Денис Драгунский о мужестве
честно вглядеться в лица
своих предков

Cумка с продуктами на бране

Что такое брана и как передается гравитация, рассказывает книга «Гравитация», вошедшая в шорт-лист премии «Просветитель»

Николай Подорванюк 18.11.2013, 15:24
В теории струн на бране, где мы живем, гравитация очень слаба, на другой бране — сильна Edvard T. Musaev, Queen Mary University of London
В теории струн на бране, где мы живем, гравитация очень слаба, на другой бране — сильна

Книга сотрудника ГАИШ МГУ Александра Петрова «Гравитация» представляет собой самое полное изложение современных представлений науки о Вселенной, прогнозирует интереснейшие открытия в ближайшие 10–20 лет и является фаворитом премии «Просветитель» в категории «естественные науки».

Открывая книгу «Гравитация», опытный читатель сразу вспомнит прошлогодний шорт-лист премии «Просветитель», а именно труд питерского астрофизика Владимира Решетникова «Почему небо темное?». Дело тут не только в схожести оформления (эти книги выпущены одним и тем же издательством). Александр Петров, работающий в самом эффективном отделе Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ, отделе релятивистской астрофизики, так же как и его коллега из Питера, начинает книгу «с древних греков». Впрочем, по-другому и нельзя: с проявлением тяготения встречается любой человек в повседневных ощущениях, «достаточно поднять сумку с продуктами», как пишет автор.

Размышляли про гравитацию и Аристотель с Птолемеем, и Коперник с Галилеем, и потому, рассказывая о современных исследованиях гравитации, нельзя не принимать во внимание все успешные наработки людей прошлого, равно как и их неудачные попытки.

Уже к 45-й странице Петров вплотную подходит к Исааку Ньютону и описывает не только его научные достижения, но и интересные подробности из жизни великого британского физика. Ньютон предстает человеком в какой-то мере нелюдимым (не всегда отвечающим на письма коллег, например Лейбница), но данное свойство характера демонстрирует не его надменность, а, наоборот, его скромность и застенчивость. В отличие от многих коллег-ученых, проживших всю жизнь в бедности, Ньютону повезло: в 1695 году он стал канцлером казначейства, занялся вопросом денежного обращения в стране и за два года перечеканил всю монету, что восстановило торговый кредит Англии. Это дело государственной важности принесло Ньютону должность главного директора монетного двора с окладом 15 тыс. фунтов в год. Умер Ньютон от эпидемии чумы в возрасте 84 лет.

Именно в главе про Ньютона в книге «Гравитация» появляется первая формула — конечно же, это закон всемирного тяготения, который Ньютон вывел в 1666 году, когда ему было 24 года.

Но если это — известная со школы теория, то буквально через 30 страниц читателю уже предстоит попробовать разобраться в преобразованиях Лоренца, узнать, что пространство Минковского — это псевдоевклидово метрическое пространство, объединяющее время и пространство, и осознать, что два события, произошедшие в нашем мире (например, событие первое, когда читатель начал читать данную рецензию, и событие второе, когда читатель дошел до настоящего момента), описываются в пространстве Минковского мировой линией, соединяющей две точки. Петров старается, где это возможно, применять наглядные сравнения, например, призывая не путать мировую линию с траекторией частицы в трехмерном пространстве, он пишет: «Траектория — это след, который оставляет зверек в зимнем лесу».

Еще одним одним достоинством книги являются удачно подобранные к каждой главе эпиграфы.

Обложка книги «Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор.» Издательства «Век 2»
Обложка книги «Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор.»

Интересна в книге и историческая составляющая, непосредственно касающаяся значимых в физике исследований. Так, многим читателям будет интересно узнать, что на самом деле создателем Специальной теории относительности является не только Альберт Эйнштейн, но и французский ученый Анри Пуанкаре. Однако заслуги последнего были во многом сознательно задвинуты немецкими физиками, которые упорно представляли Альберта Эйнштейна единственным создателем этой теории, голландца Хендрика Антона Лоренца, потомка прирейнских немцев, — его предшественником, а немецкого математика Германа Минковского (к слову, родившегося в 1864 году в окрестностях литовского Каунаса, а тогда это была Ковенская губерния Российской империи) — его последователем. В качестве причины такого поведения Петров называет противостояние научных школ и политическое противостояние, в частности, Германии и Франции перед Первой мировой войной. «Пуанкаре был французом, а это враждебная Германии страна — ученые тоже люди, и разные», — пишет Петров.

Собственно, и формулу E=mc2 первым получил Пуанкаре — правда, только для электромагнитного излучения. Эйнштейн же обосновал ее для всех форм энергии.

Еще одно открытие, которое названо в честь Эйнштейна, хотя приоритет ему не принадлежит, — это отклонение луча света в гравитационном поле, гравитационное линзирование. То, как этот эффект должен проявляться для наблюдателя, Эйнштейн описал в 1936 году в журнале Science. Однако еще в 1924 году петербургский математик Орест Хвольсон опубликовал короткую заметку с такими же расчетами в журнале Astronomische Nachrichten (подробнее об этом можно прочитать в лекции на «Газете.Ru» сотрудников ГАИШ МГУ Николая Шакуры и Павла Аболмасова). Поэтому кольца гравитационной линзы называют, как правило, «кольцами Эйнштейна», значительно реже --«кольцами Хвольсона-Эйнштейна».

Эйнштейну также посвящена отдельная глава, где рассказывается о том, каким он был человеком: например, из нее можно узнать, сколько долларов и с какой целью Эйнштейн брал за автограф, а также историю появления знаменитой фотографии великого ученого с высунутым языком.

Во второй половине книги непосвященному читателю становится еще страшнее: ему нужно ознакомиться с тензором кривизны Римана, матрицей 4х4 и понятием «метрика».

Все это нужно для того, чтобы узнать, что гравитационное поле — это поле метрики gab или метрического тензора, лучше понять про «кротовые норы» — гипотетический объект, «мост», проход в пространстве, через который можно значительно быстрее, чем обычным путем, попасть из одной части пространства в другую. Заслуживает внимания космологическая часть и рассказ про инфляционную модель Вселенной, описывающий физическое состояние и закон расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва, — у истоков этой модели стоял отечественный физик-теоретик Алексей Старобинский, за что минувшим летом он получил престижную премию Грубера по космологии.

Наконец, любого читателя способен восхитить рассказ о многомерии нашего мира и возможность узнать о существовании нашей Вселенной на бране в совокупности с другими бранами, с которыми наша не пересекается. Это не научная фантастика: то, что мир, в котором мы живем, эффективно сосредоточен в трехмерном пространстве, и поэтому мы не чувствуем дополнительных протяженных пространственных измерений, следует из работы 1983 года советских физиков, Валерия Рубакова и Михаила Шапошникова.

Остается только пожалеть, что нынешнее лето Валерий Анатольевич Рубаков, один из самых цитируемых российских ученых, вынужденно провел не в исследованиях, а в борьбе против реформы РАН.

В заключительной части читатель в полной мере может насладиться вопросами гравитации. Как передается гравитация? С какой скоростью происходит распространение гравитационного взаимодействия: мгновенно, со скоростью света или с какой-то другой скоростью? Что произойдет с Землей, если вдруг из центра Солнечной системы убрать Солнце? Так, читатель узнает о существовании гравитационных волн и о том, что никто пока эти волны не смог зарегистрировать. Еще большим открытием для читателя станет известие о том, что ОТО нуждается в модификации, как раз для лучшего описания гравитации на больших и малых масштабах (ибо пока ОТО достоверно справедлива лишь на планетных масштабах), и что самой популярной на данный момент (но еще далеко не подтвержденной) теорией гравитационного взаимодействия является теория Хоржавы.

Завершается книга утверждением, что в ближайшие 10–20 лет можно ожидать «потрясающе интересных и важных открытий».

Может быть, вторая половина книги и покажется излишне сложной для неподготовленного читателя. Но, даже пропуская громоздкие порой формулы, можно составить представление о том, как современная наука описывает Вселенную. Из подобных книг, выпущенных за последнее время на русском языке, данное издание является наиболее полным и актуальным. И, по мнению отдела науки «Газеты.Ru», именно «Гравитация» является фаворитом премии «Просветитель» в номинации естественных наук.