10 гениев науки

Фомин Александр Владимирович

Несмотря на антивоенную деятельность и личные неприятности, Эйнштейн продолжал заниматься наукой. За годы войны он опубликовал немало научных статей. В этот период его в основном интересовала гравитация. В начале 1916 года в «Annalen der Physik» была опубликована статья Эйнштейна «Основы общей теории относительности». В этой 50-страничной работе ученый с позиций теории относительности рассмотрел и объяснил явление гравитации. Многие ученые считают, что «Основы общей теории относительности» можно с полным правом назвать самым значительным и самым красивым теоретическим построением за всю историю физики. Так, через сорок лет в одном из своих докладов Макс Борн сказал: «Создание общей теории относительности представлялось мне тогда и продолжает представляться сегодня величайшим достижением человеческого мышления, направленного на познание природы, поразительнейшим сочетанием философской

глубины, физической интуиции и математического искусства».

Отправной точкой рассуждений Эйнштейна стал так называемый принцип Маха, согласно которому инерциальные свойства тел обусловлены их взаимодействием с бесконечно удаленными большими массами Вселенной. В 1907 году Эйнштейн сформулировал принцип, позже получивший название принципа эквивалентности, согласно которому, инертная масса эквивалентна гравитационной. [109] Иными словами, никакими лабораторными экспериментами невозможно определить, двигается ли лаборатория, в которой проводятся эксперименты, с ускорением, или находится под действием гравитационного поля. Позже, основываясь на принципе эквивалентности и положениях специальной теории относительности, Эйнштейн пришел к выводу, что гравитация имеет геометрическую природу. Он выдвинул и обосновал предположение о том, что вблизи любых тел происходит «искривление» пространства, в результате чего его свойства перестают подчиняться законам евклидовой геометрии. При этом имеется в виду не только привычное нам трехмерное пространство, а весь пространственно-временной континуум Минковского.

109

Инертная масса — мера инерции объекта, гравитационная масса — обуславливает гравитационное взаимодействие тел.

Основные идеи своей гравитационной теории Эйнштейн сформулировал еще к 1911 году. Четыре последующих года были потрачены на их математическую обработку. Он обратился за помощью к Марселю Гроссману, и к концу 1915 года друзья разработали математическое описание общей теории относительности. Не вдаваясь в подробности, хотим отметить, что одним из способов подтверждения своей теории Эйнштейн считал возможность наблюдать во время солнечного затмения отклонение световых лучей вблизи Солнца. Как мы уже писали, провести соответствующие наблюдения в 1914 году не удалось. Но 10 мая 1919 года, во время солнечного затмения, английский астрофизик Артур Эддингтон провел на острове Принсипи наблюдения, обнаружившие предсказанный Эйнштейном эффект. Это был настоящий триумф. На заседании Лондонского Королевского общества его президент, Джон Томпсон, торжественно назвал открытие Эйнштейна «одним из величайших, а может быть, и самым великим достижением в истории человеческой мысли». Артур Эддингтон писал Эйнштейну: «.вся Англия только и говорит, что о Вашей теории. Она произвела потрясающую сенсацию. Ничего лучшего с точки зрения научных связей между Англией и Германией и пожелать нельзя».

Но еще до этого была предпринята попытка популяризации идей Эйнштейна. В 1916 году один немецкий издатель обратился к ученому с предложением написать книгу, в которой автор должен был изложить основы своих теорий в доступной форме. В 1917 году книга «О специальной и общей теории относительности», с подзаголовком «общедоступное изложение», увидела свет. Сам Эйнштейн в шутку предлагал изменить подзаголовок на «общенедоступное изложение», хотя на самом деле книга была написана простым и ясным языком и не содержала сложных математических выкладок.

Одним из основных следствий общей теории относительности является заключение о том, что время и пространство есть не что иное, как «формы существования» движущейся материи и немыслимы без нее. Сам Эйнштейн в одном из интервью кратко сформулировал это следствие примерно так: раньше считали, что время и пространство останутся, даже если все вещи исчезнут из мира, теперь же мы знаем, что в этом случае больше не будет никакого пространства и времени.

Ученый не остановился на достигнутом. Он стал развивать этот вывод и через год опубликовал работу, в которой замахнулся на создание собственной модели Вселенной. Углубляться в подробности мы не станем и ограничимся только несколькими общими словами. На основании общей теории относительности Эйнштейн сделал вывод, что Вселенная имеет конечную протяженность, но не имеет границ. Часто для объяснения этой идеи приводят такую упрощенную модель: если бы пространство было двухмерным, оно располагалось бы

на поверхности шара. Следующим шагом Эйнштейна было выведение статической модели Вселенной. В ней он основывался на ошибочном положении о том, что звезды неподвижны относительно друг друга. Впоследствии это утверждение было опровергнуто. Однако идея Эйнштейна о конечности безграничной Вселенной, нашла свое продолжение. В 1922 году, основываясь на ней, советский математик Александр Фридман создал свою модель замкнутого в себе мирового пространства, радиус кривизны которого возрастает.

Но вернемся к биографии Эйнштейна. В Берлине он часто бывал в семье своего двоюродного дяди по отцовской линии, который был женат на родной сестре его матери. Во время войны ученый часто останавливался у них в доме. В 1917 году Эйнштейн страдал от серьезного заболевания желудка. Кузина Эльза, с которой он был дружен еще в детстве, трогательно ухаживала за ним. Вскоре взаимная привязанность Альберта и Эльзы переросла в романтическое чувство, и в 1919 году, после того как брак с Милевой был наконец-то расторгнут официально, они поженились. Радость была омрачена болезнью и смертью в 1920 году матери Эйнштейна.

Но спокойная жизнь в Германии длилась недолго. В ноябре 1918 года произошла революция. Эйнштейн приветствовал свержение монархии и даже принял немецкое гражданство, впрочем, не отказываясь от швейцарского. Тем временем в Германии ширились антисемитские настроения. Искусственно формировалось общественное мнение, согласно которому в недавнем поражении Германии виноваты евреи и пацифисты. Эйнштейн был и тем, и другим. В ноябре 1919 года в лондонской «Таймс» появилась статья ученого о теории относительности. В конце автор с грустной иронией замечал: «Вот пример относительности для читателей. Сейчас в Германии меня называют немецким ученым, а в Англии я представлен как швейцарский еврей. Случись мне стать bete noire [110] , произошло бы обратное: я бы оказался швейцарским евреем для Германии и немецким ученым для Англии».

110

Bete noire (франц.) — буквально «черное животное», источник неприятностей, крайне неприятная персона.

В 1920 году Эйнштейн стал уже непосредственной мишенью антисемитских нападок. Вместе с ним жертвой немецкой пропаганды стала и теория относительности. Но ученый не собирался отказываться от своих взглядов. Так, летом 1922 года он демонстративно участвовал в антивоенном митинге.

В 1921 году Эйнштейн совершил поездку в Америку. Как только информация об этом получила огласку, ученому стал поступать непрерывный поток телеграмм с приглашениями от разнообразных научных учреждений. В Новом Свете его встречали как настоящую знаменитость. Толпы журналистов, десятки официальных приемов, приглашение в Белый дом. На обратном пути Эйнштейн посетил Англию. Там его также принимали очень тепло, даже несмотря на то, что он читал свои лекции по-немецки.

В 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия с формулировкой: «за открытие фотоэффекта и за его работы в области теоретической физики». Сам ученый не мог присутствовать на церемонии. Диплом и медаль ему вручил шведский посол в Германии. 1922 год — визит во Францию, затем в Китай и Японию. Ошеломляющий успех. Весь мир был в восторге от Эйнштейна. Он покорял журналистов и слушателей лекций своей непосредственностью и простотой в общении. Впереди было еще множество поездок. Своей задачей Эйнштейн видел распространение теории относительности, а в публичных выступлениях не прекращал проповедовать антивоенные идеи.

Следует сказать несколько слов о дальнейшей научной деятельности Эйнштейна. С середины 20-х годов он занялся новой проблемой: попытался разработать единую теорию поля. Ученый хотел найти общее математическое описание для гравитационных и электромагнитных полей. (Сразу следует сказать, что в этом Эйнштейн не преуспел. Несколько опубликованных им статей, посвященных этому вопросу, нельзя назвать удачными.) Кроме того, в Германии он разработал статистику частиц целого спина, ввел понятие вынужденного излучения, сделал некоторые другие научные открытия и обоснования. Интересно, что появившаяся в середине 20-х годов квантовая механика не встретила одобрения ученого. Коротко говоря, Эйнштейна не устраивал ее статистический характер. Против него он возражал фразой, ставшей знаменитой: «Бог не играет в кости». На Сольвеевских конгрессах в 1927 и 1930 годах между Эйнштейном и сторонниками квантовой механики (Бором, Борном и др.) возникали довольно острые дискуссии.