Альберт Эйнштейн — Формулы Вселенной
В энциклопедии даты: 14 марта 1879 г., Ульм (королевство Вюртемберг, Германия) – 18 апреля 1955 г., Принстон (США).
А в Интернете – 4 530 000 сайтов с именем Эйнштейна. Больше только у Шекспира, 4 890 000. Все прочие далеко позади: Гитлер – 1 760 000, ансамбль “Битлз” – 1 530 000, Сталин – 630 000, Иисус Христос – 79 100. (статья была написана примерно 17 лет назад, -но я посчитал «осовременивание» ненужным. пусть будет, как было..)
Конечно, любая статистика ущербна. Но неоспорим факт: имя известно даже тем, кто не знают об Эйнштейне ничего, кроме анекдотов про “относительность”.
А его биограф Чарлз Перси Сноу, писавший о множестве мировых знаменитостей, сказал: “Если бы не было Эйнштейна, физика XX века была бы иной”.
Это значит, иным был бы мир, который окружает нас, людей XXI века.
Нет, дело не в Бомбе, к реальности которой Эйнштейн не имел отношения, хотя предупредил президента США, что гитлеровцы готовят нечто подобное. Пророчество Андрея Белого “Мир рвался в опытах Кюри / Атомной лопнувшею бомбой. ” (произносили с ударением на первое «о») было написано за много лет до появления формулы E = mc2.
И автор формул был от секретных проектов отставлен генералами в бесконечную даль за дружбу с левыми и за сочувствие людям голодавшей большевистской России. Так что на его совести нет ни Хиросимы, ни Нагасаки.
Дело в другом: он не тратил времени на частные проблемы, а сразу решал фундаментальные. После формул Эйнштейна не только люди науки, но в конечном счете все люди Земли начинали, рано или поздно, по-иному думать.
Взять хотя бы молекулы, то есть соединения атомов. Сейчас трудно поверить, но даже после того, как Пьер Кюри, его жена Мария Склодовска и их коллега Анри Беккерель открыли радиоактивный распад атомов и получили Нобелевскую премию 1903 года, ученый мир продолжал относиться к молекулам несколько настороженно: для теории удобно, а где реальность?
Но Эйнштейн придумал, как вычислять размеры и массу молекул, наблюдая в микроскоп за результатами их атак – за “броуновским движением” пылинок, – и молекулы перестали быть абстракциями, перешли из научных журналов в уроки школьников, а автор в 1905 году за эту работу, в которой почти не было математики, стал доктором наук.
Или другой, по последствиям более фундаментальный пример: теплота.
С глубокой древности ученые мужи уподобляли ее спокойному потоку воды, изливающемуся из родника. Но в конце XIX века понадобилось знать: сколько нужно энергии, чтобы излучаемый куском железа свет стал из темно-красного ослепительно белым? Множество ученых предлагали разные формулы, но все до единой оказывались неверными, неработающими.
Тогда в 1900 году немецкий же физик Макс Планк ради точности расчета предположил, что существуют порции энергии – кванты, что поток состоит из капелек. И хотя формула после этого заработала прекрасно, его не отпускала мысль о чудовищной “подгонке под ответ”.
Но Эйнштейн объяснил, что кванты света (он назвал их фотонами) бывают разные, а энергия фотона и частота колебаний его световой волны соединены коэффициентом – “постоянной Планка”. Критики недоумевали: выходит, в фотоне спрятана и частица, и волна? Нет, – ответил Эйнштейн, фотон не коробочка, они не спрятаны в нем.
Просто фотоны двойственны, дуальны по своей природе, а потому ведут себя то как частицы (когда, скажем, засвечивают фотопленку или возбуждают фоторецепторы глаза), то как волны (когда проходят через объектив фотоаппарата или зрачок).
Такова была формула революции, после которой физика уже не могла остаться прежней.
Результат эксперимента зависит от условий, от вещей, с которыми фотоны взаимодействуют!
Экспериментатор обязан учитывать эффекты, которые его прибор вносит в изучаемое пространство, в исследуемое явление!
Ученые старого закала только разводили руками.
Даже Планк, рекомендуя Эйнштейна, которого считал гением, в члены Прусской академии наук, написал, что не надо ставить ему в упрек гипотезу световых квантов. Это было в 1912 году. Однако очень скоро критика умолкла.
Дуальность света подтвердил точными экспериментами американец Милликен, дуальность электрона – англичанин Комптон. А за ними француз Луи де-Бройль поставил точку: любые электромагнитные волны, от тепловых до космических лучей, суть кванты, а любые кванты – это волны. Так родилась квантовая механика, построенная в 1923 году на фундаментальном открытии Эйнштейна, который за эти самые фотоны стал лауреатом Нобелевской премии. Но сначала премию дали Планку за его кванты.
Здесь читатель восклицает: “Как? Премия была не за теорию относительности?!” Нет, не за нее.
Хотя статья о теории появилась в “Анналах физики” в том же 1905 году, когда журнал опубликовал одну за другой пять статей Эйнштейна, в том числе работы о молекулах и фотонах. Такого букета за такой короткий срок вырастить в физике не удалось никому и никогда.
Ученый брал в плен читателя такой неопровержимой логикой, после которой математика казалась излишней, да ее там почти и не было. Математикой занимались другие, – скажем, учитель Эйнштейна, университетский профессор Минковский, давший теории своего ученика безупречные формулы и предложивший рассматривать пространство и время как неразрывную систему.
Исходными постулатами теории относительности Эйнштейн сделал два утверждения о постоянстве. Первое – постоянство законов физики: они одинаковы всюду, независимо от того, движется пространство или стоит на месте. Второе – постоянство скорости света: он движется с одной и той же, неизменной скоростью всюду, независимо от того, перемещаются пространство и наблюдатель или покоятся. Всего две фразы. Но они приводили к великому множеству выводов, поистине поразительных.
Из них самый знаменитый и понятный – эффект замедления времени: в ракете, стартовавшей с Земли, время обязано течь медленнее, чем время на Земле. Это казалось фантазией, но Эйнштейн не фантазировал. Он знал. Сегодня мы тоже знаем результат эксперимента: когда один атомный эталон времени покоился в комнате на аэродроме, а другой летел на истребителе вокруг Земли, то этот вернувшийся из кругосветки путешественник отстал за время полета на 0,0000002 секунды (округленно).
Еще более знаменитой оказалась формула Эйнштейна E = mc2 (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света) – основа ядерных взрывов и ядерной энергетики, потому что масса способна превращаться в энергию, а сумма массы и энергии – величина постоянная.
Не будем останавливаться на других следствиях, а посмотрим, чем отличается гений от таланта, даже необычайно крупного.
Формулы, описывающие замедление времени, были выведены не Эйнштейном. Их написал голландец Лоренц, тогдашний ведущий физик-теоретик мира (электричество, магнетизм, оптика, кинетика газов, термодинамика, механика, статистическая физика, гидродинамика – во всем этом он сделал фундаментальнейшие открытия!). Но он старался сохранить в неизменности основы классической физики Галилея–Ньютона, а потому не уловил великого смысла своих выкладок. Он считал свои формулы не более чем формальным объяснением некоторых странных эффектов.
Тогда как Эйнштейн смело заявил, что “странные эффекты” – результат столь же странного, но абсолютно реального строения мира. Мира, неощутимого на малых скоростях движения (поэтому его и не могла описать классическая физика), но ощутимого на скоростях, близких к скорости света. Мира, описанного теорией относительности, которую Лоренц одним из первых понял и горячо поддержал. “Я научился выискивать то, что может повести в глубину, и отбрасывать всё остальное, всё то, что перегружает ум и отвлекает от существенного”, – написал Эйнштейн.
Но почему же относительность? Потому, что движение или покой может определить только наблюдатель. Если он сидит в летящей ракете, он неподвижен относительно нее, но движется относительно наблюдателя на космодроме. И так как время у этих наблюдателей у каждого своё, абсолютная “одновременность” исчезает и сменяется относительностью: события, которые один наблюдатель видит одновременными, другой наблюдатель может увидеть разделенными во времени.
Этой теории относительности Эйнштейн дал название “частная” (special, но на русский язык перевели буквально: “специальная”). Он хотел подчеркнуть, что она – лишь часть общей теории, которую десять лет спустя и опубликовал. С ее появлением мир предстал перед учеными, воспитанными классической физикой, совсем уж непривычным: ньютоновское всемирное тяготение оказалось замененным криволинейностью пространства!
Известный немецкий физик Зоммерфельд усомнился в корректности такой замены, и Эйнштейн послал ему открытку: “Как только вы изучите общую теорию относительности, вы убедитесь в ее правильности. Поэтому я ни слова не скажу в ее защиту”.
Сдержанные англичане были в восторге: “Это величайшее открытие в науке со времен Ньютона”. Согласно Ньютону, силы тяготения распространяются мгновенно, то есть с бесконечно большой скоростью. А по теории относительности бесконечной скорости быть не может: предел – скорость света. Эйнштейн был в этом абсолютно уверен, и заявил что “сила тяготения” есть иллюзия.
Просто любая масса прогибает, искривляет вокруг себя пространство, подобно камню, лежащему на натянутой резиновой пленке. Маленькая масса – маленькое искривление, большая масса – искривление большое. Можно ли его увидеть, искривление пространства? Конечно! Надо во время солнечного затмения посмотреть на звезду, зрительно оказавшуюся близко к Солнцу. В пространстве, изогнутом вокруг него, изгибается всё, в том числе световые лучи. Поэтому наблюдатель увидит, что звезда как будто подошла чуть-чуть ближе к светилу: “Пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться”, – сформулировал американский физик Уилер.
Эйнштейн высчитал числовое значение этого “чуть-чуть” – и именно так, абсолютно точно, увидели звезду британские астрономы во время затмения 29 мая 1919 года! Газеты наперебой сообщали об удивительной теории. Ее триумф стал триумфом Эйнштейна. К нему пришла всемирная слава.
К нему, который в шестнадцатилетнем возрасте не смог выдержать вступительных экзаменов в институт.
Его сегодня называют немецко-швейцарско-американским физиком, а он сказал: “Если теория относительности подтвердится, то немцы скажут, что я немец, а французы – что я гражданин мира; но если мою теорию опровергнут, французы объявят меня немцем, а немцы – евреем”.
Однако для “патриотов”, в том числе из Прусской академии наук, не имело значения, верна или не верна теория. Они сразу объявили ее “еврейской физикой”, а гейдельбергский профессор Ленард создал «Рабочее объединение немецких естествоиспытателей для сохранения чистой науки», в августе 1920 года устроил в Берлине нечто вроде съезда ненавистников теории относительности. За несколько месяцев до этого студенты-антисемиты Берлинского университета вели себя на лекции Эйнштейна так, что он ушел из аудитории.
«Пока я жил в Швейцарии, я никогда не сознавал своего еврейства, и в этой стране не было ничего, что влияло бы на мои еврейские чувства и оживляло бы их, – вспоминал он. – Но все изменилось, как только я переехал в Берлин. Там я увидел бедствия многих молодых евреев. Я видел, как их антисемитское окружение делало невозможным для них добиться систематического образования. Тогда я понял, что лишь совместное дело, которое будет дорого всем евреям в мире, может привести к возрождению народа».
Этим делом стало создание Еврейского университета в Иерусалиме. Деньги для него Эйнштейн начал собирать в Америке, куда поехал вместе с химиком Вейцманом, главой сионистского движения, продолжил во Франции, Китае, Японии, – всюду, куда его приглашали читать лекции по теории относительности.
А в феврале 1923 года посетил Палестину, управляемую англичанами по мандату Лиги Наций. Пароход прибыл в египетский Порт-Саид, дальше ехать надо было на поезде. Что ученого и его жену встретят в Иерусалиме высшие деятели сионистского движения, было ясно, но к поезду прибыл сам верховный комиссар Палестины сэр Герберт Самюэл.
Он предоставил гостям свою резиденцию и оказал королевские почести: эскорт гвардейцев-кавалеристов, пушечный салют при каждом выезде из дворца. “Палестина принимала многих великих людей, но на этой неделе у нас происходит самое важное событие – в Иерусалиме находится величайший ученый современности. ” – писала “Пэлестайн уикли”.
Эйнштейн побывал в гостях у профессора Бергмана, первого ректора Еврейского университета, выступил с лекциями. Он сказал: “Я считаю сегодняшний день величайшим днем в своей жизни. До сих пор я всегда находил в еврейской душе нечто, достойное сожаления: забвение своего собственного народа, чуть ли не забвение того, что этот народ все-таки существует. Сегодня вы доставили мне огромную радость тем, что учитесь познавать самих себя и заставляете других признать вашу силу. Наступает великая эпоха – эпоха освобождения еврейского духа”.
Он вел дневник, и записал о Тель-Авиве: “То, что евреям удалось сделать всего за несколько лет, выглядит удивительно. Современный еврейский город, наполненный хозяйственной и духовной жизнью, создан буквально на пустом месте”. А после нескольких дней путешествия по селениям и кибуцам, появились на одной из последних страниц слова: “Жители здесь очень приятны в общении, полны энтузиазма, большинство – выходцы из России. С упорством и огромным желанием они работают над осуществлением своих идей, борясь с малярией, голодом и долгами. Энтузиазм евреев поражает”.
Через тридцать лет в Америке израильский посол Эвен предложил Эйнштейну стать президентом Израиля. Тот ответил, что это слишком ответственный пост. И завещал всю свою библиотеку и все архивы, включая личную переписку, Еврейскому университету в Иерусалиме.
В Америке все удивительно и все “самое большое”. Не составляет исключения и протестантский Храм-на-Риверсайде, построенный в 1929 году на пожертвование Джона Д. Рокфеллера Мл. на улице Риверсайд Драйв, что идет вдоль Гудзона.
Конечно, его готическая 120-метровая колокольня теряется среди небоскребов, но у нее есть то, чем они похвастать никак не могут: знаменитый набор колоколов, самый крупный в мире, – их 74! Часы отбивает колокол весом 20 тонн, тоже самый крупный из существующих. В богато украшенном храме звучит один из самых больших в мире органов с 22000 труб и незабываемо красивым звуком.
То, что внутреннее пространство и порталы храма украшены множеством скульптур, совершенно естественно, но на этом чудеса не кончаются. Ведь скульптуры эти изображают не только канонизированных христианских святых, но и многих ученых всех времен и народов: Евклида, Пифагора,Архимеда, Галилея, Кеплера, Ньютона, Фарадея, Дарвина, Пастера и других. Их портретные изображения находятся на арках западного портала.
Находится там и фигура Альберта Эйнштейна, но попасть в ряд увековеченных было не так просто (не забывайте, еще не закончилось 3-е десятилетие века!), – причины для сомнений были. Но мнения крупнейших американских ученых возобладало, и фигура была поставлена.
Ее продемонстрировали Эйнштейну, когда он в 1930 году приехал в Нью-Йорк. Члены церковного совета особо подчеркнули, что только он удостоен прижизненной скульптуры из всех изображенных на портале ученых. Что думал Эйнштейн в это мгновение?
Те, кто были с ним, рассказывали, что он стал необыкновенно и задумчив.
Его предки с незапамятных времен жили на юго-западе Германии, и он, как пишет биограф, “до конца жизни сохранил мягкое южногерманское произношение, даже когда говорил по-английски”.
Родители, Герман Эйнштейн и Паулина, урожденная Кох, не были бедны и считали себя свободомыслящими. Но коммерсантом Герман был неважным. Когда плохо пошли дела в Ульме, он переехал к брату Якобу в Мюнхен. Якоб любил племянника Альберта и занимался с ним геометрией, задавал математические задачи. “Я испытывал подлинное счастье, когда справлялся с ними”,– вспоминал Эйнштейн полвека спустя.
“Электротехническая фабрика Я. Эйнштейн и Ко» выпускала дуговые лампы, измерительные приборы и генераторы постоянного тока, однако давление крупных заводов стало невыносимым. Братья с семьями перебрались в Милан, но и там их преследовали неудачи. Герман Эйнштейн не мог содержать в Мюнхене сына, оставшегося продолжать учебу в гимназии. Альберт приехал к отцу без аттестата.
После казарменноcти кайзеровской Германии итальянская атмосфера свободы была как распахнутое окно. Он упивался ею и математикой целый год, пока отец не сказал, что фирма надеется увидеть в нем помощника, инженера-электрика.
Шестнадцатилетний Альберт в октябре 1895 года двинулся пешком (денег не было. ) в Цюрих. Там принимали в Федеральную высшую техническую школу без свидетельств о среднем образовании. “Экзамен показал мне прискорбную недостаточность моей подготовки, хотя экзаменаторы были снисходительны и полны сочувствия”, – написал Эйнштейн в автобиографии.
Один из сочувствующих был ректор, профессор Альбин Герцог. Он помог неудачливому юноше поступить в выпускной класс ближайшей школы, где как-то на уроке физики Эйнштейн спросил себя: что я увижу, если полечу над световой волной со скоростью света? Тогда он не увидел этой картины, но запомнил вопрос. Несколько лет спустя картина все-таки предстала перед его глазами и превратилась в частную теорию относительности, а он написал убежденно: “Открытие не является делом логического мышления”.
С аттестатом в руках Альберт стал студентом, но не у Герцога, а в другом учебном заведении – Политехникуме, готовящем учителей. Там он встретился с Милевой Марич, девушкой “милой, застенчивой, доброжелательной, непритязательной и скромной”,– по словам одних, кто ее знал, и “маленькой, черненькой, хромой”, – по словам других. Она стала его первой женой и самой верной помощницей.
При разводе он обещал ей, что поделится Нобелевской премией, когда получит. Поэтому один из самых таинственных вопросов: какова роль Милевы в создании теории относительности? Ведь Эйнштейн писал ей: «Как счастлив и горд я буду, когда мы доведем работу над относительным движением до победного конца». Она была на четыре года старше, более сведуща в математике. Без сомнения, она поддерживала его в трудные годы безработицы и обсуждала с ним его идеи, в том числе по относительности.
Но всего этого мало, чтобы считать подругу и жену соавтором. Может быть, она делала для него какие-то важные, даже основополагающие математические расчеты? Советский физик Иоффе написал в воспоминаниях, что видел в 1905 году подготовленные для “Анналов физики” статьи, под которыми были две подписи – Эйнштейн и Марич, однако в журнальном тексте одна фамилия по непонятным причинам исчезла.
Рассказывают также, что в Цюрихе под чертежами некоего прибора были три фамилии: Марич, Эйнштейн, Хабихт, – а в патенте на этот прибор ее фамилия опять не фигурировала. Если все это правда, то.
Не исключено, что намеки на разгадку содержались в письмах Эйнштейна Милеве Марич. Их хранил его старший сын Ганс Альберт. Душеприказчики Эйнштейна имели право контролировать все публикации о нем. Они обратились в суд и помешали Гансу Альберту опубликовать эти бесценные свидетельства. В чем причина такой жесткости, мы не знаем.
Но стоит подумать, почему Ганс Альберт, признанный во всем мире инженер и ученый, никогда не рассказывал об отце, о семье и о частной жизни матери. Он говорил только на профессиональные темы. Или о музыке, в которой ценил лишь классику.
Трагедию своей жизни Эйнштейн приоткрыл в 1955 году, соболезнуя сестре и сыну скончавшегося друга, Мишеля Бессо: “Я больше всего восхищаюсь им за то, что он прожил долгие годы не просто в мире и согласии, но в полной гармонии с женщиной. Он справился с тем, в чем меня дважды постигла позорная неудача”. Что скрывалось за этими словами?
Внешне он был очень счастлив со второй женой, своей кузиной Эльзой (она была причиной развода с Милевой), которая ничего не понимала в его работах, старалась оберегать его покой, радовалась суете вокруг всемирно знаменитого супруга и закрывала глаза на его немногие мимолетные увлечения. Эйнштейн ведь был наделен “тем типом мужской красоты, который особенно ценился в конце прошлого (XIX. – В.Д.) века: правильные черты лица, густая грива черных как смоль волос, чуть фатовские усы и теплый взгляд карих глаз. ”
* * *
Когда Гитлер захватил власть, Эйнштейн был в Америке. Он знал: в Германию путь закрыт. Он вернулся в Европу и ненадолго поселился в маленьком фламандском городке Ден-Хаан или Кок-сюр-Мер, жители которого называли улицы только именами великих людей: Шекспира, Данте, Рембрандта.
Но и здесь было небезопасно. Спокойствие ждало только за океаном.
Там, в Принстонском университете, он работал до конца дней, пытаясь создать единую теорию поля – связать волны тяготения с волнами света при помощи квантов, но без теории вероятностей. Начиная с 1927 года, он спорил с датским физиком Нильсом Бором, который провозгласил, что на уровне ниже атомного исчезает жесткая связь между причиной и следствием – и остаются только формулы теории вероятностей.
Эйнштейн был глубоко убежден, что вероятность является не более чем средством: мир обязан быть абсолютно определенным, потому что “Бог не играет в кости” со Вселенной, не выбрасывает “чет или нечет”, которым, согласно Бору, подчиняются субатомные явления.
До последнего мгновенья Эйнштейн пытался увидеть своим воображением единую теорию поля так же ясно, как предстала перед этим воображением частная теория относительности, – но времени на окончание столь титанической работы ему отпущено не было. В тетради на столике у кровати остались написанные вечером формулы, над которыми он хотел поработать утром.
Он завещал друзьям развеять его прах над местом, которое навсегда останется неизвестным.
Источник