Пять нерешенных проблем науки - Артур Уиггинс

«К электродинамике движущихся сред» — знаменитая статья Эйнштейна о специальной теории относительности. В ней говорится об обобщении классической относительности, согласно которой законы физики правомерны для любого наблюдателя, движущегося с постоянной скоростью. Например, если подбросить мяч внутри движущегося автомобиля, он взлетит и опустится так, словно вы неподвижно стоите на земле. Второй постулат относительности поистине революционен. Он опровергает представление Ньютона: скорость света для всех наблюдателей, движущихся с постоянной скоростью, постоянна, а пространство и время — относительны по отношению к нему, в отличие от придаваемого им Ньютоном абсолютного характера. Как явствует из письма Эйнштейна своему внуку, ученый размышлял над данным вопросом по меньшей мере семь лет, прежде чем появилась на свет эта статья.

Последняя статья 1905 года «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии», будучи дополнением предыдущей статьи, стала своего рода математической сноской к специальной теории относительности, поскольку содержала связывающее массу и энергию уравнение. Оно было выражено как m = L/V2, где V — скорость света, а не в привычном для всех ныне виде Е = mc2.

За более подробными сведениями обращайтесь к книге: Einstein's Miraculous Year: Five Papers That Changed the Face of Physics. Princeton, 1998.

Благодаря огромному вкладу в ряд областей физики невольно складывается впечатление, что Эйнштейн весьма серьезно относился к своим научным занятиям. Но вот что он пишет по поводу своих четырех статей близкому другу Конраду Габихту 18 мая 1905 года:

«Между нами воцарилось такое молчание, что я ощущаю себя чуть ли не святотатцем, нарушая его своим невразумительным лепетом. Итак, что же происходит с тобой, ты, бесчувственный сухарь?.. Почему до сих пор так и не прислал своей диссертации? Разве не знаешь, что я один из полутора горемык, что прочитали бы ее с любопытством и удовольствием, черт бы тебя побрал! Я же обещаю тебе взамен четыре статьи. В первой речь идет об излучении и энергетических свойствах света, и она достаточно революционна, в чем сам убедишься, если вначале пришлешь мне свой опус. Вторая занята определением истинных размеров атомов. Третья доказывает, что тела порядка 1/1000 мм, взвешенные в жидкости, вынуждены совершать наблюдаемое случайное движение, обусловленное тепловым движением. Четвертая же представляет пока лишь набросок и касается электродинамики движущихся тел с привлечением видоизмененной теории пространства и времени».

Каким образом Эйнштейну удалось написать пять статей, столь повлиявших на развитие физики, всего за год? Возможно, вы скажете, что он был математическим гением, преуспевал в школе, много читал и трудился в научной обстановке, которая давала много времени для теоретической работы. Это не так.

В 1905 году Альберту Эйнштейну исполнилось 26 лет, он целыми днями был занят в Швейцарском патентном бюро Берна, состоял в браке с Милевой Марич (1875–1948), возлюбленной еще со студенческой скамьи, и был отцом годовалого ребенка, Ганса Альберта.

Вот несколько высказываний Альберта Эйнштейна о себе:

«У меня нет никакого особого таланта. Я всего лишь любознателен».

«Я вовсе не так уж и умен, просто я больше просиживаю над вопросами».

«Сами мысли не приходили в некой словесной оболочке. Я вообще редко мыслю словами. Приходит в голову мысль, и я лишь пытаюсь облечь ее в слова».

Однажды Эйнштейн в ответ на просьбу 12-летней девочки [из Бруклина] помочь ей с выполнением домашнего задания послал ей письмо с целой страницей формул, сопровождая их такими словами:

«Пусть тебя не смущают нелады с математикой; заверяю тебя, у меня их было значительно больше.

Порой я спрашиваю себя, как мне удалось создать теорию относительности. Причина, по моему разумению, в том, что обычный взрослый просто никогда не задумывается над вопросами пространства и времени. Они волновали его, когда он был ребенком. Но мое умственное развитие запоздало, отчего любопытство к пространству и времени у меня пробудилось, когда я уже вырос».

Многие биографы, повествуя о ранних годах учебы Эйнштейна, отмечают его независимость, нежелание следовать авторитетам и многочисленные неудачи. Некоторые заключают, что он страдал необучаемостью, возможно дислексией (неспособностью к чтению). Следующее высказывание, возможно, внесет некоторую ясность: «Чтение после определенного возраста слишком уж отвлекает ум от его творческих устремлений. Тот, кто слишком много читает и слишком мало пользуется собственными мозгами, приобретает леность мышления».

Конечно, умственные способности Эйнштейна были значительно выше средних, но, пожалуй, важнее было его умение сосредотачиваться. Некоторые назвали бы это упорством, но дар направлять свои незаурядные способности на что-то одно его изрядно выручал. Однако поглощенность наукой, видимо, не могла сделать из него идеального мужа и отца. Завоевав известность своими научными трудами, Эйнштейн стал получать приглашения занять ту или иную академическую должность, и ему приходилось много разъезжать. Все это не прошло даром, и в 1919 году они с Милевой разводятся. Одним из условий развода значилась выплата Эйнштейном Милеве части его будущей Нобелевской премии. Нобелевскую премию ему присудили в 1921 году (за объяснение механизма фотоэлектрического эффекта), и бывшая жена с детьми получили причитающиеся деньги.

В 1919 году Альберт Эйнштейн женился на вдове своего двоюродного брата Эльзе, продолжал свою научную работу и много ездил, везде играя на своей скрипке. Хотя немногие разбирались в его теории, язык музыки был понятен всем. В 1919 году пришло первое опытное подтверждение его общей теории относительности, добавившее ему славы. С приходом к власти в Германии нацистов миролюбцу и еврею Эйнштейну приходилось все труднее. В итоге он бежит в США. В Принстонском институте высших исследований он безуспешно пытался построить объединенную теорию поля. До конца своей жизни (1955) Эйнштейн оставался непререкаемым авторитетом в физике.

«Мир нуждается в героях, и лучше, чтобы это были безобидные вроде меня люди, а не злодеи наподобие Гитлера».

16. «Большой взрыв»

Теория «большого взрыва» о порождении Вселенной утверждает, что все вещество и энергия берут начало 14 млрд. лет назад из одной точки, после чего Вселенная начала расширяться. На первых порах расширение было стремительным, получив название раздувания (инфляции), а затем из-за влияния тяготения оно замедлилось. Теперь же оно вновь ускоряется под действием темной энергии.

За более подробными сведениями, содержащими опытные данные, обращайтесь к нашей книге Пять крупнейших представлений в науке (The Five Biggest Ideas in Science. NY, 1997).

Источники для углубленного изучения

Источники общего характера

Anton Ted. Bold Science; Seven Scientists Who Are Changing Our World. N.Y.

Kaku Michio. Hyperspace. London: Oxford University Press, 1994.

Kaku Michio. Visions. N.Y.: Anchor Books, 1997.

Kuhn Robert L. Closer to Truth Challenging Current Belief. N.Y.: McGraw-Hill 2000.

Discover

Science

Science Week

Scientific American (или www.sciam. com)

Узел Всемирной Паутины www.mkaku.org

Глава 1. Видение науки

Mahne John. Unsolved Mysteries of Science: A Mind-Expanding Journey through a Universe of Big Bangs, Particle Waves, and Other Perplexing Concepts. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 2001.

The Next Fifty Years — Science in the First Half of the Twenty-First Century / Brockman, John (Ed.). N.Y.: Vantage Books, 2002.

Глава 2. Физика. Почему одни частицы обладают массой, а другие нет?

Brennan R. Р. Heisenberg Probably Slept Here: The Lives, Times, and Ideas of the Great Physicists of the 20th Century. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1996.

Gordon K. Super symmetry: Squarks, Photinos, and the Unveiling of the Ultimate Laws of Nature. Cambridge, Mass.: Helix Books, 2000 [на рус. яз.: Гордон К. Современная физика элементарных частиц. М.: Мир, 1990;

Говард Э. X., Гордон Л. К. Обладает ли природа суперсимметрией? // В мире науки. 1986. Авг. С. 26].

PeatF. D. Superstrings and the Search for the Theory of Everything. N.Y.: Contemporary Books, 1989.

Arkani-Hamed N., Dimopolous S., Dvali G. The Universe's Unseen Dimensions // Scientific American. 2000. Aug. A Matter of Time // Scientific American. 2002. Sept. Special Issue.

Overbye D. Remembering David Schramm, the Gentle Giant of Cosmology. New York Times. 1998. № 10. Febr.

Weinberg S. A Unified Physics by 2050? // Scientific American. 1999. Dec.

CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) — узел Европейской организации по ядерным исследованиям:

http://welcome.cern.ch/welcome/gateway.html

Проект обучения современной физике (Contemporary Physics Education Project):

www.cpepweb.org/

Узел Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory — FNAL) в Батавии, штат Иллинойс: