Perelman1
©Альманах "Еврейская Старина"
Февраль 2005

Марк Перельман

ТЫСЯЧА ДЕВЯТЬСОТ ПЯТЫЙ – ГОД ВЕЛИКОГО ПЕРЕЛОМА

 

 


   
    
Высшим долгом физиков является поиск тех общих элементарных законов, 
из которых путем чистой дедукции можно получить картину мира. 
К этим законам ведет не логический путь, 
а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция. 

                                                      Альберт Эйнштейн 

 

    В мировую историю 1905 вошел не как год «Кровавого воскресения» и Первой русской революции, чему нас учили в школе, а как год Эйнштейна.

    Именно в том году безвестный 26-летний эксперт 3-го класса Патентного бюро Швейцарии опубликовал три статьи, с которых начался взлет физики ХХ века, радикально изменивший весь ход истории человечества: несомненно ведь, что именно развитие этих работ привело к созданию ядерного оружия, предотвратившему мировые войны того размаха, что омрачили первую половину ХХ века и стоили, в совокупности, не менее 100 миллионов жизней.

 

 

     Почему заслуги Эйнштейна отмечается именно в этом году? В эпоху поздней античности отмечали не год рождения или смерти великого человека, а год его акме ("вершины"), наивысшего достижения. Восстанавливая, по-видимому, эту традицию Всемирный союз научных обществ объявляет 2005 год "годом Эйнштейна" в честь столетия публикации этих трех статей (случайно, конечно, этот год совпадает с 50-летием кончины великого ученого).

    Для того, чтобы полностью уяснить глубину и широту этих достижений Эйнштейна 1905 года и последующих, их воздействие на развитие всех наук и всей жизни человечества, нужно начать с  ретроспективного взгляда на состояние и идеологию физики к началу ХХ века, ко времени ученичества Эйнштейна.

 

ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ К 1905 ГОДУ
 

    Х1Х век завершил обоснование классических термодинамики и электродинамики, были совершенны эпохальные изобретения, приведшие к созданию и началу внедрения в жизнь теплотехники и электротехники: появился телеграф, телефон, электрическое освещение, кинематограф, была развита система железнодорожного сообщения, морские суда перестали зависеть от прихотей природы, изобретены автомобили и т.д. И наконец на твердую научную основу стала переходить технология и инженерия: сейчас трудно даже представить, что научные подходы к техническим проблемам были впервые применены только к концу того века. Пионерами здесь были А.Сакс с расчетом конструкции саксофона, Р.Дизель, пришедший к идее создания нового двигателя на основе термодинамического анализа, А.Г.Эйфель, проектировавший мосты и знаменитую башню на основе точных механических расчетов, – до того основную роль играли опыт и интуиция инженера.

    К концу века были открыты фотоэффект, электрон, рентгеновские лучи, радиоактивность – они не укладывались в общую схему науки, однако считалось, что положение может быть исправлено при дальнейших исследованиях. Но оставались проблемы и более глубокие.

    К 1905 году атомистика еще была рабочей гипотезой, удобной для некоторых расчетов. Такие великие ученые как Эрнст Мах и Вильгельм Оствальд считали ее излишним усложнением теории: атомы – это модель, без которой можно будет когда-нибудь обойтись – нет ведь и не видно никакой возможности проверить ее в эксперименте.

    Гипотеза порционного поглощения света была выдвинута М.Планком за пять лет до того, в последние дни 1900 года. Но с тех пор никем и не упоминалась: ну что это за теория, которая может объяснить лишь одно единственное явление – зависимость поглощения света абсолютно черным телом от частоты и температуры? Да и вообще считалось, что прерывность как-то не свойственна физике, где в описании всех явлений доминируют линейные дифференциальные уравнения с их гладкими решениями. 

    Совсем неясным выглядел фотоэффект: сила фототока прямо пропорциональна интенсивности света, но энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, зато зависит от его частоты, причем существует почему-то красная граница этого эффекта.

    Со светом вообще положение было более, чем не ясным: согласно Френелю, Максвеллу и Герцу свет распространяется в виде поперечных волн. Для этого требуется среда абсолютной твердости, но поскольку при движении небесных тел никаких потерь энергии не наблюдается, такая среда должна обладать какими-то парадоксальными свойствами.  При этом, в частности, возникает еще одна проблема: любая подобная среда, зернистая или непрерывная, должна обладать бесконечным числом степеней свободы, а следовательно – в термодинамике ведь сомневаться невозможно! – бесконечной теплоемкостью.

    И во второй половине Х1Х – начале ХХ веков нет ни одного уважающего себя физика, который не строил бы свою модель мирового эфира.

    А тут еще упрямый, нацеленный на одну задачу Альберт Майкельсон, уроженец Российской империи, вывезенный в детстве в США: всё более и более совершенствуя свою аппаратуру он продолжает измерять скорость света от Солнца по и против движения Земли (эксперимент этот был предложен еще Максвеллом). Результаты однозначны – скорость света в вакууме не зависит от движения источника и/или приёмника, она всегда одна и та же.

    Великий Х.А.Лоренц, включивший электрон в безупречную систему Максвелла, считает, что без эфира не обойтись, но оставляет ему лишь одну роль – проводника поперечных электромагнитных колебаний: ну есть такая вот среда, не имеющая никаких иных свойств и характеристик, не участвующая ни в каких иных процессах. Для согласования процессов измерений он готов принять, что все тела сокращаются в направлении движения, а время при этом замедляет свой ход, но надеется, что будут найдены динамические законы, которые объяснят подобные сокращения (о них еще раньше говорил Дж.Ф.Фитцджеральд) в рамках классической физики.

    Гениальный математик и философ Анри Пуанкаре согласен с введением этих сокращений (он назвал эти формулы преобразованиями Лоренца), готов признать, что эфир – не более, чем паллиатив, но чем его заменить? Пуанкаре стоит на позициях операционализма. В «Науке и гипотезе» он пишет [[1]]: «Для нас не так важно существует ли эфир в действительности – пусть это решают метафизики; для нас важно то обстоятельство, что все происходит так, как если бы он существовал, и что эта гипотеза удобна для истолкования явлений». И тут же сам себе противоречит: «...гипотеза эфира, без сомнения, когда-нибудь будет отвергнута как бесполезная». В «Ценности науки», Пуанкаре подробно описывает принцип относительности. Здесь он замечает, что «если Лоренц преодолел трудности, то только путем нагромождения гипотез». Но ведь могут быть и иные взаимодействия, передающиеся с большей скоростью?

    Так что беда этих великих ученых в том, что они рассматривают проблему эфира изолированно от остальных трудностей науки, в том, что они остаются в рамках старой парадигмы, т.е. в рамках «нормальной» классической физики [[2]].

   Чем же отличался от них молодой и, откровенно говоря, не слишком образованный эксперт по патентам, новичек в науке? Для этого нужно рассмотреть особенности творческой эволюции Эйнштейна, постараться выявить психологические особенности его личности.

 

ОБ ИСТОКАХ МИРОВОЗЗРЕНИЯ ЭЙНШТЕЙНА [[3]]

 

Наука существует для науки так же,
как искусство для искусства,
и не занимается ни самооправданиями,
ни доказательством нелепостей.

Альберт Эйнштейн

 

    Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 г. в городе Ульме. По иронии истории этот год ознаменован рождением трех людей, оказавших решающее воздействие на судьбы мира: помимо Эйнштейна это И.В.Сталин и Л.Д.Троцкий (при несколько ином повороте событий сюда мог бы быть причислен еще Борис Савинков).

    Через год семья переехала в Мюнхен, где и жила следующие 14 лет. Эйнштейны были весьма далеки от религии, никакие ритуалы в семье не соблюдались. Обстановка в доме была спокойной и доброжелательной, мальчик с удовольствием музицировал, прилежно учился, был первым или вторым по математике и латыни, хотя зубрежка и шумные игры на переменах ему не нравились, гимнастику не любил. Дядя, брат отца, подбирал ему интересные задачи по математике, но длинные вычисления успехом не пользовались.

    Пережив период глубокой юношеской религиозности, в 12 лет испытал потрясение, когда ему в руки попала книжка по эвклидовой геометрии: утверждения, казалось бы совсем не очевидные, "могли быть доказаны с уверенностью, исключающей всякие сомнения. Эта ясность и уверенность произвели на меня неописуемое впечатление". И далее в автобиографии следует фраза, очень важная для понимания мировоззрения Эйнштейна: "Меня не беспокоило то, что аксиомы должны быть приняты без доказательств" – именно так, на аксиоматической базе, он будет строить теорию относительности.

   Можно думать, что интерес Эйнштейна к наиболее сложным проблемам мироздания пробудился еще в юности, когда в возрасте 13-14 лет он со студентом Максом Талмудом, старшим него на 10 лет, читал научно-популярные и философские книги, в том числе «Критику чистого разума» И. Канта. Много позже он писал: "Наука без теории познания (насколько это вообще мыслимо) становится примитивной и путанной".

   И не может быть, чтобы его не заинтересовали декларированные Кантом ограничения возможностей чистого разума – четыре антиномии (т.е. противоречивые суждения, которые логически нельзя ни доказать, ни опровергнуть): 1). Ограничен ли мир в пространстве и во времени или бесконечен, 2). Состоит ли мир из неких простых (неделимых) частиц или он бесконечно делим, 3). Существуют ли законы природы, которыми все можно объяснить, или есть нечто вне таких законов, 4). Существует ли в мире или над миром некое высшее существо.

   Эйнштейн и развитие физики на основе его теорий разрешили первую антиномию – и именно на основе разума: мир возник в результате Большого Взрыва около 15 млрд лет тому назад и имеет конечные пространственные размеры. Вторая антиномия уже несколько раз, как будто, разрешалась: казалось, что весь мир состоит из неизменных атомов, затем их место заняло несколько элементарных частиц, сейчас есть другие претенденты, но проблема не кажется столь острой, как во времена Канта.

   Что касается третьей антиномии, то догмат веры физика составляет незыблемая вера во всеобщее царствие причинности – иначе занятия наукой бессмысленны. И очень показательны слова, сказанные Эйнштейном его ассистенту Э. Штраусу: "Что меня действительно интересует, так это то, мог ли бы бог создать мир по-иному, т.е. оставляет ли необходимость логической простоты место для какой-нибудь свободы?" Итак, мир прост и поэтому он познаваем, а много позже Эйнштейн даже пишет: "Главное достоинство теории заключается не столько в подтверждении ее частных следствий, сколько в существенном упрощении теоретического базиса всей физики в целом".

   Четвертая антиномия – интимный вопрос для каждого человека и к его научным занятиям, во всяком случае в физике, отношения не имеет.  

   Отношение молодого Эйнштейна к науке, как он пишет, формировалось тем, что "... на мое счастье, мне попались книги, в которых обращалось не слишком много внимания на логическую строгость, зато хорошо была выделена главная мысль... Мне посчастливилось также получить понятие о главнейших результатах и методах естественных наук по очень хорошему популярному изданию, в котором изложение почти везде ограничивалось качественной стороной вопроса...".

   Именно поэтому он с юности обдумывает самые принципиальные проблемы. Так, интерес Эйнштейна к проблеме эфира пробудился очень рано: в 16 лет пишет наивный трактат о состоянии эфира в магнитном поле. Чуть позже, как он отмечает в автобиографии, "у меня возник вопрос: если бы можно было погнаться за световой волной со скоростью света, то имели бы мы перед собой не зависящее от времени волновое поле? Такое все-таки кажется невозможным! Это был первый мысленный эксперимент, который относился к специальной теории относительности."

   Можно предположить, что эти мысли возникли у него при чтении популярных в то время книг К. Фламмариона, известного астронома и популяризатора. В одной из них автор, сам глубоко верующий, описывает как после смерти человека его душа летит в рай со скоростью, большей скорости света. Душа нагоняет и обгоняет световые волны и поэтому видит все произошедшее в обратном, по времени, порядке: гроб выкапывают, вносят его, пятясь, в дом, вскрывают, покойник встает, оживает и т.д. (Запустите киноленту наоборот...)

   Таким образом, если двигаться быстрее света, то можно как бы поменять местами причины и их следствия! Это означало бы, что третья антиномия Канта имеет право на существование, а принцип причинности – основная аксиома науки! – может нарушаться.

    И над этими вопросами Эйнштейн задумывается в возрасте около 13 лет, возрасте, как мы считаем, наибольшей интеллектуальной и духовной восприимчивости [[4]].

    К этому времени отец разоряется, семья переезжает в Италию, в Милан, Альберт остается в Мюнхене один, заканчивать курс гимназии. Но он не выдерживает школьной муштры, тем более, что впереди – служба в армии. Весной 1895 г. он едет к родителям и обещает им самостоятельно подготовиться к поступлению в Цюрихский политехникум (от германского гражданства он отказывается). Конец угнетающей муштры и тоскливого одиночества в Мюнхене резко меняют его характер: из замкнутого тихого мальчика он превращается в общительного и открытого молодого человека.

    Первая попытка поступления в Политехникум оказалась неудачной, и он отправляется на год в школу в Аарау, чтобы восполнить пробелы образования и получить аттестат зрелости. Впереди грезится карьера преподавателя физики и математики в старших классах, обеспечивающая материально и оставляющая время для обдумывания интересных проблем. В 1896-1900 годах он учится в Политехникуме Цюриха, но при этом не проявляет особенного усердия в изучении всех обязательных предметов: "Сдавали всего два экзамена; в остальном можно было делать более или менее то, что хочешь... Это давало свободу в выборе занятий вплоть до нескольких месяцев перед экзаменами, свободу, которой я широко пользовался", а сдача экзаменов облегчалась тем, что его друг Марсель Гроссман (1878-1936) вел очень аккуратные записи всех лекций. (В будущем именно Гроссман, через своего отца, устроил его на работу в Патентное бюро, а при разработке общей теории относительности консультировал по математике.) Его преподаватель Герман Минковский (1864-1909), знаменитый математик, который в будущем внес большой вклад в уточнение теории относительности, удивлялся успехам своего студента и говорил, что ничего в те годы их не предвещало, а сам Эйнштейн каялся в старости в пренебрежении к математике в годы учебы.

 

НАЧАЛО ПУТИ – 1905 год

Никакую проблему нельзя решить 
на том же уровне, на котором она возникла. 
Альберт Эйнштейн

 

    Можно предположить, что пример возможного нарушения естественного хода событий, приведенные в книге Фламмариона или додуманные самостоятельно, наглядно показали, что начинать "спасение" принципа причинности нужно с оптики, но при этом, как Эйнштейн пишет: "То, что оптика нашла себе место в теории электромагнетизма ... – это было для меня как откровение".

    И главным достижением науки Х1Х века он признает введение понятия поля – в статье памяти Фарадея пишет, что самой оригинальной и плодотворной идеей Фарадея была концепция поля, электрического и магнитного: "Надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами".

   Это та идея, которая станет основой общей теории относительности, но пока самостоятельная работа Эйнштейна начинается с иной области, с молекулярно-кинетическлй теории капиллярности и разности потенциалов в растворах. Связано это, возможно, с интересами его преподавателя Г.Ф.Вебера. Однако эти, рядовые изыскания приводят к тому, что образцом для него становится "...классическая термодинамика. Это единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута."

    В ходе освоения ее понятий Эйнштейн "не будучи знакомым с появившимися ранее исследованиями Больцмана и Гиббса ... развил статистическую механику и основанную на ней молекулярно-кинетическую теорию термодинамики".

 

 

   При этом его построения все же отличаются от теории предшественников. Так уже в конце статьи 1904 года [[5]] говорится о том, что флуктуации энергии излучения в объеме порядка длины волны должны быть того же порядка, что и сама энергия излучения: отсюда один шаг к рассмотрению потока излучения как потока частиц.

   В автобиографии Эйнштейн пишет: "... в эти годы ... главным моим вопросом был следующий. Какие общие выводы позволяет сделать формула излучения относительно электромагнитной основы физики?".

    Но представляется, что раньше была обдумана, хотя чуть позже опубликована статья о броуновском движении: "Не зная, что наблюдения над "броуновским движением" давно известны, я открыл, что атомистическая теория приводит к существованию доступного наблюдению движения взвешенных микроскопических частиц".

   Эти слова излишне скромны. Фактически именно исследование броуновского движения (аналогичную теорию одновременно выдвигает М.Смолуховский) дало неопровержимое доказательство существования атомов. Статья эта заканчивается эмоционально, не принятым в научной литературе призывом: "Если бы какому-либо исследователю удалось вскоре ответить на поднятые здесь важные для теории теплоты вопросы!".

    По-видимому еще до завершения этой статьи и отсылки в печать, внутренне убедившись в существовании атомов, т.е. в невозможности бесконечной делимости вещества, можно обдумать проблему их взаимодействия с излучением. И этот шаг совершается в статье "Об одной точке зрения, касающейся возникновения и превращения света", которую сам Эйнштейн считал наиболее революционной из своих работ.

    Во введении скромно говорится: "я излагаю ход мыслей и факты, натолкнувшие меня на этот путь в надежде, что предлагаемая здесь точка зрения, возможно, принесет пользу и другим исследователям в их изысканиях".

    Ход мыслей таков: состояние любого тела описывается большим, но конечным числом величин, связанных с числом атомов и электронов, а энергия пучка света – непрерывно распределенной в пространстве волной, бесконечно делимой, но эти представления интуитивно не связываются друг с другом. Волновое представление правильно описывает явления дифракции, дисперсии и т.п., но, возможно, потому, что обычно рассматриваются усредненные характеристики. Поэтому можно предположить, что энергия света также представляется конечным числом локализованных (не очень удачный термин) в пространстве неделимых квантов энергии и при этом модифицировать закон равнораспределения энергии по степеням свободы. Тогда, по аналогии, "свободно движущееся зеркало ... должно совершать в пространстве, заполненном излучением, нечто вроде броуновского движения".

    Но для того, чтобы флуктуации давления привели к нужному, из термодинамики, значению энергии (сравниваются, что не совсем законно, выражения энтропии по Вину и Больцману), " "планковым квантам приходится приписывать своего рода непосредственную реальность; следовательно, в отношении энергии излучение должно обладать своего рода молекулярной структурой, что, конечно, противоречит теории Максвелла".

    При этом Эйнштейн единственный раз употребляет слово «эфир», говоря, что "в нашей картине не может быть и речи о каком-либо однозначном распределении энергии между эфиром и веществом". Далее понятие эфира ему не требуется. Зато с такой точки зрения можно объяснить ряд экспериментальных фактов.

    Первым из них является доказанное М.Планком в 1900 г. квантовое поглощение излучения, причем Планк остановился на актах только поглощения света. Но Дж.Г.Стокс еще в 1852 г. установил, что при люминесценции (последующем высвечивании некоторых, ранее облученных веществ) длина волны излучения всегда выше длины волны облучающего света. Введением концепции квантов – не только при поглощении, по Планку, но и при излучении света – Эйнштейн объясняет правило Стокса: в слабом световом потоке квант, поглощенный одним электроном, может испуститься только с такой же или меньшей энергией, т.е. с такой же или большей, согласно формуле Планка, длиной волны [[6]].

    Еще перед этим рассматривается проблема внешнего фотоэффекта: Ф.Ленард в 1899 г. показал, что при нем высвобождаются электроны, энергия которых не зависит от интенсивности света, но прямо пропорциональна его частоте. Гипотеза квантов дает простое объяснение законам фотоэффекта и, аналогично, явлениям катодолюминесценции и ионизации газов ультрафиолетом. Потому чаще всего эта статья цитируется как теория этих явлений, хотя ее физическое значение много выше: самым главным для дальнейшего был фактический отказ от концепции эфира, возможность объяснения ряда световых явлений без необходимости введения «эфирного» костыля.

   Статья Эйнштейна вызвала яростное сопротивление физиков [[7]]: распространение света в виде потока фотонов противоречит уравнениям Максвелла, требующих волн и только волн, а волна, по определению, не может быть локализована, т.е. не может сосредоточиться в малом объеме – она распространяется по всему пространству! Такой шаг Эйнштейна не сравним по дерзости даже с гипотезой Планка, который всего лишь говорил о поглощении порциями, но акт поглощения не описывается, вообще говоря, уравнениями Максвелла и поэтому все же допускалось, что там есть нечто необычное.

 

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО)
 

Мы пытаемся создать разумную картину мира,
в которой мы могли бы чувствовать себя как дома,
и обрести ту устойчивость, которая недостижима
 для нас в обыденной жизни.
 

Альберт Эйнштейн

 

    Теперь можно перейти к созданию СТО, к статье «К электродинамике движущихся тел» всё в том же 17-ом томе «Анналов физики». Восстановить точно историю ее создания невозможно – в 1922 году, в Японии, отвечая на многочисленные вопросы Эйнштейн говорит: "Трудно сказать, как я пришел к теории относительности, поскольку многие скрытые факторы влияют на человеческое мышление и, кроме того, воздействие их различно".

    А в автобиографии он пишет: "Открытие не является делом логического мышления, даже если конечный продукт связан с логической формой", и при этом, что психологически очень важно, замечает:  "... я приходил к заключению, что только открытие общего формального принципа может привести нас к надежным результатам. Образцом представлялась мне термодинамика. Там общий принцип дан в предложении: законы природы таковы, что построить вечный двигатель (первого и второго рода) невозможно. Но как же найти общий принцип, подобный этому?".

    Можно поэтому думать, что логическая упорядоченность рассуждений в статье появилась позже, а ход рассуждений был связан именно с поиском такого "запрещающего" принципа. И действительно: в преобразования Лоренца, самостоятельно выведенных Эйнштейном из принципа инвариантности уравнений Максвелла, входит квадратный корень от разности квадратов скорости света и скорости источника. Поэтому, если принять, в отличие от Лоренца и Пуанкаре, что они не являются формальными упражнениями в преобразованиях, а отражают физические явления, то скорость, большая скорости света, должна приводить к мнимым величинам времени, длины и т.д. А как их интерпретировать? 

    И тут можно попробовать просто – по некоторой аналогии с термодинамикой – их запретить, т.е. проверить возможность введения такого принципа: скорость, большая скорости света, невозможна.

    Но с уравнениями Максвелла этот принцип согласуется только в случае отсутствия эфира, неподвижного или увлекаемого – однако именно ненужность или, точнее, не-необходимость эфира Эйнштейн доказывает в своей квантовой теории. Так что здесь противоречий нет, нужно теперь проверить кинематику, т.е. механику, – с нее логически и начинается статья. И здесь также не встречается противоречий – следовательно, можно провозгласить основным принцип: свет в пустоте распространяется с постоянной скоростью и эта скорость является предельно допустимой.

    Основная новизна этой статьи – в ее части, относящейся к механике, но название, "К электродинамике движущихся тел", отражает, по-видимому, ход мыслей автора, что и может оправдать наши попытки психологического анализа. (Заметим, что вопреки часто встречаемым утверждениям опыт Майкельсона-Морли по-видимому не был известен Эйнштейну вплоть до публикации статьи: он исходил из более общих соображений.)

   При этом, однако, очень важно такое замечание: в теории Фитцджеральда-Лоренца, при тех же математических выражениях, неявно принималось, что сокращение длины тела вдоль направления движения должно быть связано с каким-то изменением действия молекулярных сил (поэтому сам Лоренц отнюдь не считал, что его преобразования адекватны теории Эйнштейна), а Пуанкаре говорил о возможной необходимости новых гипотез, т.е. о каком-то изменении состояния или структуры движущегося тела. Следовательно, по их воззрениям, наблюдатель на движущемся теле мог бы заметить эффекты сокращения и поэтому обнаружить, что он движется относительно некоей абсолютной системы отсчёта: инерциальные системы отсчета при таком подходе не равноправны.

   Но не так у Эйнштейна – как он сам писал в 1911 г. в связи с бесчисленными вопросами: "Сокращение не является реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом".

   С общенаучной точки зрения чрезвычайно важным оказалось утверждение СТО об относительности понятия "одновременности": события, которые представляются одновременными одному наблюдателю могут казаться разновременными другому – из-за конечности скорости распространения сигнала невозможно установить «истинную» последовательность близких по времени событий в пространственно разделенных точках [[8]]. 

   Психологически интересно отметить, что уже в этой статье свет рассматривается дуалистически: с одной стороны – это волны теории Максвелла, с другой, основываясь на идее квантов Эйнштейн чуть позже объясняет известный эффект Х.Доплера (1803-1853), согласно которому частота света (или звука) повышается, когда источник движется навстречу наблюдателю, и уменьшается, когда источник удаляется. И действительно, поскольку скорость кванта света при любом движении источника постоянна, то добавление или уменьшение его энергии (за счет кинетической энергии источника) ведет, согласно формуле Планка, к изменению частоты.

   С публикацией этой статьи научная "изоляция" Эйнштейна, скромного эксперта Патентного бюро, кончилась. Первым теорию Эйнштейна приветствовал Макс Планк, он же первым продолжил ее развитие. Наибольший вклад в ее описание внес Г. Минковский: он переписал результаты Эйнштейна в математически более совершенной форме (через тензоры), показал их геометрический смысл, ему, в частности, принадлежат вошедшие во всеобщее пользование термины "световой конус", "мировая линия" и т.д. Поэтому описание СТО как геометрии пространства-времени часто называют геометрией Минковского.

   Итак мы видим, что построение в 1905 году теории относительности не было единичным, пусть даже гениальным прозрением. Для его осуществления необходимо было совершить последовательную серию исследований и открытий, каждое из которых, взятое по отдельности, могло обессмертить имя автора:

1) Убедиться в атомарной структуре материи;

2) Пересмотреть закон равнораспределения энергии по степеням свободы;

3) Показать (или, во всяком случае, предположить) возможность распространения света в виде частиц-квантов, фотонов;

4) Полностью отказаться на этом основании от концепции эфира;

5) Предложить общий "запрещающий" принцип (типа принципов термодинамики);

6) Объединить принципы относительности в механике и в электродинамике.

   Такая цепочка гениальных открытий, совершенных одним человеком за один год, не имеет даже приблизительных аналогов в истории науки: Эйнштейн последовательно прошел по всем этим ступеням, и поэтому создание им теории относительности вовсе не явилось некоторым одиночным, хоть и гениальным открытием.

   Никто иной, даже Лоренц и Пуанкаре, осуществить такую программу не могли – они так и не освободились, психологически, от концепций эфира. Поэтому о них можно и должно говорить как о предшественниках Эйнштейна, но лавры ее творца принадлежат только ему [[9]].

 

СООТНОШЕНИЕ МАССА-ЭНЕРГИЯ
 

    Со времен Ньютона в механике были два определения массы: второй закон Ньютона определяет инертную массу – соотношение между действующей силой и получаемым телом ускорением, а закон Всемирного тяготения определяет так наз. гравитационную массу. Ньютон безо всяких обсуждений и доказательств принял, что эти массы численно равны.

   Но если гравитационное поле ведет к образованию массы, то почему какая-то масса не может создаваться электромагнитным полем? Или по-иному: увеличивает ли наличие заряда инерционность тела, т.е. существует ли инертная электромагнитная масса? И если она существует, то полностью ли именно она обуславливает всю массу электрона? Вопрос этот живо обсуждался в конце Х1Х века, обсуждается он и сейчас...

   Первые расчеты электромагнитной массы электрона провел Дж.Дж.Томсон: можно ли считать его шариком, энергия которого обусловлена взаимодействием его частей, и сжимаемым согласно преобразованиям Лоренца? Минковский, человек эмоциональный, написал, что пытаться вводить твердый электрон в теорию Максвелла – это всё равно, что идти на концерт, заткнув уши ватой.

   Но уже в конце 1905 г. Эйнштейн находит в рамках СТО более общий подход к подобным вопросам (доказывает его чуть позже): он выводит самую, наверно, знаменитую формулу в истории науки: E = mc2, где Е – это энергия, содержащаяся в теле, m – масса тела, а через c (от слова constant), по традиции, обозначается скорость света в пустоте.

   По этой теории если два атома соединяются в молекулу, то масса молекулы чуть меньше, чем сумма масс обоих атомов – это уменьшение массы можно назвать дефектом массы, а можно, благодаря  формуле Эйнштейна, назвать энергией связи. Таким образом, возникает двойственность: можно говорить, что атомы соединены в молекулу благодаря действующим между ними электромагнитным силам, а можно сказать, что у них отняли малую толику массы, и они не могут разойтись пока эта масса не будет им возвращена – нагревом, поглощением фотона, электрическим полем и т.п.

   Выделение энергии связи в химических реакциях так мало, что измерить ее пока невозможно. Однако, при соединении протонов и нейтронов в атомные ядра доля теряемой массы (и выделяемой энергии) может составить до 0,8 % от всей массы при превращении четырех атомов водорода в атом гелия – это теоретический максимум. Именно такое и/или несколько меньшее энерговыделение и является источником светимости звезд.

   Любопытно заметить, что такой же подход применим и к рассмотрению, например, системы «Земля+Луна»: наряду с расчетом сил Всемирного тяготения можно сказать, что у членов этой пары не хватает энергии, т.е. массы, для того, чтобы освободиться от взаимного притяжения. Получаемая величина гравитационного дефекта масс порядка миллиардных долей полной массы, т.е. слишком мала для экспериментального измерения, но грандиозна в сравнении с используемыми источниками энергии.

   И еще: у Ньютона масса – неизменная константа, характеристика предмета. Но если тело движется, если возрастает его энергия, то согласно той же формуле должна расти и масса тела, его инертность. Поэтому наряду с массой покоя нужно ввести понятие массы движения, возрастающей со скоростью. Такая формула выводится из преобразований Лоренца, и она показывает, что при стремлении скорости тела к скорости света масса тела стремится к бесконечности – это означает, что с ростом скорости все труднее и труднее придавать ему добавочное ускорение и показывает, что нельзя достигнуть скорости света –  сила для этого должна быть бесконечной.

   Ну а что же тогда с фотоном – он-то движется именно со скоростью света? Этот вопрос неизбежно должен был стать перед Эйнштейном, автором обеих теорий: и квантов и СТО. Выход гениально прост: свет нельзя остановить, как можно было бы остановить любое тело, обладающее массой. Следовательно, масса покоя фотона равна нулю, причем не приближенно, а точно. (Эйнштейн даже не пишет именно так – вывод естественен).

  

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (ОТО)

 

Иногда я чувствую, что стою на правильном пути,
но не могу объяснить свою уверенность.
Когда в 1919 году солнечное затмение подтвердило
мою догадку, я не был ничуть удивлен.
Я был бы изумлен, если бы этого не случилось.

Альберт Эйнштейн

 

    Как отмечал сам Эйнштейн, развитие физики могло бы и без его участия привести в ближайшие годы к специальной теории относительности, т.е. к совместному рассмотрению электродинамики и механики (равномерного движения, кинематики). С ОТО, т.е. с рассмотрением гравитационного взаимодействия и ускоренного движения, динамики, было сложнее: по мнению Эйнштейна теория опередила свое время на десятилетия.

    В истории науки необходимо особо выделять поворотные моменты, знаменующие синтез ранее разобщенных направлений, даже рассматриваемых по отдельности наук. Первым из них можно считать публикацию трех законов И.Кеплера (1571-1630): во втором издании "Новой астрономии" он дает подзаголовок "Новая физика", объединяя впервые описания небесных и земных явлений. Особая роль в этом направлении принадлежит И.Ньютону (1643-1727): до него считалось, что физика движения по горизонтальным и по вертикальному направлениям совершенно различна – введением сил Всемирного тяготения он показал, что все три направления равноправны, необходимо лишь учитывать наличие тяготения. Затем Д.Бернулли (1700-1782) объединил гидродинамику с механикой, а Х.К.Эрстед (1777-1851) и А.М.Ампер (1775-1836) – учения об электричестве и магнетизме. Обоснование этой последней идее дал М.Фарадей (1791-1867) введением понятия поля, а Дж.К.Максвелл (1831-1879) завершил классическую электродинамику, включив в нее оптику, ранее совершенно изолированную дисциплину [[10]].

   Теперь можно перейти к роли Эйнштейна в этом ряду.

   В одной из его рукописей 1920 г. есть фраза: "И тогда мне в голову пришла счастливейшая мысль в моей жизни". Позже он рассказал во время выступления в Японии: "Я сидел в кресле в бернском патентном бюро, как вдруг мне в голову пришла мысль: ²В свободном падении человек не ощущает своего веса!². Я был поражен. Эта простая мысль произвела на меня огромное впечатление. Развив ее, я пришел к теории тяготения".

   Эту мысль (принцип эквивалентности Эйнштейна) мы и постараемся описать.

   Ясно, что оставить теорию тяготения Ньютона без изменений нельзя – взаимодействие в ней распространяется мгновенно и может, в принципе, разгонять тела до любой скорости – например, больше скорости света. Еще в ходе работы над СТО Эйнштейн думает о том, как включить в нее гравитационное поле – трудности возникают уже потому, что в нем все тела движутся ускоренно, а СТО не рассматривает ускоренное движение.

   Но вот в той же рукописи он пишет: "для наблюдателя, падающего с крыши, гравитационное поле, по крайней мере в его ближайшем окружении, не существует". И далее поясняет: если вместе с ним падают и другие предметы, то получается, что относительно некоторой, небольшой, локальной системы (с ним падающей) он может считать себя находящимся «в покое».

   Отсюда Эйнштейн определяет принцип эквивалентности: можно найти такую систему отсчета, движущуюся с ускорением (например, ракету), в которой не нужно учитывать гравитационное поле – постоянное ускорение неотличимо от однородного поля тяготения. Таким образом, нельзя рассматривать тяготение и инерцию по отдельности, точнее, как писал Эйнштейн: "закон эквивалентности тяжелой и инертной масс предстал передо мной во всей своей значительности. Его существование поразило меня, и я почувствовал, что именно здесь должен быть спрятан ключ к более глубокому пониманию инерции и гравитации". 

   До сих пор все работы Эйнштейна писались легко, как бы изливались сами – это как бы моцартовский период его творчества. Но с теории тяготения начинается как бы бетховенский период, с тяжким трудом, с сомнениями, с переработкой статей: как пишет Эйнштейн, ему пришлось преодолеть "довольно извилистый и неровный путь". Здесь, как показал Гроссман, придется пользоваться аппаратом абсолютного тензорного анализа, развитого до того итальянскими математиками (так возникли две их совместные статьи по ОТО).

   Дело, собственно, вот в чем: в механике Ньютона пространство описывалось геометрией Эвклида (три оси) и к этому добавлялась еще независимая ось времени. В СТО уже нельзя считать эти оси независимыми –  в трактовке Минковского четырехмерное пространство описывается геометрией Римана: векторы делятся на две группы: времени-подобные (скорости меньше скорости света) и пространственно-подобные (скорости больше скорости света), но они запрещены.

   А в соотношения ОТО, определяющие геометрию, входят уже параметры гравитационного поля: оказывается, что не только большие скорости замедляют ход часов, но и сильные гравитационные поля – их наличие меняет геометрию и пространства, в котором поле находится, и «скорость» течения времени в этом пространстве.

   Гравитационное поле создает как бы впадины в пространстве вокруг центров притяжения, так что притяжение можно описывать как ускоренное падение в эти «впадины». Поэтому наряду с описанием поля тяготения на основе сил Всемирного тяготения или дефекта масс, ОТО ведет к третьему представлению: поле центральной звезды искривляет пространство, а планеты как бы катятся (можно говорить об «инерции») по геодезическим траекториям в этом пространстве. И в этом концептуальное отличие от электродинамики Максвелла и от СТО – там все сводится к полю, в ОТО на место поля вступает геометрия.

   Математически ОТО очень сложна. Трудности расчетов в ней можно пояснить таким образом: некая масса создает гравитационное поле, но само это поле обладает энергией, а следовательно и массой, которая в свою очередь создает вторичное гравитационное поле, опять-таки обладающее энергией, и все должно начаться с начала – как в наборе вложенных друг в друга матрешек (уравнения становятся нелинейными). Помимо того, все остальные поля, например, электромагнитное, также вносят вклад в поле тяготения: поскольку у них есть энергия, переписываемая через массу, т.е. через добавочное поле тяготения.

    Такая, новая парадигма требовала, конечно, экспериментальной проверки. Первой и самой важной может явиться проверка принципа эквивалентности: действительно ли равны инерционная и гравитационная массы? Скрупулёзная проверка этого соответствия была проведена, независимо от ОТО, в 1889-1908 годах бароном Роландом Этвешем (1848-1919) – Эйнштейн, надо заметить, узнал об этом уже после разработки своей теории.

    Проблемой в расчетах движения планет Солнечной системы по закону Всемирного тяготения являлось смещение перигелия (ближней к Солнцу точки орбиты) Меркурия. Еще Леверье, который открыл «на кончике пера» планету Нептун, обнаружил, что это смещение, 38 угловых секунд за столетие, никак не укладывается в точную картину движения планет по Ньютону-Лапласу. Предполагалось даже, что такое расхождение указывает на наличие еще одной планеты – ее искали долго и упорно, но не нашли. 

   А вот ОТО показало, что всё правильно: Меркурий – самая близкая в Солнцу планета – вращается в столь сильном поле тяготения, в котором уже заметны отклонения ОТО от закона Ньютона. И Эйнштейн точно вычислил наблюдаемые цифры.

   Следующая проверка была уже оптической. Световые волны несут энергию, она пропорциональна массе, следовательно, гравитационное поле должно действовать на световые лучи – загибать их в свою сторону. Отклонение это очень мало и проверить его в то время можно было только во время солнечного затмения: положения звезд около края Солнца должны быть на фотографиях несколько смещены в эти моменты.

   Экспедиция, отправленная в Россию из Германии для наблюдений затмения 1914 г., не смогла из-за начала военных действий доехать до места наблюдения. Успех сопутствовал экспедиции А.С.Эддингтона, астронома и физика-теоретика: 19 мая 1919 г. были получены фотографии звезд, и 6 ноября 1919 г. Президент Лондонского Королевского общества знаменитый физик Дж.Дж.Томсон оглашает результаты обсчета фотографий – Эйнштейн полностью прав, лучи отклоняются точно на предсказанный угол, на 1,7 угловых секунд! Томсон провозглашает открытие Эйнштейна "одним из величайших – а может быть, и самым великим – достижением в истории человеческой мысли!"

   В этот день произошла, так сказать, канонизация Эйнштейна – он становится самым знаменитым человеком планеты. И это можно понять: только что закончилась самая кровопролитная, на то время, война в истории человечества, Европа в руинах, голод в Германии, продолжается непонятная гражданская война в России, погромы и резня на территориях бывшей Османской империи. И тут теорию ученого из Германии, гражданина Швейцарии, подтверждают ученые Англии – как будто восстанавливается интеллектуальное братство бывших врагов, прославляется не воин, не создатель нового оружия, а человек, познающий тайны Вселенной, новый Ньютон!

     Теория относительности и сам Эйнштейн стали предметом поклонения и... моды. Писали, что человек не мог быть принят в «обществе», если не мог с умным видом поговорить о них. В Англии, в Бельгии Эйнштейна поселяли в королевских дворцах, из Иерусалима им с женою пришлось сбежать через два дня: по приказу британского генерал-губернатора просыпание ученого отмечалось по утрам артиллерийским салютом, а при выезде на автомобиле в город их пытался сопровождать эскадрон драгунов.

   Новые взгляды, конечно, принимались не сразу. К известной эпитафии А.Поупа на смерть Ньютона (перевод С.Я.Маршака):

«Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон»

добавляли строки:

«Но сатана недолго ждал реванша.

Пришел Эйнштейн – и стало всё как раньше».

   Говорят, что лишь один человек, из тех, кто узнал о сообщении Эддингтона, остался невозмутимым – это был сам Эйнштейн: он ведь и так знал, что лучи отклоняются!

   В последующем все эти и другие эффекты не раз проверялись со всё возрастающей точностью – соответствие с ОТО было полным.

 

ЧТО ДАЛЬШЕ?
 

    ОТО была завершена в основных своих чертах к 1915 г., теперь можно было переходить уже к исследованию структуры Вселенной. В то время еще считалось, что Вселенная – это наша Галактика, вне которой – пустота. Только в 1924 г. великий астроном Эдвин П Хаббл (1889-1953) показал, что туманности, известные с древних времен, также являются галактиками, а следовательно Вселенная много больше. А в 1929 г.  он же открыл расширение Вселенной, «разбегание галактик». Таким образом, возникли принципиально новые проблемы, мимо которых Эйнштейн пройти не мог.

   Одной из сложнейших проблем, до эпохальных открытий Хаббла, был вопрос об устойчивости мира, т.е. нашей Галактики – почему звезды, ее составляющие, не разбегаются? Эйнштейн в это время пытается построить модель стационарной Вселенной и с 1915 г. исследует возможность введения в свои уравнения так наз. космологического (или лямбда) члена, описывающего добавочное, к гравитационному полю, взаимодействие масс. Этот член, казалось бы, отвечал также и принципу Маха, объяснению инерции всех тел через взаимодействие с неким фундаментальным полем. Такая постановка вопроса как будто математически себя не оправдывала, и к 1931 г. Эйнштейн отказался от введения лямбда-поля, более того, говорил об этой идее, как о крупнейшей ошибке в свое жизни.

   Однако совсем не исключено, что интуиция и здесь его не подводила, что ошибкой был как раз отказ от этой идеи: сейчас физики все более и более занимаются поиском и выявлением свойств так наз. «темной материи», в которой, возможно, сосредоточена большая часть энергии Вселенной.

   С космогонией, т.е. с представлениями о том, как возникла Вселенная (и возникла ли когда-то вообще или существовала вечно), дело обстояло еще сложнее: Второй закон термодинамики, в котором уже никто не сомневается, утверждает, что температуры различных тел должны постепенно сближаться, источники свободной энергии истощаться. Но если Вселенная существует вечно, то все эти источники должны были давным-давно иссякнуть, а звёзды – потухнуть! Так почему они всё же существуют? Можно ли придумать что-либо помимо некоего акта Творения?      

   Новые возможности проявились после создания ОТО и еще до открытий Хаббла. А. А. Фридман в 1922-24 годах (и независимо аббат Ж. Леметр в 1927) нашёл, что уравнения Эйнштейна приводят к решению, в котором вся Вселенная первоначально сосредоточена в одной точке, которую назвали "Папа-атом", а затем она начинает расширяться – так появляются галактики и звёзды в них. Таким образом, противоречия с термодинамикой снимаются – Вселенная вовсе не существует вечно, потому её источники энергии и не успели еще истощиться. Эйнштейн вначале считал работу Фридмана ошибочной, но потом с ним согласился.

     В 1946 г. Джордж (Георгий Антонович) Гамов показал, что этот Папа-атом должен был не просто начать вдруг расширятся во Вселенную (так называемая "холодная модель"), а должен был взорваться – это модель Биг-Бэнга, Большего Взрыва, как он её назвал. И в 1965 году А.А.Пензиас и Р.В.Вильсон совершенно неожиданно обнаружили «реликтовое» излучение Большего взрыва – все сомнения в правильности модели разом исчезли! 

    Еще в 1916 г. Эйнштейн показывает, как следствие своих уравнений, что также как при ускорении зарядов возникают электромагнитные волны, при ускорении массивных тел должно возникать гравитационное излучение. Напряженность поля гравитационного излучения должна быть очень и очень мала, поэтому в течение многих лет не затихали споры: очень многие физики отрицали либо саму возможность их существования, либо их квантовое истолкование. Такое излучение должно иметь место в системах двойных звезд – они быстро вращаются вокруг общего центра тяжести, а значит испытывают центростремительное ускорение. Оно, конечно, должно происходить при взрыве и столкновении звезд, например, нейтронных звезд и черных дыр. Для фиксации такого излучения в ряде лабораторий установлены гравитационные детекторы – это массивные тела, часто монокристаллы, весом в тонны, малейшие синхронные колебания которых в разных местах Земли должны сигнализировать о приходе такой волны. Так что оставалось наблюдать и ждать ... какого-нибудь взрыва.

    Решение проблемы пришло с иной стороны. В 1974 г. Дж.Х. Тейлор и Р.А.Халс обнаружили, что интенсивность излучения открытого ими пульсара уменьшается со скоростью 75 миллионных секунды в год. Уменьшение периода соответствует сближению обоих партнеров этой пары, которое с точностью не хуже 0,5% соответствует предсказаниям ОТО по потере энергии на излучение гравитационных волн (Нобелевская премия 1993).

    А в конце 2002 г. С.Копейкин и Э.Фомалон (США) сумели, впервые, измерить скорость этих волн: оказались, как и предполагал Эйнштейн, что их скорость равна скорости света: идеи Эйнштейна продолжали покорять мир.

    Космология и космогония оставались главным в творчестве Эйнштейна. Но временами он все же отвлекался и на другие проблемы. Так, еще в 1912 г. он устанавливает основной закон фотохими, в 1916 г. доказывает существование индуцированного излучения, т.е. того явления, которое через сорок лет привело к созданию мазеров и лазеров, революционного направления в физики и технике, в 1924 г. создает квантовую статистику частиц целого спина (в последние год-два она привлекла особое внимание, т.к. ведет к созданию нового, пятого состояния вещества – бозе-эйнштейновского конденсата). Но еще ранее он погружается в самую грандиозную проблему – попытку создания единой теории поля, объединения электромагнетизма и гравитации.

   Можно думать, что к этой идее его толкал столь почитаемый им Б.Спиноза, в «Этике» которого доказывается, что в мире может существовать лишь одна субстанция, но с различными атрибутами -существенными признаками (сам Спиноза пишет о двух – протяженности и длительности, но говорит о возможности существования большего их количества) [[11]].

   Эти работы не привели тогда, несмотря на титанические усилия, к успеху – попытка была преждевременной: помимо электромагнитного и гравитационного полей существуют еще и изученные позже сильные и слабые взаимодействия. Таким образом, единая теория поля, если она возможна, должна объединить не два, а четыре типа взаимодействий.

   Несколько десятков лет все попытки Эйнштейна в этом направлении встречались с улыбкой – причуды гения, но с 70-ых годов положение стало меняться: сперва удалось объединить электромагнитное и слабое взаимодействие (теория электрослабого взаимодействия Глэшоу-Вейнберга-Салама), затем началось построение так наз. теорий Великого объединения с присоединением к нему сильного взаимодействия и, наконец, теорий суперсимметрии, объединяющих, в пределе ультравысоких энергий, все четыре поля, т.е. осуществляющих предвидение Эйнштейна. Пока еще рано говорить о полном успехе этих исследований, но ясно одно – мечта гениального ученого не была абсолютно невозможной. С другой стороны, сейчас, через 100 лет после работ Эйнштейна, активно рассматривается возможность нарушения инвариантности теории относительно преобразований Лоренца на чрезвычайно малых расстояний или при сверхвысоких энергиях – но пока рано еще говорить об адекватности таких построений.

    И еще. Эйнштейн, автор квантовой теории света, резко отрицательно относился к копенгагенской трактовке квантовой механике, данной Бором, Гейзенбергом и др. Он много дискутировал с Бором: оставаясь искренними друзьями, они никак не сходились в интерпретации принципа неопределенности – Эйнштейн был убежден, несмотря на неудачу своих «мысленных экспериментов», в несовершенстве общепринятой трактовки, в ее неполноте. Самая известная его статья в этом направлении (совместно с Б.Подольским и Н.Розеном, 1935 г.) долго цитировалась как ошибка гения, однако в последние годы начинает выясняться, что в этой критике заложены весьма перспективные идеи.

    Эйнштейн весьма требовательно относился к точности и обоснованности научных работ (присланную ему статью неизвестного индийского физика Ш.Бозе он перевел на немецкий, исправил ошибки и опубликовал со своим комментарием, так возникла статистика Бозе-Эйнштейна, а имя Бозе, ничем более не знаменитое, оказалось увековеченным в названии частиц – бозонов и т.д.). О его научной щепетильности говорит и такой факт. Он очень интересовался идеями и деятельностью З.Фрейда, к тому же они были в прекрасных личных отношениях, но когда возник вопрос о представлении Фрейда к Нобелевской премии по медицине и физиологии, то Эйнштейн заметил, что Фрейд несомненно заслуживает Нобелевскую премию, но не по науке, а по литературе...

    Немало времени Эйнштейн отдавал техническим изобретениям – сказался и опыт патентной работы. Ему принадлежит целый ряд изобретений, многие совместно с известным физиком-теоретиком Л.Сцилардом (1898-1964), например, бескомпресионный холодильник (вспомните советский «Газоаппарат», популярный в 50-60-ые годы), в военные годы он консультировал артиллерийское управление и морское министерство США.

     Упомянем, в нескольких словах, о философских и политических взглядах Эйнштейна. Юношеский интерес к философским проблемам бытия никогда его не оставлял, поэтому Спиноза, а также Платон, Юм, Кант, Милль всегда оставались его любимым чтением. К ним нужно присоединить еще и живое общение с К.Гёделем и Б.Расселом, особенно в период совместного проживания в Принстоне. Эйнштейн не был религиозен, но он никогда не выступал против религии как таковой, он считал ее установления основой моральных норм и не видел в этом противоречий между наукой и религией – другое дело скрупулезное следование некогда установленным ритуалам, слепое отстаивание догматов...

    В политике Эйнштейн долго, особенно в период Первой мировой войны, оставался пацифистом, затем с энтузиазмом присоединился к Комитету по интеллектуальному сотрудничеству Лиги Наций (впрочем, достаточно быстро убедился в  его беспомощности). Однако он ясно осознал опасности фашизма и поэтому подписал 2 августа 1939 г., т.е. за месяц до начала войны, письмо президенту Рузвельту о необходимости ускоренной разработки ядерного оружия, сам он в этих работах не участвовал. В 1942 г. он принимает у себя делегацию советского Еврейского Антифашистского Комитета и дает по ее просьбе публичный скрипичный концерт для сбора денег на нужды Красной Армии (своих сбережений у него никогда не было – все отдавалось нуждающимся эмигрантам и т.п.). Сразу по окончании войны, 10 декабря 1945 г., он выступает с речью в Нью-Йорке: «Выиграна война, но не мир», поддерживает идею мирового правительства. Он боится будущих военных конфликтов, нового варварства и ему принадлежит знаменитая фраза: "Не знаю, чем люди будут воевать в третьей мировой войне, но в четвертой они вернутся к камням и палкам... ". Поэтому за несколько дней до смерти он подписывает знаменитое обращение Рассела-Эйнштейна с призывом отказаться от ядерного оружия.

    После антисемитских выступлений в Берлине в связи с поражением Германии в войне 1914-18 годов (они были направлены и против него лично) он демонстративно записывается в еврейскую общину, хотя никогда не принимает участия в религиозных церемониях, и становится приверженцем сионизма, но отказывается от предложенного ему в 1952 г. поста президента Израиля, ограничиваясь помощью израильским университетам.

 

 

   И еще об увлечениях Эйнштейна, не связанных с физикой. Первое место среди них занимает, конечно, музыка: он абсолютно спокойно воспринимает критику физических теорий, но гораздо эмоциональней относится к критике своих музыкальных выступлений. ("Этот мир может состоять из музыкальных нот так же, как и из математических формул". Его пристрастия в музыке вполне определенные: он чувствует отвращение к Вагнеру, а вершиной для него является Бах: "Баха слушают, играют, любят, почитают и – раскрывают рты от восхищения"). В молодости он иногда совершал прогулки по горам (к ним его пыталась приохотить Мари Кюри), но позднее предпочитал всему парусную яхту. Немало внимания в последнее время уделяется и его амурным делам – трудно судить о справедливости этих слухов (например, [[12]]), но насчет своей влюбчивости он шутил сам: "Влюбиться – вовсе не является самым глупым из всего, что делает человек, однако ответственность за это нельзя возлагать на гравитацию".

   Условия его жизни отнюдь не были тепличными. В молодости нужно было подрабатывать на жизнь репетиторством. Первый ученый, посетивший его в 1906 г. в Берне, М. фон Лауэ, пишет, что застал Эйнштейна дома, в их единственной комнате, увешанной пеленками, где он, покачивая одной ногой кроватку с сыном, что-то писал на кухонном столе. С годами, конечно, материальное состояние улучшалось, но ученый оставался весьма скромным в своих потребностях. Уже в Принстоне он как-то объяснил, что носит длинные волосы и кожаную куртку, чтобы пореже обращаться к парикмахеру и портному. Здоровье оставляет желать лучшего: в 1917-20 годах тяжелая желтуха с последующими осложнениями, в 1928 г. обнаружено расширение сердца – несколько месяцев строгого постельного режима, 1948 – аневризма брюшной аорты и т.д.

   Многое можно сказать о нем как о человеке, но ограничусь одним случаем, о котором мне рассказал известный физик Туллио Редже – он жил с семьей в Принстоне в соседнем с Эйнштейном коттедже. Он и его жена-математик были увлечены какой-то сложной работой и забыли (с учеными это случается), что нужно проверять школьные занятия шестилетнего сына. Когда они спохватились и позвали мальчика «на ковер», тот сказал, что все в порядке – он перелезает через изгородь к дедушке вон там и тот очень хорошо решает ему задачи. Можете себе представить ужас родителей и все извинения, с которыми они бросились к великому ученому. Эйнштейн засмеялся и сказал, что никак не мог отказать ребенку, когда тот попросил решить задачу, потому что нельзя же отрывать папу и маму от думанья.

     В заключение можно упомянуть результаты опроса, проведенного в 1999 г. одним из ведущих журналов мира (Physics World. 1999, December): каждому из выбранных 120 «судей», действующих ученых, позволялось назвать до пяти имен самых великих ученых-физиков всех времен (в списке после присужденного места указано число отданных голосов):

1. (119) А.Эйнштейн; 2. (96) И.Ньютон; 3. (67) Дж.К.Максвелл; 4. (47) Н.Бор; 5. (29) В.Гейзенберг; 6. (27) Г.Галилей; 7. (23) Р.Фейнман; 8-9. (по 22 каждый) П.Дирак, Э.Шрёдингер; 10 (20) Э.Рёзерфорд; 11-13. (16) Л.Больцман, М.Фарадей, М.Планк; 14 (13) Э.Ферми; 15. (6) М.Кюри и т.д. (всего было названо 61 имя).

   Таким образом, Эйнштейн практически единогласно (119 из 120) был назван самым великим: более пристрастных "судей" быть и не может!

 



[1].  Высказывания Пуанкаре цитируются по книге: А.Пуанкаре. «О науке». М.: Наука, 1983.

[2].  Мы пользуемся схемой Т.Куна, по которой научные революции состоят в смене парадигм, т.е. общепринятых систем взглядов на основания той или науки или ее отрасли. В промежутках между сменами парадигм развивается «нормальная» наука, не вносящая кардинальных изменений в ее базис.

[3].  Наиболее важны в попытках такого анализа автобиографические заметки Эйнштейна 1945 г. для изданного в 1949 году тома “Albert EinsteinPhilosopher-Scientist” в известной серии «Живущие философы»; русский перевод: А. Эйнштейн. Собрание научных трудов. Т. 4. М.: Наука, 1967, с. 259-293, 294-314, там же «Автобиографические наброски», 350-356. Все не оговоренные цитаты взяты из этих статей.   Самые авторитетные биографии великого ученого: А.Пайс. «Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна». М., Наука: 1989; Б.Хофман. «Альберт Эйнштейн, творец и бунтарь». М.: Прогресс, 1983 (авторы, известные физики, сами много общались с Эйнштейном); К.Зелиг. «Альберт Эйнштейн». М.: Атомиздат, 1966 (автор пишет на основе многочисленных бесед с ученым).  

[4].  Определение такого возраста – в районе 12-14 лет – как довольно короткого периода формирования в сознании и подсознании человека стиля мышления и шкалы интеллектуальных и эмоциональных предпочтений выработано на основе анализа автобиографий и биографий ученых (в основном физиков) и политиков в статье: М.Е.Перельман. Наука в СССР, № 1, 1991 (английский перевод: Science in the USSR, № 2, 1991) и названо явлением импрессинга. См., также, М.Е.Перельман, М.Я.Амусья. «Посев», 2004, № 9, № 11; М.Е.Перельман. «Озарение и интуиция в науке: как физики открывают законы природы». Изд. РХД, Москва, 2005. .

[5]. На русском языке издано в 1965-67 г.г. одно из самых полных собраний его научных работ в 4 томах, вышло также 13 выпусков «Эйнштейновских сборников» Эйнштейновского комитета АН СССР; их дополняет на русском языке сборник: А.Эйнштейн «О сионизме. Речи, письма, статьи». Иерусалим, 1991. Полное собрание сочинений Эйнштейна издается совместно Еврейским университетом в Иерусалиме (университет формально открыт лекцией Эйнштейна в 1925 г., в нем, по завещанию, хранится часть его архива) и Институтом перспективных исследований в Принстоне, США, где Эйнштейн работал с 1933 г. до конца жизни.

[6]. Рассуждения здесь не слишком строги, они были уточнены в последующих статьях при рассмотрении импульса квантов. Однако уже в этой статье рассмотрены возможности таких процессов, которые в будущем были названы антистоксовыми, а также возможность поглощения нескольких квантов с последующим испусканием одного, т.е. процесса сложения частот, основы развиваемой с 60-ых годов физики многофотонных процессов. 

[7]. Нобелевской премии за эти открытия Ленард удостоен, по прихоти истории, именно в 1905 г., но вне зависимости от их объяснения. По-видимому, именно это унизительное обстоятельство – он сам не понял сути своих открытий – стало психологической подоплекой всего дальнейшего его поведения: он становится основным, в Германии, хулителем Эйнштейна и активным нацистом.  

[8]. Трудность усвоения новых понятий хорошо иллюстрируется анекдотом, популярным в ту эпоху –  Артуру Эддингтону, автору наиболее обстоятельной книги по теории относительности, задают вопрос: «Сэр, говорят, что Вы один из трех людей в мире, понимающих эту теорию?». Эддингтон морщит лоб и спрашивает: «А кто же третий?». Однако сейчас основы теории относительности часто включаются в школьные программы и никаких особых сложностей они уже не вызывают.

[9]. В июле 1955 г. в Берне проводилась международная конференция, посвященная 50-летию тех работ Эйнштейна, столетие которых отмечается в этом году – она была первой конференцией по ОТО. Сам автор скончался за три месяца до ее начала, но в подготовленном к ней письме просил специально отметить заслуги Лоренца и Пуанкаре. Мы подчериваем это обстоятельство ввиду непрекращающихся публикаций на тему приоритета в открытии СТО (в интернете можно найти около 10 тысяч таких статей). 

[10]. Для поклонников нумерологии и т.п. можно отметить, что Ньютон родился в год смерти Галилея, а Эйнштейн – в год смерти Максвелла.

[11]. Любопытно заметить, что идею единства всех сил в природе, на том же уровне, ранее ученых проповедовал, например, философ Ф.В.Шеллинг.

[12]. П.Картер, Р.Хайфилд. «Эйнштейн. Частная жизнь». М.: Захаров, АСТ, 1998.


   

   


    
         
___Реклама___