ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА

Статьи, переводы которых включены в настоящий сборник, взяты из большого тома, выпущенного Кембриджским университетом к 100-летию со дня рождения Эйнштейна. Нам пришлось для сокращения объема пожертвовать рядом статей и из 16 статей английского издания отобрать лишь восемь.

Один из редакторов английского издания, С. Хокинг получил известность как автор идеи об испарении черной дыры — рождении пар в сильных гравитационных полях вблизи горизонта. Вместе с Р. Пенроузом, автором одной из статей сборника, он внес в развитие общей теории относительности новые геометрические идеи, оказавшие большое влияние на современный этап развития теории.

Статьи сборника дают хорошее представление об основных направлениях исследований, как они представлялись в 1979 г. Эта область исследуется весьма интенсивно, и за прошедшие годы многие результаты получили дальнейшее развитие. По-видимому, наибольшие успехи достигнуты в теории суперсимметрии и супергравитации — теории, пытающейся объединить различные взаимодействия микромира и включить в такую, пока еще не совершенную модель, гравитацию. Этому направлению, совсем не представленному в настоящей книге, посвящен сборник «Геометрические идеи в физике», выходящий в издательстве «Мир» [1]. Кроме того, полезно обратить внимание читателя на книгу Н. Биррелла и П. Девиса «Квантованные поля в искривленном пространстве-времени», перевод которой также готовится к печати в издательстве «Мир» [2], и книгу К. Уилла «Теория и эксперимент в гравитационной физике» [3] с подробной дискуссией вопросов, частично затронутых в статье этого автора, включенной в настоящий сборник.

К юбилею А. Эйнштейна было издано много сборников [4—61, перевод одного из них, «Альберт Эйнштейн и теория гравитации», выпущен издательством «Мир» в 1979 г. Юбилей великого ученого совпал с периодом, когда теория относительности, считавшаяся почти законченной наукой, испытала новое рождение. Два направления — релятивистская космология и астрофизика и геометрия гравитационных полей и их особенности — вызывают особый интерес. Хорошим введением в эту область и должны служить статьи предлагаемого сборника.

Перевод выполнили: канд. физ.-мат. наук. А.Г. Полнарев (предисловие, гл. I), канд. физ.-мат. наук Э. А. Тагиров (гл. II, V—VII) и канд. физ.-мат. наук И. Г. Дымникова (гл. III, IV, VIII).

Я. А. Смородинский

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Физику тех лет 1879 год показался бы ничем не примечательным. Он мог бы прочесть скорее со скептицизмом, чем с интересом, статью Йозефа Стефана в Sitzungsberichte der Akademie der Wissen-schaften in Wien (Протоколы Венской академии наук), автор которой, исходя из довольно туманных экспериментальных фактов, заключил, что энергия, излучаемая абсолютно поглощающим телом, пропорциональна четвертой степени его температуры. В физику незаметно вошла новая фундаментальная постоянная. Однако чтобы это осознать, потребовались еще 20 лет и проницательность Планка.

Вероятно, наш физик с большим интересом воспринял бы в том же году появление восьмого тома девятого издания Encyclopaedia Britannica, содержащего статью Джеймса Клерка Максвелла «Эфир». Но он не мог бы тогда знать о письме Максвелла Д. П. Тодду, директору Nautical Almanac, в котором Максвелл спрашивал, не знает ли он о каких-нибудь аномалиях в моментах затмений спутников Юпитера. «Дело в том, — писал Максвелл, — что они, насколько мне известно, дают нам единственный способ определить направление и величину скорости движения Солнца относительно светоносной среды..., а при использовании земных методов определения скорости света свет возвращается обратно по тому же пути, так что движение Земли относительно эфира изменяет время двойного прохождения на величину, зависящую от отношения квадрата скорости Земли к квадрату скорости света; однако эта величина слишком мала, чтобы ее можно было заметить». Письмо Максвелла было опубликовано в Nature вскоре после его смерти в ноябре 1879 г. и попалось на глаза молодому преподавателю Военно-морской академии США Альберту А. Майкельсону. Это письмо с пометкой «Ка-вендишская лаборатория, Кембридж, 19 марта 1879 г.», воспроизводится в конце нашего предисловия. Пятью днями ранее, 14 марта 1879 г., в г. Ульме родился Альберт Эйнштейн. Так два родника, которые впоследствии должны были дать жизнь квантовой теории и теории относительности, появились на свет одновременно с человеком, который в критические годы направит потоки от этих родников по правильному руслу.

С самого ее появления в 1916 г. общая теория относительности считалась чрезвычайно трудной теорией. Ее развитие за последние 20 лет было столь феноменальным, что в книге, подобной этой,

невозможно избежать довольно пространного изложения технических деталей. Однако главное впечатление, которое неизбежно возникает у каждого, — это чувство изумления перед той волшебной, неизъяснимо рациональной Вселенной, которая открылась нам гением одного человека. Никто не может без трепета вспомнить свое первое столкновение с этим миром, как будто созданным фантазией Льиюса Кэрролла, где пространство искривлено, время служит четвертым измерением и честнейшие свидетели лукаво противоречат друг другу в ответ на самые элементарные вопросы о том, что происходит, где и когда. Возможно, самый бесценный дар, который Альберт Эйнштейн оставил в наследство нашему столетию, — это то, что он вернул миру биллиардных шаров его ореол глубины и таинственности.

Несмотря на то что со дня рождения Эйнштейна прошло более ста лет, сейчас самое время вновь обозреть его величайшее достижение — общую теорию относительности. За последние 20 лет достигнут огромный прогресс как в понимании теории, так и в ее экспериментальном подтверждении, в результате чего общая теория относительности из интеллектуальной достопримечательности превратилась в повседневный рабочий инструмент для астрофизиков, и ее эффекты следует учитывать даже в столь практических делах, как конструирование спутниковых систем навигации. Сейчас мы имеем довольно полную картину теории, по крайней мере до того момента, когда она потребует модификации, чтобы включить в себя квантовые гравитационные эффекты. Большинство статей данного сборника описывает различные стороны этой классической, т. е. не квантовой, теории. Однако классическая теория также предсказывает, что должны существовать пространственно-временные сингулярности, т. е. области, где кривизна пространства-времени становится неограниченно большой. Можно было бы ожидать, что в таких ситуациях доминирующую роль будут играть квантовые гравитационные эффекты. В настоящее время этот вопрос интенсивно исследуется, и ему посвящено несколько последних статей нашего сборника. Конечной целью является осуществление мечты Эйнштейна о создании полной и согласованной теории, которая объединила бы все законы физики.

Составляя этот сборник, мы стремились обеспечить обзор современного состояния исследований по общей теории относительности, который был бы доступен для неспециалистов. Изложение некоторых вопросов, таких, как проблема начальных данных, с неизбежностью оказалось усложненным и наполненным множеством уравнений и доказательств. Однако неспециалист не встретит трудностей при чтении других статей, посвященных экспериментальным проверкам, поискам гравитационного излучения, астрофизике черных дыр и т. п.

Редакторы благодарны авторам, написавшим эти статьи за короткий срок, секретарям Джуди Фелла и Мэри Ю, Яну Бейли и

Ричарду Мэбли за помощь в составлении предметного указателя, а также редакторам издательства «Кембридж юниверсити пресс», которые проделали огромную работу по подготовке рукописи к печати.

Август 1978 г. С. Хокинз

В. Израэль

«О возможных способах определения движения Солнечной системы в светоносном эфире». Заметка покойного проф. Дж. К. Максвелла, содержащаяся в письме к м-ру Д. П. Тодду, директору Nautical Almanac, Вашингтон, США. Представлено проф. Стоксом, секретарем Королевского общества.

М-р Тодд был столь добр, что передал мне копию прилагаемого письма и любезно разрешил использовать его по моему усмотрению.

Поскольку заметка в Encyclopaedia Britannica, на которую ссылается Максвелл, была очень краткой — ограничивалась одной фразой, а обсуждаемый вопрос представляет огромный интерес, я счел целесообразным передать письмо в Королевское общество.

Из проведенных м-ром Хиггинсом исследований компоненты относительной скорости вдоль луча зрения нашего Солнца и некоторых звезд можно заключить о допустимом эффекте, не превышающем половины секунды. Несомненно, что его обнаружение составляет очень деликатную задачу. Однако из всего, что нам известно a priori, следует, что это движение должно быть значительно более заметным, поэтому предложенная идея важна сама по себе вне зависимости от возможности реальных измерений.

В своем письме ко мне м-р Тодд замечает: «Я рассматриваю это сообщение как чрезвычайно важное, хотя (как Вы заметите, если имеете возможность ознакомиться с моим ответом), вероятно, пройдет немало времени, прежде чем нам удастся получить таблицы движения спутников Юпитера, достаточно точные, чтобы их можно было использовать для практических проверок».

Я не считал целесообразной задержку публикации письма в ожидании, что какие-нибудь материалы, касающиеся этого вопроса, могут быть найдены среди бумаг Максвелла.

(Копия) Кавендишская лаборатория

Кембридж 19 марта 1879 г.

Сэр,

Я с большим удовольствием получил таблицы движения спутников Юпитера, которые Вы столь любезно переслали мне. Ваш интерес к системе Юпитера дает мне смелость задать вопрос, занимались ли Вы какими-либо специальными исследованиями кажущегося запаздывания моментов затмений, связанного с геоцентрическим положением Юпитера.

Мне говорили, что наблюдения такого рода несколько вышли из моды из-за других методов определения скорости света, но они, насколько мне известно, дают нам единственный способ определить направление и величину скорости движения Солнца относительно светоносной среды. Даже если бы мы были уверены в теории аберрации, мы смогли бы лишь получить разности в положении звезд, а при использовании земных методов определения скорости света свет возвращается обратно по тому же пути, так что движение Земли относительно эфира изменяет время двойного прохождения на величину, зависящую от отношения квадрата скорости Земли к квадрату скорости света; однако эта величина слишком мала, чтобы ее можно было заметить.

Но если есть расстояние от Юпитера до Земли, I — геоцентрическая долгота, а — долгота и X — широта направления, по которому Солнце движется

через эфир со скоростью и если V — скорость света, время его прохождения от к Е, то

Сравнивая значение когда Юпитер находится в разных знаках Зодиака, можно определить

Я не знаю, как определить кроме как по планете с орбитой, имеющей большое наклонение к эклиптике. Следует заметить, что в то время как определение скорости света V с помощью этого метода зависит от изменений расстояния т. е. от диаметра земной орбиты, определение и , зависит от самой величины которая гораздо больше.

Однако ни один метод не может быть использован без хороших таблиц движения спутников, и поскольку я не астроном, я не знаю, предпринимались ли по аналогии с наблюдениями при помощи таблиц Дамуазье какие-либо попытки рассмотреть член

Я позволил себе написать Вам, поскольку обсуждаемый вопрос выходит за рамки исследований, проведенных теми, кто не занимался специально спутниками Юпитера.

В статье «Эфир», опубликованной в девятом издании Encyclopaedia Britannica, я собрал все известные мне факты об относительном движении эфира и тел, движущихся в нем, и показал, что никаких заключений об этом относительном движении нельзя сделать на основании всех наблюдаемых в настоящее время явлений, кроме затмений спутников планет, чем далее расположенных, тем лучше.

Если Вам известна какая-либо работа в этом направлении, Ваша лично или других авторов, я счел бы за честь получить об этом сообщение.

Искренне Ваш (подпись) Дж. К. Максвелл

Д. П. Тодд, эсквайр