Ночь Эйнштейна

Скромному служащему Бернского патентного бюро было всего 26 лет, когда он внезапно перевернул представления человечества о пространстве и времени, энергии и материи. Почему именно Эйнштейн взорвал физическую картину мира?

Та майская ночь в 1905 году была важнейшей в его жизни. Точной даты мы не знаем. Подробностей тоже. Ни свидетельств, ни свидетелей. О том, что произошло, нам известно лишь из тре­тьих рук — из сохранившейся записи лекции, ко­торую в конце 1922 года Альберт Эйнштейн про­читал в японском городе Киото. В ней ученый, к тому вре­мени, уже получивший мировое признание, описывал не­сколько часов своего великого озарения. Этот конспект — наш единственный источник.

«Одна майская ночь 1905 года — и наше понимание времени и пространства навсегда изменилось»

 

ДЕНЬ ОН ПРОВЕЛ С МИШЕЛЕМ БЕССО — СВОИМ ДРУГОМ И КОЛЛЕГОЙ ПО БЕРН­СКОМУ ПАТЕНТНОМУ БЮРО

Как обычно, говорили о науке. В ча­стности, о том, что их больше всего волновало: можно ли разрешить противоречия, пошатнувшие сложившуюся фи­зическую картину мира, те про­тиворечия, которые к началу XX века завели ученых в казавшийся безвыходным тупик?

Задача грандиозная. При­знанные корифеи науки уже потерпели здесь неудачу. И Эйнштейн тоже был готов ка­питулировать. «Я сдаюсь», — сказал он Мишелю.

А потом наступила ночь. Как он провел её? Наверняка, без конца дымил: сначала курил трубку, потом в ход пошли сигары… Главное — дать мыслям пробиться наружу: клочки бумаги, счета, конверты — всё, что попалось под руку, было испещрено записями. Клони­ло его в сон, или он был слишком возбужден? Плакал ли в соседней комнате его годовалый сын Ганс Альберт? Со­ветовался ли Эйнштейн с женой, Милевой, которая помо­гала ему в математических расчетах? Или работал один, и супруга, как обычно, поставила тарелку с едой под дверь его комнаты?

Возможно, что-то сдвинулось с мёртвой точки во вре­мя его разговора с Бессо. Мишель умел навести Альберта на верную мысль, в нужную минуту правильно поставить вопрос. «Я вдруг понял, в чем разгадка», — вспоминал Эйнштейн спустя 17 лет на лекции в Киото. Утром он вновь встретился с Мишелем и сообщил ему потрясающую новость: «Благодаря тебе я нашёл решение».

ЭТО РЕШЕНИЕ — СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ – ПЕРЕВЕРНУЛО НАШИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ, об энергии и материи, представления, к которым человечество шло на протяжении тысячелетий своей истории. Это было рожде­ние легенды о величайшем ученом всех времен. Майской ночью 1905 года скромный патентовед из тихой Швейца­рии Альберт Эйнштейн вступил на путь, который привел его к бессмертию.

 

Но как он пришел к этим революционным идеям, к те­ории, связанной теперь с его именем столь же прочно, как теория эволюции с Дарвином, а психоанализ с Фрейдом? Какой логикой руководствовался, в какой момент многолетние размышления привели учёного к прозрению? Этого мы не знаем.

Самый простой и привычный ответ звучит так: никому не известный̆ служащий был просто избран судьбой. Нуж­ный человек в нужном месте и в нужное время. Но почему именно Альберт Эйнштейн стал этим «нужным челове­ком»? Все могло сыграть роль: прочитанные в детстве книги, влияние семьи и друзей, понимание природы электромаг­нитных явлений (его отец и дядя были владельцами эле­ктротехнической фабрики), тяга к самообразованию, спо­ры с однокурсниками и коллегами… И конечно, талант вкупе с изобретательностью и упорством, детским взгля­дом на мир и дерзким умением сомневаться в авторитетах. Наконец, просто удача.

Один из великих мифов современности — история о «гадком утенке»: отстававший в развитии мальчик пре­вращается в великого ученого. На небосводе физики звез­да Эйнштейна засияла в 1905 году. А примерно с конца 1919 года средства массовой информации начали последовательно превращать его в поп-звезду науки. В конце концов имя Эйнштейна стало синонимом гениальности.

 

Еще в детстве Альберт пережил, по его собственному признанию, глубокое и неизгладимое впечатление — в тот день, когда отец показал ему компас. Мальчика поразило, что стрелка сама поворачивается и показывает одно и то же направление. Какие незримые силы управляют ею? Возможно, именно тогда будущий учёный впервые всерьез­, но задумался о глубоко сокрытой̆ природе вещей.

 

Позднее его дядя Якоб, инженер по профессии, объяснил школьнику Альберту основы математики. «Алгебра — веселая наука! — говорил дядя. — Когда мы не можем обнаружить животное, за которым охотимся, мы временно называем его «икс» и продолжаем преследование, пока не за­ сунем его в охотничью сумку».

В шестом классе в руки Альберта попали «Начала» Ев­клида. Он буквально проглотил книгу. «В возрасте 12-16 лет я ознакомился с элементами математики, вклю­чая основы дифференциального и интегрального исчислений», — вспоминал Эйнштейн.

По древней еврейской традиции семья Эйнштейнов раз в неделю приглашала на обед бедного студента. Это был будущий медик Макс Талмуд. Чтобы отблагодарить хозя­ев, он приносил маленькому Альберту книги: «Космос» Александра фон Гумбольдта, «Силу и материю» Бюхнера, «Естественнонаучные книги для народа» Бернштейна, «Критику чистого разума» Канта.

Устроившись в уголке на кушетке, маленький самоучка читал эти пухлые тома, и ему не мешали даже шум и гам, вечно царившие в большой семье Эйнштейнов. Предоставленный сам себе, Альберт копил творческий капитал, ко­торого ему хватило на всю дальнейшую жизнь. Возможно, это отчасти раскрывает феномен Эйнштейна?!

 

 

ЧТО ОН ЧИТАЛ?

Из книг Гумбольда Альберт мог узнать, что благодаря большим телескопам мы можем проникнуть одновременно и в пространство, и во время. В книге Феликса Эберти «Со­звездия и всемирная история» говорилось: «Пространство и время, совпадая в чувственном созерцании, уже не мо­гут быть поняты как отличные друг от друга». Авторы ка­сались одного и того же и того же вопроса.  В конце XIX века эта тема будоражила фантазию многих — от ученых до оккультистов. Высказывались сме­лые идеи: помимо трех привычных измерений простран­ства существует и тесно связан­ное с ними четвёртое — время.

Нераздельность пространст­ва и времени легла в основу специальной теории относи­тельности. Но, чтобы прийти к ее положениям, нужно было выбраться из лабиринта теоре­тических противоречий. Путеводной нитью стал свет-тема, с которой связана вся жизнь Эйнштейна в науке.

ТАК ЧТО ЖЕ МЫ ВИДИМ В «БОЛЬШИЕ ТЕЛЕСКОПЫ»? ПРЕЖДЕ ВСЕГО, СВЕТ ОТ­ДАЛЁННЫХ ИСТОЧНИКОВ. Долетая до сетчатки нашего глаза, он преодолевает огромные пространства. На это необходимо время, и свет ведет себя как путешественник, который движется с постоянной скоростью: чем длиннее путь, тем больше времени проводит он в дороге. Да, скорость света очень высока, ее практически невозможно себе представить — около 300 тыс. км/сек! И все же она не бесконечна.

Пространство, время и свет оказываются тесно связанны­ ми. Как бы близко или далеко ни отстояло от Земли небесное тело (источник света), любое событие там свершится преж­де, чем мы сможем это увидеть.

«Мы всегда видим только прошлое и никогда настоящее», — писал Бернштейн в прочитанных школьником Альбертом «Естественнонаучных книгах для народа». Свету Солнца, например, требуется около 8 минут, чтобы долететь до Земли. Это значит, что мы видим светило таким, каким оно было 8 минут назад. Если бы оно погасло, то тьма на Земле наступила бы только спустя 8 минут.

Предположим, Солнце имеет вид часов с циферблатом и стрелками. Чтобы узнать, который час, достаточно бросить взгляд на небо. Но когда мы видим там ровно 12.00, на самом Солнце стрелки уже ушли вперед на восемь ми­нут — там уже 12.08. Чтобы показывать жителям Земли правильное время, стрелки часов на Солнце должны спе­шить на восемь минут. Все это было подсчитано задолго до Эйнштейна.

Но никто до него не сумел осознать главного для пони­ мания теории относительности: пока «картинка» солнца-циферблата долетает до нас с лучом света, положение стре­лок на ней не меняется! Момент времени, передвигаясь вместе со светом, застывает, он словно заморожен. Ско­рость света конечна потому, что свет не может обогнать время. Иначе мы бы видели события, которые еще не про­ изошли. Здравый смысл противится этому всеми силами.

Но что происходит с реальными объектами, например, с теми же часами, движущимися в космосе? Один из уди­вительных парадоксов теории относительности: часы идут тем медленнее, чем быстрее они летят в пространстве. И чем ближе к скорости света, тем сильнее замедляется их ход — вплоть до остановки.

ВОПРОС, КОТОРЫЙ ЗАНИМАЛ БУДУЩЕГО УЧЕНОГО ЕЩЕ В ШКОЛЕ: ЧТО БУДЕТ, ЕСЛИ ДВИГАТЬСЯ ВСЛЕД ЗА ЛУЧОМ СВЕТА? Или верхом на нем? Ка­ ким мы тогда увидим мир — застывшим, как неподвижный̆ образ, как цветной слайд? Или он всегда будет казаться нам фильмом со сменяющими друг друга кадрами действительности? Будут ли образы доходить до нас всегда с од­ной и той же скоростью (скоростью света) независимо от нашего собственного движения?

«Этот вопрос мог прийти в голову только ребенку: что мы увидим, если полетим на луче света?»

И вообще, пора бы задуматься над таким вопросом: кто или что приходит в движение, когда мы говорим «движет­ся»? Согласно классическому принципу относительности Галилея, все тела движутся относительно друг друга. Если вдоль перрона (пример, приводимый Эйнштейном) идет поезд, то для людей̆ на перроне движется поезд, а для си­дящих в вагоне пассажиров движется перрон со стоящими на нем людьми. Всё так просто, но последствия могут завести нас дале­ко: выходит, что объективного наблюдателя вообще не су­ществует! Каждая из сторон может утверждать, что она по­коится, а другая движется относительно нее.

Вполне логичен и второй пункт классического принци­па относительности — закон сложения скоростей. Если два поезда движутся в противоположных направлениях, один со скоростью 50 км/ч, а другой -100 км/ч, то их скорости можно сложить и сказать: каждый поезд движется относи­тельно другого со скоростью 150 км/ч.

В рамках классической механики, всякое тело внутри своего собственного мира всегда находится в состоянии покоя, в то время как другие тела относительно него дви­жутся. Идущий поезд и летящий самолет покоятся сами в себе. Яблоко падает в салоне поезда и самолета так же вер­тикально, как на перроне. Законы природы независимы от факта движения — до тех пор, пока оно остается равномер­ным. Но так ли это, когда речь идет об электродинамике, имеющей дело со скоростью движения электронов или скоростью света? Это был один из неразрешимых вопро­сов доэйнштейновской науки.

Сначала и Эйнштейн не собирался по-новому опреде­лять понятия времени и пространства. Он пытался опери­ровать тем, что предлагали уже известные научные и даже донаучные теории. К необходимости пересмотра понятий учёный подошел лишь в конце долгого путешествия сквозь книжные дебри. И это привело к революции в науке.

Противоречие в физической картине мира, которую пытался построить Эйнштейн, обнаруживалось при рас­ смотрении такого примера. Допустим, два небесных тела летят в космосе навстречу друг другу со скоростью в 75% от скорости света (с). Тогда, по принципу сложения скоростей, их относительная скорость составит 150% скорости света (1,5 с). Но задолго до Эйнштейна было понято, что относительная скорость является в то же время величиной объективной. А, по Эйнштейну, ни один материальный объект не мог двигаться быстрее, чем свет.

 

Классический принцип относительности и предельная величина скорости света противоречат друг другу. Эйн­штейн, руководствуясь гениальной интуицией, пытался разрешить это противоречие, не отказываясь ни от одного, ни от другого положения.

К СЛОВУ, ЭЙНШТЕЙН БЫЛ НЕ ОДИНОК в своих поисках — у него всегда находились верные помощники. Ему вообще везло с окружающими и близкими людьми — и в науке, и в жизни.

Осенью 1896 года, поступив в Цюрихский политехникум, он познакомился с Милевой Марич. Единственная девушка в группе, она была особой передовых для того времени взгля­дов и разделяла юношескую тягу Альберта к свободному, не скованному предрассудками образу жизни. Да и в интеллектуальном плане практически ему не уступала.

Самое позднее в 1899 году Альберт и Милева становятся любовниками. Пишут друг другу нежные письма («В вос­кресенье я наконец-то поцелую тебя!»). В 1987 году, ког­да их переписка была опубликована, тут же возникли предположения, а не Милеве ли Эйнштейн обязан своим ранним успехом в науке?

Эти догадки основываются прежде всего на письме Эйнштейна от 27 марта 1901 года. В нем он писал Милеве: «Как счастлив и горд буду я, когда мы вместе победонос­но завершим наши исследования в области относительно­го движения!» А однажды Альберт будто бы сказал свое­му тестю: «Всем, что я сделал и чего достиг, я обязан Ми­леве… Без неё я никогда бы не начал свой труд и никогда не закончил бы его».

Так или иначе, но биографы Эйнштейна полагают, что он совершил свое великое открытие в мае 1905 года не без участия Милевы. Вероятно, на ранней стадии разработки идеи она сыграла свою «небольшую, но примечательную роль». В чем заключалась эта роль, мы не знаем. В науке вклад в общее дело не всегда бывает зримым, его порой нельзя задокументировать. Можно, например, мягко ука­зывать на слабые места и противоречия в рассуждениях и доказательствах. Задавать наводящие вопросы. Делить­ся своими соображениями.

«Верная Милева пожертвовала собственной карьерой, чтобы обеспечить мужу будущее в науке»

Как бы то ни было, Эйнштейн ни разу публично не удо­стоил Милеву похвалы, а она, по-видимому, и не стреми­лась играть в этом дуэте пер­вую скрипку. Но в феврале 1901 года их жизнь радикальным об­ разом изменилась: Милева уз­нала, что у них с Альбертом бу­дет ребенок. Её научная карье­ра оказалась под угрозой, а провал на выпускном экзамене летом того же года довершил «профессиональное падение» способной студентки Марич…

 

Альберт экзамены сдал, пусть и не блестяще. Увы, мес­та академического ученого, которому платят деньги за ис­следования, Эйнштейн не получил. Почти два года он мы­кался, подрабатывая домашним учителем. Чтобы рожде­ние внебрачного ребенка не помешало ее возлюбленному найти работу по специальности (та эпоха отличалась от нашей большей щепетильностью и даже чопорностью), Милева уехала к родителям в южную Словению. Она родила малышку и дала ей имя Лизерль. Как сложилась судь­ба девочки, никто не знает. Считается, что Эйнштейн так ни разу дочь и не увидел…
В конце 1902 года Милева после годичной разлуки вер­нулась в Швейцарию. Это не принесло ей счастья. Ее меч­ты о профессиональной карьере окончательно разбились, кроме того пришел конец их равноправному интеллектуальному общению. Альберт женился на Милеве в начале 1903 года, но теперь не столько она, сколько друзья и кол­леги вдохновляли учёного и подавали ему новые идеи.

 

В феврале 1902 года Эйнштейн, Морис Соловин и Кон­рад Габихт основали кружок «Академия Олимпия». Собираясь, друзья до поздней ночи обсуждали труды по физике и философии. В этих диспутах рождалась истина: Эйнштейн все яснее чувствовал: важнейшие научные пробле­мы его времени можно свести в единую систему. Еще в 1901 году он говорил своему однокашнику Марселю Гросс­ману, который когда-то делился с Альбертом конспектами по математике, а позже через отца выхлопотал ему место технического эксперта III класса в Бернском патентном бюро: «Какое великолепное ощущение — увидеть единство целого комплекса явлений, представляющихся нашему чувственному восприятию совершенно разными вещами».

НЕ ТОЛЬКО ЭЙНШТЕЙН МЕЧТАЛ ПРЕОДОЛЕТЬ ЯВНЫЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ В ФИЗИ­ЧЕСКОЙ КАРТИНЕ МИРА — в особенности между постоянной ско­ростью света и классическим принципом относительнос­ти. Так, голландский физик Хендрик Лоренц с 1895 года развивал созданную британцем Джеймсом Клерком Мак­свеллом теорию электромагнетизма. Она должна была стать ключом к пониманию всех электромагнитных и оп­тических явлений. Лоренц, Максвелл и многие их совре­менники оперировали странным понятием — эфир. С XVII века, со времен философа Рене Декарта, оно, подобно при­ зраку, сопровождало разные физические теории. Условную субстанцию, название которой осталось в современном языке применительно к радиоволнам, никто никогда не наблюдал — не говоря уже о том, чтобы ее измерить. И все же физики использовали это понятие, чтобы объяснить движение частиц света возмущениями — по аналогии с движением волны по воде или звука по воздуху.

«Носитель света» — эфир — считали веществом без мас­сы, заполняющим Вселенную и проникающим во все тела. Считалось, что световые волны распространяются, как по­ перечные сейсмические волны в земной коре.

Загадочная субстанция не давала покоя и двадцатилет­нему Эйнштейну. В августе 1899 года он писал Милеве: «Я все больше убеждаюсь в том, что электродинамика движущихся тел, как она описывается сегодня, не соответствует действительности и может быть объяснена проще. Использование в электромагнитных явлениях понятия «эфир» привело к представлению о такой среде, о которой невозможно говорить, вкладывая хоть какой-нибудь физический смысл». Пророческое высказывание.

К 1905 ГОДУ 26-ЛЕТНИЙ ЭЙНШТЕЙН ПО СУТИ РАСПОЛАГАЛ ВСЕМ, ЧТО БЫЛО ЕМУ НУЖНО ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВОЙ ТЕОРИИ

 

Недоставало только ключевой идеи, которая свяжет части в целое. Он отчаянно, напряженно искал решение. Именно в этот момент он и сказал своему другу Бессо: «Я сдаюсь». Быть может, признание собственного бессилия чудес­ным образом раскрепостило его мысль? Вдруг все встало на свои места, и молодой физик обрел способность видеть так ясно, как никто другой. Ему наконец-то удалось понять внутреннюю связь между пространством, временем и све­том. Действительно ли друг и коллега Бессо помог ему со­ вершить этот интеллектуальный скачок? И если да, то как именно? Во всяком случае именно Мишеля Бессо — един­ственного из своих друзей — благодарит Эйнштейн в кон­це статьи в журнале «Анналы физики», излагавшей̆ осно­вы специальной теории относительности. Эта публикация мгновенно прославила его в научных кругах.

В чем состояло своеобразие мышления Эйнштейна, мы можем понять из слов самого ученого, произнесенных в 1922 году на лекции в Киото: «Решение заключалось в ана­лизе понятия времени». Его всегда занимал вопрос, что такое время не только в физическом, но и в философском смысле. Что, вообще говоря, делают, думая, что измеря­ют его? И что такое одновременность?

Должно быть, это была великая минута — Эйнштейн вдруг осознал, что находится на правильном пути. Он по­нял: чтобы вывести науку из тупика, нужно поставить ньютоновский космос с головы на ноги. Эйнштейн упразднил понятие эфира как избыточное. Он объявил, что ско­рость света — это свойство природы, универсальная посто­янная величина, не зависящая ни от скорости источника, ни от скорости наблюдателя. Он возвысил свет почти в библейском смысле — до абсолюта. Со времен Ньютона пространство и время обладали абсолютным значением, они выступали в физике заданными условиями происхо­дящих в мире событий. Эйнштейн «релятивировал» их, превратил из абсолютных в относительные — и все проти­воречия мгновенно исчезли. Теперь все виды движения, от электронов до звезд, можно было объяснить на основе единой картины мира. Прозрения Эйнштейна превратили фантом в физически объективированный феномен: отно­сительность это и есть реальность.

ИТАК, ОН НЕ ЖЕЛАЛ ОТКАЗЫВАТЬСЯ НИ ОТ ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, НИ ОТ СКОРОСТИ СВЕТА КАК АБСОЛЮТНОЙ ВЕЛИЧИНЫ.

В 1905 году в рабо­те о специальной теории относительности Эйнштейн за­ дал вопрос: «Что следует понимать под временем?». И про­ должал: «Мы должны прини­мать во внимание, что все на­ ши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одно­ временных событиях. Если я, например, говорю: «Этот поезд прибывает сюда в 7 часов», это означает примерно следующее: «Указание стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события».

Ни до, ни после Эйнштейна рассуждения подобной глубины не были изложены столь ясно. Даже если бы сразу после отправки этой статьи в «Анналы физики» Эйнштейн бесследно исчез, он бы навеки ос­тался в памяти людей как великий учёный.

Все логические связи его теории предельно просты. Их можно объяснить, поставив мысленный эксперимент с на­блюдателем на перроне и пассажиром поезда — самого бы­ строго тогда средства передвижения. Эйнштейн приводит такой пример: наблюдатель стоит на перроне лицом к же­лезнодорожному полотну. В равном отдалении от него сле­ва и справа вспыхивают два маячка. Если наблюдатель ви­дит их оба, то и вспышки для него происходят одновремен­но. Но для того, кто смотрит на эти вспышки из поезда, де­ло обстоит иначе. Пока свет долетит до него, пассажир успеет проехать часть пути. Он удаляется от одного маяч­ка и приближается к другому, значит одна вспышка доле­тит до него раньше, чем другая. Скорость света для него — та же постоянная, что и для наблюдателя на перроне, и это дает пассажиру право утверждать, что вспышки происхо­дят не одновременно.

А если маячки поместить в голове и в хвосте длинного (очень длинного!) поезда? Тогда для пассажира в середи­не состава они будут вспыхивать одновременно, а вот для наблюдателя на платформе не совпадут во времени. То, что один наблюдатель отмечает как временной промежуток, другой — как одно мгновение.

«Во всем мироздании нет того мгновения, которое можно было бы обозначить словом «сейчас»

Вот меч, наконец-то разрубивший гордиев узел проти­воречий, над которым многие годы ломали голову физики и философы! Во всем мироздании просто нет того мгнове­ния, которое можно было бы обозначить словом «сейчас». Да, внутри «твердого тела» — на­ пример, поезда или космичес­кого корабля — царит, выража­ясь языком Эйнштейна, «время покоящейся системы». И не­ важно, движется этот поезд или стоит — внутри себя он покоит­ся. Но как только два «твердых тела» начнут двигаться навст­речу друг другу, у каждого из них будет свое собственное время и, следовательно, свое собственное «сейчас». Эйнштейн преобразовал принцип относительности, восходящий к представлениям Галилея: для того, кто не­ подвижен, часы того, кто движется, идут медленнее, чем его собственные часы. Эта относительность и есть великая догадка Эйнштейна. Согласно его теории, временной от­резок может быть в различной степени долгим в зависимо­сти от состояния движения наблюдателя. И это не субъ­ективное восприятие, а объективный факт — его можно из­мерить с помощью такого устройства, как часы!
Нечто подобное справедливо для протяженности тел. Движение — это количество пути за какое-то время, в од­ной из принятых единиц измерения — столько-то метров в секунду. Если с точки зрения неподвижного наблюдателя секунда в движущемся поезде длится дольше, то он должен прийти к выводу, что «для поезда» метр перрона становится короче и едущий в нем пассажир должен ви­деть, что перрон «сжимается». А при скорости, близкой к скорости света, он будет воспринимать метр перрона, до­ пустим, как сантиметр. При этом «свой собственный» метр для обоих наблюдателей, конечно, таки остается метром.

СЭР ИСААК НЬЮТОН ИСХОДИЛ ИЗ ИДЕИ АБСОЛЮТНОГО ВРЕМЕНИ – так сказать, — единых часов» для в всей Вселенной . Он полагал, что время протекает в себе и равномерно вследствие своей природы. Разве человек от рождения до смерти не переживает его именно так? Но Эйнштейн взглянул на вещи иначе — он аб­солютизировал свет, превратив его в повелителя времени и пространства.

Из эйнштейновской теории следуют формулы, с помощью которых можно точно рассчи­тать странное поведение тел в «релятивистской» системе.
Если бы мимо нас пролетел 11-метровый космический ко­рабль со скоростью в 90% ско­рости света, то нам бы он пока­зался 5-метровым. (Для космо­навта длина корабля была бы все те же 11 метров.) А если бы его скорость теоретически (практически это невозможно) достигла скорости света, то стороннему наблюдателю длина такого корабля каза­лась бы нулевой̆ (а часы бы в нем стояли).

Как Эйнштейн смог прийти к таким выводам? «Новиз­на его мышления, — пишет психолог Гарвардского универ­ситета Говард Гарднер, — происходит из способности одно­ временно продумывать пространственные образы и математические формулы, фиксировать эмпирические явления и разрешать элементарные философские проблемы». Гард­нер определяет гения как «вечного ребенка», который, иг­рая, разрешает величайшие загадки своего времени.

Эйнштейн и сам пытался объяснить, как вышло, что именно он открыл теорию относительности: «Взрослый человек не задумывается над проблемами пространства времени. Все, что о них можно понять, он, как ему кажет­ся, продумал уже в раннем детстве. Я же развивался так медленно, что начал удивляться пространству и времени, только когда повзрослел. Естественно, я проник в пробле­матику глубже, чем обычный ребенок».

Питер Галисон из Гарварда указывает еще на один фак­ тор: на рубеже Х1Х-ХХвеков одной из главных техничес­ких задач человечества была синхронизация — достижение одновременности. Чтобы поезда прибывали точно по рас­ писанию, корабли вовремя приходили в порт, а войска действовали согласованно, нужно было максимально точ­но выставить часы по отношению друг к другу. В патент­ные бюро того времени регулярно поступали заявки на изобретения в этой области. По образному выражению Галисона, работая в Бернском патентном бюро, Эйнштейн буквально держал руку на пуль­ се своего времени. Но окончательную стройность специальной теории относительности при­ дал другой человек. Герман Минковский был преподавате­лем Эйнштейна в Цюрихском политехникуме. Минковский нашел для идей своего бывшего студента математическое выра­жение, не потерявшее актуаль­ности и в наши дни. «Отныне пространство само по себе и время само по себе полностью уходят в царство теней, и лишь своего рода союз обоих этих понятий сохраняет самостоятельное существование», — за­ явил Минковский в 1908 году. Математически сформули­рованная теория Эйнштейна обрела ту степень ясности, ко­торая позволяла понять ее на первый взгляд сумасбродные следствия — такие, как, например, парадокс близнецов (см. схему)

ПАРАДОКС БЛИЗНЕЦОВ И ДИАГРАММА МИНК0ВСК0Г0

 

Неподвижное в обычном трехмерном пространстве те­ло в четырехмерном пространстве-времени Минковского как бы движется вдоль временной оси. В таком случае тело «стареет», и больше ничего. Что и происходит, по су­ти, со всеми нами, как бы активно мы ни старались пере­мещаться в пространстве. По сравнению с расстояниями, которые преодолевает свет, все наши перемещения в про­странстве так исчезающе ма­лы, что практически мы движемся лишь по оси времени — безостановочно стареем.

«Если бы человек смог однажды разогнаться до скорости света, ему удалось бы победить время и старость»

Но если представить, что когда-нибудь мы сможем перемещаться по пространству-времени со скоростью, близкой к скорости света, тогда для внеш­него наблюдателя время, которое при этом пройдёт, со­жмётся почти до нуля.

 

С другой стороны, сам свет проходит свой путь по про­странству-времени только в трех пространственных изме­рениях. Для дополнительного измерения — времени — ни­ чего не остается. Частицы света движутся не во времени, а вместе со временем, поэтому можно сказать, что они не стареют. Для них «сейчас» — все равно что «вечно». Они все­гда «живут» в своем мгновении. «Часы-солнце» стоят.

Лишь в 1915 году, уже став членом Прусской Академии наук и профессором Берлинского университета, Эйнштейн на основе пространственно-временной концепции Минковского завершил труд своей жизни — общую теорию относительности. В сравнении с ней работа над специальной теорией относительности, как выразился однажды сам Эйнштейн, была детской забавой. Ему понадобилось поч­ти десять лет, чтобы найти нужные формулы — «уравнения поля», которые и по сей день в общем случае остаются не до конца разрешимыми.

С их помощью учёный принципиально новым образом объяснил гравитацию, которую мы, следуя ньютоновской картине мира, как и прежде, называем «силой тяжести» и представляем себе как «силу притяжения» между телами — например, между Землёй и Луной.

Эйнштейн изъял эту силу из оборота физических терми­нов, как прежде упразднил понятие эфира. На самом деле, говорил он, массы тел искривляют пространство-время, и это искривление, в свою очередь, предписывает телам, как им двигаться. Земля и Луна не взаимопритягиваются, как считал Ньютон. Они просто движутся, как все небес­ные тела, в пространстве-вре­мени по кратчайшему пути.

Именно общая теория отно­сительности принесла Эйн­штейну мировую славу — и сде­лала возможными несколько важных предсказаний. Одно из них даже удалось проверить экспериментально. Если ги­гантские массы тел действительно искривляют пространство-время (и собственно пространство как часть четырех­ мерной системы), тогда свет на своем пути в космосе дол­ жен следовать этим искривлениям. Вблизи Солнца, ближайшей к нам огромной массы, он должен отклонять­ся от прямой — пусть не очень сильно, но все же достаточ­но, чтобы это отклонение можно было измерить.

И весьма скоро английским ученым, изучавшим солнеч­ное затмение в мае 1919 года, удалось зафиксировать этот эффект. Результаты были обнародованы 6 ноября в Лондоне на совместном заседании двух знаменитых об­ществ — Королевского научного и Королевского астрономического. Уже на следующий день не склонная к поспеш­ным выводам газета Times написала о революции в науке. Этудату- 7ноября 1919года-можно считать днем второ­го рождения Альберта Эйнштейна — легенды и мифа, идо­ ла и иконы XX столетия.

КОПЕРНИК «ВЫСЕЛИЛ» ЧЕЛОВЕКА ИЗ ЦЕНТРА ВСЕЛЕННОЙ, ДАРВИН ПОДОРВАЛ ВЕРУ В ЕГО БОЖЕСТВЕННОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ, Фрейд объявил бессоз­нательное господином сознательного «Я».

 

 

Эйнштейн при­нёс людям нечто вроде утешения: да, мы всего лишь су­щества, произошедшие от низших животных, мы гонимы инстинктами и обречены прозябать на своей маленькой планете где-то на обочине Вселенной… Но, несмотря на все это, человек велик. Он способен проникнуть в глубин­ные тайны мироздания благодаря силе своего мышления.

Общая теория относительности — это не просто игры ра­зума. Её положения способствовали развитию космо­навтики и помогли разработать
глобальную систему пози­ционирования GPS, необходи­мую летчикам, автомобилис­там и путешественникам. Но, конечно, не только благодаря
этому имя Эйнштейна навсегда остается в памяти человечества. В далеком 1905 году он про­рочески предвосхитил проник­новение в тайну атомного ядра.
«Мне пришло в голову еще одно следствие электродинамической работы, — писал он Конраду Габихту. — Из принципа от­носительности в сочетании с фундаментальными уравне­ниями Максвелла следует, что масса должна быть непосредственной мерой энергии, содержащейся в теле: свет переносит массу».

«Эйнштейн еще раз доказал — благодаря силе разума люди могут проникнуть в тайны мироздания»

За этим скрывается знаменитая формула Е = mс2 — энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадра­те. Уравнение, в котором буквально заложена атомная бомба. Оно описывает чудовищный потенциал расщепле­ния ядра — само это открытие в декабре 1938 года удалось со­ вершить немецкому химику Отто Гану, а правильную интер­претацию ему дала австриячка Лиза Мейтнер. Эта формула на­ шла страшное подтверждение в 1945 году в Хиросиме. «У радия должно происходить заметное убывание массы. Это соображе­ние радует и подкупает», — писал Эйнштейн в процитированном письме к Габихту. Ра­дий тогда был одним из немногих известных радиоактив­ных элементов, излучающих жёсткие лучи.
С помощью формулы Е = mс2 Эйнштейну удалось выразить то, что можно назвать «квадратурой̆ света». Эта формула показывает, какое огромное количество энергии скрывается в массе вещества. Солнце демонстрирует это нам наглядно: каждую секунду в этом пылающем огнен­ном шаре миллионы тонн материи преобразуются в гигантское количество энергии излучения. И только благодаря этому возможна жизнь на Зем­ле, наша жизнь.

То, что до Эйнштейна никто не мог установить эту связь, объяснялось просто: энергия скрыта в материи так глубоко, что не поддается измерению. «Точь-в-точь, как если бы ска­зочно богатый человек не дал
бы никому ни пфеннига и в дело бы не пустил, и поэтому никто не знал бы, как он богат», — образно объяснял Эйн­штейн. Масса, которую излучает стоваттная лампочка на протяжении ста лет, равняется ничтожным 0,003 грамма. Во времена Эйнштейна такие величины просто не подда­вались измерению. Он пришел к этому чисто теоретическим путем — и в этом проявилась его гениальность. Но в конце его жизни, после Хиросимы, знаменитая формула стала для Эйнштейна проклятием. Был ли он причастен к созданию страшного оружия?

Факты таковы: в ав­густе 1939 года Эйнштейн отправил президенту США Руз­вельту письмо. В нём учёный предполагал, что в Германии ведутся работы по созданию атомной бомбы. В 1940 году его друг и коллега Роберт Оппенгеймер возглавил Манхэт­ тенский проект — научный центр по разработке в США ядерного оружия. Самого Эйнштейна к этим работам не допустили — американские спецслужбы сочли его общест­венную позицию слишком либеральной и вызывающей. Так что великий физик участвовал в создании смертоносной бомбы лишь теоретически. В официальном отчете, подготовленном к началу испытаний первой атомной бом­бы в США, указывалось, что соотношение Е = mс2  «выбра­но в качестве руководящего принципа изложения».

«После трагедии сожжённой̆ Хиросимы знаменитая формула Е = mс2   стала для него проклятием»

 

1 ИЮЛЯ 1946 ГОДА ЕГО ПОРТРЕТ ПОЯВИЛСЯ НА ОБЛОЖКЕ ЖУРНАЛА TIME — ВМЕСТЕ С ИЗОБРАЖЕНИЕМ АТОМНОГО ГРИБА, ФОРМУЛОЙ Е = mс2  и хлестким зазывным заголовком: «Разрушитель мира — Эйн­штейн: Вся материя состоит из скорости и огня». Учёный воспринял это болезненно, как несправедливое обвинение. Даже он со своей гениальной научной интуицией не мог предугадать такого страшного политического сценария…

А за 40 лет до этих трагиче­ских событий, 20 июля 1905 го­да молодые Альберт и Милева решили вдвоём отпраздновать сделанное Эйнштейном откры­тие. Похоже, это единственный известный нам случай, когда великий физик позволил себе выпить лишнего. Его друг Кон­рад Габихт сохранил полученную от Эйнштейнов почто­вую открытку: «Пьяные вдрызг лежим под столом. Твой бедный друг и его жена».

По материалам Юргена Неффе
Л Д Ландау, Ю.Б. Румер. Что такое теория относительности. М . 2003
«Теория относительности популярно и наглядно»

 

Автор: журналист Каруна Дарина