Наталья Сердцева - Теория относительности Эйнштейна за 1 час
Одной из главных задач, которую ставил перед собой Эйнштейн в последние два десятилетия жизни, было создание единой теории поля. Вместе с ним над этой проблемой работали многие математики с мировым именем. Совместными усилиями им удалось создать две версии «теории всего», но по разным причинам ни одна из них не устраивала Эйнштейна полностью.
Первой по времени была версия, которая подразумевала пятимерность нашего мира. Она включала четыре уже известные нам измерения – пространство и время и еще одно, находящееся в микромире. В наше время из этой версии, отвергнутой Эйнштейном, выросла знаменитая теория струн, в которой речь идет о свернутых измерениях, существующих внутри квантов. Вторая версия имела дело с формой пространства-времени. Эйнштейн предположил, что оно имеет не только кривизну, но и кручение.
Создание квантовой механики – раздела физики, занимающегося чрезвычайно малыми величинами (молекулами, атомами, электронами), происходило с участием Эйнштейна. Эта наука, полная противоречий, особенно на этапе своего зарождения, породила активные споры среди ученых. Ее создавали многие физики, она была коллективным плодом и поэтому в начале не отличалась последовательностью. Постулаты квантовой механики противоречили большинству законов классической физики, и сама наука долгое время была объектом критики. Даже Эйнштейна она вводила в недоумение. «Чем больше успеха имеет квантовая теория, тем более нелепой она кажется», – так он высказывался по этому поводу.
В начале XX века Макс Планк заложил основы квантовой теории, он высказал предположение, что электромагнитное излучение состоит из микроскопических порций (квантов] энергии. Развивая эту идею, он пришел к убеждению: размеры квантов не произвольны, верхняя и нижняя границы обусловлены некими законами. Эйнштейн развил предположения Планка, он был уверен, что закономерностям подчиняется не только размер квантов, но и количество, которое может выделяться при излучении. Эти догадки в то время невозможно было подтвердить экспериментально, и большинство физиков отнеслись к ним скептически.
Но Эйнштейн упорно продолжал разрабатывать свою идею. В 1916 году он дал ей следующую формулировку: обмен энергией происходит в форме образования частиц, обладающих моментом силы. Согласно этой формулировке, фотоны (кванты света) ведут себя подобно снарядам энергии. Через несколько лет данная теория была подтверждена в результате лабораторных исследований. Но сам Эйнштейн вскоре поменял взгляд на квантовую теорию.
В 1912 году Нильс Бор создал модель атома. Он выяснил, что все электроны движутся не хаотично, а по стационарным орбитам. На каждой орбите существует свой уровень энергии. Электроны могут переходить с орбиты на орбиту, при каждом переходе либо излучается, либо поглощается фотон (квант энергии). Таким образом, структура атома подобна амфитеатру, где электроны движутся по своим орбитам или переходят с уровня на уровень.
Это открытие вызвало много споров и вопросов, ответить на которые пытались физики всего мира, в их числе был и Вернер Гейзенберг. Он заложил основы одного из основополагающих принципов квантовой теории – принципа неопределенности. Орбиты электронов, рассчитанные Бором, увидеть было невозможно, никто лично не наблюдал перехода электрона с одного уровня на другой. Гейзенберг считал, что модель, созданная Бором, должна быть уточнена. Он сомневался в том, что орбиты электронов реально существуют. Бор использовал в своей модели зрительные образы (орбиты, амфитеатр), Гейзенберг предложил математическую модель, в основе которой лежали частоты линий спектра, излучаемые электронами.
Эйнштейн был категорически не согласен с той моделью квантовой механики, которую приняли Бор, Гейзенберг и другие ученые. «Бог не играет в кости!» – восклицал он, отрицая неопределенность. «Не указывайте Богу, что ему делать!» – в тон ему отвечал Нильс Бор. Эйнштейна не удовлетворяла незавершенность квантовой механики, он хотел создать полную теорию микромира. Ему это не удалось, но многие физики до сих пор над этим работают.
Противостояние нацизму и борьба за мир: последние годы всемирно известного ученого
Альберт Эйнштейн всегда был пацифистом, он открыто высказывался против Первой мировой войны и при каждом удобном случае пропагандировал идеи гуманизма и интернационализма. До отъезда в США он жил в Германии, хотя у него не было немецкого гражданства, он отказался от него еще в юные годы, чтобы не идти в армию. В 20–30-е годы XX века в стране царил кризис, это был период восхождения к власти национал-социалистов. Антисемитские настроения усиливались с каждым годом. Эйнштейн был мировой знаменитостью, находился на виду и был прекрасной мишенью для нападок.
Преследование началось с разгромных статей и памфлетов в прессе, позже появилось целое антиэйнштейновское общество, чья деятельность была направлена на борьбу с идеями ученого – «за сохранение чистой арийской науки» и с ним самим. Закончилось все прямыми угрозами и призывами к физическому уничтожению Эйнштейна, за его голову даже была назначена награда. Ему не оставалось ничего другого, как покинуть Германию. В 1933 году он переехал в США. В знак протеста против нацизма ученый отказался от членства в Баварской и Прусской академиях наук.
Так Эйнштейн стал «гражданином мира». Его считали патриархом науки, человеком-легендой с непререкаемым авторитетом в области физики. Он продолжал работать над единой теорией и квантовой физикой, но его все больше волновали политические вопросы. Свою славу и популярность он использовал для того, чтобы донести до общества идеи, которые считал первостепенно важными. Некоторые коллеги критиковали его за то, что он «лезет в политику», но Эйнштейн не мог молчать, наблюдая за тем, что происходит в мире.
В своих публичных выступлениях он постоянно клеймил фашизм и любые другие проявления нетерпимости.
В 1939 году состоялась встреча Эйнштейна с венгерскими физиками Лео Силардом и Юджином Вигнером. Они поделились с ним своими открытиями, развившими теорию относительности. Было обнаружено, что уран содержит в себе невероятные запасы энергии, которые можно высвободить при помощи определенных реакций. Ученые опасались, что нацистская наука использует это открытие для создания оружия невиданной ранее разрушительной силы. Превращения массы в энергию, описанные Эйнштейном, привели к созданию ядерной физики. Ученый был обескуражен. Совершая свои открытия, он и не думал о подобном их применении.
Венгерские физики при участии Эйнштейна написали письмо президенту Рузвельту, в котором предупредили его о возможности создания нацистами атомной бомбы и о необходимости противостоять им. После этого Рузвельт открыл американский проект, занявшийся тем же самым. Эйнштейн в этой работе не участвовал: убежденный пацифист, он не хотел заниматься созданием оружия массового уничтожения. То, что он оказался причастным к возможности создания такого оружия, ученый считал трагедией своей жизни.
Он неоднократно выступал с критикой гонки вооружений, особенно после бомбардировки США японских городов Хиросимы и Нагасаки. «Если бы я знал, что немцы не сумеют изобрести атомную бомбу, я бы и пальцем не пошевелил», – говорил он после атаки на Японию, понимая, что письмо 1939 года ускорило создание американскими учеными атомного оружия. «Невозможно предугадать все последствия наших поступков, – писал он другу, сокрушаясь о своей роли в разработке разрушительной бомбы, – потому-то мудрецы и посвящают свою жизнь исключительно созерцанию».
После Второй мировой войны Эйнштейн принял активное участие в создании так называемого Пагоушского движения ученых за мир. Он мечтал об организации мирового парламента, который смог бы контролировать все правительства, не позволяя им проводить разрушительную гонку вооружений. Эти проблемы волновали его до самых последних дней жизни. Одной из последних работ ученого, написанных незадолго до смерти, стало открытое письмо, призывающее человечество сделать все возможное для предотвращения ядерной войны.
Часть III. Альберт Эйнштейн как персонаж
Истории и мифы о рассеянном профессоре
Влюбленные физики
Во время учебы в Цюрихском Политехникуме Эйнштейн познакомился со своей будущей женой Милевой Марич, которая была единственной девушкой на их курсе. Поступить в этот университет было непросто, тем более женщине, так что сам факт ее учебы в Политехникуме говорит о ее незаурядных способностях. И Альберт, и Милева были страстно увлечены наукой, но это не помешало им испытывать сильные чувства друг к другу. Их переписка того периода демонстрирует интересное переплетение чувств и интересов.
«Мой милый котенок! – пишет своей возлюбленной Эйнштейн. – Я только что прочел статью Ленарда о влиянии ультрафиолетового излучения на возникновение катодных лучей, она доставила мне такое удовольствие, вызвала такой восторг». Вот что девушка пишет ему в ответ: «Я сомневаюсь, что человек не способен постигнуть понятие бесконечности, потому что таково устройство его мозга. Он понял бы, что такое бесконечность, если бы в юные годы, то есть тогда, когда формируются его представления и способности к восприятию, ему позволили устремить свой ум в просторы мироздания, а не удерживали бы его дух, как в клетке, в пределах интересов к земному или, хуже того, в четырех стенах застойной провинциальной жизни. Если человек способен помыслить о бесконечном счастье, он должен уметь постигнуть бесконечность пространства – я думаю, второе куда проще сделать…»
