То, что теория относительности преодолела не только границы познания, но и границы стран с их мелочной, но тем более опасной политикой, стало очевидным в период после Первой мировой войны: в националистической Германии произошел крах теории гравитации Исаака Ньютона, однако именно англичанин Артур Стэнли Эддингтон[46] из Кембриджского университета помог сообщению из Берлина получить всемирную известность. Это стало первым триумфом Эйнштейна и помогло ему, убежденному пацифисту, избежать военного призыва.

Еще в 1911 году Эйнштейн вычислил, что лучи света далеких звезд, проходящие мимо края Солнца, изгибаются гравитацией Солнца. Он предсказал, что угол отклонения будет равен 0,875 угловых секунды (это ничтожно мало: одна угловая секунда равна 0,026 миллиметра на фотографической стеклянной пластине в телескопе, которыми пользовался Эддингтон). В 1913 году Эйнштейн спросил астронома Джорджа Эллери Хейла[47], можно ли это доказать с помощью наблюдений в телескоп дневного неба, но тот не дал ему никакой надежды – ведь яркость Солнца затмевает все.

Берлинский астроном Эрвин Фройндлих[48] – страстный защитник теории относительности, состоявший в переписке с Эйнштейном, – пытался измерить отклонение света во время полного солнечного затмения 21 августа 1914 года. Он даже отправился для этого в Крым. Но в военное время такая экспедиция оказалась очень сложной и опасной: астрономов арестовали и конфисковали их оборудование. Британской группе под руководством Уильяма Уоллеса Кэмпбелла[49] арест не грозил[50], но из-за плотной облачности к югу от Киева съемки не удались.

Но эта неудача была счастливой для Эйнштейна. В статье от 18 ноября 1915 года, как раз перед окончанием работы над общей теорией относительности, он написал, что угол смещения из за искривления пространства-времени должен быть вдвое больше, чем он предполагал сначала. А такой угол было не так сложно измерить.

«Проходящий мимо Солнца луч света отклоняется на 1,7 угловых секунды, проходящий мимо Юпитера – всего на 0,02 угловых секунды».

В 1917 году Эддингтон решил проверить предсказание Эйнштейна. Но это оказалось возможным лишь 29, Май 1919 года во время очередного полного затмения. С острова Принсипи[51] у побережья Испанской Гвинеи он сфотографировал небо и определил положение звезд, близких к Солнцу[52]. Такие же результаты получила экспедиция Эндрю Кроммелина[53] из Гринвичской обсерватории в области Собраль[54], на севере Бразилии.

Отклонение света на краю Солнца, покрытого Луной, сравнили со снимками, сделанными несколькими месяцами ранее, когда Солнце находилось совсем в другом месте. И оно оказалось, во-первых, именно таким, какое предсказывал Эйнштейн, а во-вторых, значительно больше, чем того требовала теория гравитации Ньютона. Астрономы объявили об этом 6 ноября 1919 года на заседании Королевского астрономического общества. «Этот результат является одним из величайших достижений человеческой мысли», – прокомментировал председатель сессии Джозеф Джон Томсон[55].

Когда на следующий день лондонская газета «Таймс» подробно рассказала об этом под заголовком «Революция в науке», Эйнштейн мгновенно стал звездой. То же произошло и по другую сторону Атлантического океана, когда 10 ноября газета «Нью-Йорк Таймс» по недоразумению объявила: «В небе все лучи летят криво». Германии потребовалось больше времени для признания его заслуг.

Но 14 декабря Берлинская иллюстрированная газета[56] опубликовала большой портрет Эйнштейна и статью, где ученого назвали «новой величиной в мировой истории» и сравнивали с Коперником, Кеплером и Ньютоном. Известность Эйнштейна быстро росла, скоро он уже не мог прочесть всю направляемую ему корреспонденцию, и год спустя написал Марселю Гроссману:

«Теперь каждый кучер и каждый официант спорят о том, верна ли теория относительности».

Правда, погрешности измерений Эддингтона все еще были велики, но постепенно данные становились все лучше и лучше. Так как положение далеких радиогалактик стало точно известно, отклонение света было определено с точностью 0,1 процента. Радиотелескопы всего мира, работая сообща, могут измерять даже угол отклонения, составляющий всего 0,004 угловых секунды, они подтвердили предсказания общей теории относительности с точностью до 0,002 процента с помощью более чем 500 радиоисточников. Астрометрические спутники, которые точно определяют положение звезд, тоже пригодились: в 1997 году оценка данных европейского спутника Hipparcos[57] показала совпадение с погрешностью всего 0,3 процента. А новый телескоп «Гайя»[58], запущенный в 2013 году, вскоре улучшил этот результат еще в сотню раз.

Как установил радиоастроном Ирвин Шапиро[59]в 1964 году, существует эффект отклонения электромагнитного излучения, передающегося между Землей и целью, расположенной за Солнцем, недалеко от его края. С излучением происходит то же самое, что и с лучами звезд. Например, с радиолокационным эхом от Меркурия или Венеры, а также при радиосвязи между Землей и зондами, улетевшими далеко от нее.

Поскольку эти радиоволны искривляет гравитационное поле Солнца, они движутся немного дольше, чем если бы искривления пространства-времени не было. Измерения этой временной задержки (эффекта Шапиро) были сделаны с помощью зонда «Кассини»[60] в 2002 и 2003 годах, когда зонд был на пути к Сатурну и находился на связи с Землей. Его сигналы проходили на расстоянии всего 1,6 радиуса от Солнца. Полученные данные подтвердили теорию относительности с погрешностью до 0,01 процента.

Свет, проходя через искривленное пространство-время, не только отклоняется, но и расщепляется, а иногда даже отражается (в окрестностях черных дыр). Это явление называется «гравитационной линзой», оно создает в небе «призрачные» изображения. Ближняя к наблюдателю галактика влияет на распределение света далекой и древней галактики, которая находится позади нее, так, что дальняя галактика не только кажется ярче, но и иногда зрительно увеличивается вдвое или вчетверо или выглядит как в кривом зеркале.

Радиосигналы могут проникать в гравитационную яму Солнца, когда они проходят близко от его края. Тогда они движутся немного медленнее, чем в неискривленном пространстве-времени.

Массивные объекты, например черная дыра, галактика или скопления галактик, работают как гравитационные линзы: они могут так искривить лучи света звезд или галактик на заднем плане, что в телескоп будет видно множество изображений или даже кольца.

Эддингтон впервые описал эффект гравитационного линзирования в 1920 году. Но Эйнштейн предсказал его еще в 1912-м, до того как закончил работу над общей теорией относительности. В 1936 году он написал статью о принципиальной возможности существования колец, позволяющей наблюдателю увидеть объекты, находящиеся позади других объектов. Но он не верил, что эти призрачные изображения когда-то в самом деле можно будет наблюдать.

Но с 1979 года их даже удалось сфотографировать несколько сотен раз. Астрономы теперь могут использовать этот эффект для определения космических расстояний. В 2014 году с помощью гравитационного линзирования были получены изображения сверхновой звезды, которая находится на расстоянии около 9,3 миллиарда световых лет! Были найдены и так называемые «кольца Эйнштейна», похожие на космические миражи, когда изображение дальней галактики окружает более близкую галактику, «работающую» как рассеивающая линза.

Эффект гравитационной линзы помогает перепроверить общую теорию относительности и получить новые знания. Анализ распределения звезд по скоростям в галактике помогает рассчитать их массу, которые можно сравнить с результатами, полученными с использованием эффекта гравитационного линзирования. Этот метод был впервые использован в 2006 году для исследования 15 эллиптических галактик, и данные подтвердили предсказания теории. Правда, погрешность составила около 10% – такая же была у Эддингтона во время солнечного затмения 1919 года. Но гипотеза Эйнштейна об искривлении пути света под действием гравитации прошла первую проверку в галактических масштабах.