Забравената вселена на Айнщайн

През 1917 година Алберт Айнщайн поразил физическия свят, публикувайки общата теория на относителността, в която описал гравитацията като геометрично свойство на пространство-времето.

Това веднага поставило въпроса за структурата на Вселената като цяло, от който се развила съвременната космология.

През следващите няколко години много учени разработвали различни модели на структурата на пространство-времето.

С това се занимавали и руският физик Александър Фридман, и холандският математик Вилем де Ситер, и белгийският свещеник Жорж Льометър. В тази дискусия Айнщайн вземал сравнително малко участие, ограничавайки се с няколко важни реплики.

По това време било прието да се смята, че Вселената се намира в стабилно състояние – не се разширява и не се свива. Затова Айнщайн въвел в своя модел космологичната константа, която можела да се регулира, та Вселената да не се разширява и да не се свива.

Но на главоблъсканиците им липсвала ключова част. Приблизително когато Едуин Хъбъл започнал да публикува данни, според които видните от астрономите „островни вселени“ или галактики били много по-далече от звездите и бързо се отдалечавали от нас. Неговият извод, кардинално изменил нашите представи за света, се заключавал в това, че Вселената се разширява.

Водещите физици от това време веднага осъзнали значимостта на откритието на Хъбъл. Ако той бил прав, моделът на Вселената трябвало да се промени.

В резултат през 1932 г. Айнщайн и Де Ситер публикували нов модел, в рамките на който се отказали от космологичната константа, позволявайки на Вселената да се разширява. По-нататък този модел станал за космологичното общество основен „работен кон“.

Наскоро Кормак O’Раферти (Cormac O’Raifeartaigh) и Брендън Маккан от ирландския Уотърфордски технологичен институт демонстрирали важен етап от придвижването на Айнщайн към този модел, като за първи път превели слабо известна статия на създателя на теорията на относителността, написана година преди работата от 1932 г.

В тази статия, озаглавена Zum kosmologischen Problem der allgemeinen Relativitätstheorie („За космологичния проблем на общата теория на относителността“), Айнщайн предлага модел на Вселена, която отначало се разширява, а след това се свива. Този модел също е важен, тъй като за първи път придава на космологичната константа нулева стойност.

Първо O’Раферти и Маккан обсъждат историческия контекст на статията. Айнщайн очевидно я е написал след своята визита в САЩ, продължила три месеца. Голяма част от това време той прекарал в Принстън, но успял и да отиде при Хъбъл, за да обсъди неговото откритие.

Интересно, че в статията си Айнщайн постоянно пише фамилията на Хъбъл с грешка. Според авторите това доказва, че той е бил зле запознат за работата на американския астроном. В статията също липсват редица важни препратки, вероятно пропуснати в бързането –O’Раферти и Маккан смятат, че Айнщайн я е написал само за четири дни.

Моделът, който Айнщан пробва в статията, носи явно преходен характер. Да речем той предполага положителна кривина на пространство-времето. Това било необходимият елемент на Айнщайновия модел за стабилна вселена, но по-късно се оказало незадължително в рамките на разширяващия се модел, който можел да има както положителна кривина, така и отрицателна или нулева. За възможността на последния Айнщайн и Де Ситер писали година по-късно.

Един от най-интересните аспекти от статията е свързан с опита на Айнщайн въз основа на своя модел да изчисли размера на Вселената, който той оценява на 10⁸ светлинни години или радиус 9,5×10²⁵ сантиметра (на няколко порядъка по-малко в сравнение със съвременните оценки).

Във връзка с това той оценява възрастта на Вселената на около 10 милиарда години. Според съвременния консенсус Вселената е на около 14 млрд. години.

Както отбелязват O’Раферти и Маккан, не е ясно на какво е основана оценката на Айнщайн. Те смятат, че в основата ѝ лежат изчисления на Фридман. Те също посочват, че в бързината Айнщайн е допуснал редица грешки в изчисленията.

„Айнщайн тук изглежда по-скоро като любител космолог, отколкото като учен, опитващ се да покаже съвместимостта на своята велика теория с поразителните нови астрономични наблюдения“, отбелязват те.

Това е интересен материал не само за еволюцията във възгледите на Айнщайн за природата на Вселената, но и за личността на самия Айнщайн. Кой от нас не е бързал и после не е забелязвал грешки в работата си?

Да отбележим, че след съвместната работа от 1932 г. с Де Ситер Айнщайн почти не проявявал интерес към космологията, предпочитайки да се занимава с несполучилите опити да обедини относителността с квантовата теория.

Айнщайн е един от най-обсъжданите и изучени изследователи в историята. Затова е изключително странно, че сред работите му има такива, които не са били преведени на английски. Но именно това и прави превода на O’Раферти и Маккан ценна добавка към материалите за този удивителен човек.