10 гениев науки

«Самое непостижимое в мире то, что он постижим».

Альберт Эйнштейн

Введение

Пробовали ли вы когда-нибудь сфотографироваться, высунув язык? А кто-нибудь из ваших знакомых? Если да, то ответьте честно, многие ли из этих фотографий были растиражированы? 14 марта 1951 года, на праздновании 72-летия Альберта Эйнштейна, фотограф долго не мог поймать нужный ракурс. Во время очередной попытки именинник показал ему язык. Более полувека 72-летний старик показывает язык со стен лабораторий, кабинетов и квартир, обложек книг, тетрадей и дневников. Что же надо сделать, чтобы вашей простенькой экстравагантной выходкой заинтересовался весь мир? Не так уж много, всего-навсего перевернуть научное мировоззрение своей цивилизации.

Рассказывают историю о том, что однажды знаменитого английского астрофизика Артура Эддингтона спросили: «Сэр, правду ли говорят, что вы один из трех человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна?» Ученый замешкался с ответом. Когда же любопытный собеседник решил загладить ситуацию и начал говорить: «Конечно, при вашей скромности мой вопрос показался вам бестактным.», Эддингтон прервал его словами: «Ничего, ничего, просто я пытался вспомнить, кто же этот третий».

К чему эта история? Принимаясь за работу над главой об Эйнштейне, мы с неимоверным облегчением вспомнили, что наша книга является биографической. Поэтому, чтобы не утомлять читателя, да и, чего греха таить, себя излишними математическими и физическими подробностями, постараемся сделать научную часть нашего рассказа максимально простой.

Детство. Образование

Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в городе Ульме. Его родители были потомками многочисленных евреев-иммигрантов, которые в XVI веке обосновались на юго-западе Германии. Биографы Эйнштейна обычно подчеркивают наследственный характер его талантов. У отца Альберта, Кермана Эйнштейна, еще в детстве обнаружились математические способности. Но о высшем образовании мечтать не приходилось — у семьи не было должных средств. Поэтому Герман занялся торговой деятельностью. За два года до рождения сына он открыл в Ульме магазин электротехнических товаров. Его жена, Паулина (Эйнштейн-Кох), происходила из семьи богатого торговца зерном. Она занималась домашним хозяйством, а в свободное время играла, и весьма недурно, на фортепиано. Можно считать, что математические таланты Эйнштейн унаследовал от отца, а любовь к музыке (знаменитый ученый много играл на скрипке) — от матери.

Дела в Ульме не ладились, и через год после рождения Альберта, семья перебралась в Мюнхен. Здесь Герман и его брат Якоб стали совладельцами небольшой фабрики по производству электротехники. Эйнштейны поселилась в пригороде на юге Мюнхена. В 1881 году в семье родилась девочка Майя. Дом, построенный Керманом, окружал сад. Видимо, именно здесь следует искать корни любви к природе, которую Эйнштейн сохранил на всю жизнь. Он предпочитал жить в сельской местности или небольших городках, любил бывать на природе.

Удивительно, но в раннем детстве умственные способности будущего гениального ученого вызывали серьезные опасения у его родных. Мальчик начал говорить только после трех лет. Его родители даже консультировались по этому поводу с врачом. Да и позже речь Альберта была несколько странной: он шепотом повторял произнесенные слова. Кроме того, мальчик был замкнутым и даже нелюдимым. Шумным играм со сверстниками он предпочитал занятия, требующие терпения: создавал из кубиков сложные строения, выпиливал лобзиком, с большим умением строил карточные домики. Одним из самых ярких впечатлений детства Альберта был компас, подаренный отцом. Способность стрелки этого простого прибора постоянно поворачиваться в одном направлении поразила мальчика. Можно сказать, что так будущий ученый впервые заинтересовался законами мироздания.

В шесть лет Альберта постигла участь многих еврейских мальчиков — по настоянию родителей он начал учиться играть на скрипке. Долгое время это занятие нагоняло на него скуку и он относился к урокам музыки как к некой повинности. Но со временем отношение Альберта к музыке изменилось:

«Я брал уроки игры на скрипке с 6 до 14 лет, но мне не везло с учителями, для которых занятия музыкой ограничивались механическими упражнениями. По-настоящему я начал заниматься лишь в возрасте 13 лет, главным образом после того, как „влюбился“ в сонаты Моцарта. Пытаясь хоть в какой-то мере передать их художественное содержание и неповторимое изящество, я почувствовал необходимость совершенствовать технику — именно так, а не путем систематических упражнений я добился в этом успеха. Вообще я уверен, что любовь — лучший учитель, чем чувство долга, — во всяком случае, в отношении меня это справедливо».

В 1885 году Эйнштейн пошел в католическую школу. В течение первых месяцев школьного обучения Альберт не проявил себя как способный ученик. Но уже к концу первого года учебы он стал лучшим в классе. В отношениях с одноклассниками Эйнштейн всегда был до прямолинейности откровенен, простодушен и честен. В школе он даже получил прозвище Biedermeier — честный простак. Несмотря на то что и в дальнейшем Альберт учился хорошо, о школе у него остались довольно тяжелые воспоминания. Мальчику, при всей его терпеливости, крайне не нравилась зубрежка. Механическое запоминание информации, особенно текстов, тяжело давалось ему. Альберт с увлечением занимался математикой и физикой, но отставал по языкам и другим предметам, требующим заучивания большого объема информации. Однажды учитель греческого даже сказал ему: «Из вас никогда ничего путного не выйдет». Успехи по остальным предметам были средними. Эйнштейна угнетала казарменная дисциплина, к которой приучали детей в немецких школах. В гимназии Луитпольда, куда Альберт перешел в десятилетнем возрасте, порядки были еще строже, чем в начальной школе. Позже он писал: «Хуже всего, по-моему, когда работа школы принципиально основана на страхе, насилии и искусственно создаваемом авторитете. Подобные методы обращения с учениками разрушают их здоровые чувства, искренность и веру в свои силы. В результате воспитываются покорные вер ноподданные».

Альберт очень интересовался математикой и естественными науками. В этих предметах он шел далеко впереди школьной программы. Его интерес поощрял дядя Якоб, имевший инженерное образование и принимавший немалое участие в воспитании племянника. Например, еще до того как Эйнштейн стал изучать геометрию в школе, дядя начал приобщать его к этой науке. По некоторым сведениям, когда Якоб познакомил Альберта с теоремой Пифагора, мальчик смог, после напряженных раздумий, самостоятельно доказать ее. Позже, когда он приступил к изучению геометрии в школе, его любимой книгой стал учебник евклидовой геометрии. Эйнштейн был очарован строгостью и точностью, с которой доказывались теоремы. Много лет спустя, рассказывая о впечатлении, которое оказала на него эта книга, Эйнштейн называл учебник «священной книжечкой по геометрии».

Примерно в десятилетнем возрасте Альберт начал читать научно-популярную литературу. Этому немало способствовало популярное издание в нескольких томах «Естественно-научные книги для народа» Аарона Берштейна. Сведения, которые приводились в них, были довольно устаревшими, но книги были написаны живым и интересным языком. Большое внимание в первом томе «Естественно-научных книг» уделялось скорости света. Скорее всего, это обстоятельство немало повлияло на дальнейшие научные интересы Эйнштейна. Со временем благодаря чтению научно-популярной, а позже научной и философской литературы (в 13 лет он читал Канта) у юноши сформировалось атеистическое мировоззрение. Впрочем, взглядов, близких к атеистическим, придерживались и родители Альберта.

Первые несколько лет дела Якоба и Германа Эйнштейнов шли в гору. Но вскоре наступил спад. Братья оказались перед угрозой разорения. Они приняли решение продолжить свое дело в Италии. В 1894 году обе семьи перебрались в городок Павия, расположенный в 30 километрах к югу от Милана. Альберт остался в Мюнхене, чтобы закончить школу. В отношениях с окружающими юноша продолжал оставаться «честным простаком». Да и характером он обладал довольно резким. Эйнштейн далеко не всегда мог скрыть свое отношение к преподавателям гимназии и их методам обучения. К тяготам зубрежки и необходимости придерживаться строжайшей дисциплины добавились и конфликты с некоторыми учителями. К тому же родные в своих письмах описывали Италию в розовых красках. Не удивительно, что Альберт загорелся желанием перебраться в Павию к семье. Не окончив гимназию, весной 1895 года он покинул Мюнхен и отправился в Италию.

Конечно, родители не были обрадованы неожиданным приездом сына. Но тот смог убедить их, что в состоянии подготовиться к поступлению в высшее учебное заведение самостоятельно. Кроме того, понимая, что практически военное воспитание в гимназии было одним из проявлений государственного строя Германии, Альберт больше не хотел быть связанным с этой страной. Позже, рассуждая о немецкой военщине, он писал:

«Если кто-либо с удовольствием марширует в строю под музыку, то это значит, что головной мозг дан ему по ошибке, ибо он вполне может обходиться спинным».

Юноша уговорил отца подать за него прошение о выходе из немецкого гражданства (до достижения совершеннолетия сам он не мог подать такого прошения). В 1896 году прошение было удовлетворено.

Все лето Эйнштейн отдыхал от школьных неприятностей и наслаждался свободой: путешествовал по Апеннинам и Швейцарии, где у него были родственники, посещал музеи, бывал на концертах. Юноша был счастлив, но такой образ жизни не мог длиться вечно. В Италии дела Эйнштейнов не поправились. Нужно было думать о будущем. Осенью 1895 года Альберт отправился в Цюрих и сдал экзамены на инженерный факультет Федерального высшего технического училища, или Политехникума, как его часто называли. Выбор, в частности, был обусловлен тем, что при поступлении в это заведение не требовалось свидетельство об окончании средней школы. Эйнштейна ждало разочарование. Из-за того, что у него не было документа об окончании гимназии, ему пришлось сдавать экзамены по общеобразовательным дисциплинам. Как и следовало ожидать, он не справился с историко-филологическими предметами и ботаникой. Но своими познаниями и способностями в физике и математике он произвел очень хорошее впечатление. Ректор Политехникума посоветовал Эйнштейну поступить в кантональную школу Аарау, с тем чтобы получить аттестат зрелости.

Конечно, возвращаться в школу Альберт не хотел, но другого выхода не было. Однако в Аарау его ждал приятный сюрприз: демократический дух воспитания в швейцарских школ коренным образом отличался от муштры в немецких. Школу в Аарау Эйнштейн позднее называл «отраднейшим примером воспитательного заведения этой ступени». Альберт жил в доме одного из преподавателей, Йоста Винтелера. Впоследствии он поддерживал дружеские отношения с семьей учителя, а его сестра вышла замуж за одного из сыновей Винтелера.

Есть сведения о том, что уже во время учебы в Аарау Эйнштейн заинтересовался вопросом, что бы произошло, если бы мы могли следовать за световым лучом с его скоростью. Через 10 лет он нашел ответ на этот вопрос.

Окончив школу и получив аттестат, Альберт осенью 1896 года уже без всяких трудностей поступил в Цюрихский политехникум. Правда, теперь он переменил свое первоначальное решение стать инженером. Он решил последовать примеру Винтелера и поступил на педагогический факультет. Расходы, связанные с учебой и жизнью в Цюрихе, взяли на себя швейцарские родственники Альберта.

В Политехникуме личностные особенности Эйнштейна вновь стали мешать ему учиться. Немецкая гимназия выработала у него устойчивую неприязнь к необходимости заучивать большие объемы информации. Он писал:

«Для экзамена нужно было напихать в себя хочешь не хочешь всю эту премудрость. Такое принуждение настолько меня запугивало, что целый год после сдачи последнего экзамена всякое размышление о научных проблемах было для меня отравлено».

Альберт немало занимался самостоятельно, но лекции посещал нерегулярно. Вскоре определилась и сфера научных интересов молодого человека. Он понял, что физика привлекает его больше, чем математика. Но даже лекции по физике не очень нравились Альберту. При подготовке к экзаменам он пользовался конспектами своего приятеля Марселя Гроссмана. Возможно, только благодаря этим конспектам Эйнштейн смог нормально учиться в институте. Но несмотря на все эти проблемы, в 1900 году он закончил Политехникум, получив довольно высокие оценки по выпускным экзаменам.

В Политехникуме Эйнштейн подружился с девушкой сербского происхождения Милевой Марич. Несмотря на то что Милева была на четыре года старше, дружба вскоре переросла в более близкие чувства. Впоследствии Милева стала женой Альберта Эйнштейна.

Поступив в институт, юноша принял решение принять швейцарское гражданство. В 1898 году он подал соответствующее прошение, и через два года, после длительной бюрократической процедуры стал гражданином Швейцарии. Впоследствии Эйнштейн жил в разных странах, но сохранил это гражданство на всю жизнь.

Швейцарское бюро патентов

Получив диплом, Эйнштейн очутился на распутье. Дела отца не поправились. Нужно было искать работу. Первое время Альберт пытался получить должность ассистента в Политехникуме. Но здесь его ждала неудача. За время учебы Эйнштейн, по всей видимости, своим прохладным отношением к учебе и нерегулярным посещением занятий настроил против себя многих профессоров. В 1901 году он писал: «Насколько мне известно, я не пользуюсь расположением кого-либо из моих прежних преподавателей. Я бы давно уже получил место ассистента, если бы Вебер не плел против меня интриги». Скорее всего, молодой Эйнштейн был несправедлив к профессору Генриху Веберу. Когда юноша первый раз пытался поступить в Цюрихский политехникум, именно он обратил внимание на его способности. Вебер передал абитуриенту-неудачнику, что если тот и дальше будет находиться в Цюрихе, то сможет посещать его лекции по физике, даже не будучи студентом. Впоследствии Вебер также не был равнодушен к судьбе юноши и продолжал подчеркивать его высокие способности. Профессор говорил Альберту: «Вы умный малый, Эйнштейн, очень умный малый, но у вас есть большой недостаток — вы не терпите замечаний». Поэтому не удивительно, что у Вебера и других преподавателей возникли сомнения в работоспособности и знаниях молодого человека, который учился спустя рукава.

Некоторое время Эйнштейн перебивался случайными заработками. Он выполнял расчеты, давал частные уроки, затем некоторое время заменял учителя математики в городе Винтертуре, временно преподавал математику и физику в подготовительном пансионе для иностранцев в Шаффгаузене. Вскоре Эйнштейн вновь заинтересовался наукой. Он написал статью о капиллярности, которая в 1901 году была опубликована в солидном научном журнале «Annalen der Physik». Экземпляр статьи он послал профессору Лейпцигского университета Вильгельму Оствальду, известному физикохимику, ставшему в 1909 году лауреатом Нобелевской премии. Эйнштейн писал профессору:

«Поскольку Ваша книга по общей химии вдохновила меня на написание статьи, я взял на себя смелость послать Вам один экземпляр. По этому случаю я осмеливаюсь также спросить, не найдется ли у Вас применения специалисту по математической физике, знакомому с абсолютными измерениями. Я отваживаюсь обратиться к Вам с подобной просьбой только потому, что нахожусь без средств, а такое место могло бы дать мне возможность продолжить свое образование».

Интересно, что через месяц отец Альберта без ведома сына писал Оствальду с просьбой поощрить молодого ученого парой ободряющих строк по поводу его статьи, а может быть, и подыскать ему место ассистента. Оба письма остались без внимания. С подобной просьбой Альберт обращался и к другим ученым, но также безрезультатно.

На помощь Эйнштейну вновь пришел Марсель Гроссман. Его отец обратился к своему другу Фридриху Галлеру, который занимал должность директора Швейцарского Бюро патентов в Берне. После двухчасовой беседы, в ходе которой обнаружились немалые пробелы в образовании юноши, Галлер все-таки посчитал нужным взять его на работу. В ожидании решения некоторых связанных с этим проблем бюрократического свойства, Альберт вновь принялся за научную работу. Он написал статью, посвященную термодинамике, и представил ее в Цюрихский университет в качестве диссертации на соискание докторской степени по философии. Уже после того как Эйнштейн получил отказ, эта статья была напечатана в «Annalen der Physik».

23 июня 1902 года Эйнштейн был зачислен в патентное бюро на должность технического эксперта-стажера 3-го класса. Это место, которое, казалось бы, так не соответствовало стремлению Эйнштейна к научной деятельности, на поверку оказалось очень удачным. Во-первых, работа была связана с массой всевозможных технических проблем, в которых Альберту приходилось разбираться, во-вторых, оставалось много свободного времени для самостоятельных исследований. Семь с половиной лет, проведенных в Швейцарском Бюро патентов, Эйнштейн считал самым плодотворным и счастливым периодом своей жизни. Бюро он называл «светским монастырем». И в стенах этого «монастыря» молодой исследователь-неудачник превратился в ученого с мировым именем.

Альберт испытывал глубокую благодарность к Марселю Гроссману и его отцу, который помог устроиться в Бюро. После смерти Марселя в 1936 году Эйнштейн писал о своем друге: «Мне вспоминаются наши студенческие годы. Он — образцовый студент; я — пример небрежности и рассеянности. Он — в прекрасных отношениях с преподавателями, схватывает все на лету; я — всем недовольный и не пользующийся успехом нелюдим. Но мы были хорошими друзьями, и наши беседы за чашкой кофе глясе, когда мы по нескольку раз в месяц встречались в "Метрополе", принадлежат к самым приятным моим воспоминаниям. Потом конец учебы. я внезапно оказался всеми покинут, и столкновение с жизнью привело меня в полную растерянность. Но он был рядом со мной, и благодаря ему и его отцу через несколько лет я попал в Бюро патентов к Галлеру. В каком-то смысле это спасло мне жизнь; я бы не умер, конечно, но зачах бы духовно».

Но вернемся к началу XX века. В январе 1903 года Эйнштейн женился на Милеве Марич. Достоверных сведений о Милеве немного, что зачастую является поводом для всякого рода спекуляций. Поэтому мы постараемся излагать только факты, избегая домыслов. В 1901 году девушка забеременела. Есть сведения о том, что против женитьбы Эйнштейна возражали его родители. Так или иначе, тогда брак не состоялся. Милева отправилась к своим родителям, в доме которых в январе 1902 года родила дочь Лизерль. По некоторым сведениям девочка была удочерена родственниками Милевы. Известно, что вскоре после рождения она сильно заболела. Больше никаких сведений о ней нет. В 1904 году Милева родила сына. Мальчика назвали Ганс. В 1910 году в семье родился еще один сын, Эдуард. Эйнштейн очень любил обоих сыновей. Но в целом его семейная жизнь с Милевой не была счастливой. В 1914 году брак распался. Как мы знаем, «все счастливые семьи счастливы одинаково, все несчастливые семьи несчастливы по-своему». В чем была несчастлива первая семья Эйнштейна и почему этот брак распался, сказать трудно: ученый никогда не любил распространяться по поводу своей личной жизни.

В 1902 году Эйнштейна постигла трагедия: заболел и 10 октября умер его отец. Альберт был к нему очень привязан и испытал настоящее горе и отчаяние. Позже он писал, что смерть отца стала самым большим потрясением в его жизни.

Весной 1902 года, когда Эйнштейн, ожидая назначения, подрабатывал репетиторством, по его объявлению пришел некто Морис Соловин. Соловин изучал философию в Бернском университете, но хотел также иметь представление о точных предметах. Два первых занятия были потрачены на философские споры, после чего Альберт заявил, что подобные беседы интересуют его больше, чем плата за уроки. Дискуссии стали регулярными. Вскоре в них стал принимать участие друг Эйнштейна математик Конрад Габихт. Втроем молодые люди образовали философский кружок, который назвали несколько претенциозно и иронично «Академия Олимпия». На собраниях, которые обычно происходили в квартире у Эйнштейна, обсуждался самый широкий круг вопросов. Членов кружка интересовало все: философия, наука, искусство. Кружок просуществовал недолго: в 1904–1905 годах Габихт и Соловин уехали из Берна. Но собрания «Академии Олимпии» на всю жизнь оставили теплые воспоминания у всех участников. Со своими товарищами по кружку Эйнштейн, в частности, делился первыми научными идеями.

Среди философских трудов, которые обсуждали «олимпийцы», следует особое внимание уделить работам австрийского физика и философа Эрнста Маха, одного из основателей эмпириокритицизма[105]. С его идеями Эйнштейн познакомился еще будучи студентом. В книге «Механика» Мах критиковал механику Ньютона, выступал против его понятий «абсолютного времени» и «абсолютного пространства». Мах критиковал механистический подход к изучению природы. Важными он считал только те данные, которые можно обнаружить чувственно. На подобных взглядах базировался Эйнштейн, создавая теорию относительности. Мах критиковал механику Ньютона философскими методами, а Эйнштейн подорвал ее физическими. Да, научная работа не стояла на месте. В период с 1902 по 1904 год Эйнштейн написал три статьи, посвященные термодинамике. В 1905 году ученый создал несколько работ, благодаря которым мир и узнал его имя.

1905 год. Четыре статьи

Некоторые исследователи по значению в истории физики сравнивают 1905 год с 1665–1666 годами, когда эпидемия чумы заставила Ньютона покинуть Кембридж и поселиться в провинции. В этом году гений Эйнштейна вырвался из тихого кабинета Швейцарского Бюро патентов и начал свое торжественное шествие по страницам научных изданий. Весной 1905 года Эйнштейн в задорном и шуточном стиле писал Конраду Габихту: «Почему Вы до сих пор не прислали мне свою диссертацию? Разве Вам не известно, жалкая Вы личность, что я оказался бы одним из тех полутора чудаков, которые прочтут ее с интересом и удовольствием? Обещаю Вам взамен четыре работы <.> первая из них <.> является весьма революционной.»

Итак, в 1905 году Эйнштейн опубликовал несколько статей. Три из них без преувеличения можно назвать историческими. Между тем начало работы не предвещало триумфа. Работник патентного бюро Альберт Эйнштейн начал. «изобретать велосипед». Его заинтересовало броуновское движение. В то время он не был знаком со статистической физикой, созданной знаменитыми учеными Людвигом Больцманом, Джеймсом Максвеллом и другими. Сказались то ли слабый уровень преподавания в Цюрихском политехникуме, то ли невнимательность и лень нашего героя. Как писал знаменитый физик Макс Борн: «Эйнштейн открыл заново все существенные черты статистической механики». Не углубляясь в подробности, скажем только, что ученый самостоятельно вывел статистические законы движения частиц. При этом он несколько расширил результаты, полученные предшественниками. Свою теорию Эйнштейн изложил в статье «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории». В этой работе он, в частности, сопоставил процесс диффузии и броуновское движение. Его выводы и расчеты позволили проводить количественные исследования теплового движения частиц. Но важность статьи заключалась не только в этом. Целью Эйнштейна было ни много, ни мало доказать справедливость атомистической теории:

«Славной моей целью было найти такие факты, которые возможно надежнее устанавливали бы существование атомов определенной конечной величины. Согласие этих выводов (о статистическом законе броуновского движения, с опытом, а также определенная Планком из закона излучения истинная величина молекул <.> убедили многочисленных тогда скептиков (Оствальд, Мах) в реальности атомов».

Здесь хочется отметить, что упомянутый Оствальд — тот самый лейпцигский профессор, который в свое время оставил без внимания письма Эйнштейна и его отца. К чести обоих ученых нужно сказать, что впоследствии они поддерживали дружеские отношения.

Статья «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории» была третьей из опубликованных Эйнштейном в 1905 году. Но порядок написания статей не отвечал хронологии исследований их автора. Поэтому мы и выбрали такую странную последовательность изложения. Сначала ученый написал статью «Новое определение размеров молекул», которая тесно связана с описанной выше, но сильно уступает ей по значению. Эту работу он подал в Цюрихский университет в качестве докторской диссертации. Диссертация была принята не с первого раза из-за ее незначительных объемов. Но все же в 1905 году Эйнштейн стал доктором философии.

Следующий вопрос, которым занялся ученый — изучение природы света. Этой проблемы мы уже касались, когда речь шла о Ньютоне. Напомним, что существовало два основных взгляда на природу света: корпускулярная и волновая гипотезы. К середине XIX века, усилиями многих ученых, особенно Огюстена Френеля, позиции волновой гипотезы усилились, а вскоре стали настолько крепкими, что в ней уже практически не сомневались. Казалось, оставалось только найти объяснения некоторым аномалиям, которые в нее не укладывались. Знаменитый Генрих Герц говорил: «С нашей, человеческой, точки зрения, волновая теория света — несомненный факт». Но на рубеже веков, в 1900 году, Макс Планк, исследуя световое излучение горячих тел, пришел к важному выводу. Спектр такого излучения может быть объяснен, если предположить, что при тепловом излучении энергия испускается не непрерывно, а дискретно, в виде мельчайших порций. Для определения их величины Планк ввел понятие кванта действия, позже названного постоянной Планка. Такие выводы расходились с положениями классической физики. Но сам Планк был ученым довольно консервативных взглядов. Сделав революционное открытие, он стал искать объяснение в рамках традиционных для его времени научных воззрений. Понимая важность полученных им результатов, Планк продолжал сомневаться в их достоверности. О кванте действия он писал: «… либо фиктивная величина, и тогда весь вывод закона излучения был в принципе ложным и представлял собой всего лишь пустую игру в формулы, лишенную смысла, либо же вывод закона излучения опирается на некую физическую реальность, и тогда квант действия должен приобрести фундаментальное значение в физике и означает собой нечто совершенно новое и неслыханное, что должно произвести переворот в нашем физическом мышлении, основывавшемся со времен Лейбница и Ньютона, открывших дифференциальное исчисление на гипотезе непрерывности всех причинных соотношений».

Эйнштейн же в этом отношении был прямой противоположностью Планка. Авторитетов для него не существовало. 17 марта 1905 года ученый послал в редакцию «Annalen der Physik» статью «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». Это и была та самая «революционная» статья, о которой он писал другу. В начале статьи Эйнштейн указал на то, что ученые с разных позиций рассматривают материю и излучение. Он математически доказал, что такое несоответствие должно привести к непреодолимым противоречиям. Дальше Эйнштейн рассуждал в рамках, казалось бы, странной для его времени рабочей гипотезы корпускулярной природы света. Он высказал мысль о том, что поглощение света происходит такими же порциями, как и, по Планку, его выделение. Дальше следовал вывод: «однородный свет состоит из зерен энергии (световых квантов), <…> несущихся в пустом пространстве со скоростью света». Таким образом ученый ввел понятие фотона — светового кванта. Такой подход позволил объяснить сразу несколько явлений, не укладывавшихся в рамки волновой теории света. С помощью фотонной теории Эйнштейн рассмотрел и объяснил закономерности фотоэффекта — высвобождения электронов под действием света, флуоресценцию, фотоионизацию. 26-летний ученый-аматор фактически создал квантовую теорию света, одну из базовых теорий современной физики. Через 16 лет именно за эту работу Эйнштейн получил Нобелевскую премию.

Ну и, наконец, перейдем к рассказу о четвертой статье 1905 года. 30 июня 1905 года статья «К электродинамике движущихся тел», 30 страниц печатного текста, уже была в редакции «Annalen der Physik». Таким образом, со времени окончания работы «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света» прошло всего три с половиной месяца. Работа «К электродинамике движущихся тел» излагала специальную теорию относительности. Поскольку именно теория относительности принесла Эйнштейну наибольшую известность, остановимся на ней подробнее.

Теория относительности

Приступая к разговору о теории относительности, нам придется сделать небольшой обзор предпосылок ее появления. Со времен Ньютона в науке господствовали представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени. Вот как определял их Ньютон:

«Абсолютное пространство остается в силу своей природы и безотносительно к какому-либо внешнему предмету всегда одинаковым и неподвижным».

«Абсолютное, истинное и математическое время течет само по себе и в силу своей природы равномерно и безотносительно к какому-либо внешнему предмету».

Можно смело сказать, что такая точка зрения вполне отвечает нашим бытовым представлениям о времени и пространстве. Теперь обратимся к другому вопросу, казалось бы, мало связанному с предыдущими утверждениями знаменитого англичанина. Речь вновь пойдет о свете и его природе. Согласно волновой гипотезе, свет представляет собой волны, распространяющиеся в особой среде — световом (светоносном) эфире. Считалось, что эфир проникает во все тела и вещества, но не перемещается вместе с ними.

В 1860-х годах английский физик Джеймс Клерк Максвелл вывел уравнения, описывающие электромагнитные явления в средах и вакууме. Одним из важнейших следствий этих уравнений стала конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Эта конечная скорость оказалась равна приблизительно 300000 км/с, то есть скорости света в вакууме.

Теперь осталось связать эти два представления между собой. Поскольку гипотетический эфир не участвует в движении тел, значит, он находится в состоянии абсолютного покоя, а следовательно, и является олицетворением абсолютного пространства, относительно которого движутся все тела. Значит, и Земля движется относительно эфира. И движется, согласно законам планетарной механики, с большой скоростью. Следовательно, скорость световых волн, движущихся параллельно движению Земли, должна отличаться от скорости световых волн, движущихся перпендикулярно ему. Такой гипотетический эффект назвали «эфирным ветром». Еще в начале XIX века совершались попытки экспериментально обнаружить эфирный ветер. Сделать этого не удалось, как тогда казалось, из-за недостаточного качества приборов. Но в 1888 году американский физик Альберт Майкельсон провел более точный эксперимент и. тоже не обнаружил эффекта эфирного ветра, а точнее, доказал его отсутствие. Ирландец Джон Фитцджеральд, а вслед за ним голландец Хенрик Антон Лоренц попытались спасти гипотезу эфира, предположив, что быстро движущиеся тела уменьшаются в направлении движения. К 1904 году Лоренц, для того чтобы уничтожить противоречия между уравнениями Максвелла и результатами опыта Майкельсона, разработал математический аппарат, позволяющий решить проблему, отталкиваясь от данного предположения. В основе этого решения лежали преобразования системы координат и времени какого-либо события при переходе от одной системы отсчета в другую. Позже эти преобразования были названы по имени их автора. Однако Лоренц не решился опровергнуть закон о сложении перемещений и скоростей, лежащий в основе ньютоновской физики. Поэтому он попытался ввести в свои расчеты силы, вызывающие сокращение быстро движущихся тел.

Теперь вернемся назад, в еще доньютоновские времена. Как мы уже писали, на рубеже XVI–XVII веков Галилео Галилей сформулировал принцип относительности движения. На этот принцип, как на следствие своих законов, указывал и Ньютон. Француз Анри Пуанкаре обобщил этот принцип, распространив его не только на движение, но и на другие физические процессы. Сначала, в 1899 году, Пуанкаре сформулировал принцип относительности в качестве рабочей гипотезы, а затем, в 1904 году, — в качестве предположения. В 1905 году, почти одновременно с Эйнштейном, Пуанкаре отправил в научные журналы две статьи под одинаковым названием «О динамике электрона». В первой из них он исправил ошибку, допущенную Лоренцом, а во второй развил математические следствия принципа относительности. И о Лоренце, и о Пуанкаре часто пишут, что они близко подошли к созданию теории относительности. Но, наверное, правильнее будет сказать, что эти ученые рассматривали свою деятельность, как некое физико-математическое моделирование. Чтобы воспринять теорию относительности как физическую реальность, требовался менее консервативный и более смелый человек. Им и стал Эйнштейн. Писатель Чарлз Перси Сноу в своей книге «Эйнштейн» писал: «...статья излагала специальную теорию относительности, соединявшую в одно целое материю, пространство и время.

В этой статье не было ни цитат, ни ссылок на авторитеты. Да и остальные статьи написаны в такой манере, которая не походила на работы других физиков-теоретиков. В эйнштейновских статьях было мало математических расчетов и много логического анализа. Приводимые в статьях доводы выглядели несокрушимыми, а выводы — совершенно невероятные выводы! — казалось, возникали с величайшей легкостью. К этим выводам он пришел, пользуясь силой и логикой своей мысли, не прислушиваясь к мнению других. Это кажется поразительным, но именно так и создавалась большая часть его трудов.

Можно с уверенностью сказать: пока существует физика, ни у кого больше не хватит сил выступить с тремя такими работами в течение одного года».

Очевидно, что о работах Пуанкаре 1905 года Эйнштейн знать не мог. Не знал он весной 1905 года и о преобразованиях Лоренца. Теперь перейдем к ходу его рассуждений, изложенных в статье «К электродинамике движущихся тел». Для начала он самостоятельно, независимо от Пуанкаре, формулирует специальный принцип относительности. Затем вводит второй постулат: скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости движения его источника (или наблюдателя). Этот постулат вполне отвечает волновым представлениям о свете и подтверждается опытами Майкельсона. Интересно, что, взяв от волновой гипотезы такое утверждение, Эйнштейн тут же отказался от гипотезы светового эфира. Ранее эти гипотезы были неразрывны. Одна статья нашего героя привела к тому, что доминировавшая длительное время гипотеза светоносного эфира сдала свои позиции. Впоследствии некоторые ученые пытались реанимировать ее. Даже в наше время предпринимаются такие попытки, но оправиться от удара, нанесенного Эйнштейном, гипотеза эфира так и не смогла. Затем, основываясь на введенных постулатах, ученый делает целый ряд неожиданных и поразительных выводов. Для начала он расправляется с понятием «абсолютной одновременности». Если бы передаваемые сигналы могли распространяться моментально, то понятие «абсолютная одновременность» для двух событий, происходящих в разных точках пространства, было бы вполне правомерным. Но поскольку максимальная скорость передачи информации ограничивается скоростью света, говорить об «абсолютной одновременности» каких-то событий невозможно. Здесь налицо идеи Маха. Важным является не сам момент события в ньютоновском «абсолютном времени», а момент получения информации о событии.

Дальше Эйнштейн принимается за понятие времени вообще. Он пишет: «Желая описать движение какой-нибудь материальной точки, мы задаем значения ее координат как функций времени. При этом следует иметь в виду, что подобное математическое описание имеет физический смысл только тогда, когда предварительно выяснено, что подразумевается здесь под "временем". Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: "Этот поезд прибывает сюда в 7 часов", — то это означает примерно следующее: "Указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события"».

Но понятие об «абсолютной одновременности» событий разрушено. Следовательно, ньютоновское «абсолютное время», одинаковое во всех точках пространства, также неправомерно. Для каждой системы отсчета существует свое «локальное время». Свои рассуждения Эйнштейн иллюстрирует мысленными физическими экспериментами. (К сожалению, у нас нет возможности рассмотреть их из-за ограниченного объема книги. Популярное изложение мысленных экспериментов, объясняющих теорию относительности, можно найти в научно-популярной литературе.) Дальше — больше. Как пишет Б. Хофман в своей книге «Альберт Эйнштейн: творец и бунтарь»: «Ведь время относится к фундаментальным понятиям, и коренное изменение нашего представления о нем разрушает все здание теоретической физики, как карточный домик. И в этом крахе не уцелеет ничего».

Участь «абсолютной одновременности» и «абсолютного времени» постигает понятия «абсолютного движения», «абсолютного расстояния». Все они теряют смысл. Теперь время, движение, расстояния можно рассматривать только в рамках каждой конкретной инерциальной системы отсчета [106], то есть становятся относительными. Хофман пишет: «И видимо, эту „эпидемию относительности остановить невозможно. Скорость, ускорение, сила, энергия — все эти понятия (и не только они) зависят от времени и расстояния; таким образом, изменилась сама структура физики».

Но если это так, спрашивается, каким образом можно рассматривать в рамках одной инерциальной системы отсчета процессы, происходящие в другой? Для этого Эйнштейн самостоятельно приходит к уравнениям преобразования Лоренца.

Например, формула

показывает, во сколько раз процессы в теле, движущемся со скоростью v относительно некоторой инерциальной системы отсчета, протекают медленнее, чем в данной инерциальной системе. Подобные формулы вводятся для длины и массы. Одним из важнейших достижений Эйнштейна считается то, что он ввел в качестве универсальной постоянной во все основные законы физики скорость света в вакууме, сейчас обозначаемую буквой с. Также необходимо отметить, что в конце статьи ученый благодарит Микеланджело Бессо, своего друга, с которым он познакомился в Цюрихе и который был принят на работу в Бюро патентов по настоянию Альберта: «В заключение я хотел бы сказать, что, работая над исследуемой здесь проблемой, я опирался на преданную помощь моего друга и коллеги М. Бессо и обязан ему несколькими предложениями».

В конце сентября Эйнштейн отправил в «Annalen der Physik» еще одну трехстраничную статью-дополнение «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?». В ней ученый на основании уравнений из своей предыдущей статьи вывел формулу, в которой связывал энергию, выделяемую телом, с изменением его массы:

Формула выведена для выделения энергии в виде света, но Эйнштейн предполагает ее универсальность — независимость от формы выделяемой энергии. Также в этой статье ученый настаивает на том, что любая энергия обладает массой. Только через два года он смог сделать обратный вывод: всякая масса обладает энергией. Энергия и масса эквивалентны. Следующий шаг — знаменитая формула:

Эта формула позволила свести воедино законы сохранения энергии и массы. Свои рассуждения и выводы Эйнштейн опубликовал в 1907 году.

Пожалуй, первым крупным ученым, который оценил значение специальной теории относительности, стал Макс Планк. Летом 1907 года маститый немецкий физик написал 28-летнему работнику Бюро патентов длинное письмо, в котором были следующие строки: «Я, вероятно, отправлюсь в будущем году в горы в окрестностях Берна. Пусть это произойдет еще не скоро, но сама мысль об удовольствии лично с Вами познакомиться делает меня счастливым».

В одной из своих лекций Планк сказал: «Концепция времени Эйнштейна превосходит по смелости все, что до этого было создано в умозрительном естествознании и даже в философской теории познания».

Несмотря на такую поддержку со стороны именитого ученого, идеи Эйнштейна были признаны далеко не всеми учеными и далеко не сразу. Неожиданного единомышленника и последователя Эйнштейн нашел в лице своего бывшего преподавателя Германа Минковского. Интересно, что во время учебы в Цюрихском политехникуме Альберт часто пропускал лекции Минковского, а тот, в свою очередь, считал его лентяем. Но это не помешало преподавателю по достоинству оценить достижения своего нерадивого студента через несколько лет.

После Политехникума Минковский преподавал в Геттингенском университете. В 1909 году этот замечательный человек умер, успев математически развить теорию относительности и разработать ее геометрическую интерпретацию. Он создал понятие

«пространственно-временной континуум», называемое также «миром Минковского». В сентябре 1908 года в докладе перед конгрессом естествоиспытателей в Кельне Минковский, в частности, сказал: «Представления о пространстве и времени, которые я собираюсь развить перед вами, выросли на почве экспериментальной физики. В этом заключается их сила. Они приведут к радикальным следствиям. Отныне пространство само по себе и время само по себе полностью уходят в царство теней, и лишь своего рода союз этих понятий сохраняет самостоятельное существование».

Понять масштаб славы, которая обрушилась на Эйнштейна, поможет такой факт: в наше время 17-й том «Annalen der Physik», в котором были опубликованы три исторические статьи ученого, стал предметом вожделения коллекционеров-библиофилов. Немногие библиотеки, в которых сохранился экземпляр этого издания, обычно хранят его с особой бдительностью. Но популярность и слава пришли позже. Мы же вернемся к событиям 1905–1907 годов, когда идеи Эйнштейна привлекли внимание научного мирового сообщества, но до признания было еще далеко.

Жизнь на чемоданах

1 апреля 1906 года судьба отметила праздничной шуткой: человек, недавно перевернувший всю современную физику, получил повышение по службе, стал техническим экспертом 2-го класса Бюро патентов. Но «светский монастырь» уже не вполне устраивал Эйнштейна. Пока наука была своего рода хобби, Альберту вполне хватало свободного времени для изысканий. Но он осознавал масштабы своих научных исследований и желал продолжать серьезную научную работу. И теперь ежедневная восьмичасовая дань, которую приходилось платить Швейцарскому Бюро патентов, стала слишком обременительной.

В конце 1907 года Эйнштейн попытался получить место приват-доцента по теоретической физике в Бернском университете. Первая попытка оказалась неудачной. Для получения должности нужно было подать конкурсную работу. Ученый выбрал свою статью о теории относительности, но она была отвергнута, в частности, как непонятная. В конце января 1908 года с Эйнштейном связался профессор Цюрихского университета Альфред Клейнер. В 1901 году он отклонил его диссертацию, но теперь был заинтересован в молодом ученом. Клейнер хотел предложить ему место экстраординарного профессора в Цюрихском университете. Но для начала надо было все-таки стать приват-доцентом в Берне.

Во второй раз Эйнштейн подал на конкурс другую, более традиционную статью и благополучно получил место. Приват-доценты не получали жалованья, а довольствовались платой, которую студенты вносили за лекции. На первой лекции Эйнштейна присутствовало всего четыре слушателя, одним из которых был его друг Бессо. Надо сказать, что наш герой не был талантливым лектором, и его занятия поначалу не пользовались популярностью. Поэтому он продолжал работать в Бюро патентов. Но такое положение длилось очень недолго. Весной 1909 года в Цюрихском университете на кафедре теоретической физики была введена должность экстраординарного профессора. Ее и занял Эйнштейн.

В сентябре 1909 года он впервые появился перед ученой аудиторией. Эйнштейн выступил на конгрессе естествоиспытателей, проходившем в Зальцбурге. Доклад назывался «О развитии наших взглядов на сущность и структуру излучения». В нем было все: и квантовая теория, и теория относительности. За год до этого Минковский подготовил прекрасную почву, доступно и понятно изложив теорию относительности геометрически. Теперь выступление Эйнштейна произвело благоприятное впечатление на многих крупных ученых.

Вскоре молодой профессор приступил к чтению лекций. В Цюрихе он не излагал студентам свои революционные идеи, а ограничивался преподаванием классической физики. Постепенно оттачивалось преподавательское мастерство Эйнштейна. Он научился завладевать вниманием аудитории, доступно и просто излагать материал. Слушатели подчеркивали еще одну характерную особенность преподавания Эйнштейна. Он старался не нагружать лекции математическими формулами, большее внимание уделяя физической стороне изучаемых процессов. Сам ученый неоднократно говорил о том, что физический смысл гораздо важнее его математического отображения. Например, в одной из бесед он сказал, что ни один ученый не мыслит формулами, а уже в 1950 году написал: «Существует поразительная возможность овладеть предметом математически, не поняв существа дела».

Преподавание в Цюрихе длилось недолго. В 1911 году Эйнштейну предложили занять должность штатного профессора Немецкого университета в Праге. До 1895 года ректором университета был Эрнст Мах. Теперь же его ученики с большим энтузиазмом встретили теорию относительности Эйнштейна, так хорошо подтверждавшую философские взгляды их учителя. Поэтому они и решили оказать высокую честь 32-летнему ученому, пригласив его на должность ординарного (штатного) профессора. Перед этим руководство университета обратилось за рекомендацией к Планку, который среди прочего написал: «Если теория Эйнштейна окажется справедливой, как я и ожидаю, ее автор станет Коперником XX века».

Со вступлением Эйнштейна в должность связана еще одна интересная история. По установленным правилам, вступающий в должность должен был объявить о своем вероисповедании. Император Франц-Иосиф, который лично утверждал кандидатуры профессоров, считал, что если ученый не исповедует какую-либо из официальных религий, он не может приносить клятву. В начале своей сознательной жизни Эйнштейн придерживался атеистических взглядов, а затем верил «.в Бога Спинозы, который являет себя в гармонии сущего, но не в Бога, который возится с поступками людей». Теперь ученый стал перед необходимостью назвать какую-то религию. В Австро-Венгрии был сильно распространен антисемитизм. Эйнштейн объявил себя последователем иудаизма, в знак протеста, лишний раз напомнив о своем происхождении.

Между тем его слава росла. Филипп Франк, биограф Эйнштейна и его преемник на посту профессора в Пражском университете, писал: «Когда Эйнштейн прибыл в Прагу, он походил скорее на итальянского виртуоза, чем на немецкого профессора, тем более что был женат на южной славянке. Он явно не укладывался в стереотип рядового профессора Немецкого университета в Праге. Поскольку ему предшествовала слава не обычного физика, а, несмотря на его молодость, незаурядного гения, все стремились увидеть его и поближе с ним познакомиться».

О вступительной лекции молодого ученого один из очевидцев писал: «Эйнштейн завоевал сердца исключительно простой манерой держаться на кафедре. Он говорил живо и ясно, без всякой напыщенности, чрезвычайно естественно и порой с оживляющим аудиторию юмором. Многие слушатели были, вероятно, удивлены, что теория относительности настолько проста».

В июне 1911 года Эйнштейн участвовал в первом Сольвеевском конгрессе[107] в Брюсселе. На конференцию был приглашен только 21 ученый — наш герой попал в научную элиту. Задачей конгресса было вывести физику из кризиса, к которому привела теория квантов Эйнштейна и Планка. На конгрессе Эйнштейн завел знакомства со многими знаменитыми учеными. Далеко не всех именитых коллег ему удалось убедить в своей правоте. О конгрессе Эйнштейн писал: «Лоренц председательствовал с несравненным тактом и невероятной виртуозностью. Он одинаково хорошо говорит на трех языках и обладает необычайной научной проницательностью. После многолетних усилий мне удалось убедить Планка в основном согласиться с моими мировоззрениями. Он исключительно честный человек, скорее думающий о других, чем о себе <.> В Брюсселе было исключительно интересно <.> Лоренц — это чудо интеллигентности и такта, живое произведение искусства!.. Пуанкаре занял позицию огульного отрицания (теории относительности) и вообще проявил недостаточное понимание новой ситуации, Планк — в плену заведомо ложных предпосылок <…> но никому ничего не известно. В целом все это было бы наслаждением для дьявольских отцов-иезуитов».

Несмотря на неоднократные перемены в жизни, на необходимость переезжать, устраиваться на новых местах, приспосабливаться к новым условиям работы, Эйнштейн продолжал научную деятельность. В 1911 году он опубликовал статью «О влиянии тяготения на распространение света». Ученый вплотную приступил к исследованиям гравитации, которые еще долго занимали его внимание.

Эйнштейну не сиделось на месте. Вскоре он получил несколько заманчивых предложений от разных учебных заведений Европы. Однако друзья, оставшиеся в Швейцарии, искали возможность вернуть его в Цюрих. Вскоре в Политехникуме специально для Эйнштейна была создана кафедра математической физики. Получив предложение возглавить ее, ученый с радостью согласился: Швейцария уже давно заняла прочное место в его сердце. Проведя в Немецком университете Праги три семестра, он вернулся в Цюрих.

В Цюрихе работал и Марсель Гроссман. Закадычные друзья стали сотрудничать. Гроссман считал, что дальнейшее развитие теории относительности требует специальных математических методов. Друзья разработали такие методы и вместе приступили к дальнейшему развитию теории. Результатом их совместной деятельности стала статья «Набросок обобщенной теории относительности и теории гравитации». Это был важный этап в разработке общей теории относительности. Об этой работе Эйнштейн писал Маху: «В эти дни Вы, наверное, уже получили мою новую работу об относительности и гравитации, которая, наконец, была завершена после бесконечных усилий и мучительных сомнений. В будущем году во время солнечного затмения должно выясниться, искривляются ли световые лучи вблизи Солнца, другими словами, действительно ли подтверждается основное фундаментальное предположение об эквивалентности ускорения системы отсчета, с одной стороны, и полем тяготения, с другой».

Солнечное затмение, о котором писал Эйнштейн, состоялось 8 августа 1914 года (по старому стилю). Немецкая экспедиция, которая должна была фотографировать затмение с территории Российской империи, по понятным причинам не состоялась. Практическое подтверждение гравитационной теории Эйнштейна, или общей теории относительности, было получено только в 1919 году. О подробностях мы расскажем ниже.

И в Цюрихе Эйнштейн задержался ненадолго. Летом 1913 года он получил предложение стать членом Берлинской академии наук. Приведем некоторые выдержки из рекомендации в министерство образования Германии, составленной Планком и еще несколькими именитыми немецкими учеными:

«Нижеподписавшиеся полностью отдают себе отчет в том, что их предложение — избрать в действительные члены академии столь молодого по возрасту ученого — является необычным. Однако они полагают, что оно не только оправдано необычными обстоятельствами, но и что интересы самой Академии прямо требуют использовать представляющуюся возможность включить в ее ряды такой исключительный талант. И хотя они, естественно, не могут поручиться за будущее, они все же с полной убежденностью утверждают, что уже имеющиеся на сегодня научные достижения кандидата <.> полностью оправдывают его избрание в высшее научное учреждение страны. Они также уверены, что выступление Эйнштейна в Берлинскую академию наук будет расценено физиками всего мира как особенно ценное приобретение для академии».

Кроме похвалы, которой удостоился наш герой, мы видим, что на него возлагались и большие надежды. И Эйнштейн это понимал. Одному из своих друзей он в это время сказал: «Берлинские господа спекулируют на мне, как если бы я был курицей-несушкой, получившей медаль на выставке; но я не уверен, смогу ли еще нести яйца».

В рекомендации содержались и такие слова: «В своих умозрительных построениях он иногда, возможно, заходит слишком далеко, как, например, в своей гипотезе световых квантов, однако это не следует чересчур строго вменять ему в вину, так как, не идя на риск, нельзя внести существенно нового вклада даже в точное естествознание».

Этот документ и Брюссельский конгресс отчетливо показывают, что даже «соавторы» открытий Эйнштейна сомневались в их достоверности. Пуанкаре не признавал теорию относительности, а Планк продолжал сомневаться в реальности квантов света.

Условия, которые предлагались Эйнштейну в Берлине, были просто великолепными. Высокое жалованье, звание профессора, отсутствие обязательной преподавательской нагрузки, наконец, пост директора специально созданного научно-исследовательского института при «Обществе содействия наукам имени императора Вильгельма» — все это было очень соблазнительно, обещало материальное благополучие, прекрасные условия и много свободного времени для исследований. Несмотря на дурные воспоминания детства и недоверие к немецкому милитаризму, Эйнштейн решил отправиться в Германию. В июле 1913 года он был избран членом Берлинской академии наук. В ноябре избрание было утверждено. В начале апреля 1914 года ученый прибыл в Берлин. 19 июля (по старому стилю) Германия вступила в Первую мировую войну, ставшую самой кровопролитной из всех, случавшихся до того.

В Германии. Война. Общая теория относительности

Вступив в войну, Германия была вынуждена воевать на два фронта: против России на востоке и против Франции на западе. В таких условиях немецкие военачальники могли полагаться только на стратегию блицкрига — молниеносной войны. В своем стремлении как можно быстрее атаковать французов, немцы нарушили нейтралитет Бельгии. Мировая общественность восприняла эти действия крайне негативно. Да и среди немцев вторжение в Бельгию было расценено не однозначно. Для оправдания своих действий Германия должна была ввести некие идейные обоснования. С этой целью был составлен манифест «К культурному миру», в котором действия германских военачальников изображались как попытка спасти немецкую культуру. Между тем, после начала войны патриотизм многих ученых и деятелей культуры обоих враждующих сторон приобрел шовинистическую форму. Под манифестом поставили свои подписи 93 известных представителя германской интеллигенции, например Макс Планк и Вильгельм Рентген. К нашему герою, как к гражданину Швейцарии, составители манифеста не обращались. Но можно уверенно говорить, что пацифист Эйнштейн не подписал бы подобный документ. Более того, он, вместе с физиологом Георгом Николаи, составил ответное «Воззвания к европейцам». Оно призывало ученых объединить усилия и использовать свой авторитет для прекращения войны. Но всего 4 человека нашли в себе мужество подписать «Воззвание к европейцам», поэтому авторы отказались от его опубликования.

Эйнштейн продолжал миротворческую деятельность. Он был одним из создателей антивоенного «Союза нового отечества», состоял в переписке со многими миротворцами других стран, например с Роменом Ролланом; писал статьи, в которых высказывал пацифистские идеи и призывал к прекращению войны. Вот цитата из письма Ромену Роллану, написанного в марте 1915 года: «Даже ученые в различных странах ведут себя так, как будто у них восемь месяцев назад ампутировали большие полушария головного мозга».

В своей статье «Интернационал науки», опубликованной вскоре после войны, Эйнштейн писал: «Когда во время войны национальное и политическое ослепление достигло своего апогея, Эмиль Фишер[108] выразительно отчеканил на одном из собраний академии такую фразу: «Вы ничего не можете поделать, господа, наука была и остается интернациональной». Крупные ученые всегда осознавали и остро чувствовали это, хотя такая позиция и приводила их в периоды политических осложнений к изоляции в среде коллег более мелкого калибра. В течение последней войны это большинство предало во всех лагерях вверенное ей святое достояние».

Интересно, что в свое время Фишер, в числе многих других, подписал манифест «К культурному миру». По всей видимости, отказаться от подписания манифеста было небезопасно.

На фоне трагедий войны личные неприятности, конечно, меркнут. Но наша книга биографическая, поэтому нужно сказать несколько слов о семейной жизни Эйнштейна. Милева переехала в Берлин вместе с мужем, но уже через три месяца вместе с детьми вернулась в Цюрих. Брак распался. Задержка была только за официальной стороной дела. После развода, который был официально оформлен в 1919 году, сыновья остались с Милевой. Эйнштейн взял на себя расходы по содержанию бывшей жены и детей. Интересно, что он также пообещал отдать ей будущую Нобелевскую премию: ее получение Альберт и Милева считали только делом времени.

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.

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».

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.

В 1928 году, во время визита в Швейцарию, у Эйнштейна случился сердечный приступ. Его перевезли в Берлин. Здоровье восстанавливалось медленно, ученый несколько месяцев провел в постели. Через год большие неудобства доставил Эйнштейну 50-летний юбилей. Он не любил торжеств и пытался скрыться от навязчивых поздравлений и знаков внимания.

Вскоре муниципалитет Берлина решил сделать широкий жест и подарить знаменитому ученому участок земли и дом под Берлином. Но натолкнулся на неожиданные препятствия бюрократического толка. В конце концов Эйнштейну предложили самому выбрать подходящее место. Опять начались проволочки, которые неожиданно вылились в очередную кампанию антисемитской травли. Однако ученый уже вложил в покупку участка собственные средства. И хотя эта сумма была для Эйнштейна чрезмерной, он не жалел. Его привлекала жизнь в сельской местности. К сожалению, насладиться жизнью на природе он так и не смог. В 1933 году к власти в Германии пришли нацисты. Еще раньше, понимая к чему идет дело, Эйнштейн начал вести переговоры о том, чтобы стать профессором Принстонского университета. Предложения от Принстонского университета Эйнштейн получал еще в 1927 году, но тогда он отказался переехать в Америку. Когда к власти в Германии пришел Гитлер, ученый находился в США. На родину он решил не возвращаться, сделав в связи с этим резкое публичное заявление. Весной 1933 года Эйнштейн также заявил о выходе из составов Берлинской и Баварской академий. Попытка ученого отказаться от немецкого гражданства закончилась трагикомической неудачей — германские власти сами лишили Эйнштейна подданства.

В США

Перед тем как поселиться в США, ученый побывал в Бельгии, где его, по приказу короля, круглосуточно охраняли. В это время в Германии конфисковали банковские счета Эйнштейна и его жены, книги ученого стали одной из первых жертв печально знаменитых нацистских костров. Лето и осень 1933 года Эйнштейн провел в Англии, а 17 октября прибыл в США. Приезд ученого вновь вызвал большой общественный резонанс и отмечался как торжественное событие. Эйнштейн дважды встречался с президентом Рузвельтом.

В Принстоне ученый стал профессором недавно созданного Института фундаментальных исследований. Здесь он продолжил заниматься разработкой общей теории поля. Этой проблемой Эйнштейн интересовался до самой смерти. К 1949 году он создал относительно целостный вариант этой теории, который, впрочем, не был признан его коллегами. Надо сказать, что и сам Эйнштейн говорил о своей теории как о незавершенной.

В 1936 году умерла Эльза. Потрясенный горем ученый отказался прервать работу в институте, утверждая, что сейчас нуждается в ней как никогда. В 1938 году в соавторстве со своим сотрудником Леопольдом Инфельдом Эйнштейн написал научно-популярную книгу «Эволюция физики». В 1939 году, незадолго до начала Второй мировой войны, он участвовал в составлении письма Рузвельту, в котором предупреждал о возможности создания фашистской Германией сверхмощных бомб, основанных на энергии урана. Несколько поступившись своими пацифистскими принципами, Эйнштейн советовал начать подобные разработки и в США. Вскоре началась бешеная гонка за военное ядерное первенство.

Многие европейские ученые бежали из Германии и оккупированных ею стран. В 1943 году Нильс Бор был вынужден тайно покинуть территорию захваченной немецкими войсками Дании. Ученого везли в бомболюке самолета, пилоту которого был отдан приказ избавиться от «груза», если немецкие перехватчики попытаются посадить самолет на оккупированной территории. Усилиями американских ученых и ученых-иммигрантов военная ядерная программа США вскоре вышла на финишную прямую, оставив преследователей далеко позади. Стало понятно, что никакой ядерной угрозы со стороны Германии и ее союзников нет. Эйнштейн и его коллеги предпринимали попытки предотвратить применение нового оружия невиданной силы. Так, для того чтобы собрать деньги на антивоенные нужды, Эйнштейн согласился подарить две свои статьи. Но рукописи ученый не хранил, и пришлось заново переписать статью под диктовку. В тяжелый даже для США 1944 год одна из рукописей была продана с аукциона за 6 миллионов долларов.

Но, к сожалению, ученым, которые смогли создать бомбу, не удалось убедить американских военных в том, что нет смысла ее применять. 6 и 9 августа бомбы «Малыш» и «Толстяк» упали на японские города Хиросиму и Нагасаки. Эйнштейн узнал о первой сброшенной бомбе от своего секретаря. «Ой вей» — крик отчаяния вырвался из груди убежденного пацифиста, ставшего одним из невольных виновников трагедии. Хотя сейчас совершенно очевидно, что письмо Эйнштейна Рузвельту не стало непосредственной причиной создания атомной бомбы, да и едва ли сильно ускорило его, ученый глубоко сожалел о том, что в свое время написал его. До конца своих дней он в меру сил занимался антивоенной деятельностью и, в частности, активно выступал против изготовления и применения атомного оружия, против разворачивания холодной войны.

В 1948 году на карте появилось новое самостоятельное государство Израиль. В 1952 году Эйнштейн получил неожиданное предложение занять пост президента Израиля. Конечно же, ученый ответил на него вежливым отказом.

В последние годы жизни Эйнштейн много болел. В апреле 1955 года состояние ученого резко ухудшилось. Его поместили в больницу. Как только наступило улучшение, Эйнштейн потребовал бумагу и очки и продолжил работу над неоконченной рукописью. Но улучшение оказалось временным. Ночью 18 апреля Эйнштейн умер от аневризмы аорты. Незадолго до смерти он писал: «Думать со страхом о конце жизни, в общем-то, свойственно человеку. Это одно их тех средств, которое использует природа для сохранения жизни видов. Если подойти к этому рационально, то страх перед смертью оказывается наиболее иррациональным изо всех страхов, ибо тот, кто умер, или тот, кто еще не родился, ничем не рискует. Короче, страх перед смертью — глупость, но он существует, и с этим ничего не поделаешь».

Но сам Эйнштейн в последние часы жизни не испытывал страха. Его приемная дочь Марго писала: «Он говорил с глубоким спокойствием — даже с легким юмором — о лечивших его врачах и ждал своего конца как неизбежного естественного события. Насколько бесстрашным он был в жизни, настолько тихо и смиренно встретил смерть. Этот мир он покинул без сентиментальностей и без сожалений».

По воле Эйнштейна никаких погребальных церемоний не было. В присутствии близких родственников и друзей его тело было сожжено, а место захоронения праха оставлено в тайне (по другим сведениям, прах был развеян по ветру). Ученому была неприятна мысль о том, что его могила может стать местом поклонения или достопримечательностью.