Давид Ласерна - Эйнштейн. Теория относительности. Пространство – это вопрос времени.
Единственное, в чем можно быть уверенными, так это в том, что Эйнштейн остался великим ученым и после развода. Самый большой и амбициозный его проект, общая теория относительности, был завершен в Берлине, где он работал в одиночестве. Хотя в отношении Эйнштейна к Милеве можно заметить характерное для эпохи мужское пренебрежение, в его портрет никак не вписывается склонность к узурпаторству. До крушения академических мечтаний Милевы и после двойного провала ее выпускных экзаменов Эйнштейн всегда поддерживал жену и с энтузиазмом относился к идее совместной научной работы. В своих письмах Альберт уговаривал Милеву не бросать науку, несмотря на неудачи. В ряде случаев Эйнштейн выступал в защиту других женщин-ученых, боровшихся против академического остракизма, – как, например, в случае с немецким математиком Эмми Нётер (1882-1935).
Вхождение в общество
Эйнштейн довольно тяжело переживал свое противостояние с социумом, хотя и старался не подавать виду. Да, он отстоял свой брак с Милевой, но ученого расстраивала тревога родителей за его шаткое профессиональное будущее. В одном из писем к сестре Майе Альберт признается, не скрывая своей тоски:
«Я стал обузой для семьи […] Наверное, лучше бы я вовсе не рождался на свет. Одна лишь мысль поддерживает меня и не дает впасть в отчаяние: я всегда делал все, что в моих маленьких силах, и годами не позволяю себе никаких развлечений и удовольствий, за исключением тех, которые связаны с моими занятиями наукой».
В моменты отчаяния Эйнштейн подумывал даже о том, чтобы бросить науку и поступить на работу в страховую компанию. Однако он все же сумел удержаться, не брезгуя никакими временными заработками: ученый давал частные уроки, заменял преподавателя математики в высшей технической школе Винтертура, был репетитором в интернате Шаффхаузена и т.д. И довольно часто плохо ел. Один из его друзей, Фридрих Адлер, признавался, что начал серьезно бояться, как бы Альберт не умер с голоду. А когда давний знакомый Эйнштейна, к тому времени уже доктор Макс Тэлмей нанес ему однажды визит, то заметил, что «обстановка выдавала крайнюю бедность хозяина». Наконец, при содействии старого товарища по Политехникуму Марселя Гроссмана Эйнштейн получил работу в бернском патентном бюро. За очень умеренную плату он должен был оценивать степень жизнеспособности тех изобретений (большинство из них были электротехническими), на которые их авторы желали оформить патент. И это была отличная возможность приобщиться к творческой атмосфере изобретений и вернуться в мир бобин, коммутаторов и динамо-машин, в котором Альберт под опекой дяди Якоба делал свои первые шаги. Позже, 34 года спустя, Эйнштейн писал вдове Гроссмана, что это была та работа, без которой он бы «не умер, но потерял бы всю силу духа». Должность в бюро патентов предоставляла ученому необходимые средства для того, чтобы привести в порядок мысли и продолжать исследования.
Броуновское движение
Июньским днем 1827 года шотландский ботаник Роберт Броун исследовал под микроскопом частички пыльцы, погруженные в воду. Он увидел, что они дрожали, будто под обстрелом из невидимых пулеметов. Невидимые пули заставляли их вращаться и перемещаться по зигзагообразным траекториям. Броун, чей микроскоп обладал лишь трехсоткратным увеличением, не мог увидеть молекулы воды, которые хаотично сталкиваются с мельчайшими погруженными в воду объектами и передают им энергию своего движения. Вплоть до начала XX века некоторые светила науки подвергали сомнению само существование атомов.
В мае 1905 года Эйнштейн закончил статью, которая подлила масла в огонь полемики. Статья называлась «0 движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярнокинетической теорией теплоты»; в ней автор давал статистический анализ тех видимых эффектов, которые могло бы вызвать тепловое движение невидимых молекул. Во введении он упомянул о наблюдениях Роберта Броуна и их возможной связи с выводами статьи:
Диаграмма Жана Перрена, иллюстрирующая беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости.
«В этой работе будет показано, что согласно молекулярно-кинетической теории теплоты взвешенные в жидкости тела микроскопических размеров вследствие молекулярного теплового движения должны совершать движения такой величины, что легко могут быть обнаружены под микроскопом. Возможно, рассматриваемые движения тождественны с так называемым броуновским молекулярным движением».
Три годя спустя французский ученый Жан Перрен с помощью лабораторных исследований подтвердил прогнозы Эйнштейна. В своей книге «Атомы» он делал следующий вывод: «Думаю, что теперь будет сложно найти рациональные аргументы против молекулярных гипотез».
В 1905 году Эйнштейн выступил с одним из самых ярких дебютов в истории науки. Находясь на положении абсолютного маргинала в академической научной системе, он опубликовал пять статей, в которых говорил о квантовой природе света, о броуновском движении, о специальной теории относительности и об эквивалентности массы и энергии. Когда научное сообщество заметило эти работы, ученые стали искать в сносках и библиографии ссылки на авторитетный труд какого-либо профессора, но напрасно. В своей основополагающей статье о теории относительности, «К электродинамике движущихся тел», Эйнштейн ссылался только на Ньютона, Фарадея и Максвелла и с благодарностью упоминал своего коллегу из патентного бюро: «В заключение отмечу, что мой друг и коллега М. Бессо явился верным помощником при разработке изложенных здесь проблем и что я обязан ему за ряд ценных указаний». Это было равноценно заявлению, что самому научному сообществу Эйнштейн ничем себя обязанным не считает.
Провозвестники теории относительности
Наука восторжествовала там, где потерпели поражение история, философия и право, где изо дня в день терпим поражение мы сами – в деле согласования различных точек зрения по поводу того, что происходит в мире на самом деле. И торжеству науки в немалой степени помогли математические вычисления. Конечно, потребовались и жертвы: за борт пришлось выбросить привычные интуитивные понятия времени и пространства.
Первый шаг в направлении принципа относительности сделал еще Галилео Галилей. Во «Втором дне» своего «Диалога о двух главнейших системах мира» он предлагает читателям любопытный эксперимент.
«Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми. Пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в нем маленькими рыбками. Подвесьте наверху ведерко, из которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая какой-нибудь предмет, не придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и если вы будете прыгать сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении.
Прилежно наблюдайте все это, хотя у нас не возникает никакого сомнения в том, что, пока корабль стоит неподвижно, все должно происходить именно так. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту или другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно»[ 1 Перевод А. И. Долгова. – Примеч. ред.].
Под «равномерным» Галилей подразумевал «двигающееся с постоянной скоростью». Цель этих опытов заключается в том, чтобы найти признаки движения корабля в траектории полета мух, падении капель и в движении рыб. Однако таких признаков не наблюдается. Находясь под палубой корабля, без внешних подсказок, мы не можем ответить на вопрос, двигается корабль с постоянной скоростью или стоит неподвижно. На американских горках лучшим детектором движения служат ощущения в животе, но этот детектор реагирует только на ускорение.
Перестав доверять зрению, обратимся к математике.
Если вернуться к кораблю Галилея, можно описать его эксперимент по-другому. Мы выберем две точки зрения или, как говорят физики, две системы отсчета. Речь сейчас идет об абстрактных понятиях. Если угодно, в качестве систем отсчета можно представлять себе людей (хотя человеческие ощущения ненадежны) либо аппараты, способные регистрировать одну или несколько физических величин. Для удобства обозначим эти системы буквами G и D. Если одна из систем отсчета неподвижна или перемещается с постоянной скоростью относительной другой, она будет называться инерциальной.
