Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна)
Минуло три роки відтоді, як ЮНЕСКО оголосила 2005-й Міжнародним роком фізики на честь епохальних робіт Альберта Ейнштейна з фізики, виконаних у 1905 р. У зв'язку з цим 2–6 жовтня 2005 р. в Одесі відбувся масштабний з'їзд «Фізика в Україні». Організаторами виступили НАН України, МОН України...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3437 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) / Ю.П. Степановський // Вісн. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 53-61. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860119763252936704 |
|---|---|
| author | Степановський, Ю.П. |
| author_facet | Степановський, Ю.П. |
| citation_txt | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) / Ю.П. Степановський // Вісн. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 53-61. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Минуло три роки відтоді, як ЮНЕСКО оголосила 2005-й Міжнародним роком фізики на честь епохальних робіт Альберта Ейнштейна з фізики, виконаних у 1905 р. У зв'язку з цим 2–6 жовтня 2005 р. в Одесі відбувся масштабний з'їзд «Фізика в Україні». Організаторами виступили НАН України, МОН України й Українське фізичне товариство. Учасники з'їзду заслухали лекції, присвячені
А. Ейнштейну та його безцінному внеску у фізику, а також доповіді на тему
сучасної фізики і фізичних досліджень в Україні. На з'їзді відбулася презентація ґрунтовної монографії «Загальна теорія відносності: випробування часом» (автори Я.С. Яцків, О.М. Александров, І. Б. Вавилова та інші). Нинішній, 2009 рік, ЮНЕСКО оголосила Міжнародним роком астроно-
мії на честь 400-ліття нової ери, розпочатої Галілео Галілеєм, який уперше
спрямував у небо свою зорову трубу. У Рік астрономії природно говорити про
космос, Всесвіт, космологію та її дослідників. Тому проаналізуємо внесок А.
Ейнштейна в цей науковий напрям, щоб пересвідчитися, що без космологічної
сталої, про введення якої у фізику вчений глибоко жалкував, було б неможливо пояснити спостережуване нині розширення Всесвіту з прискоренням.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:38:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3 53
ПостатI
Минуло три роки відтоді, як ЮНЕСКО оголосила 2005-й Міжнародним роком
фізики на честь епохальних робіт Альберта Ейнштейна з фізики, виконаних у
1905 р. У зв'язку з цим 2–6 жовтня 2005 р. в Одесі відбувся масштабний з'їзд
«Фізика в Україні». Організаторами виступили НАН України, МОН України й
Українське фізичне товариство. Учасники з'їзду заслухали лекції, присвячені
А. Ейнштейну та його безцінному внеску у фізику, а також доповіді на тему
сучасної фізики і фізичних досліджень в Україні. На з'їзді відбулася презента-
ція ґрунтовної монографії «Загальна теорія відносності: випробування часом»
(автори Я.С. Яцків, О.М. Александров, І. Б. Вавилова та інші).
Нинішній, 2009 рік, ЮНЕСКО оголосила Міжнародним роком астроно-
мії на честь 400-ліття нової ери, розпочатої Галілео Галілеєм, який уперше
спрямував у небо свою зорову трубу. У Рік астрономії природно говорити про
космос, Всесвіт, космологію та її дослідників. Тому проаналізуємо внесок А.
Ейнштейна в цей науковий напрям, щоб пересвідчитися, що без космологічної
сталої, про введення якої у фізику вчений глибоко жалкував, було б неможли-
во пояснити спостережуване нині розширення Всесвіту з прискоренням.
Ю. СТЕПАНОВСЬКИЙ
УЧЕНИЙ І ВСЕСВІТ
До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна
Альберт Ейнштейн народився 14 березня
1879 р. у м. Ульмі (Німеччина) в нере-
лігійній єврейській сім'ї. У 1880 р. родина
переїздить до Мюнхена. У 1896 р. Ейнштейн
відмовляється від німецького громадянства.
Упродовж 1896–1900 рр. він студент Цю-
рихського політехнікуму. У 1901 р. Альберт
приймає швейцарське громадянство. З 1902
до 1906 р. він працює технічним експертом
третього класу в патентному бюро в Берні, а
протягом 1906–1909 рр. — технічним екс-
пертом другого класу. З 1909 до 1911 р. Ей-
© СТЕПАНОВСЬКИЙ Юрій Петрович. Кандидат фізико-математичних наук. Провідний науковий
співробітник ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України. 2009
нштейн — доцент Цюрихського університе-
ту, а з 1911 до 1912 р. — професор теоретич-
ної фізики німецького університету в Празі.
Упродовж 1912–1914 рр. — професор теоре-
тичної фізики у Федеральному технологіч-
ному інституті (колишньому Політехніку-
мі) в Цюриху. З 1914 р. А. Ейнштейн — про-
фесор Берлінського університету, директор
Фізичного інституту ім. кайзера Вільгельма,
член Прусської академії наук. У 1932 р. уче-
ного призначають професором в Інституті
вищих досліджень у Принстоні (штат Нью-
54 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3
Джерсі, США). У 1933 р. він виходить з
Прусської академії наук і емігрує в США, а
в 1940 р. одержує американське громадян-
ство. 18 квітня 1953 р. А. Ейнштейн поми-
рає в лікарні в Принстоні від аневризми че-
ревної аорти. На його прохання тіло крему-
вали, а прах розвіяли в невідомому місці.
«Пробач мені, Ньютон!» — писав А. Ейн-
штейн у 1949 р. у своїх «Автобіографічних
нотатках». Теорія тяжіння Ньютона, така
проста, красива і, здавалося б, непорушна,
виявилася лише першим наближенням до
істини. На зміну їй прийшла теорія тяжін-
ня Ейнштейна, яку він назвав «Загальною
теорією відносності». Учений вважав її
основним науковим результатом свого
життя. Згідно з цією теорією, матерія (ре-
човина) змінює геометрію простору-часу, і
рух електронів, небесних тіл або світла в
цьому викривленому просторі-часі відбу-
вається за законами геометрії. Тільки в
листопаді 1915 р. А. Ейнштейну вдалося
остаточно сформулювати рівняння своєї
теорії.
4, 11, 18 і 25 листопада 1915 р. учений ви-
ступив із чотирма доповідями на засідан-
нях Прусської академії наук у Берліні
(вони були опубліковані тиждень потому в
«Доповідях Королівської Прусської акаде-
мії наук»). У перших двох доповідях обго-
ворено загальні питання теорії, у третій по-
яснено аномалії в русі перигелію Меркурія
(43"/100 років) і правильно розраховано
відхилення променя світла гравітаційним
полем Сонця (1,75"), що виявилося вдвічі
більше, ніж помилковий результат, отрима-
ний Ейнштейном у 1911 р. І, нарешті, 25
листопада А. Ейнштейн повідомив про
отримання остаточних рівнянь тяжіння.
Теорія була завершена. Ось один із захо-
пливих відгуків про неї А. Зоммерфельда
(1921 р.): «... ідеальні позитивні якості те-
орії і суб'єктивні заслуги Ейнштейна зали-
шаються нечуваними і не можуть ні з чим
зрівнятися. Зі сміливістю і логічністю фі-
лософського розуму, яких ніколи раніше не
помічали у вченого-природознавця, з мате-
матичною потужністю, що викликає в
пам'яті імена Гауса і Рімана, з безпомилко-
вим розумінням фізичної дійсності, яке він
продемонстрував і в інших галузях фізики,
Ейнштейн протягом десяти років зводив
будівлю своєї теорії, перед якою навіть ми,
з року в рік напружено стежачи за його ро-
ботою, сьогодні стоїмо вражені і приголо-
мшені...».
ЕЙНШТЕЙН І ЧОРНІ ДІРИ
Для того, щоб пояснити аномалії в русі
перигелію Меркурія і розрахувати
відхилення променя світла гравітаційним
полем Сонця, А. Ейнштейну було достат-
ньо знайти тільки перші поправки до тео-
рії Ньютона. У 1916 р. німецький астроном
Карл Шварцшильд (1873–1916) уперше
отримав точне рішення рівнянь загальної
теорії відносності Ейнштейна, що вира-
жає узагальнений закон всесвітнього тя-
жіння Ньютона для статичного сферично-
А
ль
бе
рт
Е
й
нш
те
й
н
(1
93
0)
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3 55
симетричного випадку. Робота Шварц-
шильда заклала підґрунтя для сучасної тео-
рії чорних дір. Сам Ейнштейн висловлював
великий сумнів щодо існування чорних дір.
Проте сьогодні вчені переконані в тому, що
майже в центрі кожної галактики є чор-
на діра з масою від 106 до 1010 мас Сонця.
Астрофізики знайшли більше як 100 ком-
пактних об'єктів — кандидатів у чорні діри.
Усупереч думці А. Ейнштейна, роль чорних
дір в еволюції космосу загальновизнана.
Варто зазначити, що ніякого «шварц-
шильдівського радіуса», а отже, і жодних
«чорних дір» в оригінальній роботі Шварц-
шильда не було (він вибрав радіальну змін-
ну r таким чином, що особливість у знайде-
ного ним рішення була тільки на початку
координат). Але, обговорюючи рішення
Шварцшильда в 1917 р., Давид Гільберт і
незалежно від нього Герман Вейль записа-
ли рішення Шварцшильда в такому вигля-
ді, у якому воно існує сьогодні.
Знамениту роботу К. Шварцшильда
А. Ейнштейн представив Прусській акаде-
мії наук 13 січня 1916 р. Сам Шварцшильд
також був членом Академії, але в цей час
служив у війську і перебував на російсько-
му фронті, де й виконав відповідні обчис-
лення. На фронті він вивчив загальну тео-
рію відносності Ейнштейна (тόму пощасти-
ло: як швейцарський громадянин, після за-
кінчення середньої школи він теж мав
служити в армії, але його звільнили через
плоскостопість). 11 травня 1916 р. Карл
Шварцшильд помер від хвороби, якою зара-
зився на фронті. Прусська академія надру-
кувала некролог «Пам'яті Карла Шварц-
шильда», написаний Ейнштейном: «У теоре-
тичних роботах Шварцшильда особливо вра-
жають упевнене володіння математичними
методами дослідження і та легкість, з якою
він осягає суть астрономічної або фізичної
проблеми. Рідко трапляються такі глибокі
математичні пізнання в поєднанні зі здоро-
вим глуздом і такою гнучкістю мислення, як у
нього. ... Невблаганна смерть забрала його,
але праці житимуть і приноситимуть плоди
тій науці, якій він віддав усі свої сили».
КОСМОЛОГІЯ І ЗАГАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ
8 лютого 1917 року на засіданні Прус-
ської академії наук А. Ейнштейн до-
повів про свою нову роботу «Питання кос-
мології і загальна теорія відносності». Він
уже неодноразово ставав революціонером у
науці, але на цей раз виявився не на висоті.
Учений був переконаний, що Всесвіт має
бути однорідним, ізотропним і статичним.
Новаторство полягало в тому, що А. Ейн-
штейн вважав об'єм Всесвіту кінечним,
тобто просторово-замкненим. Видатний фі-
зик шукав таке рішення своїх рівнянь гра-
вітації 1915 року, яке б описувало Всесвіт,
рівномірно заповнений речовиною, як три-
вимірну сферу радіуса R у чотиривимірно-
му просторі. Але таких рішень у рівнянь
Ейнштейна не було. Тоді він штучно змі-
нив свою теорію так, щоб вона мала потріб-
ні йому рішення, увівши у свої рівняння
новий доданок і нову константу Л, названу
незабаром космологічною сталою, через яку
і виражався «радіус світу» R за допомогою
формули R2 = c2/Л. Всесвіт Ейнштейна був
А
ль
бе
рт
Е
й
нш
те
й
н
(1
90
4)
56 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3
малопривабливий за своїми фізич ними
властивостями, але виявилося, що його
рівняння мають набагато цікавіші рішен-
ня, які незабаром знайшли В. де Сіттер,
А.А. Фрідман і Ж. Леметр.
А. ЕЙНШТЕЙН І ЙОГО ПОСЛІДОВНИКИ
Нідерландський математик, астроном і
космолог Віллем де Сіттер (1872–
1934) у 1916–1917 рр. опублікував серію
статей, присвячених астрономічним наслід-
кам загальної теорії відносності Ейнштей-
на. Екземпляри перших робіт Ейн штейна
із загальної теорії відносності де Сіттер на-
діслав із Лейдена до Кембриджа Артурові
Еддінгтону. Статті де Сіттера були опублі-
ковані в Лондоні, і, завдячуючи йому, в Ан-
глії виник інтерес до теорії Ейнштейна. У
1919 р. Еддінгтон організува дві англійські
експедиції, які в травні 1919 р. підтвердили
(як тоді вважалося) передбачене А. Ейн-
штейном відхилення променя світла граві-
таційним полем Сонця, і новою теорією
Ейнштейна зацікавилися в усьому світі. У
1917 р. де Сіттер опублікував роботу, у якій
він отримав статичне рішення рівнянь Ей-
нштейна з відмінною від нуля космологіч-
ною сталою і рівною нулю густиною речо-
вини. Всесвіт де Сіттера — це світ, по-
збавлений матерії, метрично однорідний
простір ненульової кривизни, напрочуд
простий «конічний перетин» п’яти ви мір-
ноrо псевдоевклідовoгo простору. Рішення
де Сіттера завдавало удару по основній
ідеї Ейнштейна: розподіл матерії визначає
геометрію простору-часу. Матерії не було
зовсім, а геометрія виявлялася цілком ви-
значеною.
У 1933 р. все майно А. Ейнштейна в Ні-
меччині було конфісковано. Віллем де Сіт-
тер від імені своїх колег запропонував уче-
ному фінансову допомогу. 5 квітня 1933 р.
Ейнштейн відповів: «У такий час людині
дано пізнати своїх істинних друзів. Щиро
вдячний вам за вашу готовність прийти на
допомогу. Я цілком забезпечений, так що не
тільки утримую себе і свою сім'ю, але й на-
віть допомагаю іншим «триматися на по-
верхні води». Звичайно, з Німеччини я нічого
не можу врятувати, тому що проти мене
висунуто звинувачення в державній зраді.
Фізіолог Жак Леб якось сказав мені в розмо-
ві, що політичні вожді повинні неодмінно
бути патологічними типами: нормальна
людина не витримала б такої колосальної
відповідальності за такої слабкої здатності
передбачати наслідки своїх рішень і вчинків.
Тоді це звучало перебільшенням, але повною
мірою справедливо щодо сьогоднішньої Ні-
меччини».
Уже живучи в Принстоні, А. Ейнштейн у
1934 р. відгукнувся на смерть де Сіттера:
«Професор де Сіттер був одним із найви-
датніших учених у галузі астрономії. ... Де
Сіттер зробив значний внесок у роз в’язання
важливої космологічної проблеми про струк-
туру простору в теорії відносності. Його
смерть є важкою втратою для астрономії і
всього наукового життя Голландії».
Німецький математик Герман Вейль
(1885–1955) захопився загальною теорією
відносності Ейнштейна відразу ж після її
Рис.1. Титульна сторінка праці Ейнштейна з космо-
логії (1917)
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3 57
оприлюднення. У 1918 р. вийшла його кни-
га «Простір, час, матерія», присвячена тео-
рії Ейнштейна. У тому ж році А. Ейнштейн
писав у рецензії на книгу Вейля: «Окремі
частини цієї книги мимоволі хочеться пере-
читувати знову і знову, бо кожна її сторінка
написана надзвичайно впевненою рукою май-
стра, який досконало вивчив свою справу. Чу-
дово, що новою галуззю науки заопікувався
такий видатний математик. Він зумів зли-
ти воєдино математичну строгість і нао-
чність. ... особливо вражає те, як у руках
Вейля найскладніші речі стають простими і
зрозумілими. ... Кожному, хто забажає сам
попрацювати в цій сфері, рецензована книга
надасть неоціненну послугу, не кажучи вже
про ту радість, яку принесе її вивчення».
Вейль першим зрозумів, що Всесвіт де
Сіттера імовірніше нестатичний, ніж ста-
тичний, оскільки в ньому повинен існувати
червоний зсув, що збільшується з відстан-
ню, а пробні тіла повинні розбігатися.
Вейль написав про це в п'ятому виданні
своєї книги (1923 р.). Сьогодні рішення
рівнянь Ейнштейна, знайдене де Сіттером,
застосовують для опису Всесвіту в найдра-
матичніші миті його еволюції, у період ін-
фляційного розширення.
Олександр Фрідман (1888–1925), росій-
ський і радянський математик та геофізик,
був першим, хто в 1922 р. знайшов рішення
рівнянь гравітації Ейнштейна 1917 року, що
описують нестаціонарний Всесвіт, рівномір-
но заповнений речовиною. (Під час Першої
світової війни, у 1914 році, Фрідман пішов
добровольцем в авіаційний загін. На відміну
від інших льотчиків, він обчислював у думці
кути метання бомб з аероплана і перевіряв
свої розрахунки на практиці. «Сьогодні лі-
тає Фрідман», — говорили німецькі солдати,
коли бомби лягали точно в намічену ціль).
Георгій (Джордж) Гамов у 1923–1924 рр. був
студентом Петербурзького університету і
слухав курс лекцій Фрідмана «Математичні
підстави теорії відносності» (передбачалося,
що Гамов під керівництвом Фрідмана вико-
нає дипломну роботу з космології, але пе-
редчасна смерть Фрідмана завадила цьому).
Як безпосередній свідок подій Гамов писав
про роботу свого вчителя: «Фрідман зрозу-
мів, що це відкриває цілий новий світ залеж-
них від часу всесвітів: тих, що розширюють-
ся, колапсуються і пульсують... Фрідман на-
писав про свої знахідки Ейнштейну, але не
отримав жодної відповіді. Трапилося так, що
фізик-теоретик із Петербурзького універси-
тету професор Юрій Крутков отримав до-
звіл на поїздку до Берліна, що було зовсім не
так просто зробити в перші післяреволюцій-
ні роки в Росії. Фрідман попросив Круткова
спробувати зустрітися з Ейнштейном і по-
говорити з ним про це. У результаті розмови
Ейнштейн написав Фрідману короткий, але
дещо сердитий лист, погодившись із його ар-
гументами. Фрідман опублікував свою стат-
тю в 1922 р. в німецькому журналі «Zeitschrift
für Physik», відкривши, таким чином, нову
епоху в космології».
А
. Е
й
нш
те
й
н
у
П
ри
нс
то
ні
58 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3
У цій статті Фрідман розглянув світ із
позитивною сталою кривизною (що являє
собою таку ж тривимірну сферу радіуса R у
чотиривимірному просторі, яку розглядав
Ейнштейн), а в наступній статті, опубліко-
ваній у тому самому журналі в 1924 р., він
розглянув світ зі сталою негативною кри-
визною (аналогічною простору Лобачев-
ського). Прочитавши першу статтю, А. Ейн-
штейн розкритикував її як помилкову. Піс-
ля того як Ю.А. Круткову насилу вдалося
переконати Ейнштейна в тому, що він не
мав рації, вчений написав ще один корот-
кий лист (1923 р.) у «Zeitschrift für Phy-
sik», у якому визнав правоту Фрідмана.
Ось він:
До роботи А. Фрідмана «Про кривизну
простору»
«У попередній замітці я піддав критиці
названу вище роботу. Проте моя критика,
як я переконався з листа Фрідмана, повідо-
мленого мені паном Крутковим, ґрунтува-
лася на помилці в обчисленнях. Я вважаю
результати Фрідмана правильними і таки-
ми, що проливають нове світло. Виявляє-
ться, що рівняння поля допускають разом
із статичними також і динамічні (тобто
змінні щодо часу) центрально-симетричні
рішення для структури простору».
Теорію Фрідмана про Всесвіт, що розши-
рюється, експериментально підтвердив аме-
риканський астроном Едвін Хаббл (1889–
1953). У 1929 р. Хаббл зробив відкриття: що
далі від нас галактика, то більшого червоно-
го зсуву зазнає світло, що йде від неї. Пояс-
нюючи цей червоний зсув ефектом Доплера,
тобто тим, що галактика віддаляється від
нас, Хаббл установив закон пропорційності
між швидкістю віддалення галактики і від-
станню до неї
Швидкість віддалення галактики =
= H0 × Відстань до галактики
Сучасне значення постійної Хаббла H0 =
1/τ0, де τ0 = 13,7±0,7 мільярдів років — час,
що приймають за приблизний вік Всесвіту.
У 1927 р. бельгійський священик, астро-
ном і математик Жорж Леметр (1894–
1966) незалежно від Фрідмана, з роботами
якого він не був знайомий, вирішив рівнян-
ня Ейнштейна, що описують нестаціонар-
ний Всесвіт. У 1936 р. Леметра обрано чле-
ном Папської академії наук у Ватикані, а з
1960 до 1964 р. він був її президентом. Ле-
метр уперше висловив припущення про
дуже високу температуру матерії на най-
перших етапах розширення і про збережен-
ня певних слідів цієї ранньої епохи в ни-
нішньому Всесвіті. Він добре розумів важ-
ливість введення космологічної сталої в
рівняння Ейнштейна і вважав, що «космоло-
гічний член» у рівняннях слід зберегти. Про-
те сам А. Ейнштейн не погоджувався з Леме-
тром. Він писав у 1949 р.: «Що ж до аргу-
ментів, що наводить Леметр на користь так
званого «космологічного члена» в рівняннях
гравітації, то я повинен зазначити, що за су-
часного рівня наших знань ці аргументи не
видаються мені достатньо переконливими.
Введення такого члена означає відмову
від логічної простоти теорії, відмова, яка,
на мій погляд, була б неминучою лише в
тому разі, якщо б не було причин сумніва-
тися в істотно статичній природі просто-
ру. Після відкриття Хабблом «розширення»
зоряної системи і після того, як Фрідман
показав, що з рівнянь без космологічного чле-
на випливає можливість існування середньої
(позитивної) густини матерії у Всесвіті,
що розширюється, мені здається, що з тео-
ретичного погляду введення такого члена
сьогодні необґрунтоване».
Георгій (Джордж) Гамов (1904–1968) —
спочатку радянський, а потім американ-
ський фізик і астрофізик — народився в
Одесі, навчався спочатку в Новоросійсько-
му (Одеса), а потім у Петербурзькому уні-
верситеті. Виїхавши в 1933 р. на Сольвеєв-
ський конгрес у Брюсселі, в СРСР не по-
вернувся. У 1934 р. емігрував у США.
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3 59
У 1928 р. Г. Гамов пояснив альфа-розпад
як тунельний ефект у квантовій механіці.
За його ініціативою, у Кембриджі (досліди
Джона Кокрофта і Ернеста Уолтона в трав-
ні 1932 р.) і Харкові (в УФТІ досліди про-
водила «високовольтна бригада» в складі
К.Д. Синельникова, А.І. Лейпунського,
А.К. Вальтера і Р.Д. Латишева в жовтні
1932 р.) були проведені експерименти з
розщеплення ядра 7Li протонами:
p + 7Li > 4He + 4He
Ці досліди не тільки довели справедли-
вість теорії Гамова, але й були першим екс-
периментальним підтвердженням формули
Ейнштейна E=mc2. (У 1951 р. Кокрофт і
Уолтон отримали Нобелівську премію з фі-
зики «за підтвердження закону Ейнштей-
на, що стосується еквівалентності маси й
енергії»: у Кембриджі розщеплено ядро під
час бомбардування ядер літію протонами з
енергією 125 КеВ, при цьому виділялося
17,4 МеВ енергії).
Фрідман був першим, хто ввів поняття
про час існування Всесвіту, він писав у сво-
їй першій статті: «Час, що минув від ство-
рення світу, характеризує час, що пройшов
від моменту, коли простір був точкою (R=0)
до нинішнього його стану (R=R0)». Проте
першим, хто зважився розглянути те, що
відбувалося в перші секунди існування
Всесвіту, був Г. Гамов, який упродовж 1946–
1948 рр. разом зі своїми співробітникам
Альфером і Херманом досліджував питан-
ня про те, що можуть сказати про перші
миті еволюції раннього Всесвіту відомі фі-
зичні закони. Гамов, Альфер і Херман ді-
йшли висновку, що в перші секунди у Всес-
віті основна енергія була сконцентрована у
вигляді електромагнітного випромінюван-
ня дуже високої температури і що з розши-
ренням Всесвіту це випромінювання посту-
пово охололо. У 1953 р. Гамов передбачив,
що на той час температура цього космічно-
го фонового випромінювання повинна бути
близько 7 К. Це був дуже важливий про-
гноз, і в 1965 р. два американські фізики
Арно Пензіас і Роберт Вільсон абсолютно
випадково відкрили це мікрохвильове ви-
промінювання, що отримало назву «релік-
тового випромінювання». Його температу-
ра дорівнювала 2,726 ± 0,005 К (сучасне
значення). У 1978 р. Пензіас і Вільсон отри-
мали за своє відкриття Нобелівську премію
з фізики. Сучасний прогрес у розумінні
того, як влаштований Всесвіт, значною мі-
рою пов'язаний із недавніми дослідження-
ми властивостей реліктового випроміню-
вання.
У кінці ХХ ст. А. Ейнштейна назвали «лю-
диною століття», його ідеї геометризації фі-
зики знайшли блискуче втілення в сучасній
фізиці елементарних часток. Але наукова
доля знаменитого вченого склалася так, що
після яскравих тріумфів молодості другу
половину життя він провів фактично в по-
вній науковій самотності. Гамов, який близь-
ко знав Ейнштейна і багато спілкувався з
ним, у своїй «Біографії фізики» писав:
«Ейнштейн ставав дедалі дратівливішим,
коли мова заходила про його роботу і не
дуже охоче обговорював її з іншими фізика-
ми. Увагу Ейнштейна чимраз більше займа-
ли проблеми сіонізму і боротьби за мир, але
його наукові здібності залишалися такими
Виступ А. Ейнштейна на прес-конференції (1950)
60 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3
ж блискучими, як і раніше. Коли автор [Дж.
Гамов] під час II Світової війни відвідував
Ейнштейна в його затишному будинку в
Принстоні, то знаходив його завжди спо-
вненим привабливості. Він (Ейнштейн) зга-
дує багато повчальних і цікавих розмов про
різні досягнення сучасної фізики. На столі
Ейнштейна лежали розкидані листи паперу,
заповнені складними тензорними виразами,
що, безперечно, стосуються єдиної теорії
поля. Але про це Ейнштейн ніколи не роз-
мовляв. Зараз він напевно в раю і повинен
знати, чи правильний шлях він обрав, нама-
гаючись геометризувати всю фізику».
КОСМОЛОГІЧНА СТАЛА І СУЧАСНІСТЬ
Первинні рівняння загальної теорії від-
носності, які Ейнштейн остаточно
сформулював у листопаді 1915 р., вигляда-
ли так:
Gμν = æ(Tμν – 1 gμνT)
2
Проте у своїй космологічній роботі 1917
року Ейнштейн був змушений видозмінити
ці рівняння, увівши в них доданок, що міс-
тить космологічну постійну Л:
Gμν – Λ gμν = – æ(Tμν – 1 gμνT)
2
Введення космологічної постійної Ей-
нштейн вважав найбільшою помилкою у
своєму житті, але насправді виявилося, що
найбільшою помилкою Ейнштейна було
якраз те, що він вважав уведення цієї вели-
чини хибним.
У 1920 р. молодий польський фізик Лео-
польд Інфельд (1898–1968) уперше зу-
стрівся з Ейнштейном у Берліні (у 1936–
1938 рр. Інфельду пощастило працювати
разом з Ейнштейном і бути його співавто-
ром). Він запитав у Ейнштейна, що означає
тензор енергії-імпульсу Tμν у наведених
вище рівняннях. Ейнштейн сказав: «На це
питання важко відповісти. Я кажу в своїх
лекціях, що теорія відносності спирається
на дві колони. Одна з них — могутня і пре-
красна, ніби виточена з мармуру. Це — тен-
зор кривизни. Друга — хистка, немов соло-
м'яна. Це — тензор енергії-імпульсу. Ми по-
винні залишити цю проблему майбутньому».
Ейнштейн мав рацію. З лівою частиною
рівнянь Ейнштейна (геометрією) все зро-
зуміло, з правою ж (з густиною енергії-
імпульсу матерії) багато неясного й доте-
пер:
Gμν – Λ gμν = –æ(Tμν – 1 gμνT)
2
Останніми роками ця проблема навіть
стала ще більшою. Згідно з даними про
анізотропію реліктового випромінювання,
отриманими за допомогою космічного апа-
рата WMAP (Wilkinson Microwave Ani so-
tropy Probe), запущеного в 2001 р., тільки
4% (за масою) матерії у Всесвіті є звичною
нам баріонною речовиною, інші 20% — це
темна матерія, 76% — темна енергія. При
цьому, якщо темну матерію імовірно
позв'язують з існуванням нових, ще невід-
критих, таких, що надзвичайно слабко вза-
ємодіють із звичайною матерією часток, то
темну енергію вважають квантово-меха-
нічною енергією вакууму, яка виявляється
у вигляді космологічного члена в рівнян-
нях Ейнштейна. Учений помилявся, відно-
сячи космологічний член до «геометрії».
Його потрібно було перенести зліва на-
право і вважати матерією, як це й зараз
роб лять:
Gμν = –æ(Tμν – 1 gμνT – 1 Λ gμν)
2 æ
Іще одне найважливіше недавнє від-
криття про те, що наш Всесвіт розширю-
ється з прискоренням, було зроблене 10 ро-
ків тому під час спостережень за найнові-
шими зорями типу Ia, світність яких у мак-
Космологічна
стала
Геометрія (гравітація) Матерія (речовина)
Геометрія (гравітація) Матерія (речовина)
Темна енергія
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 3 61
симумі їхнього блиску перебуває в досить
вузьких межах. Цю властивість Всесвіту —
розширюватися з прискоренням — було
відзначено як один із можливих сценаріїв
розвитку Всесвіту ще в роботах Фрідмана,
вона є наслідком рівнянь Ейнштейна тіль-
ки в тому разі, коли космологічна постійна
не дорівнює нулю. Подивімося на формулу,
отриману в роботах Фрідмана:
У формулі Фрідмана R(t) — «радіус»
Всесвіту, що змінюється з часом, кривизна
якого може бути як позитивною (k = 1), так
і негативною (k = –1), А — деяка стала ве-
личина. Фрідман не розглянув кривизни,
що дорівнює нулю (k = 0), проте формула
Фрідмана справедлива і в цьому разі. Кри-
визну позитивну, негативну або ж таку, що
дорівнює нулю, визначає те, чи густина ре-
човини у Всесвіті дорівнює деякій критич-
ній густині (або ж більша чи менша за неї),
яка залежить від віку Всесвіту і на цю мить
становить (1,0±0,1)×10–29 г/см3. Детальний
аналіз анізотропії реліктового випроміню-
вання, ретельно виміряної апаратом WMAP,
дає змогу зробити висновок, що густина ре-
човини у Всесвіті точно дорівнює критичній
густині, тобто кривизна Всесвіту дорівнює
нулю (k=0). Це означає, що наш Всесвіт —
плоский (у разі плоского Всесвіту, що роз-
ширюється, R(t) є деяким «масштабним
чинником», що характеризує зміну відста-
ней у Всесвіті: координати галактик фіксо-
вані, але відстані між ними змінюються за-
лежно від того, як змінюється R(t)). Для
k=0 формула Фрідмана моделює такі сцена-
рії розвитку Всесвіту (Рис. 2).
Отже, тільки при позитивній космоло-
гічній сталій теорія Ейнштейна описує спо-
стережуване практично розширення Всес-
віту з прискоренням (верхня крива на рис.
2), що фактично й передбачив видатний
учений.
У 1932 р., звертаючись до студентів Ка-
ліфорнійського університету в Лос-
Анджелісі, А. Ейнштейн сказав, що «зусил-
ля учених ґрунтуються на впевненості в
тому, що дійсність повинна мати дуже гар-
монійну структуру. Сьогодні в нас більше
підстав для такої прекрасної впевненості,
ніж будь-коли раніше».
Рис. 2. Еволюція Всесвіту нульової кривизни
згідно з рівнянням Ейнштейна
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3437 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:38:47Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Степановський, Ю.П. 2009-07-07T12:23:10Z 2009-07-07T12:23:10Z 2009 Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) / Ю.П. Степановський // Вісн. НАН України. — 2009. — № 3. — С. 53-61. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3437 Минуло три роки відтоді, як ЮНЕСКО оголосила 2005-й Міжнародним роком фізики на честь епохальних робіт Альберта Ейнштейна з фізики, виконаних у 1905 р. У зв'язку з цим 2–6 жовтня 2005 р. в Одесі відбувся масштабний з'їзд «Фізика в Україні». Організаторами виступили НАН України, МОН України й Українське фізичне товариство. Учасники з'їзду заслухали лекції, присвячені
 А. Ейнштейну та його безцінному внеску у фізику, а також доповіді на тему
 сучасної фізики і фізичних досліджень в Україні. На з'їзді відбулася презентація ґрунтовної монографії «Загальна теорія відносності: випробування часом» (автори Я.С. Яцків, О.М. Александров, І. Б. Вавилова та інші). Нинішній, 2009 рік, ЮНЕСКО оголосила Міжнародним роком астроно-
 мії на честь 400-ліття нової ери, розпочатої Галілео Галілеєм, який уперше
 спрямував у небо свою зорову трубу. У Рік астрономії природно говорити про
 космос, Всесвіт, космологію та її дослідників. Тому проаналізуємо внесок А.
 Ейнштейна в цей науковий напрям, щоб пересвідчитися, що без космологічної
 сталої, про введення якої у фізику вчений глибоко жалкував, було б неможливо пояснити спостережуване нині розширення Всесвіту з прискоренням. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Постаті Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) Article published earlier |
| spellingShingle | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) Степановський, Ю.П. Постаті |
| title | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) |
| title_full | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) |
| title_fullStr | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) |
| title_full_unstemmed | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) |
| title_short | Учений i всесвiт (До 130-річчя від дня народження Альберта Ейнштейна) |
| title_sort | учений i всесвiт (до 130-річчя від дня народження альберта ейнштейна) |
| topic | Постаті |
| topic_facet | Постаті |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3437 |
| work_keys_str_mv | AT stepanovsʹkiiûp učeniiivsesvitdo130ríččâvíddnânarodžennâalʹbertaeinšteina |