АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН (1879–1955)
Альберт Эйнштейн, величайший ученый двадцатого века и один из самых гениальных умов всех времен и народов, лучше всего известен в связи с своей теорией относительности. На самом деле под этим термином подразумеваются две теории: частная теория относительности, сформулированная в 1905 году, и общая теория относительности, сформулированная в 1915 году, на которую лучше ссылаться как на закон гравитации Эйнштейна.
Обе теории очень сложны, и мы не будем пытаться их здесь объяснять. Тем не менее закономерно сделать несколько комментариев в связи с частной теорией относительности. Бытует известный афоризм о том, что «все относительно».
Теория Эйнштейна не является, однако, повторением этой философской банальности, это, скорее, точное математическое обоснование положения, при котором научные измерения относительны. Очевидно, что субъективное восприятие времени и пространства зависит от самого наблюдателя. Однако до Эйнштейна большинство людей всегда считало, что за этими субъективными восприятиями всегда существуют реальные расстояния и абсолютное время, которые всегда можно объективно измерить точными инструментами.
Теория Эйнштейна революционизировала научную мысль, доказав отсутствие существования абсолютного времени Следующий пример может проиллюстрировать, насколько эта теория изменила наши представления о времени и пространстве. Вообразите себе космический корабль X, удаляющийся от Земли со скоростью 100 000 километров в секунду. Скорость измеряется наблюдателями как на космическом корабле, так и на Земле, и их измерения совпадают. Тем временем другой космический корабль, обозначим его буквой V, следует в том же направлении, что и космический корабль X, но с большей скоростью. Если бы наблюдатели на Земле измерили скорость космического корабля V, они бы обнаружили, что он удаляется от Земли со скоростью 180 000 километров в секунду. Наблюдатели на космическом корабле V пришли бы к тому же заключению. Сейчас, когда оба космических корабля движутся в одном направлении, могло бы казаться, что разница в их скорости составляет 80 000 километров в секунду и что более быстрый корабль удаляется от более медленного с той же скоростью. Однако теория Эйнштейна предсказывает, что, когда наблюдение ведется с обоих космических кораблей, наблюдатели с этих двух кораблей согласятся с тем, что расстояние между ними увеличивается на 100 000 километров в секунду, а не на 80 000 километров в секунду.
Сейчас, столкнувшись с таким нелепым результатом, читатель может подумать, что мы ошиблись в формулировке или же упустили какую-то важную деталь. Вовсе нет. Полученный результат не имеет ничего общего с элементами конструкции космических кораблей или же с силами, которые приводят их в движение. Его также нельзя объяснить какими-то ошибками в наблюдении или дефектами измерительных приборов. Здесь нет никакого обмана.
Согласно Эйнштейну, полученный результат (который можно было бы легко вычислить из его формулы построения скоростей) является всего лишь следствием основного свойства пространства и времени. Все это может показаться кому-то слишком умозрительным, и в самом деле, в течение ряда лет многие отвергали теорию относительности как смутную гипотезу о «башне из слоновой кости», которая не имела практического значения.
Но никто, конечно, не совершал этой ошибки с 1945 года, когда на Хиросиму и Нагасаки были сброшены атомные бомбы. Одна из закономерностей теории относительности Эйнштейна заключается в том, что материя и энергия в определением смысле эквивалентны, и отношения между ними выражаются формулой Е=Мс?, в которой Е представляет энергию, М — массу, а с — скорость света.
А теперь, поскольку с, равное 186 000 милям в секунду, представляет собой очень большое число, то с? (то есть с умноженное на с) представляет собой просто громадное число. Отсюда следует, что даже частичное превращение массы повлечет за собой освобождение огромного количества энергии. Никто, конечно, не может создать атомную бомбу или построить завод по производству ядерной энергии просто руководствуясь формулой Е=Мс?. Необходимо также учитывать, что очень много других людей сыграли важную роль в развитии атомной энергии, однако важность вклада Эйнштейна даже не подлежит обсуждению.
Более того, именно письмо Эйнштейна президенту Рузвельту, написанное в 1939 году, в котором указывалось на возможность разработки атомного оружия и подчеркивалась, насколько важно для Соединенных Штатов создать такое оружие раньше немцев, помогло осуществить проект «Манхэттен» и создать первую атомную бомбу.
Частная теория относительности вызвала вокруг себя горячие споры, но на одном пункте сходились все — это была самая потрясающая научная теория, когда-либо придуманная человечеством. Однако все они ошибались, потому что общая теория относительности Эйнштейна, которая в качестве отправного пункта принимает утверждение, что гравитационный эффект возникает не в результате действий физических сил в обычном смысле этого слова, а, скорее, в результате искривления самого космоса, это и есть по-настоящему потрясающая идея! Как можно измерить искривленность самого космоса? Как даже можно утверждать, что космос искривлен?
Эйнштейн не только развил эту теорию, он дал ей точное математическое обоснование, которое позволило ему сделать точный расчет и подтвердить свою гипотезу опытным путем. Последующие наблюдения, самые известные из которых были сделаны во время солнечных затмений, многократно подтвердили правильность уравнений Эйнштейна.
Общая теория относительности по многим причинам стоит в стороне от всех других научных законов. Прежде всего, Эйнштейн получил свою теорию не путем тщательных экспериментов, а, скорее, на основе симметрии и математической логики — т. е. на почве рационализма; это как раз то, что пытались делать греческие философы и средневековые схоласты. (В этом он вошел в противоречие с эмпирической точкой зрения на современную науку.) Но там, где греки в своих поисках красоты и симметрии не могли найти механическую теорию, которая могла бы поддержать самый решающий опыт в проводимом ими эксперименте, теория Эйнштейна продолжает выдерживать каждый эксперимент. Метод Эйнштейна получил свою оценку, которая выразилась в том, что его теория относительности была признана всеми самой красивой, точной, веской и убедительной из всех существующих научных теорий.
Общая теория относительности занимает особое место и по другой причине. Большинство научных законов не всегда применимы. Они действуют во многих случаях, однако не во всех. Тем не менее, насколько нам известно, для общей теории относительности таких исключений вообще не бывает. Неизвестны случаи, ни теоретические, ни экспериментальные, при которых расчеты общей теории относительности действуют только приблизительно. Будущие эксперименты, возможно, и испортят превосходный послужной список теории, однако пока общая теория относительности остается самым ближайшим приближением к абсолютной истине из того, что когда-либо довелось придумать ученым.
Хотя Эйнштейн больше всего известен своей теорией относительности, славу ему могло бы принести любое из других его научных достижений. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия в области физики за его теоретическое объяснение фотоэффекта, важного феномена, который прежде ставил физиков в тупик. В своем теоретическом обосновании он объяснил существование фотонов, или квантов света. Поскольку давно было установлено путем экспериментов по интерференции, что свет состоит из электромагнитных волн, и поскольку считалось очевидным, что волны и кванты света являются противоположными понятиями, гипотезы Эйнштейна представили собой радикальный и парадоксальный разрыв с классической теорией. Его закон фотоэффекта имел важное практическое применение, а его гипотезы о фотоне оказали огромное влияние на развитие квантовой теории и являются сегодня составной частью этой теории.
При оценке роли Эйнштейна уместно провести параллель с Исааком Ньютоном. Теории Ньютона в основном легки для понимания, и его гениальность заключается в том, что он был первый, кто их разработал. Теории относительности Эйнштейна, напротив, чрезвычайно трудны для понимания, даже когда по ним даны подробные объяснения. А разрабатывать их было гораздо сложнее! Хотя некоторые идеи Ньютона находились в большом противоречии с признанными научными идеями своего времени, его теории никогда не были лишены последовательности. Теория относительности, напротив, изобиловала парадоксами.
Гениальность Эйнштейна проявилась в том, что в самом начале, когда его идеи представляли собой еще не проверенные опытом гипотезы неизвестного молодого человека, он не позволял этим очевидным противоречиям завести себя в такой тупик, при котором он вынужден был бы отказаться от своих теорий. Скорее всего, он обстоятельно продумывал их, пока не становилось ясно, что это только видимые противоречия и что в каждом отдельном случае существовал трудноуловимый, но правильный путь к разрешению парадокса.
Сегодня мы считаем, что теория Эйнштейна была по своей сути более «правильной», чем теория Ньютона. Почему же в таком случае Эйнштейн занял в нашем списке место строчкой ниже? Это произошло главным образом потому, что Ньютон заложил фундамент современной науки и техники. Современная техника в своей основе является сегодня такой, как мы ее видим сегодня, благодаря деятельности Ньютона, а не Эйнштейна. Существует и другой фактор, который повлиял на место Эйнштейна в этом списке. В большинстве случаев многие люди делают вклад в развитие какой-то одной важной идеи. Это мы видели на примере истории социализма или разработки теории электричества и магнетизма. Хотя на долю Эйнштейна не приходятся все 100 процентов успеха в разработке теории относительности, львиная доля успеха принадлежит ему. Нужно честно сказать, что в сравнении с другими сопоставимыми по важности идеями теория относительности является в значительной степени детищем единственного и выдающегося гения.
Эйнштейн родился в 1879 году в Германии, в городе Ульм. Он учился в средней школе в Швейцарии и в 1900 году получил швейцарское гражданство. В 1905 году в Цюрихском университете он получил степень доктора философии, но в это время он не мог найти себе место в академических институтах. Однако в том же году он публикует свои доклады о частной теории относительности, фотоэффекте и по теории броуновского движения. Через несколько лет эти доклады, особенно доклад, касающийся теории относительности, составили ему репутацию одного из самых блестящих и оригинальных ученых мира.
Его теории вызвали вокруг себя бурную полемику; ни один из современных ученых, за исключением Дарвина, не встречался с такими разногласиями в оценках, как Эйнштейн. Несмотря на это в 1913 году он был назначен профессором Берлинского университета и в то же время стал директором Института физики кайзера Вильгельма и членом Прусской академии наук.
Эти должности позволяли ему заниматься научными исследованиями столько, сколько он сам того желал. У германского правительства было мало оснований сожалеть, что оно сделало Эйнштейну такое весьма выгодное предложение, потому что всего лишь двумя годами позже он сумел сформулировать общую теорию относительности и в 1921 году был удостоен Нобелевской премии.
Вторую половину своей жизни Эйнштейн прожил всемирно известным ученым, по всей вероятности самым известным ученым за всю историю науки. Поскольку Эйнштейн был евреем, с приходом Гитлера к власти оставаться в Германии ему было опасно. В 1933 году он переезжает в город Принстон, штат Нью-Джерси, и начинает работать в Институте высших исследований. В 1940 году он становится гражданином Соединенных Штатов.
Первый брак Эйнштейна закончился разводом, а второй, по всей видимости, был счастливым У него было двое детей, оба мальчики. Он умер в 1955 году в Принстоне.
Эйнштейн всегда интересовался тем, что происходит в мире, и часто выражал свою точку зрения по политическим проблемам. Он был последовательным противником политической тирании, страстным пацифистом и ярым сторонником сионизма. В вопросах одежды и социальных условностей он был явным индивидуалистом. Он обладал превосходным чувством юмора, подобающей его возрасту скромностью и был отмечен некоторым талантом в игре на скрипке. Надпись на могиле Ньютона могла быть с большим успехом адресована Эйнштейну: «Пусть смертные возрадуются, что на свете существовало такое великолепное украшение рода человеческого».
