Альберт Эйнштейн. Теория всего

Знакомство с непрерывным потоком новых, подчас остроумных, кинематических принципов, технологических рецептов, усовершенствований старых предложений, переносов конструкций и схем из одной области в другую, неожиданных мобилизаций старых приемов для новых задач постоянно будоражили ум Эйнштейна, превращая профессиональное ребячество в научные стиль и метод.

«Почему именно я создал теорию относительности? Я задаю себе этот вопрос, и мне кажется, что причина в следующем. Нормальный взрослый человек вообще не задумывается над проблемой пространства и времени. По его мнению, он уже думал об этом в детстве. Я же развивался интеллектуально так медленно, что пространство и время все еще занимали мои мысли, когда я повзрослел. Естественно, я мог глубже проникать в проблему, чем ребенок с нормальными наклонностями».

    Эйнштейн о своей научной методологии

Однако известное ребячество и свободомыслие требовали от Эйнштейна полного исключения, как он говорил сам, «соблазнов поверхностного анализа». Иначе говоря, он разрабатывал очередную проблему, не думая об оценке результатов. Это и была наука в чистом виде, не прикладная, не узко ориентированная на решение той или иной задачи, но наука как философский процесс, призванный ответить на принципиальные вопросы бытия.

Спустя годы именно такой подход к научному творчеству станет для Эйнштейна основополагающим – философия поиска ответов на вопросы, поставленные природой или, как любил говорить ученый, Космосом.

Кстати, именно философской составляющей теоретической физики Альберт Эйнштейн посвятит написанную в 1938 году монографию «Эволюция физики», в которой будет сформулировано его принципиально новое отношение к решающей роли философии в точной науке.

Однако это будет не скоро, а пока – первые попытки интуитивного постижения пространства и времени.

Итак, размышления о пространстве и времени родились у Эйнштейна подспудно, они не стали результатом каких-то внешних требований. Молодой ученый был глубоко уверен в том, что вообще никакие практические задачи, никакое насилие над творческой свободой не может стать поводом для продуктивной научной деятельности.

Свободная бернская жизнь, возможность обеспечивать себя и свою семью, отсутствие давления со стороны родственников и коллег позволили ему, что называется, «развернуться».

Спустя годы Эйнштейн скажет в этой связи: «Подлинная оценка человека состоит в том, в какой степени и в каком смысле он смог добиться освобождения от своего “я”».

– Отказ от собственной несвободы, собственных комплексов и уход в область чистого разума – все это было сродни религиозному догматизму. Задача ко многому обязывающая, но в то же время искусительная. Получается, что ты сам должен понять, что есть правда, а что ложь, что подлинное, а что наносное, что без сожаления должно быть отброшено, а что сохранено. Принятие решения сродни поступку, совершая который ты принимаешь всю ответственность на себя. В науке Эйнштейн был готов на все, был готов идти сколь угодно далеко, но ведь кроме науки были еще и семья, друзья, родители. Простая обыденная жизнь в ту пору не казалась приоритетной, он считал ее рутиной, ее проблемы должны были решаться как-то сами собой. Но, к сожалению, таких чудес ни у кого не случается!

Может быть, впервые молодой ученый столкнулся с необходимостью сделать выбор, совершить поступок. Причем речь шла не о клятвенных заверениях, но именно о действиях, поступках, которые значат куда больше обещаний и высоких фраз.

Свой выбор Альберт Эйнштейн сделал абсолютно естественно и органично: наука – смысл его жизни, все остальное – вторично и подчинено интересам первого.

Итак, в 1905 году в журнале «Анналы физики» Эйнштейн опубликовал три статьи, после которых стало ясно, что в науку пришел не только «талантливый юноша, не терпящий никаких возражений», но и абсолютно маргинальный – в смысле непохожести на всех остальных – исследователь, готовый возглавить новую научную революцию.

Немецкий научный журнал «Анналы физики» («Annalen der Physik») был основан в 1799 году (издается и по сей день) и являлся одним из старейших и авторитетнейших научных изданий в мире. Профилем журнала всегда была публикация оригинальных, самобытных и во многом экспериментальных текстов из области теоретической, прикладной и математической физики. Опубликоваться в этом журнале значило войти в круг избранных «научных революционеров», находящихся как бы над рутиной академического процесса, идущих вперед без оглядки и потому порой обреченных быть непонятыми большинством. Казалось, что этот журнал был специально придуман для Альберта Эйнштейна.

В десятом выпуске «Анналов физики» за 1905 год была напечатана статья (она же первый шаг на пути освобождения от собственного «я») «К электродинамике движущихся тел», где автор намечает очертания специальной теории относительности.

«Уже в шестнадцать лет я столкнулся с парадоксом, из которого потом выросла вся теория: если бы я стал двигаться вслед за лучом света со скоростью “с” [“с” – скорость света в пустоте], то я должен был бы воспринимать такой луч света как покоящееся, переменное в пространстве электромагнитное поле. Но ничего подобного не существует, это видно как на основании опыта, так и из уравнений Максвелла».

    Альберт Эйнштейн о предпосылках создания теории относительности

Титул сборного тома выпусков журнала «Анналы физики» за 1905 г. и содержание июньского номера, где под номером 6 значится статья А. Эйнштейна «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света».

В статье была затронута весьма популярная в начале ХХ столетия тема электродинамики, над задачами которой работали многие выдающиеся ученые. Особенно на себя обращал внимание сербский экспериментатор и теоретик Никола Тесла, порой потрясавший общественность своими фантастическими опытами в области электричества и магнетизма.

«К электродинамике движущихся тел», по сути, стала официальным расставанием Альберта Эйнштейна с теорией эфира, которой еще совсем недавно он был так увлечен.

Хотя здесь следует оговориться – споры вокруг теории эфира будут преследовать ученого до конца его дней, причем подход к проблеме расколет научное сообщество, превратив дискуссию в политический скандал.

Если современники Эйнштейна считали, что все новые динамические эффекты являются свойствами эфира – некоей светоносной гипотетической всепроникающей среды, колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны, то автор статьи все переводил из динамики в кинематику, исключал понятие эфира, усматривая первооснову явления в реализации объективных свойств пространства и времени. Впервые ученый приходит к умозаключению, что пространство – это вопрос времени.

Упразднив понятие эфира, Эйнштейн отказался и от опирающихся на него понятий абсолютного движения и абсолютного времени. «Нет таких часов, чье тиканье было бы слышно везде во всем мире и считалось бы временем», – спустя годы подведет итог дискуссии со сторонниками теории эфира Альберт Эйнштейн.

Статья вызвала бурные споры как в научной, так и в околонаучной среде.

Нобелевский лауреат, физик-теоретик Хендрик Лоренц, а также французский математик Анри Пуанкаре, выдвинувшие теорию относительности еще до Эйнштейна, но опиравшиеся в своих выводах на теорию эфира, в лице молодого ученого из Берна столкнулись с новой, абсолютно неожиданной и парадоксальной научной точкой зрения. Многие просто не понимали, почему подобного рода выводы, по сути лежащие на поверхности, были обойдены вниманием многих выдающихся ученых.

Однако Эйнштейн не остановился на достигнутом и продолжил совершать чудеса.

Вообще-то это был его прием, метод – видеть чудеса во всем, даже там, где их в принципе не могло быть!

В том же году в шестом выпуске журнала «Анналы физики» вышла статья ученого «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света». Размышляя над утверждением немецкого физика-теоретика Макса Планка, о дискретности излучения света веществом и зависимости энергии излучаемой порции от частоты света, Эйнштейн выдвинул тезис, что не только излучение, но и распространение и поглощение света дискретны. Эйнштейн писал: «Энергия пучка света, вышедшего из каждой точки, не распределяется непрерывно во всем возрастающем объеме, а складывается из конечного числа локализованных в пространстве неделимых квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком». Таким образом, исследователь, вернувшись к ньютоновскому представлению о свете («свет надо полагать состоящим из целостных и неделимых световых корпускул, поглощаемых или возникающих только целым образом») творчески переосмыслил его, назвав эти световые порции квантами.

Интересно, что квантовая теория изначально не была принята Планком, но впоследствии реальность квантов была подтверждена многочисленными экспериментами. Вообще следует заметить, что Макс Планк, сыгравший в судьбе Эйнштейна огромную положительную роль, почитал его талантливым, даже гениальным маргиналом в науке, но не всегда разделял его радикальные выводы. При этом он отдавал себе отчет в том, что именно за такими маргиналами будущее, ведь они умеют заглядывать на несколько поколений вперед, что дано единицам.

Спустя годы Эйнштейн высоко оценит этот удивительный дар своего старшего товарища и коллеги. Можно утверждать, что именно благодаря покровительству Планка молодой ученый не был «затерт» и «освистан» высоколобыми интеллектуалами, для большинства из которых научные опыты молодого исследователя были не чем иным, как ребячеством и даже хулиганством в науке.

В восьмом номере «Анналов физики» появилась еще одна статья Эйнштейна из великой триады: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты». Она была посвящена броуновскому движению.

Открытое в 1827 году шотландским ботаником Робертом Броуном хаотическое движение мельчайших частиц (цветочной пыльцы) позволило Эйнштейну, опираясь на молекулярную теорию, предположить, что в основе такого перемещения лежит тепловое движение атомов и молекул. При помощи разного рода статистических методов ученый показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует экспериментально проверяемое количественное соотношение.

Лауреат Нобелевской премии, физик-теоретик и математик Макс Борн спустя годы писал: «Я думаю, что эти исследования Эйнштейна больше, чем все другие работы, убеждают физиков в реальности атомов и молекул, в справедливости теории теплоты и фундаментальной роли вероятности в законах природы».

Бернский период научной деятельности Эйнштейна стал плодотворным не только в смысле научного творчества и тех грандиозных планов, которые были выстроены им на будущее, но и весьма значимым периодом в его личной жизни.

Творческое вдохновение Эйнштейн черпал также и в дружеском общении – коллеги, ученики, старые друзья по цюрихскому Политехникуму.

Особое место в этом ряду заняла так называемая академия «Олимпия», в которую входили румынский филолог и философ Морис Соловин, математик Конрад Габихт и Альберт Эйнштейн.

Обычно «олимпийцы» собирались после работы и занятий, гуляли, вели беседы и много читали.

Вслух ими были прочитаны сочинения Спинозы и Юма, статьи Маха и Пуанкаре, а также «Антигона» Софокла, «Андромаха» Расина, «Дон-Кихот» Сервантеса.

По воспоминаниям Мориса Соловина, уроки и служба оплачивались плохо, но они чувствовали себя счастливыми, ведь «что может быть прекрасней веселой бедности».

«Бессмертной академии “Олимпия”

В своей недолгой деятельности [содружество существовало в течение трех лет] ты с детской радостью наслаждалась всем, что ясно и разумно. Мы создали тебя, чтобы потешиться над твоими громоздкими, старыми и чванными сестрами. До какой степени мы были правы, убедили меня годы внимательного наблюдения».

    Альберт Эйнштейн об академии «Олимпия»

Естественно, что на заседаниях «Олимпии» друзья обсуждали статьи Альберта Эйнштейна в «Анналах физики», причем дискуссии носили исключительно шутливый и дружеский характер.

Особенно любил дурачиться Эйнштейн. Примером тому служат его письма Конраду Габихту. Вот одно из них:

«Милый Габихт!.. Почему Вы не шлете мне свою диссертацию? Разве Вы, жалкая личность, не знаете, что я буду одним из полутора человек, которые прочтут ее с удовольствием и интересом? Я Вам за нее обещаю свои работы, причем первую пришлю совсем скоро… Она посвящена излучению и энергии света и, прямо скажем, революционна. Вы и сами увидите, если сначала вышлете мне свою писанину… Другая работа исходит из понятий электродинамики движущихся тел и видоизменяет учение о пространстве и времени; чисто кинематическая часть этой работы будет интересна и Вам…

С приветом,

    Ваш Альберт Эйнштейн».

Члены академии «Олимпия»: Конрад Габихт, Морис Соловин и Альберт Эйнштейн. Берн, ок. 1903 г.

Однако за этой бравадой, безусловно, стояла постоянная, круглосуточная мыслительная работа, и это понимали все – друзья Альберта, его родственники, его жена. Занимаясь наукой, Эйнштейн не мог принадлежать никому, кроме своей идеи и самого себя. А слова французского философа Эрнеста Ренана не просто преследовали молодого ученого, но и во многом объясняли ему самому то, ради чего он жертвует всем: «Чтобы идти в этом мире верным путем, надо жертвовать собой до конца. Назначение человека состоит не только в том, чтобы быть счастливым <…> Он должен открыть для человечества что-то великое…»