Эйнштейн. Теория относительности. Пространство – это вопрос времени. - Давид Ласерна

Можно попытаться представить себе всю громаду его дарования, если сравнить два революционных свершения XX века в области физики. Квантовая механика – достижение целой плеяды великолепных ученых, в число которых входили Планк, Шрёдингер, Гейзенберг, Борн, Дирак, Бор, Паули, Фейнман и сам Эйнштейн. Создание общей теории относительности – плод работы одного человека. И плод этот таков, что одной из главных проблем современной физики является задача согласования новой геометрии, характеризующей теорию тяготения Эйнштейна, с новейшими квантовыми теориями. Стивен Вайнберг, нобелевский лауреат 1979 года, поделился своими размышлениями по поводу задачи: «Много было сделано […] на пути создания единой концепции тех сил и законов, что действуют в мире элементарных частиц […], но сила тяготения осталась за бортом. Этот последний шаг – включить в рамки теории гравитацию – невероятно сложен».

Теория относительности и квантовая механика навсегда изгнали из научного обихода те объяснения мира, которые основывались на здравом смысле и идеях, вытекавших из повседневных наблюдений, – одновременности, положении в пространстве или скорости. Квантовая механика, вероятно, изначально была слишком специфичной, поэтому не сумела завоевать признания масс. Теория же относительности открывала дверь в космос, рассказывала о пространстве и времени, о телах, сжимающихся при движении, и о часах, стрелки которых замедлялись. Она описывала мир, достаточно необычный и потому увлекательный, и задействовала привычные понятия, которые не могли отпугнуть неофита. Если Ньютон превратил окружающий нас мир в часовой механизм, которым можно было управлять по желанию и в соответствии с нуждами промышленной революции, то Эйнштейн сделал реальность тем местом, где возможно мечтать о невозможном. И независимо от того, насколько были поняты его идеи, их эхо слышится повсюду в пространстве нашей культуры.

Труды Эйнштейна положили начало изучению таких неслыханных явлений, как путешествия во времени, черные дыры, гравитационные линзы, расширение Вселенной, бомбы, способные уничтожить целый мир… Эта книга посвящена самым главным открытиям ученого – теории относительности и квантовой физике, но иногда речь будет идти и о других его работах, которые даже сами по себе могли бы обеспечить своему создателю почетное место в истории науки.

Об Эйнштейне написано столько, что для этого не хватит всех полок Вавилонской библиотеки, но есть по крайней мере одна причина, по которой мы считаем себя вправе продолжить разговор о нем, – его собственные детища, поджидающие нас на каждом шагу. Самые разные технологические игрушки – GPS, солнечные батареи или проигрыватели DVD – более или менее прямые наследники теорий Эйнштейна. Ни одно десятилетие не проходит без того, чтобы не подтвердился очередной его прогноз, не нашлось бы новое приложение его идеям или не совершился бы новый прорыв в исследовании квантовой теории гравитации.

187914 марта В немецком городе Ульме в чете Германа и Паулины (урожденной Кох) Эйнштейнов появляется первенец, Альберт.

1896 Поступает в Высшее техническое училище (Политехникум) в Цюрихе, где знакомится со своей будущей женой, Милевой Марич.

1901 Получает швейцарское гражданство.

1902 У Милевы и Альберта рождается их первый ребенок, дочь Лизерль. Эйнштейн начинает работу в бернском патентном бюро.

1903 Сочетается браком с Милевой Марич. У супругов рождаются еще двое детей – сыновья Ганс Альберт и Эдуард.

1905 Публикует ряд статей о броуновском движении, корпускулярной природе света, связи массы и энергии (здесь как раз и появляется знаменитая формула Е = mc²) и об электродинамических свойствах движущихся тел. Из последней работы позже вырастет специальная теория относительности.

1912 Становится профессором цюрихского Политехникума. Начинается его роман с кузиной Эльзой Лёвенталь.

1914 Альберт и Милева расстаются.

1915 Выступает в берлинской Прусской академии наук с докладом, в котором озвучивает окончательные уравнения общей теории относительности.

1919 Астроном Артур Эддингтон подтверждает прогноз теории относительности об эффекте воздействия гравитационного поля на лучи света. К Эйнштейну приходит слава.

1922 Получает Нобелевскую премию по физике, но не за теорию относительности, а за объяснение фотоэффекта.

1933 Находясь за границей, наблюдает восхождение Гитлера к власти и решает оборвать все связи с немецкими научными институтами. К концу года окончательно переезжает в Соединенные Штаты. Работает в Институте перспективных исследований в Принстоне, где в тот же период времени трудятся другие великие ученые, Курт Гёдель и Джон фон Нейман.

1939 Пишет письмо американскому президенту Франклину Д. Рузвельту, в котором предупреждает его о разрушительной мощи атомной бомбы.

1952 Отказывается от предложенного поста президента Израиля.

1955 18 апреля умирает в Принстоне в возрасте 76 лет от аневризмы аорты.

ГЛАВА 1 Электромагнитная революция

В конце XIX века весь мир был очарован мощью электричества. И в то же время ученые изо всех сил бились над тем, как вписать связанные с ним открытия в рамки ньютоновской физики. Вопрос, который помог получить необходимые ответы, пришел в голову шестнадцатилетнему Эйнштейну: как будет выглядеть луч света, если его догнать?

Согласно семейному преданию, отец Альберта, Герман Эйнштейн, с детства имел большую склонность к математике, но не смог получить университетское образование из-за бедности. Он занялся коммерцией и жил практически на чемоданах, готовый в любой момент мчаться в другой город, чтобы основать там новую компанию. Увы, несмотря на столь бурную деятельность, бухгалтерский баланс Германа чаще бывал отрицательным. Ничего удивительного: присущие ему созерцательность, привычка скрупулезно анализировать все варианты, неспешность при принятии решений, а также вера в человеческую порядочность были не лучшими активами для того, чтобы достичь успехов на ниве коммерции. Герман некоторое время работал подмастерьем в Штутгарте, потом отправился в Ульм и стал там компаньоном в фирме своего кузена, производившей матрасы. Этот швабский город на берегу Дуная благодаря своему стратегическому расположению имел давние торговые традиции. Именно здесь у Германа и его жены Паулины 14 марта 1879 года родился старший сын, Альберт.

В июне следующего года Герман и его брат Якоб отбыли в Мюнхен, чтобы открыть там небольшую фирму по водо- и газоснабжению. В мае 1885 года был основан электротехнический завод Якоба Эйнштейна и К0 . Герман в компании ведал вопросами торговли, а Якоб отвечал за техническую сферу.

И этот поворот в коммерческой судьбе отца и дяди во многом определил жизненный путь юного Альберта.

О детстве Эйнштейна известно крайне мало – горстка анекдотов, центральным объектом которых выступает голова ученого и ее содержимое. Эти рассказы предвосхитили гораздо более поздний эпизод, когда доктор Томас Харви, патологоанатом Принстонского госпиталя, в нетерпении поспешил извлечь и исследовать мозг гениального физика через несколько часов после его смерти.

Итак, все началось с того, что Паулина, рассматривая новорожденного, пришла в ужас от увиденного: голова младенца была вытянута и приплюснута. Врачи убеждали ее, что через несколько недель она придет в норму (так и случилось), но члены семьи еще долго опасались за умственное здоровье ребенка. Говорить Альберт начал только в два с лишним года и сразу же обеспокоил домашних своей привычкой повторять все сказанные им слова и фразы, за что одна из нянек ласково называла мальчика Господин Зануда.

Каким-то образом появился миф о том, что Эйнштейн плохо учился в школе, но эту легенду можно считать безосновательной. В одном из писем сестре Фанни Паулина с гордостью пишет: «Вчера Альберту вручили табель – он снова лучший ученик в классе, и характеристику ему дали отличную». Альберту в то время было семь лет. Его успехи в учебе, особенно в физике и математике, сохранялись и в последующие годы, во время учебы в Луитпольдовской гимназии в Мюнхене.

Частенько учителя Эйнштейна давали ему отрицательную характеристику, но причиной этому была вовсе не его плохая успеваемость, а абсолютная несовместимость характера с существовавшей образовательной системой. Конфликты юного Альберта с представителями власти – второй центральный мотив рассказов и анекдотов о его детстве и отрочестве. Если собрать воедино все отрицательные отзывы, данные мальчику его учителями, их бы набралось на целую книгу. Однажды отчаявшийся учитель признался, что был бы гораздо счастливее, если бы Альберт больше не показывался на его занятиях. Тот попытался защититься: «Но я же ничего не сделал!» – на что учитель ответил: «Это правда, но ты сидишь там, на задней парте, с такой улыбкой, что исчезает вся почтительная атмосфера, необходимая для того, чтобы вести урок». Неприязнь была взаимной. Будущий великий ученый не хотел выслуживаться перед теми, кто его муштровал: «Мои школьные учителя казались мне сержантами, а институтские преподаватели – лейтенантами». Это противостояние едва не прервало карьеру Эйнштейна прежде, чем она началась.