Однажды Альберт Эйнштейн признался своему другу и коллеге Отто Штерну: «Занимаясь расчетами, ты попадаешь впросак, прежде чем успеваешь это осознать». Это вовсе не означает, что он недостаточно хорошо знал математику. Он прекрасно успевал по этому предмету во время учебы и без проблем мог изложить свои идеи на бумаге. В его работах соблюдался совершенный баланс между физическими обоснованиями и их представлением в математической форме. Но сделанные в 1907 году расчеты обобщенной теории в плане математики оказались не совсем удачными — один из цюрихских профессоров сказал, что работа Эйнштейна является «математически громоздкой». На математику Эйнштейн посматривал свысока, называя ее «избыточным умственным багажом», и иронизировал: «С тех пор как на теорию относительности обрушилась математика, я перестал ее понимать». Но в 1911 году, пересматривая концепции из своего обзора, Эйнштейн понял, что развить их дальше поможет именно математика.
Рассматривая свой принцип относительности, он в очередной раз подумал про свет. Представьте, что вы находитесь в летящем вдалеке от планет и звезд космическом корабле. Луч далекой звезды проникает внутрь через маленький иллюминатор справа, пересекает корабль и через аналогичное окошко слева выходит наружу. Если космический корабль неподвижен, траектория движения луча не изменится, входить и выходить свет будет под прямым углом. А вот при очень быстром перемещении с постоянной скоростью к моменту, когда луч достигнет противоположной стены, корабль сместится вперед, и выход луча наружу произойдет уже через окно, расположенное дальше по борту. Со своей точки наблюдения вы увидите луч, вошедший под непрямым углом и прошедший через внутрикорабельное пространство по прямой. Совсем другая картина нарисуется при ускорении: световой луч опишет дугу и выйдет наружу где-то в задней части корабля.
Вот тут нам и пригодится озарение Эйнштейна о природе силы тяжести. Мы испытываем одинаковые ощущения в движущемся с ускорением корабле и в корабле, стоящем на месте, когда на нас действует земное тяготение. Эйнштейн понял, что на простейшем уровне ускорение неотличимо от силы тяжести. Человек, сидящий в покоящемся на поверхности планеты корабле, и человек в корабле, движущемся с ускорением, увидят одно и то же: луч света, изогнутый под действием силы тяжести. Другими словами, Эйнштейн понял, что гравитация, как линза, отклоняет световые лучи.
Однако выявить такое отклонение можно только при очень сильном гравитационном притяжении — одной планетой тут не обойтись. Эйнштейн предложил простую проверку с применением более массивного объекта: нужно было измерить отклонение луча далекой звезды в момент его прохождения рядом с Солнцем. Угловые позиции далеких звезд должны слегка измениться в момент прохождения перед ними Солнца — примерно на одну четырехтысячную градуса. Существовавшие в то время телескопы уже давали возможность регистрировать такие почти незаметные отклонения. Эксперимент следовало проводить во время полного солнечного затмения, чтобы слишком яркий солнечный свет не помешал зафиксировать положение звезд.
Эйнштейн нашел способ проверить обоснованность своих новых идей, но до завершения теории было еще далеко. Он все еще занимался импровизациями на тему посетившего его в патентном бюро озарения — человека в свободном полете. На преподавательскую деятельность тратить время уже не приходилось, и можно было предаться мысленным экспериментам и тщательному обдумыванию теории, но счастливым Эйнштейн себя не ощущал. Непосредственно перед прибытием в Прагу родился его второй сын Эдуард, и жена чувствовала себя несчастной и одинокой, лишившись окружения, к которому она привыкла в Цюрихе. Поэтому в 1912 году Эйнштейн ухватился за возможность вернуться в этот город, став профессором своей родной Швейцарской технической школы.
За время пребывания в Праге Эйнштейн понял, что для проверки приходящих ему в голову идей требуется язык другого типа. С одной стороны, он не хотел прибегать к заумной математике, способной затруднить понимание прекрасных физических концепций, которые он пытался собрать воедино, а с другой — через несколько недель после прибытия в Цюрих он умолял одного из своих старых друзей, математика Марселя Гроссмана: «Ты должен мне помочь, или я сойду с ума». На манеру физиков решать проблемы на скорую руку Гроссман смотрел скептически, но приложил все усилия, чтобы помочь другу.
Эйнштейн наблюдал, как движутся объекты в случае ускорения и под действием силы тяжести. Маршрут их перемещений в пространстве отличался от простых прямых линий, описывавших движение в инерциальных системах. Усложненные форма и характер этого движения требовали от Эйнштейна выхода за пределы обычной геометрии. Гроссман дал ему учебник по неевклидовой, или римановой, геометрии.
Почти за сто лет до того как Эйнштейн начал разрабатывать свой принцип относительности, в 20-х годах XIX века немецкий математик Карл Фридрих Гаусс предпринял дерзкую попытку вырваться за пределы геометрии Евклида. Евклид сформулировал правила для линий и форм на плоскости. Именно эту геометрию преподают в современных школах, и именно она утверждает, что параллельные линии никогда не пересекаются, а две прямые могут пересечься всего один раз. Мы усваиваем, что сумма углов треугольника составляет 180 градусов, а у прямоугольника четыре прямых угла. Мы изучаем и применяем целый свод правил. Мы чертим фигуры на плоских листах бумаги и досках, и эти правила служат нам верой и правдой.
А как быть, если нас попросят взять искривленный лист бумаги? К примеру, если нужно нарисовать геометрические фигуры на поверхности гладкого баскетбольного мяча? Наши простые правила сразу перестают работать. Так, две линии, под прямым углом пересекающие экватор, должны быть параллельными. Они и в самом деле параллельны, но если двигаться вдоль этих линий, выясняется, что на одном из полюсов они пересекаются. То есть пересечение параллельных линий на сфере возможно. Можно пойти еще дальше и расположить эти линии таким образом, чтобы они пересекались друг с другом под прямым углом. В результате мы получим треугольник, сумма углов которого будет равна не 180, а 270 градусов. Правило, к которому мы привыкли, снова будет нарушено.
Более того, любая поверхность сложной формы — сфера, тор, смятый лист бумаги — будет обладать собственной геометрией с собственными правилами. Гаусс выработал геометрию для поверхностей произвольного вида. Он придерживался демократических взглядов: все поверхности следовало считать тождественными и выработать для работы с ними общий набор правил. Геометрия Гаусса является крайне мощным и сложным инструментом. Дальнейшей ее разработкой в 1850 годах занялся другой немецкий математик, Бернхард Риман. Он создал столь изощренную и сложную область математики, что даже порекомендовавший Эйнштейну обратить внимание в эту сторону Гроссман счел, что Риман зашел слишком далеко, чтобы плодами его труда мог воспользоваться физик. Геометрия Римана представляла собой хаос с множеством функций, обернутых в ужасные нелинейные конструкции, но это была крайне мощная штука. Освоив ее, Эйнштейн смог бы одолеть собственную теорию.
Новая геометрия была дьявольски трудной, но зайдя в тупик при попытке обобщить свою теорию относительности, Эйнштейн был вынужден приступить к ее освоению. Это была крайне сложная задача — все равно что выучить с нуля санскрит и написать на нем роман.
К началу 1913-го, освоив новую геометрию, Эйнштейн вместе с Гроссманом работал над двумя статьями, кратко описывающими его теорию. Одному из коллег он сказал: «К своему полному удовольствию, я уяснил, что такое гравитация». Теория, сформулированная языком новой математики, с написанным Гроссманом разделом, в котором особенности римановой геометрии объяснялись потенциально неосведомленному сообществу физиков, включала в себя прогнозы, предлагавшиеся Эйнштейном ранее. Эйнштейну удалось добиться одинакового вида всех законов физики в любой системе отсчета, а не только в инерциальной. Он смог описать электромагнитные явления и законы движения Ньютона так же, как это было сделано в первой, более ограниченной версии теории относительности. Более того, у него получилось адаптировать практически все законы физики, кроме закона всемирного тяготения. Новая версия этого закона, предложенная Эйнштейном и Гроссманом, не укладывалась в последовательность, подчиняющуюся общему принципу относительности. Не помогло даже призванное подкрепить физические догадки введение новой математики. Эйнштейн все равно был убежден, что движется в правильном направлении и для завершения теории достаточно устранить мелкие шероховатости. Но он ошибался. Новый подход к теории пространства-времени знаменовался все меньшим количеством прорывов и все более частыми пробуксовками.
В 1914 году жизнь Эйнштейна наконец вошла в колею. Из Берлина ему пришло приглашение возглавить только что созданный институт физики имени кайзера Вильгельма. Это дало достойный заработок и членство в Прусской академии наук. Эйнштейн попал на вершину европейского научного сообщества и получил возможность работать в окружении таких коллег, как Макс Планк и Вальтер Нернст. При этом ему не приходилось заниматься преподавательской деятельностью. Словом, он получил идеальную работу, в тот же самый период потерпев крах в личной жизни. Семье Эйнштейна надоели его скитания по Европе, и к месту нового назначения они не поехали. Жена Милева с сыновьями осталась в Цюрихе. После пяти лет жизни врозь в 1919 году они разведутся, и Эйнштейн начнет новую жизнь и новые отношения со своей кузиной Эльзой Левенталь. Они поженятся в 1919 году и проживут вместе до смерти Эльзы в 1936-м.
Эйнштейн прибыл в Берлин в начале Первой мировой войны и сразу попал, по его выражению, в «сумасшедший дом» немецкого национализма. Безумие охватило практически всех. Его коллеги собирались на фронт или занимались разработками нового оружия, такого как ужасающий иприт. В сентябре 1914го был опубликован поддерживающий германское правительство манифест «К культурному миру». Подписанный девяносто тремя немецкими учеными, писателями, артистами и деятелями культуры, он был направлен против дезинформации, распространяемой о Германии. По крайней мере, так думали подписанты. Манифест утверждал, что немцы не несут ответственности за разразившуюся войну. Замалчивался факт, что Германия только что вторглась в Бельгию и разрушила город Левен. Вместо этого было написано: «Неправда, что наши солдаты посягнули на жизнь хотя бы одного бельгийского гражданина и его имущество». Манифест был вызывающим и скандальным, большая его часть была неправдой.
Эйнштейна происходящее шокировало. Будучи пацифистом и интернационалистом, он вступил в борьбу, подписав контрманифест «К европейцам». В нем Эйнштейн с горсткой коллег отмежевывались от «Манифеста девяносто трех», осуждая тех, кто его подписал, и умоляя «образованных людей из всех стран» бороться с разрушительной войной. Но обращение «К европейцам» было, по большому счету, проигнорировано. Остальной мир воспринимал Эйнштейна как еще одного немецкого ученого, поддержавшего документ девяносто трех, а значит, как врага. По крайней мере, так считалось в Англии.
Англичанин Артур Эддингтон был знаменит своими долгими велосипедными прогулками. В качестве меры своей выносливости он использовал число E. Оно обозначало максимальное число дней, в которые он проезжал больше, чем E миль. Сомневаюсь, что мое E превосходит 5 или 6. Я проезжал шесть миль в день не более шести раз в жизни — я знаю, что это мизерная цифра. Когда Эддингтон умер, его число Е было равно 87, то есть он предпринял восемьдесят семь индивидуальных велосипедных выездов протяженностью более восьмидесяти семи миль. Уникальная выносливость и настойчивость позволили ему достичь выдающихся результатов во всех сферах жизни.
Эйнштейну пришлось бороться за право приступить к научной карьере, а Эддингтон легко проник в сердце английских академических кругов. Продвигая собственные идеи, Эддингтон бывал высокомерным, пренебрежительным, бескомпромиссно упрямым, но одновременно это был настойчивый ученый, практически никогда не отступавший ни перед чертовски сложными астрономическими наблюдениями, ни перед запутанной новой математикой. Он родился в набожной квакерской семье и с раннего возраста отлично успевал в школе. В шестнадцать лет он отправляется в Манчестер изучать математику и физику и в конце концов оказывается в Кембридже, где получает звание самого успевающего студента года, известное как «мистер Математик». Сразу после получения степени бакалавра он становится ассистентом в Королевской обсерватории и сотрудником Тринити-колледжа в Кембридже.
Кембридж относится к заведениям высшего эшелона, поэтому Эддингтон сразу оказался в компании гениальных ученых. Там был открывший электрон Джозеф Джон Томпсон, а также Альфред Норт Уайтхед и Бертран Рассел, соавторы «Принципов математики», ставших настоящей библией для специалистов в области логики. Со временем к ним присоединились Эрнест Резерфорд, Ральф Фаулер, Поль Дирак — все сливки физического общества XX века. Эддингтон хорошо вписался в коллектив. Проведя несколько лет в Гринвичской обсерватории в Лондоне, он вернулся в Кембридж. В тридцать один год он уже был назначен на престижную должность профессора астрономии и экспериментальной философии (Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy) в Кембридже. Также он получил должность директора расположенной на окраине Кембриджской обсерватории. Рядом с ней он и поселился вместе с матерью и сестрой, чтобы стать со временем ведущим специалистом по астрономии в Великобритании. Он проживет там до конца своих дней, принимая участие в жизни колледжа с ее официальными ужинами и степенными дискуссиями, регулярно посещая Королевское астрономическое общество для демонстрации достигнутых результатов, а для проведения измерений и наблюдений за небом периодически путешествуя в отдаленные уголки мира.
Именно в одной из таких поездок Эддингтон узнал о новых взглядах Эйнштейна на природу силы тяжести. Предложенная концепция изгибающихся лучей уже привлекла внимание ряда астрономов, которые попытались провести измерения. Экспедиции отправились в разные страны — в Америку, Россию и Бразилию, — чтобы захватить нужный момент солнечного затмения и зафиксировать небольшое отклонение света далеких звезд. В Бразилии в процессе наблюдения за затмением Эддингтон встретил одного из таких астрономов, американца Чарльза Перрайна, и был крайне заинтригован его действиями. Поэтому после возвращения в Кембридж он решил познакомиться с идеями Эйнштейна.
После начала Первой мировой войны Эйнштейн был одним из немногих, кто выступал против волны фанатичного национализма, захватившей не только страну, но и его коллег. Ситуация приводила его в отчаяние. В издании The Observatory, которое было рупором британских астрономов, появился ряд недоброжелательных статей, призывающих к прекращению сотрудничества с немецкими учеными. Как кратко сформулировал профессор Оксфордского университета Герберт Тернер: «Можно снова принять Германию в международное сообщество, ослабив нормы международного права, или исключить ее, ужесточив эти нормы. Третьего варианта не существует». Ненависть ко всему немецкому была столь сильной, что предложение подать в отставку получил имеющий немецкие корни президент Королевского астрономического общества. На время войны были заморожены все контакты британских ученых с немецкими коллегами.
Эддингтон думал и вел себя по-другому. Будучи религиозным человеком, он горячо протестовал против войны. Вокруг активно насаждалось неприязненное отношение к немецкой интеллигенции, но он имел особое мнение. «Подумайте не о символической Германии, а о вашем бывшем друге, например профессоре X, — обращался он к коллегам, — назовите его дикарем, грабителем, убийцей детей и попробуйте ощутить ярость. У вас ничего не получится из этой нелепой затеи». Эддингтон не только высказывался в пользу немцев, он отказывался отправляться на фронт и вступать в бой. После того как некоторые его коллеги были отправлены на фронт и пали смертью храбрых, он стал агитировать против войны. Его «национальная важность» — для нации он был важнее в качестве астронома, чем в качестве пехотинца, — позволила ему приобрести нескольких друзей.
В Берлине, в окружении военной истерии, Эйнштейн в одиночку работал над окончательной версией своей теории. Все выглядело корректно, но для правильного оформления требовались дополнительные математические выкладки. И он отправляется в Геттингенский университет, впоследствии ставший «математической Меккой», для встречи с Давидом Гильбертом. Гильберт был колоссом, правившим миром математиков. Он преобразовал существующий подход, пытаясь сложить устойчивое формальное основание, на котором можно было бы строить все остальное. В математике не было места несогласованности. Все следовало выводить из базового набора принципов в соответствии с общепринятыми формальными правилами. Математически точные вещи считались истинными только при условии доказательства в соответствии с этими правилами. Позднее этот подход стали называть «программой Гильберта».
Гильберт собрал вокруг себя наиболее значимых математиков мира. Один из его коллег, Герман Минковский, показал Эйнштейну, как при помощи знаний, которые Эйнштейн еще несколько лет назад пренебрежительно называл «избыточным умственным багажом», записать специальную теорию относительности более элегантным математическим языком. Ученики и ассистенты Гильберта, такие как Герман Вейль, Джон фон Нейман и Эрнст Цермело, стали ведущими математиками XX века. У Гильберта и его группы в Геттингене были большие планы: они хотели провести аксиоматизацию физики, как это было сделано с математикой. Работу Эйнштейна Гильберт считал неотъемлемой частью своего проекта.
Во время короткого визита в Геттинген в июне 1915 года Эйнштейн читал лекции, а Гильберт делал заметки. Они бесконечно дискутировали по поводу отдельных деталей. Физика была сильной стороной Эйнштейна, математика — сильной стороной Гильберта. Но вперед они не продвинулись ни на йоту. Попрежнему с подозрением относящийся к математике и не очень разбирающийся в римановой геометрии Эйнштейн не смог до конца понять излагаемые Гильбертом технические детали. После завершения этого казавшегося бесплодным визита Эйнштейн начал сомневаться в своей новой теории относительности. Он уже был осведомлен, что универсальной она не является: когда в 1913 году они с Гроссманом завершили работу над статьями, стало ясно, что закон всемирного тяготения в выдвинутую концепцию не вписывается. Ошибочными оказались и некоторые прогнозы. К примеру, теория предсказывала отклонение орбиты Меркурия в соответствии со сделанными почти пятьдесят лет назад наблюдениями Леверье, но практика показала, что Эйнштейн ошибся в два раза. Ему пришлось снова пересматривать свое уравнение.
Через три недели Эйнштейн решил отказаться от нового закона всемирного тяготения, который они разработали вместе с Гроссманом и который не подчинялся общему принципу относительности. Ему был нужен другой закон всемирного тяготения, который подобно остальным физическим законам был бы справедливым во всех системах отсчета. Кроме того, он хотел воспользоваться новой римановой геометрией, которой его научил Гроссман. Каждые несколько дней он вносил поправки в уже сделанную работу по формулировке закона, убирая часть допущений и одновременно вводя другие. Постепенно он избавлялся от некоторых мешавших ему продвигаться вперед физических предрассудков, все глубже и глубже погружаясь в новую для него математику. Он понял, что с верно служившей на протяжении его головокружительной карьеры физической интуицией следует быть осторожным, не давая ей заслонять более общую картину, вырисовывающуюся при помощи математики.
К концу ноября, наконец, стало ясно, что работа закончена. Эйнштейн сформулировал общий закон всемирного тяготения, согласующийся с общей теорией относительности. В пределах Солнечной системы этот закон хорошо описывался классической теорией тяготения Ньютона, как это, собственно, и должно было быть. Более того, он точно предсказывал установленную Леверье прецессию перигелия Меркурия. В соответствии с этой теорией искривление лучей света, проходящих рядом с тяжелым объектом, должно быть еще больше — в два раза больше величины, предсказанной при первом обдумывании теории в Праге.
Готовая общая теория относительности Эйнштейна предлагала совершенно новый подход к пониманию физики, заменивший господствовавший в течение веков подход Ньютона. Теория предлагала набор уравнений, которые впоследствии стали называть «уравнениями Эйнштейна». Хотя лежащая в их основе идея, связывающая уравнения Гаусса и Римана с силой тяжести, была красивой, или, как выразились бы физики, «элегантной», подробные уравнения производили впечатление полного хаоса. Фактически это был набор из десяти уравнений для десяти функций геометрии пространства и времени, нелинейных и переплетенных между собой таким образом, что решить отдельное уравнение было попросту невозможно — решались они только вместе. При лобовом подходе такая перспектива пугала. Тем не менее эта система уравнений обещала очень много, так как ее решение позволяло предсказывать протекание происходящих в окружающем мире процессов, от полета пули и падающего с дерева яблока до движения планет в Солнечной системе. Казалось, что решение уравнений Эйнштейна дало ключ к секретам Вселенной. 25 ноября 1915 года Эйнштейн представил свои уравнения Прусской академии наук в виде небольшой трехстраничной работы. Его версия закона всемирного тяготения радикально отличалась от всех предлагавшихся ранее. По сути, Эйнштейн утверждал, что явление, которое мы называем силой тяжести, — не что иное, как движение объектов в геометрии пространства-времени. Массивные объекты влияют на эту геометрию, искривляя пространство и время. Эйнштейн наконец получил действительно общую теорию относительности. Но по этой дороге он шел не в одиночку. Обдумывая геттингенские лекции Эйнштейна, Гильберт предпринял собственную попытку описания гравитационных взаимодействий. И независимо от Эйнштейна пришел к тем же самым гравитационным законам. 20 ноября, за пять дней до выступления Эйнштейна в Берлинской академии, он представил свои результаты в Королевском научном обществе в Геттингене. В итоге создалось впечатление, что Гильберт опередил Эйнштейна.
Несколько недель после доклада отношения Гильберта и Эйнштейна были крайне напряженными. В письмах к Эйнштейну Гильберт утверждал, что не помнит ничего из лекций, в которых Эйнштейн рассказывал про свои попытки построения уравнений гравитации, и к Рождеству Эйнштейн согласился с тем, что в данном случае речь о нечестной игре не шла. Письмо Гильберту Эйнштейн начал с фразы «у нас произошла размолвка», но он смирился с происшедшим настолько, что написал: «Я вновь думаю о вас с ничем не замутненным дружеским чувством…» Они и в самом деле остались друзьями и коллегами, так как Гильберт больше никогда не заявлял о правах на фундаментальный труд Эйнштейна. И до самой своей смерти называл полученные ими обоими уравнения «уравнениями Эйнштейна».
Работа Эйнштейна шла к завершению. Постепенно поддаваясь силе математики, он смог получить окончательные версии уравнений. С этого момента математика стала его проводником наряду с мысленными экспериментами. Эйнштейна потрясла математическая красота готовой теории. Про уравнения он говорил как про «наиболее ценное открытие в моей жизни».
От своего друга, голландского астронома Виллема де Ситтера, Эддингтон получал оттиски статей из Праги, затем из Цюриха и, наконец, из Берлина. Его крайне заинтриговал совершенно новый подход к рассмотрению гравитации в рамках сложного математического языка. Он был астрономом, и его обязанности сводились к измерениям и наблюдениям с последующими попытками интерпретации результатов, тем не менее он был готов приступить к изучению использовавшейся Эйнштейном для описания своей теории римановой геометрии. Игра явно стоила свеч, ведь Эйнштейн сделал ряд достаточно четких прогнозов, позволяющих проверить его теорию практикой. Идеальной возможностью подобной проверки явилось ожидаемое 29 мая 1919 года солнечное затмение, и было очевидно, что команду наблюдателей возглавит именно Эддингтон.
Существовала, однако, одна, но крайне серьезная проблема. Европу охватил пожар войны, Эддингтон был пацифистом, а Эйнштейн состоял в сговоре с врагом. По крайней мере, коллеги Эддингтона пытались склонить его к этому мнению. В 1918 году военный конфликт достиг своего апогея, возрос риск полного поглощения англичан и французов немецкой армией, что привело к новой волне мобилизации. Эддингтона призвали на фронт, но у него были совсем другие планы.
Став горячим сторонником новой теории гравитационных взаимодействий, Эддингтон столкнулся с неприязнью коллег. В попытке откреститься от немецкой науки как от не имеющей ценности один из них заявил: «Мы пытались думать, что чрезмерные и неправомерные притязания Германии обусловлены временным помутнением на почве недавнего экономического роста. Но подобные примеры заставляют задуматься, не может ли печальная истина иметь более глубокие причины». И несмотря на то что королевский астроном Фрэнк Дайсон поддерживал назначение Эддингтона главой экспедиции, за отказ отправляться на фронт его хотели отправить в тюрьму. Для рассмотрения взглядов Эддингтона в Кембридже был созван правительственный трибунал. В процессе слушания враждебность по отношению к Эддингтону нарастала. В освобождении было бы отказано, если бы не вмешательство Фрэнка Дайсона. Он объявил, что Эддингтон является ключевой для экспедиции фигурой, кроме того, «в сложившихся условиях наблюдать за затмением будет крайне немногочисленная группа. Профессор Эддингтон имеет исключительную квалификацию в подобных наблюдениях, и я надеюсь, что суд даст ему разрешение взяться за эту задачу». Затмение заинтересовало суд, и Эддингтона освободили в связи с «государственной необходимостью». Увлечение теорией Эйнштейна спасло его от отправки на фронт.
Эта теория предсказывала отклонение света далеких звезд при прохождении рядом с массивным телом, например с Солнцем. Эксперимент Эддингтона сводился к наблюдению за звездным скоплением Гиады два раза в год. Сначала предполагалось аккуратно измерить положение звезд в Гиадах ясной ночью, когда ничто не мешает наблюдениям и ничто не влияет на лучи света. Затем эксперимент требовалось повторить с Солнцем на переднем плане. Эту операцию следовало проделать во время полного солнечного затмения, когда практически весь яркий свет Солнца блокируется Луной. 29 мая 1919 года Гиады находились справа от Солнца, что создавало прекрасные условия для измерений. Сравнение результатов двух экспериментов — с Солнцем и без него — должно было показать, возникает ли отклонение. И если бы оно оказалось равным примерно одной четырехтысячной градуса, или 1,7 угловой секунды, правота теории Эйнштейна была бы доказана. Вот такая простая и понятная задача.
Но на самом деле все было далеко не так просто. Те немногочисленные места, откуда можно было наблюдать полное затмение, находились далеко друг от друга. Для установки оборудования астрономам приходилось отправляться в дальние путешествия. Эддингтон вместе с Эдвардом Коттингемом из Гринвичской обсерватории начали работу на острове Принсипи. Резервная команда из двух астрономов, Эндрю Кроммелина и Чарльза Девидсона, отправилась в деревушку Собраль, расположенную в сердце северо-восточного региона Бразилии — бедной пыльной области недалеко от экватора. Принсипи представляет собой маленький остров в Гвинейском заливе. Это португальская колония, известная своим какао. Покрытый пышной растительностью остров в жарком, влажном, сдобренном тропическими штормами климате разделен на несколько больших плантаций, или, как их называют, roças, появившихся там, где португальские землевладельцы использовали труд местных жителей для обработки земли. В течение десятилетий британской корпорацией Cadbury отсюда поставлялись какао-бобы. В начале XX века обвиненные в использовании рабского труда плантации потеряли свои контракты, что разрушило экономику острова. На момент прибытия туда Эддингтона остров был практически предан забвению.
Эддингтон установил аппаратуру в удаленном уголке Roça Sundy, где она находилась под присмотром землевладельца. Коротая время за игрой в теннис на единственном корте острова, он ждал дня затмения, молясь, чтобы работе не помешали раз за разом повторяющиеся ливни и серое небо. Коттингем подготовил телескоп, надеясь, что тепло не приведет к искажению изображений.
В утро затмения шел сильный дождь, небо было совершенно серым, но менее чем за час до наступления завершающей фазы стало светлеть. Увидеть Солнце Эддингтону и Коттингему удалось, когда затмение уже шло полным ходом. К 14:15 небо полностью очистилось, что позволило провести измерения — было получено шестнадцать фотопластин со снимками Солнца, на заднем плане которого проглядывало скопление Гиады. К концу затмения на небе не было ни облачка. Эддингтон телеграфировал Фрэнку Дайсону: «Через облака. Надеюсь». Возможно, именно сильная облачность в начале эксперимента помогла получить приемлемые результаты. В бразильской деревне Собраль был жаркий и ясный день, что позволило наблюдать затмение с самого начала. Окруженные ликующими местными жителями, жаждущими принять участие в историческом событии, Кроммелин и Девидсон смогли получить девятнадцать пластин в дополнение к шестнадцати пластинам Эддингтона и Коттингема. В восторге они послали телеграмму:
«Затмение. Великолепно». В тот момент они не понимали, что прекрасные условия наблюдения и жаркая погода фактически сорвали эксперимент. Жара настолько деформировала аппаратуру, что измерять фотопластинки было уже бесполезно. И только резервные наблюдения с меньшего телескопа позволили экспедиции внести в эксперимент свою лепту.
Быстро вернуться домой астрономы не могли, поэтому к анализу пластинок приступили только в конце июля. Из шестнадцати предоставленных Эддингтоном снимков только на двух оказалось достаточное для корректного измерения отклонения количество звезд. В результате получили отклонение в 1,61 угловой секунды с погрешностью в 0,3 угловой секунды, что согласовывалось с предсказанной Эйнштейном цифрой 1,7 угловой секунды. Результаты анализа бразильских пластинок вызвали тревогу. Отклонение составило всего 0,93 угловой секунды, что совсем не совпадало с релятивистскими прогнозами, зато укладывалось в теорию Ньютона. Впрочем, это были пластинки, пострадавшие от тепла. Анализ резервных наблюдений из деревни Собраль, полученных при помощи меньшего телескопа, показал, что отклонение составляет 1,98 угловой секунды, что всего на 0,12 угловой секунды превысило предсказанное Эйнштейном число.
6 ноября 1919 года команда исследователей отчиталась о результатах на совместном заседании королевского и астрономического обществ. В серии выступлений под руководством Фрэнка Дайсона члены экспедиции представили аудитории, состоящей из их коллег, различные измерения. После того как были приняты во внимание проблемы, с которыми столкнулась экспедиция в деревне Собраль, докладчики продемонстрировали, что результаты измерений блестяще подтверждают предсказания Эйнштейна.
Президент Королевского общества Джозеф Джон Томсон отозвался об измерениях так: «Это самый важный результат, полученный в теории тяготения после Ньютона». Он добавил: «Если таким образом поддерживается справедливость рассуждений Эйнштейна — и были пройдены две серьезные проверки в рамках уточнения перигелия Меркурия и настоящего затмения, — то данный результат относится к одному из величайших достижений человеческой мысли».
На следующий день после собрания в Берлингтон-хаузе слова Томпсона появились в лондонской газете Times. Рядом с множеством заголовков, посвященных годовщине перемирия и провозглашавших «Славу погибшим», располагалась статья, озаглавленная «Революция в науке. Новая теория Вселенной. Идеи Ньютона опровергнуты». В ней описывались результаты экспедиций. Новости и мнения по поводу новой теории Эйнштейна и экспедиции Эддингтона распространялись по англоязычным странам со скоростью лесного пожара. К 10 ноября информация достигла Америки, и в газете New York Times появились статьи под броскими заголовками «Весь свет скривился в небесах», «Триумф теории Эйнштейна». Была даже статья с витиеватым названием «Звезды не там, где кажутся, и не там, где они должны быть по расчетам, но для волнений нет причин».
Рискованная игра Эддингтона принесла плоды. Изучив и проверив новую общую теорию относительности Эйнштейна, он превратился в пророка новой физики. С этого момента он стал одним из немногих ученых мужей, на взгляды которых полагались при обсуждении нового релятивизма. Его мнение о том, как следует интерпретировать или разрабатывать теорию Эйнштейна, спрашивали чаще, чем кого бы то ни было.
И разумеется, блестящая экспедиция Эддингтона превратила Эйнштейна в суперзвезду. Его выводы изменили жизнь Эйнштейна и обеспечили общей теории относительности на редкость высокий уровень популярности и славы, по крайней мере на некоторое время. Ньютон был сброшен с трона, который он занимал в течение сотен лет. Теория Эйнштейна была непонятной и формулировалась математическим языком, известным крайне небольшому кругу людей, но она с честью выдержала устроенные Эддингтоном испытания. Кроме всего прочего, Эйнштейн перестал быть врагом. Несмотря на окончание войны, неприязнь к немецким ученым все еще существовала, но Эйнштейна она не касалась. Стало широко известно, что он не подписывал манифест 93-х, более того, он был не немцем, а швейцарским евреем. Как Эйнштейн выразился в статье Times вскоре после исторического доклада Эддингтона в Королевском астрономическом обществе: «В Германии меня называют немецким ученым, а для Англии я являюсь швейцарским евреем. Если же потребуется вызвать ко мне неприязнь, характеристики поменяются местами, и для Германии я стану швейцарским евреем, а для Англии — немецким ученым».
Из имеющего склонность к высокомерию неизвестного служащего патентного бюро, которым восхищались несколько узких специалистов, Эйнштейн превратился в культурный символ и стал получать приглашения прочитать лекции в Америке, в Японии, в странах Европы. А его общая теория относительности, впервые увидевшая свет в процессе простого мысленного эксперимента в бернском офисе, сформировала совершенно новый подход в физике. В релятивистской физике математика нашла твердую поддержку, породив набор сложных и красивых уравнений, готовых разлететься по миру. Пришло время выяснить, что эти уравнения означают.
