очаквали да получат.

Както пише астрофизикът от Калифорнийския технологичен институт Кил С. Торн: „Скоростта на светлината се оказала еднаква във всички посоки и през всички сезони.“ Бил първият намек от двеста години — фактически точно двеста години — че законите на Нютон вероятно не са валидни за всичко и навсякъде. Откритието на Микелсън и Морли станало, по думите на Уилям Х. Кропър — „навярно най-известният отрицателен резултат в историята на физиката.“ За този труд Микелсън получава Нобелова награда за физика — първият американец, отличен с тази награда — но едва след двайсет години. Междувременно експериментите Микелсън-Морли щели да кръжат във въздуха като мирис на старо, останали на заден план в научното мислене.

Забележително е, че въпреки откритията си, когато започнал новият век, Микелсън бил сред тези, които вярвали, че науката почти си е свършила работата и „само нещичко трябва да се направи тук-там, а някои неща да се изпипат,“ както пише един автор в Нейчър.

Всъщност светът навлизал в един век на науката, в който много от хората нямало да разбират нищо и никой нямало да разбира от всичко. Учените скоро щели да попаднат във водовъртежа на едно царство на частици и античастици, където нещата ту се сътворяват, ту изчезват за периоди от време, в сравнение с които наносекундите изглеждат продължителни и безметежни, и където всичко е странно. Науката навлизала от света на макрофизиката, където обектите можели да бъдат видени, пипнати и измервани, в света на микрофизиката, където събитията се случвали с такава невъобразима бързина, чийто мащаб е извън обсега на въображението. Предстояло ни да навлезем в квантовия век и този, който първи щял да открехне вратата, бил злочестият до този момент Макс Планк.

През 1900 г., вече занимаващ се с теоретична физика в Берлинския университет и достигнал, да кажем, напредналата възраст от 42 години, Планк разкрива тайните на нова „квантова теория“, която твърди, че енергията не е нещо непрекъснато като течаща вода, а съществува в индивидуални порции, които нарича кванти. Това била нова идея и то добра. В краткосрочен план тя щяла да спомогне да се разреши загадката на експериментите на Микелсън-Морли, тъй като показва, че светлината в края на краищата не е на вълни. В дългосроченплан тази теория щяла да положи основите на цялата съвременна физика. Във всеки случай това бил първият знак, че светът щял да се промени.

Но епохалното събитие — зараждането на новия век — става през 1905 г., когато в немското списание по физика Годишници по физика се появява поредица от материали, написани от млад швейцарски административен служител, който не работел към университет, нямал достъп до лаборатория и до библиотека, по-голяма от тази на Националната патентна служба в Берн, където работел като технически експерт трета степен. (Молбата му да бъде повишен в технически експерт втора степен била неотдавна отхвърлена.)

Името му било Алберт Айнщайн и в тази безметежна година той поместил в Годишници по физика пет материала, от които три, според Ч. П. Сноу, „били най-великите в областта на физиката“ — единият разглеждал фотоелектричния ефект чрез новата квантова теория на Планк, другият бил върху движението на малки частици, суспендирани в течност (известно като Брауново движение), а последният описвал една специална теория — теорията на относителността.

Първият материал спечелва на автора Нобелова награда и обяснява същността на светлината (и също освен всичко друго спомага да имаме телевизия).[3] Вторият дава доказателства, че атомите наистина съществуват — факт, който изненадващо бил спорен. Третият просто променя света.

Айнщайн е роден през 1879 г. в Улм, Южна Германия, но израснал в Мюнхен. Почти нищо в ранните му години не предвещавало бъдещото му величие. Известно е, че се научил да говори чак на тригодишна възраст. През 1890 г. бизнесът на баща му в електрическия бранш се провалил, семейството му се преместило в Милано, но Алберт, който вече бил юноша, заминал за Швейцария, за да продължи образованието си — въпреки че първия път го скъсали на приемния изпит за колежа. През 1896 г. се отказал от германското си гражданство, за да избегне военната служба, и се записал на четиригодишен курс в Цюрихския политехнически университет, който бълвал учители по точните науки. Бил умен, но не и изключителен студент.

През 1900 г. се дипломирал и след няколко месеца започнал да пише за Годишници по физика. Първият му материал относно физиката на флуидите в сламките за пиене (именно за тях сред всичко останало) се появил в същото издание заедно с квантовата теория на Планк. От 1902 г. до 1904 г. написал серия от материали върху статическата механика, след което разбрал, че тихият и продуктивен Дж. Уилярд Гибс от Кънектикът също бил работил върху този проблем в труда си от 1901 г. Елементарни принципи на статистическата механика.

По това време се влюбил и в една състудентка — унгарка на име Милева Марич. През 1901 г. им се ражда извънбрачно дете — дъщеря, която дискретно е дадена за осиновяване. Айнщайн никога не вижда детето си. Две години по-късно той и Марич се оженват. По време на тези две събития през 1902 г. Айнщайн постъпва на работа в Швейцарската патентна служба, където работи през следващите седем години. Работата му харесвала: била достатъчно предизвикателна да привлече вниманието му, но не толкова предизвикателна, че да отклони интереса му от физиката. В тази обстановка през 1905 г. създава специалната теория за относителността.

Върху електродинамиката на движещите се тела е един от най-забележителните трудове, публикувани някога, от гледна точка на това, как е представен, и на това, което изследва. Няма нито бележки под линия, нито цитати, не включва почти никаква математика, не споменава никакъв друг труд, който да е оказал влияние, и споменава за помощта на само една личност, колега в патентната служба на име Мишел Бесо. Както пише Ч. П. Сноу, „като че ли Айнщайн е достигнал до тези изводи само по мисловен път, без ничия помощ без да се осланя на мнението на другиго. Изненадващо е, че до голяма степен, точно това и бил направил.“

Забележителното уравнение Е = mc² не било включено в този труд, а било публикувано в кратко приложение, отпечатано след няколко месеца. Както може да си спомняте от ученическите години, в това уравнение Е е енергията, m — масата, а с² — скоростта на светлината на квадрат.

Най-просто казано, според уравнението между масата и енергията съществува точна зависимост. Те са две форми на едно и също нещо: енергията е освободена материя; материята е енергия в очакване да се прояви като такава. Тъй като с² (скоростта на светлината се умножава на себе си) е действително голямо число, това, което казва уравнението, е, че има огромно количество — наистина огромно количество — от енергия във всяко материално нещо.[4]

Може и да не се чувствате изключително як, но ако сте среден по размер възрастен, скромното ви тяло ще съдържа не по-малко от 7×10 на степен 18 джаула потенциална енергия — достатъчно, за да експлодира със силата на 30 много големи водородни бомби, ако се приеме, че знаете как да я освободите и искате да го направите. Такава енергия се съдържа вътре във всичко. Просто не сме много добри в това да я освобождаваме. Дори една уранова бомба — най-енергийното нещо което засега сме създали — освобождава по-малко от 1% от енергията, която би могла да се освободи от нея, ако бяхме малко по-умели. Освен всичко друго, теорията на Айнщайн обяснява как радиацията действа: как парче уран може да излъчва постоянни потоци от високочестотна енергия, без да се стопи като къс лед. (Може да го направи, като превърне масата си в енергия по изключително ефикасен начин à la Е=mc².) Обяснява как звездите могат да горят милиарди години, без да им свършва горивото. (Същото, както по-горе.) С един замах, в една проста формула Айнщайн дарява геолозите и астрономите с лукса на милиарди години. И най-вече, специалната теория показва, че скоростта на светлината е постоянна и най-голямата стойност за скорост. Нищо не може да я надмине. Хвърля светлина (не се цели игра на думи) върху истинската същност на разбирането ни за вселената. Не случайно разрешава също проблема, свързан с етера, като става ясно, че той не съществува. Айнщайн ни дава вселена, която не се нуждае от него.

Физиците по правило не отдават голямо внимание на твърденията на швейцарски патентни чиновници, така че въпреки изобилието от полезни открития трудовете на Айнщайн не привлекли голямо внимание. След като разрешил няколко от най-големите загадки на вселената, Айнщайн се кандидатирал за пост на университетски преподавател и кандидатурата му била отхвърлена, кандидатствал и за гимназиален учител, но и там не го приели. Така че отново започнал да работи като експерт трета степен, но, разбира се, продължил да размишлява. Крайният резултат над това, което размишлявал, бил все още много далеч.

Когато поетът Пол Валери веднъж попитал Айнщайн дали има тетрадка, в която да си записва идеите, Айнщайн го погледнал леко учуден. „О, това не е необходимо“ — отговорил той. — „Толкова рядко имам такава.“ Не е нужно да изтъквам, че когато имал такава, била много добра. Следващата идея била една от най-великите, които някой някога е имал — наистина най-великата според Бурз, Моц и Уивър в тяхната съдържателна история на науката за атома. „Сътворена от един единствен ум“ — пишат те — „несъмнено това е най-великото интелектуално постижение на човечеството“ — което, разбира се, е най-добрият комплимент, който може да бъде направен.

Понякога се пише, че около 1907 г. Алберт Айнщайн видял работник да пада от покрив и започнал да мисли за гравитацията. Уви, както много други истории, тази изглежда съмнителна. Според самия Айнщайн, просто си седял в един стол, когато проблемът за гравитацията му дошъл наум.

Всъщност това, което дошло наум на Айнщайн, било повече изходната точка на решението на проблема за гравитацията, тъй като осъзнавал от самото начало, че нещото, което липсвало в специалната теория, било гравитацията. „Специалното“ на специалната теория е, че се занимавала с тела, движещи се главно в безпрепятствено състояние. Но какво се случва, когато едно тяло в движение — светлината най-вече — срещне препятствие — такова като гравитацията. Това е въпрос, който занимавал Айнщайн през по-голямата част от следващото десетилетие и през 1917 г. той публикувал материал, наречен Космологически въпроси върху Общата теория на относителността. Специалната теория на относителността от 1905 г. е задълбочен и важен труд, но както Ч. П. Сноу веднъж отбелязал, ако Айнщайн не бил го създал тогава, то някой друг щял да го направи, навярно в рамките на следващите пет години; това било идея, която чакала да бъде открита. Но общата теория била нещо съвсем друго. „Без нея“ — пише Сноу през 1979 г. — „много е вероятно днес все още да сме в очакване на теорията.“

С пурата си, добросърдечен и скромен, с щръкнала коса, Айнщайн бил твърде блестяща личност, за да остане трайно в сянка, и през 1919 г., когато войната вече е приключила, светът изведнъж го забелязал. Почти веднага теориите му на относителността си създали репутацията на абсолютно неразбираеми за обикновените хора. Положението не се подобрило, както Дейвид Боданис изтъква в изключителната си книга Е=mc², когато Ню Йорк Таймс решил да напише материал и — по причини, които не спират да ни учудват — изпратили кореспондента си по голф, някой си Хенри Крауч, да вземе интервюто.

Това били дълбоки води за Крауч и той объркал всичко. Една от грешките в репортажа му, които имали по-трайно значение, е, че Айнщайн е намерил издател, осмелил се да издаде книга, която само дванайсет души „в целия свят щели да разберат“. Нямало такава книга, нямало такъв издател, нито пък такъв кръг от учени, но това веднага се възприело. Скоро в общественото съзнание броят на хората, които можели да схванат относителността, бил намален още повече и трябва да се каже, че научните среди не направили много, за да разрушат този мит.

Когато един журналист попитал британския астроном сър Артър Едингтън дали е вярно, че е един от само тримата души в света, които могат да разберат айнщайновите теории на относителността, Едингтън се замислил за момент и отговорил: „Опитвам се да се сетя, кой е третият човек.“ Всъщност проблемът с относителността не е, че включвала много диференциални уравнения, Лоренцовата трансформация и друга сложна математика (макар че наистина включвала, дори и на Айнщайн му била нужна помощ за някои от тях), но просто била изключително неинтуитивна.

Същността на относителността е, че пространството и времето не са абсолютни, а относителни спрямо наблюдателя и спрямо обекта, който се наблюдава, и колкото по-бързо човек се движи, толкова по-ясно изразени стават тези ефекти. Никога не можем да достигнем скоростта на светлината и колкото повече се опитваме (и по-бързо се движим), ще се получава все по-голямо изкривяване спрямо външния наблюдател.

Почти веднага популяризаторите на науката се опитали да направят тези понятия разбираеми за обикновените хора. Един от по-успешните опити, поне в комерсиален план, било изданието АБВ на относителността от Бетран Ръсел, математик и философ. В него Ръсел използва сравнение, което оттогава се е използвало многократно. Той кара читателя да си представи влак, дълъг сто метра, движещ се с 60% от скоростта на светлината. За този, който стои на перона и гледа как той отминава, ще изглежда, че влакът е само осемдесет метра дълъг и всичко в него ще е компресирано по същия начин. Ако можем да чуем пътниците в него да говорят, гласовете им ще са слети и неясни като плоча, която е пусната да свири на по-бавни обороти, а движенията им ще изглеждат забавени по подобен начин. Дори часовниците във влака ще изглеждат, че се движат с четири-пети от нормалната си скорост.

Обаче — и това най-същественото и най-странното на пръв поглед — хората във влака няма да осъзнават това изкривяване. За тях всичко във влака ще изглежда съвсем нормално, а ние на перона ще им изглеждаме странно компресирани и в забавено движение. Всичко ще е свързано с положението ни спрямо движещия се обект.

Този ефект в действителност се проявява всеки път, когато се движите. Прелетете над Съединените щати и ще слезете от самолета една квинтилионна (10 на степен –18) от секундата, или горе-долу толкова, по-млади, от тези, с които сте били преди това. Дори и като прекосите стаята, съвсем леко ще промените собственото си чувство спрямо времето и пространството. Изчислено е, че ако се хвърли бейзболна топка, която лети със 150 километра в час, масата й ще се увеличи с 0,000000000002 грама, докато стигне гумената плоча, бележеща мястото на батсмана. Така че ефектите на относителността са реални и са измерими. Проблемът е, че такива промени са изключително малки, за да ни се отразят въобще. Но за други неща във вселената светлината, гравитацията, самата вселена — те са съществени.

Така че, ако идеите на относителността са странни, то е само защото не изпитваме този вид взаимодействие в нормалния живот. Обаче, за да се върнем отново към Боданис, обикновено се сблъскваме с друг вид относителност — например по отношение на звука. Ако сме в парка и някой свири неприятна музика, знаем, че ако се отдалечим, музиката ще се чува по-тихо. Това не е защото тя свири по-тихо разбира се, а просто защото положението ни спрямо нея се е променило. По същия начин за нещо, което е твърде малко и бавно — като охлюв да речем — идеята, че една и съща музика от грамофон може да звучи с различна сила за двама наблюдатели, навярно ще изглежда невероятно.

От всички идеи в общата теория на относителността най-предизвикателната и неинтуитивна е идеята, че времето е част от пространството. Инстинктът ни е да смятаме времето като вечно, абсолютно, неизменно — нищо не може да наруши постоянното му тиктакане. Всъщност, според Айнщайн, времето е с променлива величина и винаги се изменя. Дори има форма. Обвързано е („неразрурушимо взаимосвързано“ по думите на Стивън Хокинг) с трите измерения на пространството в едно особено измерение, известно като пространство-време.

Пространство-времето обикновено се обяснява, като се опитаме да си представим нещо плоско, но гъвкаво — да кажем матрак или опънат гумен дюшек — на който се намира тежък кръгъл предмет като желязна топка. Тежестта на желязната топка кара материала, върху който се намира, да се изпъва и леко да хлътва. Това е в общи линии аналогично на ефекта, който един масивен обект като Слънцето (желязната топка) има върху пространство-времето (материала): разтяга го, извива го и го деформира. Сега, ако търкулнем по-малка топка по повърхността, тя ще се опита да се движи по права линия, както е според законите за движението на Нютон, но когато се доближи до масивния обект и наклона на хлътналата тъкан, се търкулва надолу, и бива неизбежно привлечена към по-масивния обект. Това е гравитацията — продукт на изкривяване на пространство-времето.

Всеки обект, който има маса, създава малка „падина“ в тъканта на космоса. Така че вселената, както го казва Денис Оувърбай, „представлява последната за момента форма на хлътналия дюшек.“ Гравитацията според това схващане вече не е толкова субект, колкото резултат — „не е сила, а е вторичен продукт от изкривяване на пространство-времето“ — по думите на физика Мичио Каку, който продължава: „В определен смисъл гравитацията не съществува; това, което движи планетите и звездите, е изкривяване на пространството и времето.“

Разбира се, аналогията на хлътналия дюшек свършва дотук, защото не включва ефекта на времето. Но мозъците ни възприемат само единствено дотук, защото е почти невъзможно да си представим измерение, съдържащо три части пространство, свързани към една част време — всичките взаимообвързани като вплетени нишки на кариран плат. Във всеки случай смятам, че всички ще се съгласят — това е една страшно голяма идея на млад мъж, който гледа през прозореца на патентен офис в столицата на Швейцария.

Освен всичко друго, общата теория на относителността показала, че вселената или трябва да се разширява, или да се свива. Но Айнщайн не бил космолог и приел преобладаващото схващане, че вселената е фиксирана и вечна. Малко или повече импулсивно, включил в уравненията си нещо, наречено космологична константна, която произволно уравновесява ефектите на гравитацията, служейки като вид математически бутон за пауза. Книгите за история на науката винаги прощават на Айнщайн този пропуск, но всъщност това било доста неприятна част от научната му дейност и той го знаел. Нарекъл го „най-глупавата грешка в живота ми.“

По стечение на обстоятелствата по времето, когато Айнщайн включвал космологичната константа в теорията си, в Лоуелската обсерватория в Аризона астроном с бодрото междугалактическо име Весто Слайфър (който всъщност бил от Индиана) измервал със спектограф далечните звезди, откривайки, че те навярно се отдалечават от нас. Вселената не била статична. Звездите, които Слайфър гледал, показвали очевидни признаци на Доплеров ефект[5] — същия механизъм, който стои зад отчетливо провлаченото йее-ъъммм, което колите издават, когато профучават по състезателната писта. Феноменът се отнася също до светлината и в случая с отдалечаващите се галактики е известен като червеното отместване (тъй като светлината, която се отдалечава от нас, се премества към червения край на спектъра, а приближаващата се светлина се отмества към синия край).

Слайфър бил първият, който забелязал този ефект при светлината и осъзнал потенциалното му значение за разбирането на движенията в космоса. За жалост, никой не му обърнал голямо внимание. Лоуелската обсерватория, трябва да си спомним, била малко странна благодарение на идеята фикс, която имал Пърсивъл Лоуел по отношение на марсианските канали — това през 1910-те я направили във всяко отношение аванпост на астрономическите търсения. Слайфър не знаел за теорията на относителността на Айнщайн и светът също така не знаел за Слайфър. Така че откритията му не оказали никакво влияние.

Вместо това със слава щял да се увенчае преливащият с егото си Едуин Хъбъл. Хъбъл е роден през 1889 г., десет години след Айнщайн, в малък град в щата Мисури, на края на Озаркс, и израснал там и после в Уитън, Илиной — едно от предградията на Чикаго. Баща му бил висш служител в застрахователния бизнес, така че животът му винаги бил добре осигурен, а Едуин се радвал и на физически дадености. Бил силен и надарен атлет, чаровен, умен и изключително привлекателен — „толкова красив, че чак било прекалено“, според описанието на Уилям Х. Кропър, а по думите на друг почитател бил „Адонис“. Според собствените му думи, успял да изпълни живота си с повече или по-малко постоянни дела на храброст — спасявал давещи се плувци, водел уплашени мъже на безопасно място по бойните полета на Франция, засрамвал световни борци с нокдаун по време на приятелски турове по борба. Всичко било твърде хубаво, за да е вярно. Но така било. При всичките си дарби Хъбъл също бил и непоправим лъжец.

Било повече и от странно, тъй като животът на Хъбъл от ранна възраст бил наситен с толкова отличия, че понякога изключителността им била абсурдна. Само по време на едно първенство в гимназията през 1906 г. спечелил овчарския скок, тласкането на гюле, хвърлянето на диск, скока от място, дългия скок със засилване и бил в печелившия щафетен отбор — това прави седем спечелени първи места по време на една среща. В същата година постигнал национален рекорд по дълъг скок в щата Илиной.

Като учен бил също толкова добър и нямал проблеми с това да бъде приет да учи физика и астрономия в Чикагския университет (където по случайност департаментът се оглавявал от Албърт Микелсън). Там бил избран да бъде един от първите стипендианти „Роудс“ в Оксфорд. Трите години живот в Англия явно му завъртели главата, тъй като когато се върнал в Уитън през 1913 г., носел къса пелерина, пушел пури и придобил странен и натруфен акцент — не съвсем, но почти британски, който му останал за цял живот. Въпреки че по-късно твърдял, че прекарал повечето от второто десетилетие, практикувайки право в Кентъки, всъщност работел като гимназиален учител и треньор по баскетбол в Ню Олбани, Индиана, преди със закъснение да получи доктората си и да прекара кратко време в армията. (Пристигнал във Франция един месец преди сключването на примирие и почти със сигурност никога не бил чул и един вражески изстрел.)

През 1919 г., вече на трийсет години, се преместил в Калифорния и започнал работа в обсерваторията Маунт Уилсън близо до Лос Анджелис. Бързо и доста неочаквано станал най-изключителният астроном на двайсети век.

Заслужава си да направим пауза за момент и да помислим колко малко се знаело за космоса по това време. Днес астрономите смятат, че навярно има 140 милиарда галактики във видимата вселена. Това е огромно число, много по-голямо отколкото споменаването му ще помогне да си представим. Ако галактиките бяха замразени грахови зърна, щяха да са достатъчни, за да напълним една голяма аудитория — да кажем старата Бостън Гардън или пък Роял Албърт Хол. (Астрофизик на име Брюс Грегори всъщност го е изчислил.) През 1919 г., когато Хъбъл за първи път погледнал през окуляра, галактиките, които ни били известни, били точно само една: Млечният път. Всичко останало се смятало или за част от самия Млечен път, или едно от много далечните, периферни газови образувания. Хъбъл бързо демонстрирал колко погрешно било това схващане.

През следващото десетилетие Хъбъл се занимавал с два от най-фундаменталните въпроси на вселената: на колко години е и колко е голяма? За да се отговори и на двата е нужно да се знаят две неща — колко далече са определени галактики и колко бързо се отдалечават от нас (това, което е известно като рецесионна скорост). Червеното отместване дава скоростта, с която галактиките се отдалечават, обаче не ни казва, колко са далече. За това са ни нужни така наречените „стандартни свещи“ — звезди, чиято яркост може да бъде надеждно изчислена и използвана като мярка за измерване на яркостта (и оттук на относителното разстояние) на други звезди.

Късметът на Хъбъл бил да се появи скоро след като една изобретателна жена на име Хенриета Суон Левит измислила начин това да се извърши. Левит работела в обсерваторията Харвард Колидж като изчислител, както били известни тогава работещите на този пост. Изчислителите прекарвали живота си в изследване на фотографски плаки и правене на изчисления — оттук и името. По друг начин казано, си било направо робски труд, но това било най-многото, до което една жена можела да се добере в истинската астрономия в Харвард — или където и да било другаде — по това време. Колкото и нечестна да била системата, тя имала определени неочаквани предимства: означавала, че половината от най-големите умове, които съществували, се занимавали с работа, която иначе не би привлякла много внимание, за да бъде извършвана, и давала възможност на жените да оценяват фината структура на космоса, което често убягвало на техните колеги от мъжки пол.

Анни Джъмп Канън, работейки като изчислител в Харвард, използвала постоянното си занимание със звездите, за да състави толкова практична система за класификация на звездите, че още се прилага и днес. Приносът на Левит бил още по-голям. Тя забелязала, че вид звезда, известна като променлива Цефеида (наречена на съзвездието Цефеиди, където за първи път била идентифицирана), пулсирала с редовен ритъм — вид звездно туптене. Цефеидите са съвсем редки, но поне една е добре известна на повечето от нас — Полярната звезда е Цефеида.

Знаем, че Цефеидите пулсират така, защото са стари звезди, отминали своята „главна фаза“, както казват астрономите, и станали червени гиганти. Химията на червените гиганти е малко тежка материя за целите ни тук (нужно е познаване на свойствата на йонизираните хелиеви атоми, както и много други неща), но, казано просто, те изгарят остатъчното си гориво по начин, който създава много ритмична и сигурна последователност от блясване и затъмнение. Геният на Левит се състоял в това да осъзнае, че като се сравняват относителните големини на Цефеиди в различни точки на небето, може да се определи какви са разстоянията им една спрямо друга. Така те можели да се използват като „стандартни свещи“ — термин, който тя създала и който все още се използва повсеместно. Методът давал само относителни, но не и абсолютни разстояния, но дори и така, за първи път някой предлагал по-приложим начин да се измерва едромащабната вселена.

(Само за да оценим истинските заслуги за тези прозрения, вероятно е нужно да отбележим, че по това време Левит и Канон правят предположения за фундаменталните свойства на космоса въз основа на замъглени петна на фотографските плаки. Харвардският астроном Уилям Х. Пикеринг, който, разбира се, можел да прави наблюдения чрез първокласен телескоп колкото често си иска, развивал теорията си, че тъмните петна на Луната били предизвикани от рояк сезонно мигриращи насекоми.)

Съчетавайки космическия аршин на Левит с лесните за използване червени отмествания на Весто Слайфър, Едуин Хъбъл започнал да измерва определени точки в пространството по нов начин. През 1923 г. той показал, че образувание от далечен фин материал в съзвездието Андромеда, известно като M31, не било въобще газов облак, а блестящи звезди, образуващи галактика с размери 100 хиляди светлинни години и на разстояние от нас най-малко 900 хиляди светлинни години. Вселената била по-огромна — много по-огромна, отколкото някой въобще е предполагал. През 1924 г. Хъбъл написал епохалния труд Цефеидите в спиралните мъглявини (В оригиналното заглавие е използвана латинската дума nebulae — облаци, която била думата му за галактиките), показвайки, че вселената се състояла не само от Млечния път, но и от много независими галактики — „островни вселени“ — много от тях по-големи от Млечния път и много по-далечни.

Това откритие само по себе си щяло да осигури репутацията на Хъбъл, но той насочил вниманието си в решаване на проблема колко по-голяма е цялата вселена и направил едно още по-забележително откритие. Хъбъл започнал да измерва спектъра на далечните галактики — това, което Слайфър бил започнал в Аризона. Като използвал новия два и половина-метров телескоп Хукър в Маунт Уилсън и някои умни предположения, изчислил, че всички галактики на небето (освен нашия местен куп) се отдалечават от нас. Нещо повече, скоростта на отдалечаване и разстоянието до тях били точно пропорционални: колкото по-далече била галактиката, толкова по-бързо се движела.

Това било наистина изумително. Вселената се разширявала бързо и равномерно във всички посоки. Не било нужно много въображение, за да се тръгне оттам назад и да се осъзнае, че следователно всичко трябва да е започнало от някаква централна точка. Освен че се оказало, че вселената не била стабилна, фиксирана, вечна пустота, каквато всички винаги си представяли, а отгоре на това тя имала начало. Следователно трябвало да има и край.

Чудно е, както Стивън Хокинг отбелязва, че на никой не му било хрумнало за разширяващата се вселена преди това. Една статична вселена, както би трябвало да бъде ясно на Нютон и на всеки мислещ астроном преди това, щяла да рухне върху себе си. Съществувал още и проблемът, че ако звездите горят безкрайно в статична вселена, щели да направят всичко невероятно горещо — наистина твърде горещо за такива като нас. Една разширяваща се вселена решавала всичко с един замах.

Хъбъл бил много по-добър наблюдател, отколкото мислител, и не оценил веднага цялостните последици от Общата теория на относителността на Айнщайн. Това наистина било забележително, имайки предвид, че Айнщайн и теорията му били вече световно известни. Нещо повече, през 1929 г. Албърт Микелсън, който вече не бил в най-активните си години — приел пост в Маунт Уилсън да измерва скоростта на светлината с надеждния си интерферометър, със сигурност трябва да му е споменал приложимостта на айнщайновата теория спрямо собствените му открития.

Във всеки случай Хъбъл не успял да се възползва, когато имал шанс. Това останало за белгийския свещеник и учен (с докторат от Масачузетския технологичен институт) на име Жорж Леметр, който обединил двете течения в собствената си „теория на фойерверка“. Според тази теория вселената започнала като геометрична точка — „праисторически атом“, който избухнал славно и оттогава се раздалечава. Това е идея, която много добре предшествала модерното схващане за Големия взрив, но била толкова изпреварила времето си, че Леметр рядко получава повече от едно-две изречения, както сме му отредили тук. На света щели да му бъдат нужни още десетилетия и случайното откритие на космическото фоново лъчение от Пензиас и Уилсън, пораждащо свистящия звук на тяхната антена в Ню Джърси, преди Големият взрив да започне да се превръща от интересна идея в утвърдена теория.

Нито Хъбъл, нито Айнщайн щели да имат значително участие в тази голяма история. Въпреки че никой нямало да предугади този взрив тогава, и двамата мъже били направили за това достатъчно много.

През 1936 г. Хъбъл написал популярната книга, наречена Царството на мъглявините, която обяснявала в ласкателен стил собствените му постижения. В нея най-накрая той показвал, че се е запознал с теорията на Айнщайн — донякъде и го сторил: отделил й четири страници от около двеста.

Хъбъл умира от инфаркт през 1953 г. Една малка странност го очаквала. По причини, мистериозно завоалирани, жена му отказала да има погребение и никога не разкрила какво направила с тялото му. Половин век по-късно си остава загадка къде се намират останките на най-големия астроном на века. За възпоменание трябва да гледаме към небето и Космическия телескоп Хъбъл, изстрелян през 1990 г. и наречен в негова чест.

Бележки
[1] По-конкретно ентропията е мярка за степента на случайността или безпорядъка в една система. Дарел Ебинг в учебника Обща химия предлага един ефективен начин да мислим за явленията като за тесте карти за игра. Може да се каже, че едно ново тесте, току-що извадено от кутията, подредено по бои и стойности на картите от асо до поп, е в състояние на порядък. Ако се разбъркат картите, те вече са в състояние на безпорядък. Ентропията е величина за измерване на съществуващия безпорядък и за определяне на вероятността от постигане на определени резултати с още размествания. Разбира се, ако човек иска да публикува наблюденията си в респектиращо списание, трябва да познава още понятия като нерегулярност, решетъчно разстояние и стехиометрични връзки но това е в общи линии идеята. ↑

[2] Планк често нямал късмет през живота си. Обичаната му съпруга починала рано, през 1909 г., а по-малкият от двамата му синове бил убит през Първата световна война. Имал и две дъщери близначки, които боготворял. Едната от тях умира при раждане. Другата близначка започнала да се грижи за бебето и се влюбила в съпруга на сестра си. Оженили се, но две години по-късно и тя умира при раждане. През 1944 г., когато Планк бил на осемдесет и пет, бомба на Съюзниците паднала върху къщата му и той изгубил всичко — трудове, дневници, всичко, което бил събрал през живота си. На следващата година оцелелият му син бил хванат в конспирация, целяща да убие Хитлер, и бил екзекутиран. ↑

[3] Айнщайн бил удостоен, някак си неясно, „за заслуги в областта на теоретичната физика.“ Трябвало да чака 16 години, до 1921 г., за да получи наградата един доста дълъг период, като се вземе всичко предвид, но това било нищо в сравнение със случая на Фредерик Рейнс, който засича неутриното през 1957 г., но става Нобелов лауреат едва през 1995 г., 38 години по-късно, или пък на германеца Ернст Руска, който изобретява електронния микроскоп през 1932 г., а получава Нобелова награда през 1986 г., повече от половин век след събитието. Тъй като Нобеловите награди никога не се присъждат посмъртно, дълголетието може да е толкова важен фактор, колкото и изобретателността на лауреатите. ↑

[4] Как с става символ за скоростта на светлината е малка загадка, но Дави Боданис предполага, че произлиза от латинското celeritas, което означава бързина. Тогавашният том на речника Oxford English Dictionary, съставен десетилетие преди теорията на Айнщайн, включва много неща, означени със с — carbon (въглерод), cricket (крикет), но не се споменава като символ за светлина скорост. ↑

[5] Наречен на Йохан Кристиан Доплер — австрийски физик, който първи забелязва този ефект през 1842 г. Накратко, става въпрос за това, че докато движещ се обект се приближава до стационарен, звуковите вълни от него се събират и се струпват в който и да уред, който ги лови (например ушите ни) точно както може да се очаква, когато нещо бива блъснато отзад към неподвижен обект. Това струпване се чува от слушателя като писклив повишаващ се звук (йее). Когато източникът на звука преминава, звуковите вълни се разпръскват и удължават, така че се възприема рязко понижаващ се звук (ъъмм).

Коментари

Тази статия все още няма коментари

Остави коментар

Категории за статии

Статии

Статии

Вселената на Айнщайн - откъс от "Кратка история на почти всичко" на Бил Брайс

Вселената на Айнщайн

Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електриче Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електриче 2020-12-22T14:11:48+02:00 Вселената на Айнщайн - откъс от "Кратка история на почти всичко" на Бил Брайс

<p>Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електричеството, магнетизма, газовете, оптиката, акустиката, кинетиката и статистическата механика, които са само част от многото, които могат да бъдат изредени. Открили рентгеновите лъчи, катодните лъчи, електрона и радиоактивността, измислили мерните единици &mdash; ом, ват, келвин, джаул, ампер и малкия ерг.</p> <p>Ако нещо е можело да бъде осцилирано, ускорено, пертурбирано, дестилирано, комбинирано, премерено или превърнато в газ, учените го били направили, като в процеса на работа измислили съвкупност от универсални закони, които са толкова важни и величествени, че някои още ги изписват с главни букви: Теория за електромагнитната същност на светлината, Закон на Рихтер за обратната пропорционалност, Закон на Чарлз за газовете, Закон за съединяващите се обеми, Нулев закон на термодинамиката, Теория за валентността и Закон за действие на масите, както и безброй други. Изобретателността им довела до дрънченето и пуфкането на машини и инструменти в целия свят. Мнозина мъдри хора вярвали, че нямало какво още да бъде открито от науката.</p> <p>През 1875 г., когато един млад германец от Кил на име Макс Планк взимал решение дали да посвети живота си на математиката или на физиката, най-чистосърдечно бил приканван да не избира физиката, тъй като всичките открития били направени. Уверяван бил, че настъпващият век ще бъде век на затвърдяване и усъвършенстване на направеното, а не на революционни промени. Планк не ги послушал. Изучавал теоретична физика и отдал цялата си душа и енергия в изследване на ентропията &mdash; процес, който е централен за термодинамиката и многообещаващ за амбициите на един млад човек.[1] През 1891 г. постигнал резултати и с ужас научил, че важни изследвания в областта на ентропията вече били направени, в случая от един саможив учен от Йейлския университет на име Д. Уилард Гибс.</p> <p>Навярно Гибс е най-гениалната личност, за която почти никой не бил чувал. Толкова бил скромен, сякаш бил невидим, прекарал фактически целия си живот, освен три години следване в Европа, в рамките на квартал между две пресечки, граничещи с къщата му и района на Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът. През първите десет години в Йейл дори не си направил труда да си получи заплатата. (Притежавал други финансови средства.) От 1871 г., когато станал професор в университета, до смъртта му през 1903 г. на курсовете му присъствали средно малко повече от един студент на семестър. Публикациите му били трудни за четене и използвали негова собствена система от означения, неразбираема за мнозина. Но дълбоко сред мистериозните му формулировки се криели изключително гениални прозрения.</p> <p>През 1875&ndash;78 г. Гибс написал серия от работи под общото заглавие За равновесието на хетерогенните вещества, където бляскаво разяснява принципите на термодинамиката на, да кажем, почти всичко &mdash; &bdquo;газове, смеси, повърхности, твърди тела, фазови промени&hellip; химични реакции, електрохимични клетки, утаяване и осмоза&ldquo;, ако цитираме Уилям Х. Кропър. Фактически Гибс показва, че термодинамиката не се отнася просто за топлината и енергията на ниво голям и шумен парников двигател, а че също присъства и действа на атомно ниво в химичните реакции. Трудът За равновесието на Гибс бил наречен Принципите на термодинамиката, но по необясними причини той избрал да публикува тези епохални наблюдения в Трудове на Кънектикътската академия на изкуствата и науката &mdash; периодично издание, което не било особено известно дори в Кънектикът, ето защо Планк чул за него, когато вече било късно.</p> <p>Без да е обезсърчен &mdash; навярно все пак бил малко обезсърчен &mdash; Планк се насочил към други неща.[2] Самите ние ще насочим вниманието си към тях, но първо трябва да направим незначително (но важно!) отклонение и да отидем в Кливланд, Охайо, и в Школата по приложни науки &bdquo;Кейз&ldquo;. Там, през 1880-те, физик на средна възраст на име Албърт Микелсън, с помощта на своя приятел химика Едуард Морли, се бил заел със серия от експерименти, които довели до странни и заинтригуващи резултати, и които щели да окажат голямо влияние върху всичко, което последвало.</p> <p>Това, което Микелсън и Морли направили, всъщност без да искат, е да подкопаят едно отдавна поддържано схващане относно нещо, наречено светлоносен етер &mdash; стабилна, невидима, безтегловна, без триене и за жалост абсолютно въображаема среда, за която се смятало, че се разпростира из вселената. Измислен от Декарт, възприет от Нютон и почитан от всички дотогава, етерът имал абсолютно централна позиция във физиката от деветнайсети век като начин да се обясни как се движи светлината през пустотата на пространството. Особено нужен бил етерът през 1800-те, тъй като светлината и електромагнетизмът се възприемали като вълни, което означава видове трептения. Тези трептения трябвало да бъдат в нещо; и оттук нуждата от етер, а и така дълго продължилата привързаност към него. Дори и през 1909 г. великият британски физик Дж. Дж. Томсън твърдял настойчиво: &bdquo;Етерът не е фантастично творение, хипотеза на философ; етерът е толкова важен за нас, колкото и въздухът, който дишаме&ldquo; &mdash; и това повече от четири години, след като по доста необорим начин било установено, че той не съществува. Накратко, хората били наистина привързани към етера.</p> <p>Ако трябва да се илюстрира идеята, че през деветнайсети век Америка е място на неограничените възможности, по-добър пример от този за Албърт Микелсън не може да се намери. Роден през 1852 г. на немско-полската граница в семейство на бедни евреи търговци, той пристига в Америка като дете и израства в миньорски лагер в обхванатата от треска за злато Калифорния, където баща му въртял бизнес със сушени плодове. Тъй като бил твърде беден, за да постъпи в колеж, отишъл във Вашингтон и взел да се мотае пред предния вход на Белия дом, за да може да среща &bdquo;случайно&ldquo; президента Юлисис С. Грант, когато той се появи за ежедневната си разходка (Очевидно е, че онези времена са били по-сигурни за президентите.) По време на тези разходки Микелсън толкова се сближил с президента, че Грант обещал да му осигури вакантно място в Американската военноморска академия. Именно там Микелсън изучил физиката.</p> <p>Десет години по-късно, вече професор в школата &bdquo;Кейз&ldquo; в Кливланд, Микелсън се опитал да направи измерване на нещо, наречено етерно течение &mdash; вид вятър, образуван от движещи се обекти, докато се носят из пространството. Едно от предвижданията на нютоновата физика било, че скоростта на светлината, докато прекосява етера, ще варира в зависимост от наблюдателя &mdash; дали той се движи към източника на светлината или се отдалечава от нея, но никой не бил измислил начин, как това да се измери. На Микелсън му хрумнало, че през половината година Земята се движи към Слънцето, а през другата половина се отдалечава от него, като разсъждавал, че ако се направят внимателно изчисления в противоположни сезони и се сравни времето на движение на светлината в тях, ще получим отговора.</p> <p>Микелсън придумал Алекзандър Греъм Бел, новозабогатял изобретател на телефона, да му осигури средства за построяване на прецизен уред, наречен интерферометър, с който да се измерва с голяма точност скоростта на светлинната. След това с помощта на гениалния, но мрачен Морли, през следващите години Микелсън се впуснал в точни измервания. Работата изисквала прецизност и била изтощителна, като за известно време трябвало да бъде преустановена поради краткото, но пълно нервно разстройство на Микелсън. Все пак през 1887 г. вече имали резултати. Те въобще не били такива, каквито двамата учени очаквали да получат.</p> <p>Както пише астрофизикът от Калифорнийския технологичен институт Кил С. Торн: &bdquo;Скоростта на светлината се оказала еднаква във всички посоки и през всички сезони.&ldquo; Бил първият намек от двеста години &mdash; фактически точно двеста години &mdash; че законите на Нютон вероятно не са валидни за всичко и навсякъде. Откритието на Микелсън и Морли станало, по думите на Уилям Х. Кропър &mdash; &bdquo;навярно най-известният отрицателен резултат в историята на физиката.&ldquo; За този труд Микелсън получава Нобелова награда за физика &mdash; първият американец, отличен с тази награда &mdash; но едва след двайсет години. Междувременно експериментите Микелсън-Морли щели да кръжат във въздуха като мирис на старо, останали на заден план в научното мислене.</p> <p>Забележително е, че въпреки откритията си, когато започнал новият век, Микелсън бил сред тези, които вярвали, че науката почти си е свършила работата и &bdquo;само нещичко трябва да се направи тук-там, а някои неща да се изпипат,&ldquo; както пише един автор в Нейчър.</p> <p>Всъщност светът навлизал в един век на науката, в който много от хората нямало да разбират нищо и никой нямало да разбира от всичко. Учените скоро щели да попаднат във водовъртежа на едно царство на частици и античастици, където нещата ту се сътворяват, ту изчезват за периоди от време, в сравнение с които наносекундите изглеждат продължителни и безметежни, и където всичко е странно. Науката навлизала от света на макрофизиката, където обектите можели да бъдат видени, пипнати и измервани, в света на микрофизиката, където събитията се случвали с такава невъобразима бързина, чийто мащаб е извън обсега на въображението. Предстояло ни да навлезем в квантовия век и този, който първи щял да открехне вратата, бил злочестият до този момент Макс Планк.</p> <p>През 1900 г., вече занимаващ се с теоретична физика в Берлинския университет и достигнал, да кажем, напредналата възраст от 42 години, Планк разкрива тайните на нова &bdquo;квантова теория&ldquo;, която твърди, че енергията не е нещо непрекъснато като течаща вода, а съществува в индивидуални порции, които нарича кванти. Това била нова идея и то добра. В краткосрочен план тя щяла да спомогне да се разреши загадката на експериментите на Микелсън-Морли, тъй като показва, че светлината в края на краищата не е на вълни. В дългосроченплан тази теория щяла да положи основите на цялата съвременна физика. Във всеки случай това бил първият знак, че светът щял да се промени.</p> <p>Но епохалното събитие &mdash; зараждането на новия век &mdash; става през 1905 г., когато в немското списание по физика Годишници по физика се появява поредица от материали, написани от млад швейцарски административен служител, който не работел към университет, нямал достъп до лаборатория и до библиотека, по-голяма от тази на Националната патентна служба в Берн, където работел като технически експерт трета степен. (Молбата му да бъде повишен в технически експерт втора степен била неотдавна отхвърлена.)</p> <p>Името му било Алберт Айнщайн и в тази безметежна година той поместил в Годишници по физика пет материала, от които три, според Ч. П. Сноу, &bdquo;били най-великите в областта на физиката&ldquo; &mdash; единият разглеждал фотоелектричния ефект чрез новата квантова теория на Планк, другият бил върху движението на малки частици, суспендирани в течност (известно като Брауново движение), а последният описвал една специална теория &mdash; теорията на относителността.</p> <p>Първият материал спечелва на автора Нобелова награда и обяснява същността на светлината (и също освен всичко друго спомага да имаме телевизия).[3] Вторият дава доказателства, че атомите наистина съществуват &mdash; факт, който изненадващо бил спорен. Третият просто променя света.</p> <p>Айнщайн е роден през 1879 г. в Улм, Южна Германия, но израснал в Мюнхен. Почти нищо в ранните му години не предвещавало бъдещото му величие. Известно е, че се научил да говори чак на тригодишна възраст. През 1890 г. бизнесът на баща му в електрическия бранш се провалил, семейството му се преместило в Милано, но Алберт, който вече бил юноша, заминал за Швейцария, за да продължи образованието си &mdash; въпреки че първия път го скъсали на приемния изпит за колежа. През 1896 г. се отказал от германското си гражданство, за да избегне военната служба, и се записал на четиригодишен курс в Цюрихския политехнически университет, който бълвал учители по точните науки. Бил умен, но не и изключителен студент.</p> <p>През 1900 г. се дипломирал и след няколко месеца започнал да пише за Годишници по физика. Първият му материал относно физиката на флуидите в сламките за пиене (именно за тях сред всичко останало) се появил в същото издание заедно с квантовата теория на Планк. От 1902 г. до 1904 г. написал серия от материали върху статическата механика, след което разбрал, че тихият и продуктивен Дж. Уилярд Гибс от Кънектикът също бил работил върху този проблем в труда си от 1901 г. Елементарни принципи на статистическата механика.</p> <p>По това време се влюбил и в една състудентка &mdash; унгарка на име Милева Марич. През 1901 г. им се ражда извънбрачно дете &mdash; дъщеря, която дискретно е дадена за осиновяване. Айнщайн никога не вижда детето си. Две години по-късно той и Марич се оженват. По време на тези две събития през 1902 г. Айнщайн постъпва на работа в Швейцарската патентна служба, където работи през следващите седем години. Работата му харесвала: била достатъчно предизвикателна да привлече вниманието му, но не толкова предизвикателна, че да отклони интереса му от физиката. В тази обстановка през 1905 г. създава специалната теория за относителността.</p> <p>Върху електродинамиката на движещите се тела е един от най-забележителните трудове, публикувани някога, от гледна точка на това, как е представен, и на това, което изследва. Няма нито бележки под линия, нито цитати, не включва почти никаква математика, не споменава никакъв друг труд, който да е оказал влияние, и споменава за помощта на само една личност, колега в патентната служба на име Мишел Бесо. Както пише Ч. П. Сноу, &bdquo;като че ли Айнщайн е достигнал до тези изводи само по мисловен път, без ничия помощ без да се осланя на мнението на другиго. Изненадващо е, че до голяма степен, точно това и бил направил.&ldquo;</p> <p>Забележителното уравнение Е = mc&sup2; не било включено в този труд, а било публикувано в кратко приложение, отпечатано след няколко месеца. Както може да си спомняте от ученическите години, в това уравнение Е е енергията, m &mdash; масата, а с&sup2; &mdash; скоростта на светлината на квадрат.</p> <p>Най-просто казано, според уравнението между масата и енергията съществува точна зависимост. Те са две форми на едно и също нещо: енергията е освободена материя; материята е енергия в очакване да се прояви като такава. Тъй като с&sup2; (скоростта на светлината се умножава на себе си) е действително голямо число, това, което казва уравнението, е, че има огромно количество &mdash; наистина огромно количество &mdash; от енергия във всяко материално нещо.[4]</p> <p>Може и да не се чувствате изключително як, но ако сте среден по размер възрастен, скромното ви тяло ще съдържа не по-малко от 7&times;10 на степен 18 джаула потенциална енергия &mdash; достатъчно, за да експлодира със силата на 30 много големи водородни бомби, ако се приеме, че знаете как да я освободите и искате да го направите. Такава енергия се съдържа вътре във всичко. Просто не сме много добри в това да я освобождаваме. Дори една уранова бомба &mdash; най-енергийното нещо което засега сме създали &mdash; освобождава по-малко от 1% от енергията, която би могла да се освободи от нея, ако бяхме малко по-умели. Освен всичко друго, теорията на Айнщайн обяснява как радиацията действа: как парче уран може да излъчва постоянни потоци от високочестотна енергия, без да се стопи като къс лед. (Може да го направи, като превърне масата си в енергия по изключително ефикасен начин &agrave; la Е=mc&sup2;.) Обяснява как звездите могат да горят милиарди години, без да им свършва горивото. (Същото, както по-горе.) С един замах, в една проста формула Айнщайн дарява геолозите и астрономите с лукса на милиарди години. И най-вече, специалната теория показва, че скоростта на светлината е постоянна и най-голямата стойност за скорост. Нищо не може да я надмине. Хвърля светлина (не се цели игра на думи) върху истинската същност на разбирането ни за вселената. Не случайно разрешава също проблема, свързан с етера, като става ясно, че той не съществува. Айнщайн ни дава вселена, която не се нуждае от него.</p> <p>Физиците по правило не отдават голямо внимание на твърденията на швейцарски патентни чиновници, така че въпреки изобилието от полезни открития трудовете на Айнщайн не привлекли голямо внимание. След като разрешил няколко от най-големите загадки на вселената, Айнщайн се кандидатирал за пост на университетски преподавател и кандидатурата му била отхвърлена, кандидатствал и за гимназиален учител, но и там не го приели. Така че отново започнал да работи като експерт трета степен, но, разбира се, продължил да размишлява. Крайният резултат над това, което размишлявал, бил все още много далеч.</p> <p></p> <p>Когато поетът Пол Валери веднъж попитал Айнщайн дали има тетрадка, в която да си записва идеите, Айнщайн го погледнал леко учуден. &bdquo;О, това не е необходимо&ldquo; &mdash; отговорил той. &mdash; &bdquo;Толкова рядко имам такава.&ldquo; Не е нужно да изтъквам, че когато имал такава, била много добра. Следващата идея била една от най-великите, които някой някога е имал &mdash; наистина най-великата според Бурз, Моц и Уивър в тяхната съдържателна история на науката за атома. &bdquo;Сътворена от един единствен ум&ldquo; &mdash; пишат те &mdash; &bdquo;несъмнено това е най-великото интелектуално постижение на човечеството&ldquo; &mdash; което, разбира се, е най-добрият комплимент, който може да бъде направен.</p> <p>Понякога се пише, че около 1907 г. Алберт Айнщайн видял работник да пада от покрив и започнал да мисли за гравитацията. Уви, както много други истории, тази изглежда съмнителна. Според самия Айнщайн, просто си седял в един стол, когато проблемът за гравитацията му дошъл наум.</p> <p>Всъщност това, което дошло наум на Айнщайн, било повече изходната точка на решението на проблема за гравитацията, тъй като осъзнавал от самото начало, че нещото, което липсвало в специалната теория, било гравитацията. &bdquo;Специалното&ldquo; на специалната теория е, че се занимавала с тела, движещи се главно в безпрепятствено състояние. Но какво се случва, когато едно тяло в движение &mdash; светлината най-вече &mdash; срещне препятствие &mdash; такова като гравитацията. Това е въпрос, който занимавал Айнщайн през по-голямата част от следващото десетилетие и през 1917 г. той публикувал материал, наречен Космологически въпроси върху Общата теория на относителността. Специалната теория на относителността от 1905 г. е задълбочен и важен труд, но както Ч. П. Сноу веднъж отбелязал, ако Айнщайн не бил го създал тогава, то някой друг щял да го направи, навярно в рамките на следващите пет години; това било идея, която чакала да бъде открита. Но общата теория била нещо съвсем друго. &bdquo;Без нея&ldquo; &mdash; пише Сноу през 1979 г. &mdash; &bdquo;много е вероятно днес все още да сме в очакване на теорията.&ldquo;</p> <p>С пурата си, добросърдечен и скромен, с щръкнала коса, Айнщайн бил твърде блестяща личност, за да остане трайно в сянка, и през 1919 г., когато войната вече е приключила, светът изведнъж го забелязал. Почти веднага теориите му на относителността си създали репутацията на абсолютно неразбираеми за обикновените хора. Положението не се подобрило, както Дейвид Боданис изтъква в изключителната си книга Е=mc&sup2;, когато Ню Йорк Таймс решил да напише материал и &mdash; по причини, които не спират да ни учудват &mdash; изпратили кореспондента си по голф, някой си Хенри Крауч, да вземе интервюто.</p> <p>Това били дълбоки води за Крауч и той объркал всичко. Една от грешките в репортажа му, които имали по-трайно значение, е, че Айнщайн е намерил издател, осмелил се да издаде книга, която само дванайсет души &bdquo;в целия свят щели да разберат&ldquo;. Нямало такава книга, нямало такъв издател, нито пък такъв кръг от учени, но това веднага се възприело. Скоро в общественото съзнание броят на хората, които можели да схванат относителността, бил намален още повече и трябва да се каже, че научните среди не направили много, за да разрушат този мит.</p> <p>Когато един журналист попитал британския астроном сър Артър Едингтън дали е вярно, че е един от само тримата души в света, които могат да разберат айнщайновите теории на относителността, Едингтън се замислил за момент и отговорил: &bdquo;Опитвам се да се сетя, кой е третият човек.&ldquo; Всъщност проблемът с относителността не е, че включвала много диференциални уравнения, Лоренцовата трансформация и друга сложна математика (макар че наистина включвала, дори и на Айнщайн му била нужна помощ за някои от тях), но просто била изключително неинтуитивна.</p> <p>Същността на относителността е, че пространството и времето не са абсолютни, а относителни спрямо наблюдателя и спрямо обекта, който се наблюдава, и колкото по-бързо човек се движи, толкова по-ясно изразени стават тези ефекти. Никога не можем да достигнем скоростта на светлината и колкото повече се опитваме (и по-бързо се движим), ще се получава все по-голямо изкривяване спрямо външния наблюдател.</p> <p>Почти веднага популяризаторите на науката се опитали да направят тези понятия разбираеми за обикновените хора. Един от по-успешните опити, поне в комерсиален план, било изданието АБВ на относителността от Бетран Ръсел, математик и философ. В него Ръсел използва сравнение, което оттогава се е използвало многократно. Той кара читателя да си представи влак, дълъг сто метра, движещ се с 60% от скоростта на светлината. За този, който стои на перона и гледа как той отминава, ще изглежда, че влакът е само осемдесет метра дълъг и всичко в него ще е компресирано по същия начин. Ако можем да чуем пътниците в него да говорят, гласовете им ще са слети и неясни като плоча, която е пусната да свири на по-бавни обороти, а движенията им ще изглеждат забавени по подобен начин. Дори часовниците във влака ще изглеждат, че се движат с четири-пети от нормалната си скорост.</p> <p>Обаче &mdash; и това най-същественото и най-странното на пръв поглед &mdash; хората във влака няма да осъзнават това изкривяване. За тях всичко във влака ще изглежда съвсем нормално, а ние на перона ще им изглеждаме странно компресирани и в забавено движение. Всичко ще е свързано с положението ни спрямо движещия се обект.</p> <p>Този ефект в действителност се проявява всеки път, когато се движите. Прелетете над Съединените щати и ще слезете от самолета една квинтилионна (10 на степен &ndash;18) от секундата, или горе-долу толкова, по-млади, от тези, с които сте били преди това. Дори и като прекосите стаята, съвсем леко ще промените собственото си чувство спрямо времето и пространството. Изчислено е, че ако се хвърли бейзболна топка, която лети със 150 километра в час, масата й ще се увеличи с 0,000000000002 грама, докато стигне гумената плоча, бележеща мястото на батсмана. Така че ефектите на относителността са реални и са измерими. Проблемът е, че такива промени са изключително малки, за да ни се отразят въобще. Но за други неща във вселената светлината, гравитацията, самата вселена &mdash; те са съществени.</p> <p>Така че, ако идеите на относителността са странни, то е само защото не изпитваме този вид взаимодействие в нормалния живот. Обаче, за да се върнем отново към Боданис, обикновено се сблъскваме с друг вид относителност &mdash; например по отношение на звука. Ако сме в парка и някой свири неприятна музика, знаем, че ако се отдалечим, музиката ще се чува по-тихо. Това не е защото тя свири по-тихо разбира се, а просто защото положението ни спрямо нея се е променило. По същия начин за нещо, което е твърде малко и бавно &mdash; като охлюв да речем &mdash; идеята, че една и съща музика от грамофон може да звучи с различна сила за двама наблюдатели, навярно ще изглежда невероятно.</p> <p>От всички идеи в общата теория на относителността най-предизвикателната и неинтуитивна е идеята, че времето е част от пространството. Инстинктът ни е да смятаме времето като вечно, абсолютно, неизменно &mdash; нищо не може да наруши постоянното му тиктакане. Всъщност, според Айнщайн, времето е с променлива величина и винаги се изменя. Дори има форма. Обвързано е (&bdquo;неразрурушимо взаимосвързано&ldquo; по думите на Стивън Хокинг) с трите измерения на пространството в едно особено измерение, известно като пространство-време.</p> <p>Пространство-времето обикновено се обяснява, като се опитаме да си представим нещо плоско, но гъвкаво &mdash; да кажем матрак или опънат гумен дюшек &mdash; на който се намира тежък кръгъл предмет като желязна топка. Тежестта на желязната топка кара материала, върху който се намира, да се изпъва и леко да хлътва. Това е в общи линии аналогично на ефекта, който един масивен обект като Слънцето (желязната топка) има върху пространство-времето (материала): разтяга го, извива го и го деформира. Сега, ако търкулнем по-малка топка по повърхността, тя ще се опита да се движи по права линия, както е според законите за движението на Нютон, но когато се доближи до масивния обект и наклона на хлътналата тъкан, се търкулва надолу, и бива неизбежно привлечена към по-масивния обект. Това е гравитацията &mdash; продукт на изкривяване на пространство-времето.</p> <p>Всеки обект, който има маса, създава малка &bdquo;падина&ldquo; в тъканта на космоса. Така че вселената, както го казва Денис Оувърбай, &bdquo;представлява последната за момента форма на хлътналия дюшек.&ldquo; Гравитацията според това схващане вече не е толкова субект, колкото резултат &mdash; &bdquo;не е сила, а е вторичен продукт от изкривяване на пространство-времето&ldquo; &mdash; по думите на физика Мичио Каку, който продължава: &bdquo;В определен смисъл гравитацията не съществува; това, което движи планетите и звездите, е изкривяване на пространството и времето.&ldquo;</p> <p>Разбира се, аналогията на хлътналия дюшек свършва дотук, защото не включва ефекта на времето. Но мозъците ни възприемат само единствено дотук, защото е почти невъзможно да си представим измерение, съдържащо три части пространство, свързани към една част време &mdash; всичките взаимообвързани като вплетени нишки на кариран плат. Във всеки случай смятам, че всички ще се съгласят &mdash; това е една страшно голяма идея на млад мъж, който гледа през прозореца на патентен офис в столицата на Швейцария.</p> <p></p> <p>Освен всичко друго, общата теория на относителността показала, че вселената или трябва да се разширява, или да се свива. Но Айнщайн не бил космолог и приел преобладаващото схващане, че вселената е фиксирана и вечна. Малко или повече импулсивно, включил в уравненията си нещо, наречено космологична константна, която произволно уравновесява ефектите на гравитацията, служейки като вид математически бутон за пауза. Книгите за история на науката винаги прощават на Айнщайн този пропуск, но всъщност това било доста неприятна част от научната му дейност и той го знаел. Нарекъл го &bdquo;най-глупавата грешка в живота ми.&ldquo;</p> <p>По стечение на обстоятелствата по времето, когато Айнщайн включвал космологичната константа в теорията си, в Лоуелската обсерватория в Аризона астроном с бодрото междугалактическо име Весто Слайфър (който всъщност бил от Индиана) измервал със спектограф далечните звезди, откривайки, че те навярно се отдалечават от нас. Вселената не била статична. Звездите, които Слайфър гледал, показвали очевидни признаци на Доплеров ефект[5] &mdash; същия механизъм, който стои зад отчетливо провлаченото йее-ъъммм, което колите издават, когато профучават по състезателната писта. Феноменът се отнася също до светлината и в случая с отдалечаващите се галактики е известен като червеното отместване (тъй като светлината, която се отдалечава от нас, се премества към червения край на спектъра, а приближаващата се светлина се отмества към синия край).</p> <p>Слайфър бил първият, който забелязал този ефект при светлината и осъзнал потенциалното му значение за разбирането на движенията в космоса. За жалост, никой не му обърнал голямо внимание. Лоуелската обсерватория, трябва да си спомним, била малко странна благодарение на идеята фикс, която имал Пърсивъл Лоуел по отношение на марсианските канали &mdash; това през 1910-те я направили във всяко отношение аванпост на астрономическите търсения. Слайфър не знаел за теорията на относителността на Айнщайн и светът също така не знаел за Слайфър. Така че откритията му не оказали никакво влияние.</p> <p>Вместо това със слава щял да се увенчае преливащият с егото си Едуин Хъбъл. Хъбъл е роден през 1889 г., десет години след Айнщайн, в малък град в щата Мисури, на края на Озаркс, и израснал там и после в Уитън, Илиной &mdash; едно от предградията на Чикаго. Баща му бил висш служител в застрахователния бизнес, така че животът му винаги бил добре осигурен, а Едуин се радвал и на физически дадености. Бил силен и надарен атлет, чаровен, умен и изключително привлекателен &mdash; &bdquo;толкова красив, че чак било прекалено&ldquo;, според описанието на Уилям Х. Кропър, а по думите на друг почитател бил &bdquo;Адонис&ldquo;. Според собствените му думи, успял да изпълни живота си с повече или по-малко постоянни дела на храброст &mdash; спасявал давещи се плувци, водел уплашени мъже на безопасно място по бойните полета на Франция, засрамвал световни борци с нокдаун по време на приятелски турове по борба. Всичко било твърде хубаво, за да е вярно. Но така било. При всичките си дарби Хъбъл също бил и непоправим лъжец.</p> <p>Било повече и от странно, тъй като животът на Хъбъл от ранна възраст бил наситен с толкова отличия, че понякога изключителността им била абсурдна. Само по време на едно първенство в гимназията през 1906 г. спечелил овчарския скок, тласкането на гюле, хвърлянето на диск, скока от място, дългия скок със засилване и бил в печелившия щафетен отбор &mdash; това прави седем спечелени първи места по време на една среща. В същата година постигнал национален рекорд по дълъг скок в щата Илиной.</p> <p>Като учен бил също толкова добър и нямал проблеми с това да бъде приет да учи физика и астрономия в Чикагския университет (където по случайност департаментът се оглавявал от Албърт Микелсън). Там бил избран да бъде един от първите стипендианти &bdquo;Роудс&ldquo; в Оксфорд. Трите години живот в Англия явно му завъртели главата, тъй като когато се върнал в Уитън през 1913 г., носел къса пелерина, пушел пури и придобил странен и натруфен акцент &mdash; не съвсем, но почти британски, който му останал за цял живот. Въпреки че по-късно твърдял, че прекарал повечето от второто десетилетие, практикувайки право в Кентъки, всъщност работел като гимназиален учител и треньор по баскетбол в Ню Олбани, Индиана, преди със закъснение да получи доктората си и да прекара кратко време в армията. (Пристигнал във Франция един месец преди сключването на примирие и почти със сигурност никога не бил чул и един вражески изстрел.)</p> <p>През 1919 г., вече на трийсет години, се преместил в Калифорния и започнал работа в обсерваторията Маунт Уилсън близо до Лос Анджелис. Бързо и доста неочаквано станал най-изключителният астроном на двайсети век.</p> <p>Заслужава си да направим пауза за момент и да помислим колко малко се знаело за космоса по това време. Днес астрономите смятат, че навярно има 140 милиарда галактики във видимата вселена. Това е огромно число, много по-голямо отколкото споменаването му ще помогне да си представим. Ако галактиките бяха замразени грахови зърна, щяха да са достатъчни, за да напълним една голяма аудитория &mdash; да кажем старата Бостън Гардън или пък Роял Албърт Хол. (Астрофизик на име Брюс Грегори всъщност го е изчислил.) През 1919 г., когато Хъбъл за първи път погледнал през окуляра, галактиките, които ни били известни, били точно само една: Млечният път. Всичко останало се смятало или за част от самия Млечен път, или едно от много далечните, периферни газови образувания. Хъбъл бързо демонстрирал колко погрешно било това схващане.</p> <p>През следващото десетилетие Хъбъл се занимавал с два от най-фундаменталните въпроси на вселената: на колко години е и колко е голяма? За да се отговори и на двата е нужно да се знаят две неща &mdash; колко далече са определени галактики и колко бързо се отдалечават от нас (това, което е известно като рецесионна скорост). Червеното отместване дава скоростта, с която галактиките се отдалечават, обаче не ни казва, колко са далече. За това са ни нужни така наречените &bdquo;стандартни свещи&ldquo; &mdash; звезди, чиято яркост може да бъде надеждно изчислена и използвана като мярка за измерване на яркостта (и оттук на относителното разстояние) на други звезди.</p> <p>Късметът на Хъбъл бил да се появи скоро след като една изобретателна жена на име Хенриета Суон Левит измислила начин това да се извърши. Левит работела в обсерваторията Харвард Колидж като изчислител, както били известни тогава работещите на този пост. Изчислителите прекарвали живота си в изследване на фотографски плаки и правене на изчисления &mdash; оттук и името. По друг начин казано, си било направо робски труд, но това било най-многото, до което една жена можела да се добере в истинската астрономия в Харвард &mdash; или където и да било другаде &mdash; по това време. Колкото и нечестна да била системата, тя имала определени неочаквани предимства: означавала, че половината от най-големите умове, които съществували, се занимавали с работа, която иначе не би привлякла много внимание, за да бъде извършвана, и давала възможност на жените да оценяват фината структура на космоса, което често убягвало на техните колеги от мъжки пол.</p> <p>Анни Джъмп Канън, работейки като изчислител в Харвард, използвала постоянното си занимание със звездите, за да състави толкова практична система за класификация на звездите, че още се прилага и днес. Приносът на Левит бил още по-голям. Тя забелязала, че вид звезда, известна като променлива Цефеида (наречена на съзвездието Цефеиди, където за първи път била идентифицирана), пулсирала с редовен ритъм &mdash; вид звездно туптене. Цефеидите са съвсем редки, но поне една е добре известна на повечето от нас &mdash; Полярната звезда е Цефеида.</p> <p>Знаем, че Цефеидите пулсират така, защото са стари звезди, отминали своята &bdquo;главна фаза&ldquo;, както казват астрономите, и станали червени гиганти. Химията на червените гиганти е малко тежка материя за целите ни тук (нужно е познаване на свойствата на йонизираните хелиеви атоми, както и много други неща), но, казано просто, те изгарят остатъчното си гориво по начин, който създава много ритмична и сигурна последователност от блясване и затъмнение. Геният на Левит се състоял в това да осъзнае, че като се сравняват относителните големини на Цефеиди в различни точки на небето, може да се определи какви са разстоянията им една спрямо друга. Така те можели да се използват като &bdquo;стандартни свещи&ldquo; &mdash; термин, който тя създала и който все още се използва повсеместно. Методът давал само относителни, но не и абсолютни разстояния, но дори и така, за първи път някой предлагал по-приложим начин да се измерва едромащабната вселена.</p> <p>(Само за да оценим истинските заслуги за тези прозрения, вероятно е нужно да отбележим, че по това време Левит и Канон правят предположения за фундаменталните свойства на космоса въз основа на замъглени петна на фотографските плаки. Харвардският астроном Уилям Х. Пикеринг, който, разбира се, можел да прави наблюдения чрез първокласен телескоп колкото често си иска, развивал теорията си, че тъмните петна на Луната били предизвикани от рояк сезонно мигриращи насекоми.)</p> <p>Съчетавайки космическия аршин на Левит с лесните за използване червени отмествания на Весто Слайфър, Едуин Хъбъл започнал да измерва определени точки в пространството по нов начин. През 1923 г. той показал, че образувание от далечен фин материал в съзвездието Андромеда, известно като M31, не било въобще газов облак, а блестящи звезди, образуващи галактика с размери 100 хиляди светлинни години и на разстояние от нас най-малко 900 хиляди светлинни години. Вселената била по-огромна &mdash; много по-огромна, отколкото някой въобще е предполагал. През 1924 г. Хъбъл написал епохалния труд Цефеидите в спиралните мъглявини (В оригиналното заглавие е използвана латинската дума nebulae &mdash; облаци, която била думата му за галактиките), показвайки, че вселената се състояла не само от Млечния път, но и от много независими галактики &mdash; &bdquo;островни вселени&ldquo; &mdash; много от тях по-големи от Млечния път и много по-далечни.</p> <p>Това откритие само по себе си щяло да осигури репутацията на Хъбъл, но той насочил вниманието си в решаване на проблема колко по-голяма е цялата вселена и направил едно още по-забележително откритие. Хъбъл започнал да измерва спектъра на далечните галактики &mdash; това, което Слайфър бил започнал в Аризона. Като използвал новия два и половина-метров телескоп Хукър в Маунт Уилсън и някои умни предположения, изчислил, че всички галактики на небето (освен нашия местен куп) се отдалечават от нас. Нещо повече, скоростта на отдалечаване и разстоянието до тях били точно пропорционални: колкото по-далече била галактиката, толкова по-бързо се движела.</p> <p>Това било наистина изумително. Вселената се разширявала бързо и равномерно във всички посоки. Не било нужно много въображение, за да се тръгне оттам назад и да се осъзнае, че следователно всичко трябва да е започнало от някаква централна точка. Освен че се оказало, че вселената не била стабилна, фиксирана, вечна пустота, каквато всички винаги си представяли, а отгоре на това тя имала начало. Следователно трябвало да има и край.</p> <p>Чудно е, както Стивън Хокинг отбелязва, че на никой не му било хрумнало за разширяващата се вселена преди това. Една статична вселена, както би трябвало да бъде ясно на Нютон и на всеки мислещ астроном преди това, щяла да рухне върху себе си. Съществувал още и проблемът, че ако звездите горят безкрайно в статична вселена, щели да направят всичко невероятно горещо &mdash; наистина твърде горещо за такива като нас. Една разширяваща се вселена решавала всичко с един замах.</p> <p>Хъбъл бил много по-добър наблюдател, отколкото мислител, и не оценил веднага цялостните последици от Общата теория на относителността на Айнщайн. Това наистина било забележително, имайки предвид, че Айнщайн и теорията му били вече световно известни. Нещо повече, през 1929 г. Албърт Микелсън, който вече не бил в най-активните си години &mdash; приел пост в Маунт Уилсън да измерва скоростта на светлината с надеждния си интерферометър, със сигурност трябва да му е споменал приложимостта на айнщайновата теория спрямо собствените му открития.</p> <p>Във всеки случай Хъбъл не успял да се възползва, когато имал шанс. Това останало за белгийския свещеник и учен (с докторат от Масачузетския технологичен институт) на име Жорж Леметр, който обединил двете течения в собствената си &bdquo;теория на фойерверка&ldquo;. Според тази теория вселената започнала като геометрична точка &mdash; &bdquo;праисторически атом&ldquo;, който избухнал славно и оттогава се раздалечава. Това е идея, която много добре предшествала модерното схващане за Големия взрив, но била толкова изпреварила времето си, че Леметр рядко получава повече от едно-две изречения, както сме му отредили тук. На света щели да му бъдат нужни още десетилетия и случайното откритие на космическото фоново лъчение от Пензиас и Уилсън, пораждащо свистящия звук на тяхната антена в Ню Джърси, преди Големият взрив да започне да се превръща от интересна идея в утвърдена теория.</p> <p>Нито Хъбъл, нито Айнщайн щели да имат значително участие в тази голяма история. Въпреки че никой нямало да предугади този взрив тогава, и двамата мъже били направили за това достатъчно много.</p> <p>През 1936 г. Хъбъл написал популярната книга, наречена Царството на мъглявините, която обяснявала в ласкателен стил собствените му постижения. В нея най-накрая той показвал, че се е запознал с теорията на Айнщайн &mdash; донякъде и го сторил: отделил й четири страници от около двеста.</p> <p>Хъбъл умира от инфаркт през 1953 г. Една малка странност го очаквала. По причини, мистериозно завоалирани, жена му отказала да има погребение и никога не разкрила какво направила с тялото му. Половин век по-късно си остава загадка къде се намират останките на най-големия астроном на века. За възпоменание трябва да гледаме към небето и Космическия телескоп Хъбъл, изстрелян през 1990 г. и наречен в негова чест.</p> <p>Бележки<br />[1] По-конкретно ентропията е мярка за степента на случайността или безпорядъка в една система. Дарел Ебинг в учебника Обща химия предлага един ефективен начин да мислим за явленията като за тесте карти за игра. Може да се каже, че едно ново тесте, току-що извадено от кутията, подредено по бои и стойности на картите от асо до поп, е в състояние на порядък. Ако се разбъркат картите, те вече са в състояние на безпорядък. Ентропията е величина за измерване на съществуващия безпорядък и за определяне на вероятността от постигане на определени резултати с още размествания. Разбира се, ако човек иска да публикува наблюденията си в респектиращо списание, трябва да познава още понятия като нерегулярност, решетъчно разстояние и стехиометрични връзки но това е в общи линии идеята. &uarr;</p> <p>[2] Планк често нямал късмет през живота си. Обичаната му съпруга починала рано, през 1909 г., а по-малкият от двамата му синове бил убит през Първата световна война. Имал и две дъщери близначки, които боготворял. Едната от тях умира при раждане. Другата близначка започнала да се грижи за бебето и се влюбила в съпруга на сестра си. Оженили се, но две години по-късно и тя умира при раждане. През 1944 г., когато Планк бил на осемдесет и пет, бомба на Съюзниците паднала върху къщата му и той изгубил всичко &mdash; трудове, дневници, всичко, което бил събрал през живота си. На следващата година оцелелият му син бил хванат в конспирация, целяща да убие Хитлер, и бил екзекутиран. &uarr;</p> <p>[3] Айнщайн бил удостоен, някак си неясно, &bdquo;за заслуги в областта на теоретичната физика.&ldquo; Трябвало да чака 16 години, до 1921 г., за да получи наградата един доста дълъг период, като се вземе всичко предвид, но това било нищо в сравнение със случая на Фредерик Рейнс, който засича неутриното през 1957 г., но става Нобелов лауреат едва през 1995 г., 38 години по-късно, или пък на германеца Ернст Руска, който изобретява електронния микроскоп през 1932 г., а получава Нобелова награда през 1986 г., повече от половин век след събитието. Тъй като Нобеловите награди никога не се присъждат посмъртно, дълголетието може да е толкова важен фактор, колкото и изобретателността на лауреатите. &uarr;</p> <p>[4] Как с става символ за скоростта на светлината е малка загадка, но Дави Боданис предполага, че произлиза от латинското celeritas, което означава бързина. Тогавашният том на речника Oxford English Dictionary, съставен десетилетие преди теорията на Айнщайн, включва много неща, означени със с &mdash; carbon (въглерод), cricket (крикет), но не се споменава като символ за светлина скорост. &uarr;</p> <p>[5] Наречен на Йохан Кристиан Доплер &mdash; австрийски физик, който първи забелязва този ефект през 1842 г. Накратко, става въпрос за това, че докато движещ се обект се приближава до стационарен, звуковите вълни от него се събират и се струпват в който и да уред, който ги лови (например ушите ни) точно както може да се очаква, когато нещо бива блъснато отзад към неподвижен обект. Това струпване се чува от слушателя като писклив повишаващ се звук (йее). Когато източникът на звука преминава, звуковите вълни се разпръскват и удължават, така че се възприема рязко понижаващ се звук (ъъмм).</p> <p>Когато деветнайсети век бил към края си, учените със задоволство можели да отбележат, че са установили повечето от загадките в света на физиката: електричеството, магнетизма, газовете, оптиката, акустиката, кинетиката и статистическата механика, които са само част от многото, които могат да бъдат изредени. Открили рентгеновите лъчи, катодните лъчи, електрона и радиоактивността, измислили мерните единици &mdash; ом, ват, келвин, джаул, ампер и малкия ерг.</p> <p>Ако нещо е можело да бъде осцилирано, ускорено, пертурбирано, дестилирано, комбинирано, премерено или превърнато в газ, учените го били направили, като в процеса на работа измислили съвкупност от универсални закони, които са толкова важни и величествени, че някои още ги изписват с главни букви: Теория за електромагнитната същност на светлината, Закон на Рихтер за обратната пропорционалност, Закон на Чарлз за газовете, Закон за съединяващите се обеми, Нулев закон на термодинамиката, Теория за валентността и Закон за действие на масите, както и безброй други. Изобретателността им довела до дрънченето и пуфкането на машини и инструменти в целия свят. Мнозина мъдри хора вярвали, че нямало какво още да бъде открито от науката.</p> <p>През 1875 г., когато един млад германец от Кил на име Макс Планк взимал решение дали да посвети живота си на математиката или на физиката, най-чистосърдечно бил приканван да не избира физиката, тъй като всичките открития били направени. Уверяван бил, че настъпващият век ще бъде век на затвърдяване и усъвършенстване на направеното, а не на революционни промени. Планк не ги послушал. Изучавал теоретична физика и отдал цялата си душа и енергия в изследване на ентропията &mdash; процес, който е централен за термодинамиката и многообещаващ за амбициите на един млад човек.[1] През 1891 г. постигнал резултати и с ужас научил, че важни изследвания в областта на ентропията вече били направени, в случая от един саможив учен от Йейлския университет на име Д. Уилард Гибс.</p> <p>Навярно Гибс е най-гениалната личност, за която почти никой не бил чувал. Толкова бил скромен, сякаш бил невидим, прекарал фактически целия си живот, освен три години следване в Европа, в рамките на квартал между две пресечки, граничещи с къщата му и района на Йейлския университет в Ню Хейвън, Кънектикът. През първите десет години в Йейл дори не си направил труда да си получи заплатата. (Притежавал други финансови средства.) От 1871 г., когато станал професор в университета, до смъртта му през 1903 г. на курсовете му присъствали средно малко повече от един студент на семестър. Публикациите му били трудни за четене и използвали негова собствена система от означения, неразбираема за мнозина. Но дълбоко сред мистериозните му формулировки се криели изключително гениални прозрения.</p> <p>През 1875&ndash;78 г. Гибс написал серия от работи под общото заглавие За равновесието на хетерогенните вещества, където бляскаво разяснява принципите на термодинамиката на, да кажем, почти всичко &mdash; &bdquo;газове, смеси, повърхности, твърди тела, фазови промени&hellip; химични реакции, електрохимични клетки, утаяване и осмоза&ldquo;, ако цитираме Уилям Х. Кропър. Фактически Гибс показва, че термодинамиката не се отнася просто за топлината и енергията на ниво голям и шумен парников двигател, а че също присъства и действа на атомно ниво в химичните реакции. Трудът За равновесието на Гибс бил наречен Принципите на термодинамиката, но по необясними причини той избрал да публикува тези епохални наблюдения в Трудове на Кънектикътската академия на изкуствата и науката &mdash; периодично издание, което не било особено известно дори в Кънектикът, ето защо Планк чул за него, когато вече било късно.</p> <p>Без да е обезсърчен &mdash; навярно все пак бил малко обезсърчен &mdash; Планк се насочил към други неща.[2] Самите ние ще насочим вниманието си към тях, но първо трябва да направим незначително (но важно!) отклонение и да отидем в Кливланд, Охайо, и в Школата по приложни науки &bdquo;Кейз&ldquo;. Там, през 1880-те, физик на средна възраст на име Албърт Микелсън, с помощта на своя приятел химика Едуард Морли, се бил заел със серия от експерименти, които довели до странни и заинтригуващи резултати, и които щели да окажат голямо влияние върху всичко, което последвало.</p> <p>Това, което Микелсън и Морли направили, всъщност без да искат, е да подкопаят едно отдавна поддържано схващане относно нещо, наречено светлоносен етер &mdash; стабилна, невидима, безтегловна, без триене и за жалост абсолютно въображаема среда, за която се смятало, че се разпростира из вселената. Измислен от Декарт, възприет от Нютон и почитан от всички дотогава, етерът имал абсолютно централна позиция във физиката от деветнайсети век като начин да се обясни как се движи светлината през пустотата на пространството. Особено нужен бил етерът през 1800-те, тъй като светлината и електромагнетизмът се възприемали като вълни, което означава видове трептения. Тези трептения трябвало да бъдат в нещо; и оттук нуждата от етер, а и така дълго продължилата привързаност към него. Дори и през 1909 г. великият британски физик Дж. Дж. Томсън твърдял настойчиво: &bdquo;Етерът не е фантастично творение, хипотеза на философ; етерът е толкова важен за нас, колкото и въздухът, който дишаме&ldquo; &mdash; и това повече от четири години, след като по доста необорим начин било установено, че той не съществува. Накратко, хората били наистина привързани към етера.</p> <p>Ако трябва да се илюстрира идеята, че през деветнайсети век Америка е място на неограничените възможности, по-добър пример от този за Албърт Микелсън не може да се намери. Роден през 1852 г. на немско-полската граница в семейство на бедни евреи търговци, той пристига в Америка като дете и израства в миньорски лагер в обхванатата от треска за злато Калифорния, където баща му въртял бизнес със сушени плодове. Тъй като бил твърде беден, за да постъпи в колеж, отишъл във Вашингтон и взел да се мотае пред предния вход на Белия дом, за да може да среща &bdquo;случайно&ldquo; президента Юлисис С. Грант, когато той се появи за ежедневната си разходка (Очевидно е, че онези времена са били по-сигурни за президентите.) По време на тези разходки Микелсън толкова се сближил с президента, че Грант обещал да му осигури вакантно място в Американската военноморска академия. Именно там Микелсън изучил физиката.</p> <p>Десет години по-късно, вече професор в школата &bdquo;Кейз&ldquo; в Кливланд, Микелсън се опитал да направи измерване на нещо, наречено етерно течение &mdash; вид вятър, образуван от движещи се обекти, докато се носят из пространството. Едно от предвижданията на нютоновата физика било, че скоростта на светлината, докато прекосява етера, ще варира в зависимост от наблюдателя &mdash; дали той се движи към източника на светлината или се отдалечава от нея, но никой не бил измислил начин, как това да се измери. На Микелсън му хрумнало, че през половината година Земята се движи към Слънцето, а през другата половина се отдалечава от него, като разсъждавал, че ако се направят внимателно изчисления в противоположни сезони и се сравни времето на движение на светлината в тях, ще получим отговора.</p> <p>Микелсън придумал Алекзандър Греъм Бел, новозабогатял изобретател на телефона, да му осигури средства за построяване на прецизен уред, наречен интерферометър, с който да се измерва с голяма точност скоростта на светлинната. След това с помощта на гениалния, но мрачен Морли, през следващите години Микелсън се впуснал в точни измервания. Работата изисквала прецизност и била изтощителна, като за известно време трябвало да бъде преустановена поради краткото, но пълно нервно разстройство на Микелсън. Все пак през 1887 г. вече имали резултати. Те въобще не били такива, каквито двамата учени очаквали да получат.</p> <p>Както пише астрофизикът от Калифорнийския технологичен институт Кил С. Торн: &bdquo;Скоростта на светлината се оказала еднаква във всички посоки и през всички сезони.&ldquo; Бил първият намек от двеста години &mdash; фактически точно двеста години &mdash; че законите на Нютон вероятно не са валидни за всичко и навсякъде. Откритието на Микелсън и Морли станало, по думите на Уилям Х. Кропър &mdash; &bdquo;навярно най-известният отрицателен резултат в историята на физиката.&ldquo; За този труд Микелсън получава Нобелова награда за физика &mdash; първият американец, отличен с тази награда &mdash; но едва след двайсет години. Междувременно експериментите Микелсън-Морли щели да кръжат във въздуха като мирис на старо, останали на заден план в научното мислене.</p> <p>Забележително е, че въпреки откритията си, когато започнал новият век, Микелсън бил сред тези, които вярвали, че науката почти си е свършила работата и &bdquo;само нещичко трябва да се направи тук-там, а някои неща да се изпипат,&ldquo; както пише един автор в Нейчър.</p> <p>Всъщност светът навлизал в един век на науката, в който много от хората нямало да разбират нищо и никой нямало да разбира от всичко. Учените скоро щели да попаднат във водовъртежа на едно царство на частици и античастици, където нещата ту се сътворяват, ту изчезват за периоди от време, в сравнение с които наносекундите изглеждат продължителни и безметежни, и където всичко е странно. Науката навлизала от света на макрофизиката, където обектите можели да бъдат видени, пипнати и измервани, в света на микрофизиката, където събитията се случвали с такава невъобразима бързина, чийто мащаб е извън обсега на въображението. Предстояло ни да навлезем в квантовия век и този, който първи щял да открехне вратата, бил злочестият до този момент Макс Планк.</p> <p>През 1900 г., вече занимаващ се с теоретична физика в Берлинския университет и достигнал, да кажем, напредналата възраст от 42 години, Планк разкрива тайните на нова &bdquo;квантова теория&ldquo;, която твърди, че енергията не е нещо непрекъснато като течаща вода, а съществува в индивидуални порции, които нарича кванти. Това била нова идея и то добра. В краткосрочен план тя щяла да спомогне да се разреши загадката на експериментите на Микелсън-Морли, тъй като показва, че светлината в края на краищата не е на вълни. В дългосроченплан тази теория щяла да положи основите на цялата съвременна физика. Във всеки случай това бил първият знак, че светът щял да се промени.</p> <p>Но епохалното събитие &mdash; зараждането на новия век &mdash; става през 1905 г., когато в немското списание по физика Годишници по физика се появява поредица от материали, написани от млад швейцарски административен служител, който не работел към университет, нямал достъп до лаборатория и до библиотека, по-голяма от тази на Националната патентна служба в Берн, където работел като технически експерт трета степен. (Молбата му да бъде повишен в технически експерт втора степен била неотдавна отхвърлена.)</p> <p>Името му било Алберт Айнщайн и в тази безметежна година той поместил в Годишници по физика пет материала, от които три, според Ч. П. Сноу, &bdquo;били най-великите в областта на физиката&ldquo; &mdash; единият разглеждал фотоелектричния ефект чрез новата квантова теория на Планк, другият бил върху движението на малки частици, суспендирани в течност (известно като Брауново движение), а последният описвал една специална теория &mdash; теорията на относителността.</p> <p>Първият материал спечелва на автора Нобелова награда и обяснява същността на светлината (и също освен всичко друго спомага да имаме телевизия).[3] Вторият дава доказателства, че атомите наистина съществуват &mdash; факт, който изненадващо бил спорен. Третият просто променя света.</p> <p>Айнщайн е роден през 1879 г. в Улм, Южна Германия, но израснал в Мюнхен. Почти нищо в ранните му години не предвещавало бъдещото му величие. Известно е, че се научил да говори чак на тригодишна възраст. През 1890 г. бизнесът на баща му в електрическия бранш се провалил, семейството му се преместило в Милано, но Алберт, който вече бил юноша, заминал за Швейцария, за да продължи образованието си &mdash; въпреки че първия път го скъсали на приемния изпит за колежа. През 1896 г. се отказал от германското си гражданство, за да избегне военната служба, и се записал на четиригодишен курс в Цюрихския политехнически университет, който бълвал учители по точните науки. Бил умен, но не и изключителен студент.</p> <p>През 1900 г. се дипломирал и след няколко месеца започнал да пише за Годишници по физика. Първият му материал относно физиката на флуидите в сламките за пиене (именно за тях сред всичко останало) се появил в същото издание заедно с квантовата теория на Планк. От 1902 г. до 1904 г. написал серия от материали върху статическата механика, след което разбрал, че тихият и продуктивен Дж. Уилярд Гибс от Кънектикът също бил работил върху този проблем в труда си от 1901 г. Елементарни принципи на статистическата механика.</p> <p>По това време се влюбил и в една състудентка &mdash; унгарка на име Милева Марич. През 1901 г. им се ражда извънбрачно дете &mdash; дъщеря, която дискретно е дадена за осиновяване. Айнщайн никога не вижда детето си. Две години по-късно той и Марич се оженват. По време на тези две събития през 1902 г. Айнщайн постъпва на работа в Швейцарската патентна служба, където работи през следващите седем години. Работата му харесвала: била достатъчно предизвикателна да привлече вниманието му, но не толкова предизвикателна, че да отклони интереса му от физиката. В тази обстановка през 1905 г. създава специалната теория за относителността.</p> <p>Върху електродинамиката на движещите се тела е един от най-забележителните трудове, публикувани някога, от гледна точка на това, как е представен, и на това, което изследва. Няма нито бележки под линия, нито цитати, не включва почти никаква математика, не споменава никакъв друг труд, който да е оказал влияние, и споменава за помощта на само една личност, колега в патентната служба на име Мишел Бесо. Както пише Ч. П. Сноу, &bdquo;като че ли Айнщайн е достигнал до тези изводи само по мисловен път, без ничия помощ без да се осланя на мнението на другиго. Изненадващо е, че до голяма степен, точно това и бил направил.&ldquo;</p> <p>Забележителното уравнение Е = mc&sup2; не било включено в този труд, а било публикувано в кратко приложение, отпечатано след няколко месеца. Както може да си спомняте от ученическите години, в това уравнение Е е енергията, m &mdash; масата, а с&sup2; &mdash; скоростта на светлината на квадрат.</p> <p>Най-просто казано, според уравнението между масата и енергията съществува точна зависимост. Те са две форми на едно и също нещо: енергията е освободена материя; материята е енергия в очакване да се прояви като такава. Тъй като с&sup2; (скоростта на светлината се умножава на себе си) е действително голямо число, това, което казва уравнението, е, че има огромно количество &mdash; наистина огромно количество &mdash; от енергия във всяко материално нещо.[4]</p> <p>Може и да не се чувствате изключително як, но ако сте среден по размер възрастен, скромното ви тяло ще съдържа не по-малко от 7&times;10 на степен 18 джаула потенциална енергия &mdash; достатъчно, за да експлодира със силата на 30 много големи водородни бомби, ако се приеме, че знаете как да я освободите и искате да го направите. Такава енергия се съдържа вътре във всичко. Просто не сме много добри в това да я освобождаваме. Дори една уранова бомба &mdash; най-енергийното нещо което засега сме създали &mdash; освобождава по-малко от 1% от енергията, която би могла да се освободи от нея, ако бяхме малко по-умели. Освен всичко друго, теорията на Айнщайн обяснява как радиацията действа: как парче уран може да излъчва постоянни потоци от високочестотна енергия, без да се стопи като къс лед. (Може да го направи, като превърне масата си в енергия по изключително ефикасен начин &agrave; la Е=mc&sup2;.) Обяснява как звездите могат да горят милиарди години, без да им свършва горивото. (Същото, както по-горе.) С един замах, в една проста формула Айнщайн дарява геолозите и астрономите с лукса на милиарди години. И най-вече, специалната теория показва, че скоростта на светлината е постоянна и най-голямата стойност за скорост. Нищо не може да я надмине. Хвърля светлина (не се цели игра на думи) върху истинската същност на разбирането ни за вселената. Не случайно разрешава също проблема, свързан с етера, като става ясно, че той не съществува. Айнщайн ни дава вселена, която не се нуждае от него.</p> <p>Физиците по правило не отдават голямо внимание на твърденията на швейцарски патентни чиновници, така че въпреки изобилието от полезни открития трудовете на Айнщайн не привлекли голямо внимание. След като разрешил няколко от най-големите загадки на вселената, Айнщайн се кандидатирал за пост на университетски преподавател и кандидатурата му била отхвърлена, кандидатствал и за гимназиален учител, но и там не го приели. Така че отново започнал да работи като експерт трета степен, но, разбира се, продължил да размишлява. Крайният резултат над това, което размишлявал, бил все още много далеч.</p> <p></p> <p>Когато поетът Пол Валери веднъж попитал Айнщайн дали има тетрадка, в която да си записва идеите, Айнщайн го погледнал леко учуден. &bdquo;О, това не е необходимо&ldquo; &mdash; отговорил той. &mdash; &bdquo;Толкова рядко имам такава.&ldquo; Не е нужно да изтъквам, че когато имал такава, била много добра. Следващата идея била една от най-великите, които някой някога е имал &mdash; наистина най-великата според Бурз, Моц и Уивър в тяхната съдържателна история на науката за атома. &bdquo;Сътворена от един единствен ум&ldquo; &mdash; пишат те &mdash; &bdquo;несъмнено това е най-великото интелектуално постижение на човечеството&ldquo; &mdash; което, разбира се, е най-добрият комплимент, който може да бъде направен.</p> <p>Понякога се пише, че около 1907 г. Алберт Айнщайн видял работник да пада от покрив и започнал да мисли за гравитацията. Уви, както много други истории, тази изглежда съмнителна. Според самия Айнщайн, просто си седял в един стол, когато проблемът за гравитацията му дошъл наум.</p> <p>Всъщност това, което дошло наум на Айнщайн, било повече изходната точка на решението на проблема за гравитацията, тъй като осъзнавал от самото начало, че нещото, което липсвало в специалната теория, било гравитацията. &bdquo;Специалното&ldquo; на специалната теория е, че се занимавала с тела, движещи се главно в безпрепятствено състояние. Но какво се случва, когато едно тяло в движение &mdash; светлината най-вече &mdash; срещне препятствие &mdash; такова като гравитацията. Това е въпрос, който занимавал Айнщайн през по-голямата част от следващото десетилетие и през 1917 г. той публикувал материал, наречен Космологически въпроси върху Общата теория на относителността. Специалната теория на относителността от 1905 г. е задълбочен и важен труд, но както Ч. П. Сноу веднъж отбелязал, ако Айнщайн не бил го създал тогава, то някой друг щял да го направи, навярно в рамките на следващите пет години; това било идея, която чакала да бъде открита. Но общата теория била нещо съвсем друго. &bdquo;Без нея&ldquo; &mdash; пише Сноу през 1979 г. &mdash; &bdquo;много е вероятно днес все още да сме в очакване на теорията.&ldquo;</p> <p>С пурата си, добросърдечен и скромен, с щръкнала коса, Айнщайн бил твърде блестяща личност, за да остане трайно в сянка, и през 1919 г., когато войната вече е приключила, светът изведнъж го забелязал. Почти веднага теориите му на относителността си създали репутацията на абсолютно неразбираеми за обикновените хора. Положението не се подобрило, както Дейвид Боданис изтъква в изключителната си книга Е=mc&sup2;, когато Ню Йорк Таймс решил да напише материал и &mdash; по причини, които не спират да ни учудват &mdash; изпратили кореспондента си по голф, някой си Хенри Крауч, да вземе интервюто.</p> <p>Това били дълбоки води за Крауч и той объркал всичко. Една от грешките в репортажа му, които имали по-трайно значение, е, че Айнщайн е намерил издател, осмелил се да издаде книга, която само дванайсет души &bdquo;в целия свят щели да разберат&ldquo;. Нямало такава книга, нямало такъв издател, нито пък такъв кръг от учени, но това веднага се възприело. Скоро в общественото съзнание броят на хората, които можели да схванат относителността, бил намален още повече и трябва да се каже, че научните среди не направили много, за да разрушат този мит.</p> <p>Когато един журналист попитал британския астроном сър Артър Едингтън дали е вярно, че е един от само тримата души в света, които могат да разберат айнщайновите теории на относителността, Едингтън се замислил за момент и отговорил: &bdquo;Опитвам се да се сетя, кой е третият човек.&ldquo; Всъщност проблемът с относителността не е, че включвала много диференциални уравнения, Лоренцовата трансформация и друга сложна математика (макар че наистина включвала, дори и на Айнщайн му била нужна помощ за някои от тях), но просто била изключително неинтуитивна.</p> <p>Същността на относителността е, че пространството и времето не са абсолютни, а относителни спрямо наблюдателя и спрямо обекта, който се наблюдава, и колкото по-бързо човек се движи, толкова по-ясно изразени стават тези ефекти. Никога не можем да достигнем скоростта на светлината и колкото повече се опитваме (и по-бързо се движим), ще се получава все по-голямо изкривяване спрямо външния наблюдател.</p> <p>Почти веднага популяризаторите на науката се опитали да направят тези понятия разбираеми за обикновените хора. Един от по-успешните опити, поне в комерсиален план, било изданието АБВ на относителността от Бетран Ръсел, математик и философ. В него Ръсел използва сравнение, което оттогава се е използвало многократно. Той кара читателя да си представи влак, дълъг сто метра, движещ се с 60% от скоростта на светлината. За този, който стои на перона и гледа как той отминава, ще изглежда, че влакът е само осемдесет метра дълъг и всичко в него ще е компресирано по същия начин. Ако можем да чуем пътниците в него да говорят, гласовете им ще са слети и неясни като плоча, която е пусната да свири на по-бавни обороти, а движенията им ще изглеждат забавени по подобен начин. Дори часовниците във влака ще изглеждат, че се движат с четири-пети от нормалната си скорост.</p> <p>Обаче &mdash; и това най-същественото и най-странното на пръв поглед &mdash; хората във влака няма да осъзнават това изкривяване. За тях всичко във влака ще изглежда съвсем нормално, а ние на перона ще им изглеждаме странно компресирани и в забавено движение. Всичко ще е свързано с положението ни спрямо движещия се обект.</p> <p>Този ефект в действителност се проявява всеки път, когато се движите. Прелетете над Съединените щати и ще слезете от самолета една квинтилионна (10 на степен &ndash;18) от секундата, или горе-долу толкова, по-млади, от тези, с които сте били преди това. Дори и като прекосите стаята, съвсем леко ще промените собственото си чувство спрямо времето и пространството. Изчислено е, че ако се хвърли бейзболна топка, която лети със 150 километра в час, масата й ще се увеличи с 0,000000000002 грама, докато стигне гумената плоча, бележеща мястото на батсмана. Така че ефектите на относителността са реални и са измерими. Проблемът е, че такива промени са изключително малки, за да ни се отразят въобще. Но за други неща във вселената светлината, гравитацията, самата вселена &mdash; те са съществени.</p> <p>Така че, ако идеите на относителността са странни, то е само защото не изпитваме този вид взаимодействие в нормалния живот. Обаче, за да се върнем отново към Боданис, обикновено се сблъскваме с друг вид относителност &mdash; например по отношение на звука. Ако сме в парка и някой свири неприятна музика, знаем, че ако се отдалечим, музиката ще се чува по-тихо. Това не е защото тя свири по-тихо разбира се, а просто защото положението ни спрямо нея се е променило. По същия начин за нещо, което е твърде малко и бавно &mdash; като охлюв да речем &mdash; идеята, че една и съща музика от грамофон може да звучи с различна сила за двама наблюдатели, навярно ще изглежда невероятно.</p> <p>От всички идеи в общата теория на относителността най-предизвикателната и неинтуитивна е идеята, че времето е част от пространството. Инстинктът ни е да смятаме времето като вечно, абсолютно, неизменно &mdash; нищо не може да наруши постоянното му тиктакане. Всъщност, според Айнщайн, времето е с променлива величина и винаги се изменя. Дори има форма. Обвързано е (&bdquo;неразрурушимо взаимосвързано&ldquo; по думите на Стивън Хокинг) с трите измерения на пространството в едно особено измерение, известно като пространство-време.</p> <p>Пространство-времето обикновено се обяснява, като се опитаме да си представим нещо плоско, но гъвкаво &mdash; да кажем матрак или опънат гумен дюшек &mdash; на който се намира тежък кръгъл предмет като желязна топка. Тежестта на желязната топка кара материала, върху който се намира, да се изпъва и леко да хлътва. Това е в общи линии аналогично на ефекта, който един масивен обект като Слънцето (желязната топка) има върху пространство-времето (материала): разтяга го, извива го и го деформира. Сега, ако търкулнем по-малка топка по повърхността, тя ще се опита да се движи по права линия, както е според законите за движението на Нютон, но когато се доближи до масивния обект и наклона на хлътналата тъкан, се търкулва надолу, и бива неизбежно привлечена към по-масивния обект. Това е гравитацията &mdash; продукт на изкривяване на пространство-времето.</p> <p>Всеки обект, който има маса, създава малка &bdquo;падина&ldquo; в тъканта на космоса. Така че вселената, както го казва Денис Оувърбай, &bdquo;представлява последната за момента форма на хлътналия дюшек.&ldquo; Гравитацията според това схващане вече не е толкова субект, колкото резултат &mdash; &bdquo;не е сила, а е вторичен продукт от изкривяване на пространство-времето&ldquo; &mdash; по думите на физика Мичио Каку, който продължава: &bdquo;В определен смисъл гравитацията не съществува; това, което движи планетите и звездите, е изкривяване на пространството и времето.&ldquo;</p> <p>Разбира се, аналогията на хлътналия дюшек свършва дотук, защото не включва ефекта на времето. Но мозъците ни възприемат само единствено дотук, защото е почти невъзможно да си представим измерение, съдържащо три части пространство, свързани към една част време &mdash; всичките взаимообвързани като вплетени нишки на кариран плат. Във всеки случай смятам, че всички ще се съгласят &mdash; това е една страшно голяма идея на млад мъж, който гледа през прозореца на патентен офис в столицата на Швейцария.</p> <p></p> <p>Освен всичко друго, общата теория на относителността показала, че вселената или трябва да се разширява, или да се свива. Но Айнщайн не бил космолог и приел преобладаващото схващане, че вселената е фиксирана и вечна. Малко или повече импулсивно, включил в уравненията си нещо, наречено космологична константна, която произволно уравновесява ефектите на гравитацията, служейки като вид математически бутон за пауза. Книгите за история на науката винаги прощават на Айнщайн този пропуск, но всъщност това било доста неприятна част от научната му дейност и той го знаел. Нарекъл го &bdquo;най-глупавата грешка в живота ми.&ldquo;</p> <p>По стечение на обстоятелствата по времето, когато Айнщайн включвал космологичната константа в теорията си, в Лоуелската обсерватория в Аризона астроном с бодрото междугалактическо име Весто Слайфър (който всъщност бил от Индиана) измервал със спектограф далечните звезди, откривайки, че те навярно се отдалечават от нас. Вселената не била статична. Звездите, които Слайфър гледал, показвали очевидни признаци на Доплеров ефект[5] &mdash; същия механизъм, който стои зад отчетливо провлаченото йее-ъъммм, което колите издават, когато профучават по състезателната писта. Феноменът се отнася също до светлината и в случая с отдалечаващите се галактики е известен като червеното отместване (тъй като светлината, която се отдалечава от нас, се премества към червения край на спектъра, а приближаващата се светлина се отмества към синия край).</p> <p>Слайфър бил първият, който забелязал този ефект при светлината и осъзнал потенциалното му значение за разбирането на движенията в космоса. За жалост, никой не му обърнал голямо внимание. Лоуелската обсерватория, трябва да си спомним, била малко странна благодарение на идеята фикс, която имал Пърсивъл Лоуел по отношение на марсианските канали &mdash; това през 1910-те я направили във всяко отношение аванпост на астрономическите търсения. Слайфър не знаел за теорията на относителността на Айнщайн и светът също така не знаел за Слайфър. Така че откритията му не оказали никакво влияние.</p> <p>Вместо това със слава щял да се увенчае преливащият с егото си Едуин Хъбъл. Хъбъл е роден през 1889 г., десет години след Айнщайн, в малък град в щата Мисури, на края на Озаркс, и израснал там и после в Уитън, Илиной &mdash; едно от предградията на Чикаго. Баща му бил висш служител в застрахователния бизнес, така че животът му винаги бил добре осигурен, а Едуин се радвал и на физически дадености. Бил силен и надарен атлет, чаровен, умен и изключително привлекателен &mdash; &bdquo;толкова красив, че чак било прекалено&ldquo;, според описанието на Уилям Х. Кропър, а по думите на друг почитател бил &bdquo;Адонис&ldquo;. Според собствените му думи, успял да изпълни живота си с повече или по-малко постоянни дела на храброст &mdash; спасявал давещи се плувци, водел уплашени мъже на безопасно място по бойните полета на Франция, засрамвал световни борци с нокдаун по време на приятелски турове по борба. Всичко било твърде хубаво, за да е вярно. Но така било. При всичките си дарби Хъбъл също бил и непоправим лъжец.</p> <p>Било повече и от странно, тъй като животът на Хъбъл от ранна възраст бил наситен с толкова отличия, че понякога изключителността им била абсурдна. Само по време на едно първенство в гимназията през 1906 г. спечелил овчарския скок, тласкането на гюле, хвърлянето на диск, скока от място, дългия скок със засилване и бил в печелившия щафетен отбор &mdash; това прави седем спечелени първи места по време на една среща. В същата година постигнал национален рекорд по дълъг скок в щата Илиной.</p> <p>Като учен бил също толкова добър и нямал проблеми с това да бъде приет да учи физика и астрономия в Чикагския университет (където по случайност департаментът се оглавявал от Албърт Микелсън). Там бил избран да бъде един от първите стипендианти &bdquo;Роудс&ldquo; в Оксфорд. Трите години живот в Англия явно му завъртели главата, тъй като когато се върнал в Уитън през 1913 г., носел къса пелерина, пушел пури и придобил странен и натруфен акцент &mdash; не съвсем, но почти британски, който му останал за цял живот. Въпреки че по-късно твърдял, че прекарал повечето от второто десетилетие, практикувайки право в Кентъки, всъщност работел като гимназиален учител и треньор по баскетбол в Ню Олбани, Индиана, преди със закъснение да получи доктората си и да прекара кратко време в армията. (Пристигнал във Франция един месец преди сключването на примирие и почти със сигурност никога не бил чул и един вражески изстрел.)</p> <p>През 1919 г., вече на трийсет години, се преместил в Калифорния и започнал работа в обсерваторията Маунт Уилсън близо до Лос Анджелис. Бързо и доста неочаквано станал най-изключителният астроном на двайсети век.</p> <p>Заслужава си да направим пауза за момент и да помислим колко малко се знаело за космоса по това време. Днес астрономите смятат, че навярно има 140 милиарда галактики във видимата вселена. Това е огромно число, много по-голямо отколкото споменаването му ще помогне да си представим. Ако галактиките бяха замразени грахови зърна, щяха да са достатъчни, за да напълним една голяма аудитория &mdash; да кажем старата Бостън Гардън или пък Роял Албърт Хол. (Астрофизик на име Брюс Грегори всъщност го е изчислил.) През 1919 г., когато Хъбъл за първи път погледнал през окуляра, галактиките, които ни били известни, били точно само една: Млечният път. Всичко останало се смятало или за част от самия Млечен път, или едно от много далечните, периферни газови образувания. Хъбъл бързо демонстрирал колко погрешно било това схващане.</p> <p>През следващото десетилетие Хъбъл се занимавал с два от най-фундаменталните въпроси на вселената: на колко години е и колко е голяма? За да се отговори и на двата е нужно да се знаят две неща &mdash; колко далече са определени галактики и колко бързо се отдалечават от нас (това, което е известно като рецесионна скорост). Червеното отместване дава скоростта, с която галактиките се отдалечават, обаче не ни казва, колко са далече. За това са ни нужни така наречените &bdquo;стандартни свещи&ldquo; &mdash; звезди, чиято яркост може да бъде надеждно изчислена и използвана като мярка за измерване на яркостта (и оттук на относителното разстояние) на други звезди.</p> <p>Късметът на Хъбъл бил да се появи скоро след като една изобретателна жена на име Хенриета Суон Левит измислила начин това да се извърши. Левит работела в обсерваторията Харвард Колидж като изчислител, както били известни тогава работещите на този пост. Изчислителите прекарвали живота си в изследване на фотографски плаки и правене на изчисления &mdash; оттук и името. По друг начин казано, си било направо робски труд, но това било най-многото, до което една жена можела да се добере в истинската астрономия в Харвард &mdash; или където и да било другаде &mdash; по това време. Колкото и нечестна да била системата, тя имала определени неочаквани предимства: означавала, че половината от най-големите умове, които съществували, се занимавали с работа, която иначе не би привлякла много внимание, за да бъде извършвана, и давала възможност на жените да оценяват фината структура на космоса, което често убягвало на техните колеги от мъжки пол.</p> <p>Анни Джъмп Канън, работейки като изчислител в Харвард, използвала постоянното си занимание със звездите, за да състави толкова практична система за класификация на звездите, че още се прилага и днес. Приносът на Левит бил още по-голям. Тя забелязала, че вид звезда, известна като променлива Цефеида (наречена на съзвездието Цефеиди, където за първи път била идентифицирана), пулсирала с редовен ритъм &mdash; вид звездно туптене. Цефеидите са съвсем редки, но поне една е добре известна на повечето от нас &mdash; Полярната звезда е Цефеида.</p> <p>Знаем, че Цефеидите пулсират така, защото са стари звезди, отминали своята &bdquo;главна фаза&ldquo;, както казват астрономите, и станали червени гиганти. Химията на червените гиганти е малко тежка материя за целите ни тук (нужно е познаване на свойствата на йонизираните хелиеви атоми, както и много други неща), но, казано просто, те изгарят остатъчното си гориво по начин, който създава много ритмична и сигурна последователност от блясване и затъмнение. Геният на Левит се състоял в това да осъзнае, че като се сравняват относителните големини на Цефеиди в различни точки на небето, може да се определи какви са разстоянията им една спрямо друга. Така те можели да се използват като &bdquo;стандартни свещи&ldquo; &mdash; термин, който тя създала и който все още се използва повсеместно. Методът давал само относителни, но не и абсолютни разстояния, но дори и така, за първи път някой предлагал по-приложим начин да се измерва едромащабната вселена.</p> <p>(Само за да оценим истинските заслуги за тези прозрения, вероятно е нужно да отбележим, че по това време Левит и Канон правят предположения за фундаменталните свойства на космоса въз основа на замъглени петна на фотографските плаки. Харвардският астроном Уилям Х. Пикеринг, който, разбира се, можел да прави наблюдения чрез първокласен телескоп колкото често си иска, развивал теорията си, че тъмните петна на Луната били предизвикани от рояк сезонно мигриращи насекоми.)</p> <p>Съчетавайки космическия аршин на Левит с лесните за използване червени отмествания на Весто Слайфър, Едуин Хъбъл започнал да измерва определени точки в пространството по нов начин. През 1923 г. той показал, че образувание от далечен фин материал в съзвездието Андромеда, известно като M31, не било въобще газов облак, а блестящи звезди, образуващи галактика с размери 100 хиляди светлинни години и на разстояние от нас най-малко 900 хиляди светлинни години. Вселената била по-огромна &mdash; много по-огромна, отколкото някой въобще е предполагал. През 1924 г. Хъбъл написал епохалния труд Цефеидите в спиралните мъглявини (В оригиналното заглавие е използвана латинската дума nebulae &mdash; облаци, която била думата му за галактиките), показвайки, че вселената се състояла не само от Млечния път, но и от много независими галактики &mdash; &bdquo;островни вселени&ldquo; &mdash; много от тях по-големи от Млечния път и много по-далечни.</p> <p>Това откритие само по себе си щяло да осигури репутацията на Хъбъл, но той насочил вниманието си в решаване на проблема колко по-голяма е цялата вселена и направил едно още по-забележително откритие. Хъбъл започнал да измерва спектъра на далечните галактики &mdash; това, което Слайфър бил започнал в Аризона. Като използвал новия два и половина-метров телескоп Хукър в Маунт Уилсън и някои умни предположения, изчислил, че всички галактики на небето (освен нашия местен куп) се отдалечават от нас. Нещо повече, скоростта на отдалечаване и разстоянието до тях били точно пропорционални: колкото по-далече била галактиката, толкова по-бързо се движела.</p> <p>Това било наистина изумително. Вселената се разширявала бързо и равномерно във всички посоки. Не било нужно много въображение, за да се тръгне оттам назад и да се осъзнае, че следователно всичко трябва да е започнало от някаква централна точка. Освен че се оказало, че вселената не била стабилна, фиксирана, вечна пустота, каквато всички винаги си представяли, а отгоре на това тя имала начало. Следователно трябвало да има и край.</p> <p>Чудно е, както Стивън Хокинг отбелязва, че на никой не му било хрумнало за разширяващата се вселена преди това. Една статична вселена, както би трябвало да бъде ясно на Нютон и на всеки мислещ астроном преди това, щяла да рухне върху себе си. Съществувал още и проблемът, че ако звездите горят безкрайно в статична вселена, щели да направят всичко невероятно горещо &mdash; наистина твърде горещо за такива като нас. Една разширяваща се вселена решавала всичко с един замах.</p> <p>Хъбъл бил много по-добър наблюдател, отколкото мислител, и не оценил веднага цялостните последици от Общата теория на относителността на Айнщайн. Това наистина било забележително, имайки предвид, че Айнщайн и теорията му били вече световно известни. Нещо повече, през 1929 г. Албърт Микелсън, който вече не бил в най-активните си години &mdash; приел пост в Маунт Уилсън да измерва скоростта на светлината с надеждния си интерферометър, със сигурност трябва да му е споменал приложимостта на айнщайновата теория спрямо собствените му открития.</p> <p>Във всеки случай Хъбъл не успял да се възползва, когато имал шанс. Това останало за белгийския свещеник и учен (с докторат от Масачузетския технологичен институт) на име Жорж Леметр, който обединил двете течения в собствената си &bdquo;теория на фойерверка&ldquo;. Според тази теория вселената започнала като геометрична точка &mdash; &bdquo;праисторически атом&ldquo;, който избухнал славно и оттогава се раздалечава. Това е идея, която много добре предшествала модерното схващане за Големия взрив, но била толкова изпреварила времето си, че Леметр рядко получава повече от едно-две изречения, както сме му отредили тук. На света щели да му бъдат нужни още десетилетия и случайното откритие на космическото фоново лъчение от Пензиас и Уилсън, пораждащо свистящия звук на тяхната антена в Ню Джърси, преди Големият взрив да започне да се превръща от интересна идея в утвърдена теория.</p> <p>Нито Хъбъл, нито Айнщайн щели да имат значително участие в тази голяма история. Въпреки че никой нямало да предугади този взрив тогава, и двамата мъже били направили за това достатъчно много.</p> <p>През 1936 г. Хъбъл написал популярната книга, наречена Царството на мъглявините, която обяснявала в ласкателен стил собствените му постижения. В нея най-накрая той показвал, че се е запознал с теорията на Айнщайн &mdash; донякъде и го сторил: отделил й четири страници от около двеста.</p> <p>Хъбъл умира от инфаркт през 1953 г. Една малка странност го очаквала. По причини, мистериозно завоалирани, жена му отказала да има погребение и никога не разкрила какво направила с тялото му. Половин век по-късно си остава загадка къде се намират останките на най-големия астроном на века. За възпоменание трябва да гледаме към небето и Космическия телескоп Хъбъл, изстрелян през 1990 г. и наречен в негова чест.</p> <p>Бележки<br />[1] По-конкретно ентропията е мярка за степента на случайността или безпорядъка в една система. Дарел Ебинг в учебника Обща химия предлага един ефективен начин да мислим за явленията като за тесте карти за игра. Може да се каже, че едно ново тесте, току-що извадено от кутията, подредено по бои и стойности на картите от асо до поп, е в състояние на порядък. Ако се разбъркат картите, те вече са в състояние на безпорядък. Ентропията е величина за измерване на съществуващия безпорядък и за определяне на вероятността от постигане на определени резултати с още размествания. Разбира се, ако човек иска да публикува наблюденията си в респектиращо списание, трябва да познава още понятия като нерегулярност, решетъчно разстояние и стехиометрични връзки но това е в общи линии идеята. &uarr;</p> <p>[2] Планк често нямал късмет през живота си. Обичаната му съпруга починала рано, през 1909 г., а по-малкият от двамата му синове бил убит през Първата световна война. Имал и две дъщери близначки, които боготворял. Едната от тях умира при раждане. Другата близначка започнала да се грижи за бебето и се влюбила в съпруга на сестра си. Оженили се, но две години по-късно и тя умира при раждане. През 1944 г., когато Планк бил на осемдесет и пет, бомба на Съюзниците паднала върху къщата му и той изгубил всичко &mdash; трудове, дневници, всичко, което бил събрал през живота си. На следващата година оцелелият му син бил хванат в конспирация, целяща да убие Хитлер, и бил екзекутиран. &uarr;</p> <p>[3] Айнщайн бил удостоен, някак си неясно, &bdquo;за заслуги в областта на теоретичната физика.&ldquo; Трябвало да чака 16 години, до 1921 г., за да получи наградата един доста дълъг период, като се вземе всичко предвид, но това било нищо в сравнение със случая на Фредерик Рейнс, който засича неутриното през 1957 г., но става Нобелов лауреат едва през 1995 г., 38 години по-късно, или пък на германеца Ернст Руска, който изобретява електронния микроскоп през 1932 г., а получава Нобелова награда през 1986 г., повече от половин век след събитието. Тъй като Нобеловите награди никога не се присъждат посмъртно, дълголетието може да е толкова важен фактор, колкото и изобретателността на лауреатите. &uarr;</p> <p>[4] Как с става символ за скоростта на светлината е малка загадка, но Дави Боданис предполага, че произлиза от латинското celeritas, което означава бързина. Тогавашният том на речника Oxford English Dictionary, съставен десетилетие преди теорията на Айнщайн, включва много неща, означени със с &mdash; carbon (въглерод), cricket (крикет), но не се споменава като символ за светлина скорост. &uarr;</p> <p>[5] Наречен на Йохан Кристиан Доплер &mdash; австрийски физик, който първи забелязва този ефект през 1842 г. Накратко, става въпрос за това, че докато движещ се обект се приближава до стационарен, звуковите вълни от него се събират и се струпват в който и да уред, който ги лови (например ушите ни) точно както може да се очаква, когато нещо бива блъснато отзад към неподвижен обект. Това струпване се чува от слушателя като писклив повишаващ се звук (йее). Когато източникът на звука преминава, звуковите вълни се разпръскват и удължават, така че се възприема рязко понижаващ се звук (ъъмм).</p>

Сравнение на продукти