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»