Страница:
Кумиром буржуазии был Вальтер Нернст - один из самых крупных химиков XX в., человек поразительной активности и энергии, организатор но самой природе и вместе с тем глубокий и оригинальный мыслитель.
Планк и Нернст приехали к Эйнштейну в Цюрих со следующим предложением. Эйнштейн назначается директором Института кайзера Вильгельма. Его избирают в Прусскую Академию наук. Он становится профессором Берлинского университета и читает лекции в минимальном объеме, который он сам определит. Если Эйнштейн пожелает, он может принять участие в работе других институтов и корпораций. Но никаких обязательств на него не накладывают, он может разрабатывать любые проблемы.
Эйнштейн понимал, что согласие позволит ему сразу же целиком уйти в те размышления, которые в это время были направлены на обобщение теории относительности. Кроме того, в Берлине были выдающиеся физики и математики. В разговоре с Нернстом и Планком он услышал и этот аргумент. Когда речь зашла о теории относительности, Эйнштейн заметил, что, по мнению Ланжевена, в мире всего двенадцать человек понимают смысл теории. Из этих двенадцати восемь находятся в Берлине, ответил Нернст. Но все же Эйнштейн колебался. Ему не хотелось покидать мирную и терпимую атмосферу Цюриха и столкнуться с воинственной, чванной и нелояльной атмосферой Берлина. А столкнуться придется, несмотря на изолирующую академическую среду, - это Эйнштейн понимал хорошо.
Разговор окончился согласием Эйнштейна, но не окончательным. Эйнштейн попросил немного времени, чтобы подумать. Характерная для Эйнштейна постоянная игра (такая далекая от гелертерской респектабельности): Нернст и Планк должны были приехать снова в Цюрих; если Эйнштейн, встречая их на вокзале, будет держать в руках букет из красных цветов, значит он согласен переехать в Берлин. Белые цветы означали бы отказ.
164
Когда Нернст и Планк вновь оказались на перроне цюрихского вокзала, Эйнштейн встретил их с красными цветами.
Милева осталась в Цюрихе. Разрыв уже назрел, и, уезжая в Берлин, Эйнштейн оставил семью окончательно.
В Берлине основной формой научного общения Эйнштейна с новой средой стал еженедельный физический семинар. Он существовал все годы пребывания Эйнштейна в Берлине. На семинар приходили, кроме Эйнштейна, физики, ставшие его друзьями. Кроме Нернста и Планка, здесь бывал Макс Лауэ, открывший в 1912 г. вместе со своими учениками дифракцию рентгеновских лучей - одну из самых важных экспериментальных основ новых представлений о структуре вещества. Лауэ принадлежали и серьезные теоретические работы, в частности систематическое и глубокое изложение теории относительности. Семинар посещали известные физики Густав Герц, Франк, позднее Шредингер. Слава последнего была впереди, с его именем мы вскоре встретимся при изложении созданных в 1924-1926 гг. основ квантовой механики. На семинаре одно время бывала Лиза Мейтнер; ее имя прогремело в конце тридцатых годов в связи с открытием деления урана.
Все участники семинара сохранили о нем светлое воспоминание, и в этих воспоминаниях выделялась фигура Эйнштейна. Дело было не только в том, что на собраниях семинара из его уст исходили самые глубокие идеи, которые когда-либо приходилось слышать. Непринужденная и задушевная манера Эйнштейна, легкость, с которой он входил в круг идей своих товарищей, задавали тон на семинаре (это была высшая лояльность и высшая научная отзывчивость, но она была прерогативой гения). Но на официальные заседания, в частности на собрания Прусской Академии наук, новый академик почти не ходил. Он рассказывал - и здесь его юмор терял обычную незлобивость - об этих заседаниях, где дискуссии по специальным и частным вопросам ведутся в присутствии спящих, но сохраняющих достойный и значительный вид коллег, о неожиданном подъеме интереса, когда решаются вопросы, не относящиеся к науке и дающие повод для темпераментных выступлений ученых, которые многим обязаны науке, но которым наука не обязана ничем [1].
165
Раздражали Эйнштейна и требования профессорского этикета. В мае 1914 г. он писал в Цюрих Гурвицу:
"Жизнь здесь вопреки ожиданиям налаживается неплохо; мой душевный покой нарушают только тем, что меня муштруют в смысле всякой чепухи, например одежды, в которую я должен облечься, иначе некие дяденьки причислят меня к отбросам общества" [2].
Первое время жизнь Эйнштейна в Берлине была сравнительно спокойной. Он приобретал все новых друзей и пока не замечал врагов. Сознание его было поглощено проблемой относительности ускоренных движений, проблемой тяготения, проблемой зависимости геометрических свойств пространства от происходящих в пространстве событий. Об этом он думал всегда. Филипп Франк вспоминает, как однажды, приехав в Берлин, он условился с Эйнштейном вместе посетить астрономическую обсерваторию в Потсдаме. Они решили встретиться в назначенное время на одном из мостов. Франк, у которого было много дел, беспокоился, что не сможет оказаться точным. "Ничего, я подожду на мосту", - сказал Эйнштейн. "Но ведь это отнимает ваше время". "Нисколько! Свою работу я могу делать, где угодно. Разве я меньше способен обдумывать свои проблемы на мосту, чем дома?" Его мысли, продолжает Франк, были подобны потоку. Любой отвлекающий разговор был подобен небольшому камню в могучей реке, неспособному повлиять на ее течение [3]. Поэтому постоянная и крайне целеустремленная работа мысли не мешала проявляться природной общительности Эйнштейна.
1 Frank, 109.
2 Seelig, 247.
3 Frank, 118-119.
Иногда эта общительность приводила к неожиданному афронту. Однажды Эйнштейн узнал, что его берлинский коллега, специалист по психологии, профессор Штумпф интересуется ощущениями и представлениями, связанными с пространством. Соблюдение этикета здесь могло совпасть с интересной беседой, и Эйнштейн отправился с утренним визитом. Встретившая его горничная сказала,
166
что господин тайный советник ушел, и спросила, что нужно передать. "Ничего, я зайду днем, а пока прогуляюсь по парку". В два часа дня он снова зашел и смущенная горничная сообщила, что Herr Geheimrat лег отдохнуть после завтрака, так как Эйнштейн не предупредил его о своем визите. "Ну, что ж, я приду позже". После второй прогулки Эйнштейн вернулся к четырем часам дня. На этот раз тайный советник был дома, и Эйнштейн заметил горничной: "Вот видите, в конце концов терпение и настойчивость всегда вознаграждаются". Супруги Штумпф были крайне польщены визитом и собрались повести приличествующий разговор. Но Эйнштейн принялся говорить о понятии пространства. Бедняга Штумпф, не обладавший физической и математической подготовкой, ровно ничего не понял и не мог вставить в беседу ни одного слова. Минут через сорок Эйнштейн обнаружил, что ведет беседу с самим собой, а визит затянулся дольше, чем было положено. Он быстро ретировался.
Подобные случаи, разумеется, не нарушали душевного мира Эйнштейна. С отсутствием интереса и понимания он сталкивался и в профессионально близкой среде. Что его тревожило - так это люди, которые казались созданными для выполнения любых намерений агрессивного государства. Эйнштейн помнил по Мюнхену этих верноподданных империи. Теперь, по его признанию, он пугался "холодных блондинов, чуждых понимания и не допускающих сомнений". Приближались события, позволившие "холодным блондинам" выйти на авансцену. Через полгода после приезда Эйнштейна в Берлин началась война.
В "Mein Weltbild" Эйнштейн написал о своем отношении к войне и милитаризму.
"Я глубоко презираю тех, кто может с удовольствием маршировать в строю под музыку, эти люди получили мозги по ошибке - им хватило бы и спинного мозга. Нужно, чтобы исчез этот позор цивилизации. Командный героизм, пути оглупления, отвратительный дух национализма - как я ненавижу все это. Какой гнусной и презренной представляется мне война. Я бы скорее дал разрезать себя на куски, чем участвовать в таком подлом деле. Вопреки всему я верю в человечество и убеждеп: все эти призраки исчезли бы давно, если бы школа и пресса не извращали здравый смысл народов в интересах политического и делового мира" [4].
167
В июле 1914 г. улицы Берлина заполнились марширующими шеренгами, а тротуары - толпами восторженных поклонников кайзера и армии. Эйнштейн вскоре узнал о проявлениях шовинизма и в других странах. В августе он писал Эренфесту:
"В обезумевшей Европе творится нечто невероятное. Такое время показывает, к какой жалкой породе животных мы принадлежим. Я тихо продолжаю мирные исследования и размышления, но охвачен жалостью и отвращением" [5].
В начале декабря - новое письмо Эренфесту, полное гнева и возросшего отвращения к националистическому вырождению и войне. "Международная катастрофа тяжелым грузом легла на меня как на интернационалиста. Живешь в "великую эпоху" и с трудом примиряешься с фактом своей принадлежности к отвратительной разновидности животных, гордящейся своей якобы свободной волей".
Одновременно - письмо Лоренцу о поддержке коп-тактов между учеными воюющих стран. В конце письма строки: "Если контакты будут сорваны, это будет означать, что людям необходима идиотская фикция, побуждающая их к взаимной ненависти. В свое время это была религия, теперь - государство" [6].
4 Comment je vois le monde, 12.
5 Einstein on peace. Ed. by Otto Nathan and Heinz Norden. Pref. by Bertran Russel. Simon Schuster. New York, 19G0, p. 36-37. Далее обозначается: Einstein on peace, с указанием страницы.
6 Einstein on peace, 11.
С началом войны сторонники революционного интернационализма ушли в подполье. Эйнштейн ощущал какой-то тягостный кошмар. В окружающей его академической среде внезапно раскрылись черты зоологического шовинизма. Люди, которые еще недавно казались ему безобидными филистерами с мирными наклонностями и искренним уважением к мировой культуре, теперь упивались звуками военного марша, криками об уничтожении России, Франции, Англии, с восторгом сообщали друг другу о гибели тысяч людей. Тупые и злобные статьи и брошюры об исторической миссии Германии вытеснили
168
с их столов Лессинга и Шиллера. Оствальд говорил о подчинении Европы империи Гогенцоллернов как о величайшей задаче мировой истории и подписал обращение немецких ученых, проникнутое отвратительным пангерманизмом. Другие - и среди них Планк - ходили растерянные и повторяли с чужого голоса разговоры о "законных требованиях" Германии. Эйнштейн больше не мог, как раньше, свободно и сердечно общаться с коллегами. Не мог он и замкнуться и целиком отдаться физическим проблемам. Вокруг него, за вычетом нескольких ближайших друзей, не было единомышленников, сохранивших верность свободе и интернациональной солидарности. Деятельность революционных групп, выступавших против империалистической войны, не доходила непосредственно до Эйнштейна, но вскоре он нашел единомышленников в лице Ромена Роллана и группировавшихся вокруг Роллана ученых и писателей.
В марте 1915 г. Эйнштейн написал Роллану письмо, в котором предоставил себя в распоряжение созданной Ролланом антивоенной организации "Новое отечество". Он писал, что в Европе после трех столетий напряженной культурной работы религиозное безумие сменилось националистическим. Эйнштейн говорил об ученых, которые ведут себя так, будто у них ампутировали головной мозг. Замена разума зоологическими инстинктами у ученых была для апостола рационализма трагической катастрофой европейской интеллигенции.
Осенью 1915 г. Эйнштейн вырвался в Швейцарию, где жила Милева Марич и его дети, с которыми Эйнштейн хотел повидаться. Вместе со своим цюрихским другом Цангером он посетил жившего тогда в Швейцарии в Вевс Ромена Роллана. Эта встреча позволила Эйнштейну узнать, что во всех воюющих государствах существуют группы противников войны. Беседа с Ролланом произвела на него сильное впечатление. Эйнштейн почувствовал себя участником интернационального содружества, противостоявшего шовинистическому угару.
Ромен Роллан записал в своем дневнике:
"После обеда мы все время сидели на террасе отеля, выходящей в сад, где рои пчел вились над медоносным цветущим плющом. Эйнштейн еще молод, невысокого роста, лицо у него крупное и длинное. Волосы густые, слегка вьющиеся, сухие, очень черные, с проседью. Лоб
169
высокий, рот очень маленький, нос несколько большой и толстозатый, губы пухлые. Усы коротко подстрижены, щеки полные. Он говорит по-французски, подчас затрудняясь и вставляя немецкие слова. Эйнштейн очень живой, очень часто смеется. Порой излагает самые глубокие мысли в юмористической форме. Эйнштейн свободно излагает свои мысли о Германии своем втором или даже первом отечестве. Ни один другой немец не говорил бы так свободно. И каждый на его месте страдал бы от духовной изоляции в течение этого ужасного года. Но Эйнштейн - нет. Он смеется. Он нашел способ продолжать научную деятельность. Речь идет о знаменитой теории относительности, о которой я не имел представления, а Эйнштейн о ней не упоминал. Но Цангер сказал мне на ухо: "Это величайшая со времен Ньютона духовная революция". Я спросил Эйнштейна, делится ли он своими мыслями с немецкими друзьями. Он ответил, что избегает этого и склонен пользоваться сократовским методом последовательных вопросов, приводящих к идейной встряске собеседников. "Но людям это не очень нравится", - добавил Эйнштейн" [7].
7 Seelig, 250-251.
Впоследствии, в 1926 г., когда отмечалось 60-летие Ромена Роллана, Эйнштейн писал о встрече в 1915 г.:
"Один-единственный раз я видел Вас своими глазами; Вы были тогда под свежим впечатлением разразившейся европейской катастрофы: одинокий мечтатель среди разъяренной толпы, понимающий происходящее, страдающий с людьми, страдающий из-за невозможности раскрыть им глаза и избавить их от горя. Вас никогда не удовлетворяло воздействие Вашего высокого искусства на избранные умы. Вы стремились помочь всем человеческим существам, которые испытывают так много страданий от того, что создано самими людьми. Темные страсти толкнули грубые, подчипепные государствам толпы к взаимному истреблению. Ослепленные, эти толпы бросаются друг на друга, мучают друг друга и делают это в общем без внутренних сомнений. Но есть люди - их немного, - которые не увлечены грубыми чувствами толпы, не подвержены грубым страстям и крепко держатся за идеал человеческой любви. Они несут тяжелый крест. Этих людей изгоняют из их среды, обращаются с ними как с
170
отверженными, если они не присоединяются к тому, против чего возмущается их сознание, и не будут трусливо молчать о том, что видят и чувствуют. Вы, высокочтимый мэтр, никогда не молчали. Вы страдали, боролись, и Ваша великая душа утешала людей. В это время, столь постыдное для нас, европейцев, стало очевидным, что мощь познающей мысли не защищает от малодушия и варварских чувств. Я верю, что благородные убеждения людей вырастают в академиях и в университетах не в большей степени, чем в мастерских, в среде рабочих - неизвестных, молчаливых людей из народа. Сегодня Вас приветствует содружество тех, для кого Вы являетесь сияющим идеалом, содружество одиноких людей, обладающих иммунитетом против эпидемий ненависти и стремящихся к прекращению войн как к первой задаче морального выздоровления человечества..." [8]
8 Seelig, 352-353.
Письмо показывает, как глубоко запечатлелись в душе Эйнштейна наблюдения и настроения 1915 г.: культивировавшееся моральное озверение, надежда на "рабочих - неизвестных, молчаливых людей из народа", позиция академической среды, интеллектуальный уровень которой не мог помешать малодушию, расовым предрассудкам и угару шовинизма.
Растлевающее влияние последнего все больше сказывалось в окружавших Эйнштейна академических кругах. Эйнштейн прочитал письмо группы немецких физиков, в котором рекомендовалось не ссылаться на работы английских ученых, превозносилась глубина немецкой науки по сравнению с поверхностными теориями англичан и французов. Подобные эксцессы пангерманизма заставляли Эйнштейна искать общества людей, сохранивших разум и совесть. Он все чаще ходил к своему двоюродному дяде Рудольфу Эйнштейну, жившему в Берлине с дочерью Эльзой. Эльза, которую Эйнштейн знал с детства, развелась с мужем и вместе с двумя дочерьми поселилась в Берлине у отца. Это была очень привлекательная, еще молодая женщина с мягкими манерами, с большим юмором и множеством черт и склонностей, общих для нее и для Эйнштейна. Позже, в 1919 г., Эйнштейн, получив развод, женился на Эльзе.
171
Наступил 1917 год. Осенью великие исторические события поставили перед многими учеными вопросы, которых раньше они не задавали себе: с кем они, как они относятся к новому общественному строю, как они представляют себе будущее человечества?
В среде европейской интеллигенции происходило политическое размежевание, все становилось отчетливым, исторический момент требовал ясной позиции. Для Эйнштейна не было вопроса, принять или не принять Октябрьскую революцию. Он увидел в ней начало преобразования общества на основе разума и пауки. Эйнштейн говорил о Ленине: "Люди этого типа хранители и реставраторы совести человечества" [9].
9 Seelig, 319.
Общая теория относительности
В 1919 г. девятилетний сын Эйнштейна Эдуард спросил отца "Папа, почему, собственно, ты так знаменит?" Эйнштейн рассмеялся, потом серьезно объяснил: "Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут, мне же посчастливилось заметить это".
Л. Инфелъд
Внутренний и основной поток деятельности Эйнштейна и основное содержание его жизни после появления специальной теории относительности заключались в поисках более общей теории. Как мы видели, Эйнштейн считал искусственным выделение равномерно и прямолинейно движущихся систем из числа других систем. В равномерно и прямолинейно движущихся системах механические процессы происходят единообразно и не зависят от движения системы. В системах, движущихся с ускорением, механические процессы происходят неединообразно, они зависят от ускорения, ускорение вызывает в этих системах силы инерции, которые нельзя объяснить взаимодействием сил и которые свидетельствуют о движении системы, придавая этому движению абсолютный характер. Поэтому принцип относительности Галилея - Ньютона применим только к системам, движущимся прямолинейно и равномерно.
Специальная теория относительности утверждает, что в инерциальных системах не только механические, но и все физические процессы происходят единообразно. Но дело по-прежнему ограничивается инерциальными системами. Ускорение вызывает нарушение единообразного хода процессов в системе и демонстрирует свой абсолютный смысл. Можно ли представить события в ускоренных системах не нарушающими принципа относительности, т.е. не дающими абсолютных критериев движения? Можно ли обобщить принцип относительности, полностью доказанный для инерциальных систем, на ускоренные системы?
173
Положительный ответ был подсказан одной закономерностью, известной с XVII в.
Все тела обладают инерцией, все они оказывают сопротивление воздействующим на них силовым полям. Мера сопротивления называется инертной массой тела. Далее, тела обладают как бы восприимчивостью по отношению к силовым полям; например, электрически заряженные тела восприимчивы к электрическим полям, на них в той или иной мере действуют электрические силы притяжения и отталкивания. Мера "восприимчивости" называется зарядом тела. В отношении электрических сил тела обладают восприимчивостью, т.е. зарядом, не пропорциональным массе. Тело может обладать большой массой и незначительным электрическим зарядом, и наоборот. Тело, обладающее массой, может вообще не обладать электрическим зарядом.
Но есть поля, по отношению к которым восприимчивость тела всегда пропорциональна его массе. Это поля тяготения, гравитационные поля. Все тела в природе испытывают притяжение к другим телам. Во всех случаях "восприимчивость" тела к полю тяготения (ее можно назвать гравитационным зарядом или гравитационной массой) пропорциональна сопротивлению тела - его инертной массе. Чем массивнее тело, чем труднее изменить его скорость, чем больше его инертная масса, тем оно тяжелее, тем в большей степени на него действует притяжение к другому телу. Поэтому все тела независимо от их инертной массы испытывают одно и то же ускорение в данном гравитационном поле и падают вблизи поверхности Земли с одной и той же высоты с одной и той же скоростью (если не учитывать сопротивление воздуха).
Когда система тел приобретает ускорение, входящие г нее тела сопротивляются ускорению пропорционально их инертным массам. Это сопротивление выражается в толчке в сторону, противоположную ускорению системы. Такой толчок, иначе говоря - ускорение, направленное в сторону, противоположную ходу поезда, испытывают пассажиры, когда поезд ускоряет свой ход. Этот толчок приписывают силам инерции, пропорциональным инертной массе тела. Ускорение, вызванное гравитационным полем, пропорционально тяжелой массе. Поскольку те и другие массы пропорциональны, мы не сможем узнать, чем вызваны наблюдаемые ускорения тел, входящих в систему: ее ускорением или же полем тяготения.
174
Эйнштейн иллюстрировал указанную эквивалентность примером кабины лифта, движущейся с ускорением в пространстве, свободном от поля тяготения, и неподвижной кабины, находящейся в поле тяготения. Эти кабины противостоят ньютоновому ведру, демонстрирующему абсолютный характер ускорений. Представим себе, говорит Эйнштейн, кабину лифта, неподвижную, подвешенную на канате в поле тяготения, например в поле тяготения Земли. В кабине стоят люди, они испытывают давление на свои подошвы и приписывают это давление своему весу. Теперь представим себе кабину, не испытывающую действия сил тяготения, но уносящуюся с ускорением, противоположным по направлению тем силам, которые действовали на кабину в первом случае. Ускорение кабины вызовет в пей процессы, не отличающиеся от процессов, вызванных в первом случае тяготением. Силы инерции прижмут к полу подошвы находящихся в кабине людей, натянут веревку, на которой подвешена гиря, и т.д.
Никто не сможет сказать, что является причиной процессов, происходящих в кабине: ее ускоренное движение или действующие на нее силы тяготения. Этот пример иллюстрирует принцип эквивалентности. Так Эйнштейн назвал неразличимость динамических эффектов ускорения и тяготения. Из принципа эквивалентности следует, что ускоренное движение не имеет абсолютного критерия: внутренние эффекты, вызванные ускорением, можно приписать тяготению.
Чтобы распространить на ускоренные движения найденную в 1905 г. специальную теорию относительности, нужно было показать, что за счет тяготения могут быть отнесены не только динамические эффекты движения, но и оптические явления. Речь идет о следующем. Представим себе, что кабину лифта пересекает поперечный луч света. Он входит в одно окошечко и выходит в другое. Если кабина движется с ускорением, луч сдвинется в сторону, обратную движению кабины. Если же кабина неподвижна и находится в поле тяготения, то свет не сдвинется и продемонстрирует различие между физическими эффектами ускорения и тяготения и абсолютный характер ускоренного движения. Это произойдет, если свет не обла
175
дает гравитационной массой. Но если свет обладает гравитационной массой, иными словами, если он подвержен действию поля тяготения, то под действием этих сил он испытывает ускорение. Чтобы допустить такое ускорение, нужно отказаться от основной посылки специальной теории относительности - постоянства скорости света Эйнштейн сделал это. Он ограничил специальную теорию относительности - принцип постоянства скорости света - областями, где гравитационными силами можно пренебречь. Зато он распространил принцип относительности, лежащий в основе специальной теории, на все движущиеся системы. Вывод о тяжести света, о наличии у света гравитационной массы можно было проверить наблюдением. Мы вскоре увидим, как это было сделано. Сейчас коснемся другого - соотношения "внешнего оправдания" и "внутреннего совершенства" общей теории относительности.
Исходные идеи этой теории были выведены из очень общих посылок - из пропорциональности инертной и тяжелой масс. В классической механике эта пропорциональность была необъяснимой особенностью гравитационных полей ведь в случае других полей, например электрических, такой пропорциональности нет. Общая теория относительности включила указанную пропорциональность в систему связанных друг с другом закономерностей, в единую каузальную схему мироздания. Тем самым картина мира приблизилась к "внутреннему совершенству". Такую же роль сыграла ликвидация произвольного для "классического идеала" ограничения относительности инерциальными системами. В части "внешнего оправдания" она столкнулась, сначала теоретически, а потом и реально, с новым фактом - тяжестью света. Этот факт означал, что не только механические, но и оптические процессы в движущихся с ускорением системах подчиняются принципу относительности. Отсюда следует, что обобщению подвергается не классический принцип относительности, а теория, найденная Эйнштейном в 1905 г., что на все движения распространяются парадоксальные пространственно-временные соотношения.
Принцип эквивалентности сам по себе еще не приводит к относительности ускоренных движений в значительных пространственных областях. Вернемся к двум кабинам, из которых одна находится в поле тяготения и не
Планк и Нернст приехали к Эйнштейну в Цюрих со следующим предложением. Эйнштейн назначается директором Института кайзера Вильгельма. Его избирают в Прусскую Академию наук. Он становится профессором Берлинского университета и читает лекции в минимальном объеме, который он сам определит. Если Эйнштейн пожелает, он может принять участие в работе других институтов и корпораций. Но никаких обязательств на него не накладывают, он может разрабатывать любые проблемы.
Эйнштейн понимал, что согласие позволит ему сразу же целиком уйти в те размышления, которые в это время были направлены на обобщение теории относительности. Кроме того, в Берлине были выдающиеся физики и математики. В разговоре с Нернстом и Планком он услышал и этот аргумент. Когда речь зашла о теории относительности, Эйнштейн заметил, что, по мнению Ланжевена, в мире всего двенадцать человек понимают смысл теории. Из этих двенадцати восемь находятся в Берлине, ответил Нернст. Но все же Эйнштейн колебался. Ему не хотелось покидать мирную и терпимую атмосферу Цюриха и столкнуться с воинственной, чванной и нелояльной атмосферой Берлина. А столкнуться придется, несмотря на изолирующую академическую среду, - это Эйнштейн понимал хорошо.
Разговор окончился согласием Эйнштейна, но не окончательным. Эйнштейн попросил немного времени, чтобы подумать. Характерная для Эйнштейна постоянная игра (такая далекая от гелертерской респектабельности): Нернст и Планк должны были приехать снова в Цюрих; если Эйнштейн, встречая их на вокзале, будет держать в руках букет из красных цветов, значит он согласен переехать в Берлин. Белые цветы означали бы отказ.
164
Когда Нернст и Планк вновь оказались на перроне цюрихского вокзала, Эйнштейн встретил их с красными цветами.
Милева осталась в Цюрихе. Разрыв уже назрел, и, уезжая в Берлин, Эйнштейн оставил семью окончательно.
В Берлине основной формой научного общения Эйнштейна с новой средой стал еженедельный физический семинар. Он существовал все годы пребывания Эйнштейна в Берлине. На семинар приходили, кроме Эйнштейна, физики, ставшие его друзьями. Кроме Нернста и Планка, здесь бывал Макс Лауэ, открывший в 1912 г. вместе со своими учениками дифракцию рентгеновских лучей - одну из самых важных экспериментальных основ новых представлений о структуре вещества. Лауэ принадлежали и серьезные теоретические работы, в частности систематическое и глубокое изложение теории относительности. Семинар посещали известные физики Густав Герц, Франк, позднее Шредингер. Слава последнего была впереди, с его именем мы вскоре встретимся при изложении созданных в 1924-1926 гг. основ квантовой механики. На семинаре одно время бывала Лиза Мейтнер; ее имя прогремело в конце тридцатых годов в связи с открытием деления урана.
Все участники семинара сохранили о нем светлое воспоминание, и в этих воспоминаниях выделялась фигура Эйнштейна. Дело было не только в том, что на собраниях семинара из его уст исходили самые глубокие идеи, которые когда-либо приходилось слышать. Непринужденная и задушевная манера Эйнштейна, легкость, с которой он входил в круг идей своих товарищей, задавали тон на семинаре (это была высшая лояльность и высшая научная отзывчивость, но она была прерогативой гения). Но на официальные заседания, в частности на собрания Прусской Академии наук, новый академик почти не ходил. Он рассказывал - и здесь его юмор терял обычную незлобивость - об этих заседаниях, где дискуссии по специальным и частным вопросам ведутся в присутствии спящих, но сохраняющих достойный и значительный вид коллег, о неожиданном подъеме интереса, когда решаются вопросы, не относящиеся к науке и дающие повод для темпераментных выступлений ученых, которые многим обязаны науке, но которым наука не обязана ничем [1].
165
Раздражали Эйнштейна и требования профессорского этикета. В мае 1914 г. он писал в Цюрих Гурвицу:
"Жизнь здесь вопреки ожиданиям налаживается неплохо; мой душевный покой нарушают только тем, что меня муштруют в смысле всякой чепухи, например одежды, в которую я должен облечься, иначе некие дяденьки причислят меня к отбросам общества" [2].
Первое время жизнь Эйнштейна в Берлине была сравнительно спокойной. Он приобретал все новых друзей и пока не замечал врагов. Сознание его было поглощено проблемой относительности ускоренных движений, проблемой тяготения, проблемой зависимости геометрических свойств пространства от происходящих в пространстве событий. Об этом он думал всегда. Филипп Франк вспоминает, как однажды, приехав в Берлин, он условился с Эйнштейном вместе посетить астрономическую обсерваторию в Потсдаме. Они решили встретиться в назначенное время на одном из мостов. Франк, у которого было много дел, беспокоился, что не сможет оказаться точным. "Ничего, я подожду на мосту", - сказал Эйнштейн. "Но ведь это отнимает ваше время". "Нисколько! Свою работу я могу делать, где угодно. Разве я меньше способен обдумывать свои проблемы на мосту, чем дома?" Его мысли, продолжает Франк, были подобны потоку. Любой отвлекающий разговор был подобен небольшому камню в могучей реке, неспособному повлиять на ее течение [3]. Поэтому постоянная и крайне целеустремленная работа мысли не мешала проявляться природной общительности Эйнштейна.
1 Frank, 109.
2 Seelig, 247.
3 Frank, 118-119.
Иногда эта общительность приводила к неожиданному афронту. Однажды Эйнштейн узнал, что его берлинский коллега, специалист по психологии, профессор Штумпф интересуется ощущениями и представлениями, связанными с пространством. Соблюдение этикета здесь могло совпасть с интересной беседой, и Эйнштейн отправился с утренним визитом. Встретившая его горничная сказала,
166
что господин тайный советник ушел, и спросила, что нужно передать. "Ничего, я зайду днем, а пока прогуляюсь по парку". В два часа дня он снова зашел и смущенная горничная сообщила, что Herr Geheimrat лег отдохнуть после завтрака, так как Эйнштейн не предупредил его о своем визите. "Ну, что ж, я приду позже". После второй прогулки Эйнштейн вернулся к четырем часам дня. На этот раз тайный советник был дома, и Эйнштейн заметил горничной: "Вот видите, в конце концов терпение и настойчивость всегда вознаграждаются". Супруги Штумпф были крайне польщены визитом и собрались повести приличествующий разговор. Но Эйнштейн принялся говорить о понятии пространства. Бедняга Штумпф, не обладавший физической и математической подготовкой, ровно ничего не понял и не мог вставить в беседу ни одного слова. Минут через сорок Эйнштейн обнаружил, что ведет беседу с самим собой, а визит затянулся дольше, чем было положено. Он быстро ретировался.
Подобные случаи, разумеется, не нарушали душевного мира Эйнштейна. С отсутствием интереса и понимания он сталкивался и в профессионально близкой среде. Что его тревожило - так это люди, которые казались созданными для выполнения любых намерений агрессивного государства. Эйнштейн помнил по Мюнхену этих верноподданных империи. Теперь, по его признанию, он пугался "холодных блондинов, чуждых понимания и не допускающих сомнений". Приближались события, позволившие "холодным блондинам" выйти на авансцену. Через полгода после приезда Эйнштейна в Берлин началась война.
В "Mein Weltbild" Эйнштейн написал о своем отношении к войне и милитаризму.
"Я глубоко презираю тех, кто может с удовольствием маршировать в строю под музыку, эти люди получили мозги по ошибке - им хватило бы и спинного мозга. Нужно, чтобы исчез этот позор цивилизации. Командный героизм, пути оглупления, отвратительный дух национализма - как я ненавижу все это. Какой гнусной и презренной представляется мне война. Я бы скорее дал разрезать себя на куски, чем участвовать в таком подлом деле. Вопреки всему я верю в человечество и убеждеп: все эти призраки исчезли бы давно, если бы школа и пресса не извращали здравый смысл народов в интересах политического и делового мира" [4].
167
В июле 1914 г. улицы Берлина заполнились марширующими шеренгами, а тротуары - толпами восторженных поклонников кайзера и армии. Эйнштейн вскоре узнал о проявлениях шовинизма и в других странах. В августе он писал Эренфесту:
"В обезумевшей Европе творится нечто невероятное. Такое время показывает, к какой жалкой породе животных мы принадлежим. Я тихо продолжаю мирные исследования и размышления, но охвачен жалостью и отвращением" [5].
В начале декабря - новое письмо Эренфесту, полное гнева и возросшего отвращения к националистическому вырождению и войне. "Международная катастрофа тяжелым грузом легла на меня как на интернационалиста. Живешь в "великую эпоху" и с трудом примиряешься с фактом своей принадлежности к отвратительной разновидности животных, гордящейся своей якобы свободной волей".
Одновременно - письмо Лоренцу о поддержке коп-тактов между учеными воюющих стран. В конце письма строки: "Если контакты будут сорваны, это будет означать, что людям необходима идиотская фикция, побуждающая их к взаимной ненависти. В свое время это была религия, теперь - государство" [6].
4 Comment je vois le monde, 12.
5 Einstein on peace. Ed. by Otto Nathan and Heinz Norden. Pref. by Bertran Russel. Simon Schuster. New York, 19G0, p. 36-37. Далее обозначается: Einstein on peace, с указанием страницы.
6 Einstein on peace, 11.
С началом войны сторонники революционного интернационализма ушли в подполье. Эйнштейн ощущал какой-то тягостный кошмар. В окружающей его академической среде внезапно раскрылись черты зоологического шовинизма. Люди, которые еще недавно казались ему безобидными филистерами с мирными наклонностями и искренним уважением к мировой культуре, теперь упивались звуками военного марша, криками об уничтожении России, Франции, Англии, с восторгом сообщали друг другу о гибели тысяч людей. Тупые и злобные статьи и брошюры об исторической миссии Германии вытеснили
168
с их столов Лессинга и Шиллера. Оствальд говорил о подчинении Европы империи Гогенцоллернов как о величайшей задаче мировой истории и подписал обращение немецких ученых, проникнутое отвратительным пангерманизмом. Другие - и среди них Планк - ходили растерянные и повторяли с чужого голоса разговоры о "законных требованиях" Германии. Эйнштейн больше не мог, как раньше, свободно и сердечно общаться с коллегами. Не мог он и замкнуться и целиком отдаться физическим проблемам. Вокруг него, за вычетом нескольких ближайших друзей, не было единомышленников, сохранивших верность свободе и интернациональной солидарности. Деятельность революционных групп, выступавших против империалистической войны, не доходила непосредственно до Эйнштейна, но вскоре он нашел единомышленников в лице Ромена Роллана и группировавшихся вокруг Роллана ученых и писателей.
В марте 1915 г. Эйнштейн написал Роллану письмо, в котором предоставил себя в распоряжение созданной Ролланом антивоенной организации "Новое отечество". Он писал, что в Европе после трех столетий напряженной культурной работы религиозное безумие сменилось националистическим. Эйнштейн говорил об ученых, которые ведут себя так, будто у них ампутировали головной мозг. Замена разума зоологическими инстинктами у ученых была для апостола рационализма трагической катастрофой европейской интеллигенции.
Осенью 1915 г. Эйнштейн вырвался в Швейцарию, где жила Милева Марич и его дети, с которыми Эйнштейн хотел повидаться. Вместе со своим цюрихским другом Цангером он посетил жившего тогда в Швейцарии в Вевс Ромена Роллана. Эта встреча позволила Эйнштейну узнать, что во всех воюющих государствах существуют группы противников войны. Беседа с Ролланом произвела на него сильное впечатление. Эйнштейн почувствовал себя участником интернационального содружества, противостоявшего шовинистическому угару.
Ромен Роллан записал в своем дневнике:
"После обеда мы все время сидели на террасе отеля, выходящей в сад, где рои пчел вились над медоносным цветущим плющом. Эйнштейн еще молод, невысокого роста, лицо у него крупное и длинное. Волосы густые, слегка вьющиеся, сухие, очень черные, с проседью. Лоб
169
высокий, рот очень маленький, нос несколько большой и толстозатый, губы пухлые. Усы коротко подстрижены, щеки полные. Он говорит по-французски, подчас затрудняясь и вставляя немецкие слова. Эйнштейн очень живой, очень часто смеется. Порой излагает самые глубокие мысли в юмористической форме. Эйнштейн свободно излагает свои мысли о Германии своем втором или даже первом отечестве. Ни один другой немец не говорил бы так свободно. И каждый на его месте страдал бы от духовной изоляции в течение этого ужасного года. Но Эйнштейн - нет. Он смеется. Он нашел способ продолжать научную деятельность. Речь идет о знаменитой теории относительности, о которой я не имел представления, а Эйнштейн о ней не упоминал. Но Цангер сказал мне на ухо: "Это величайшая со времен Ньютона духовная революция". Я спросил Эйнштейна, делится ли он своими мыслями с немецкими друзьями. Он ответил, что избегает этого и склонен пользоваться сократовским методом последовательных вопросов, приводящих к идейной встряске собеседников. "Но людям это не очень нравится", - добавил Эйнштейн" [7].
7 Seelig, 250-251.
Впоследствии, в 1926 г., когда отмечалось 60-летие Ромена Роллана, Эйнштейн писал о встрече в 1915 г.:
"Один-единственный раз я видел Вас своими глазами; Вы были тогда под свежим впечатлением разразившейся европейской катастрофы: одинокий мечтатель среди разъяренной толпы, понимающий происходящее, страдающий с людьми, страдающий из-за невозможности раскрыть им глаза и избавить их от горя. Вас никогда не удовлетворяло воздействие Вашего высокого искусства на избранные умы. Вы стремились помочь всем человеческим существам, которые испытывают так много страданий от того, что создано самими людьми. Темные страсти толкнули грубые, подчипепные государствам толпы к взаимному истреблению. Ослепленные, эти толпы бросаются друг на друга, мучают друг друга и делают это в общем без внутренних сомнений. Но есть люди - их немного, - которые не увлечены грубыми чувствами толпы, не подвержены грубым страстям и крепко держатся за идеал человеческой любви. Они несут тяжелый крест. Этих людей изгоняют из их среды, обращаются с ними как с
170
отверженными, если они не присоединяются к тому, против чего возмущается их сознание, и не будут трусливо молчать о том, что видят и чувствуют. Вы, высокочтимый мэтр, никогда не молчали. Вы страдали, боролись, и Ваша великая душа утешала людей. В это время, столь постыдное для нас, европейцев, стало очевидным, что мощь познающей мысли не защищает от малодушия и варварских чувств. Я верю, что благородные убеждения людей вырастают в академиях и в университетах не в большей степени, чем в мастерских, в среде рабочих - неизвестных, молчаливых людей из народа. Сегодня Вас приветствует содружество тех, для кого Вы являетесь сияющим идеалом, содружество одиноких людей, обладающих иммунитетом против эпидемий ненависти и стремящихся к прекращению войн как к первой задаче морального выздоровления человечества..." [8]
8 Seelig, 352-353.
Письмо показывает, как глубоко запечатлелись в душе Эйнштейна наблюдения и настроения 1915 г.: культивировавшееся моральное озверение, надежда на "рабочих - неизвестных, молчаливых людей из народа", позиция академической среды, интеллектуальный уровень которой не мог помешать малодушию, расовым предрассудкам и угару шовинизма.
Растлевающее влияние последнего все больше сказывалось в окружавших Эйнштейна академических кругах. Эйнштейн прочитал письмо группы немецких физиков, в котором рекомендовалось не ссылаться на работы английских ученых, превозносилась глубина немецкой науки по сравнению с поверхностными теориями англичан и французов. Подобные эксцессы пангерманизма заставляли Эйнштейна искать общества людей, сохранивших разум и совесть. Он все чаще ходил к своему двоюродному дяде Рудольфу Эйнштейну, жившему в Берлине с дочерью Эльзой. Эльза, которую Эйнштейн знал с детства, развелась с мужем и вместе с двумя дочерьми поселилась в Берлине у отца. Это была очень привлекательная, еще молодая женщина с мягкими манерами, с большим юмором и множеством черт и склонностей, общих для нее и для Эйнштейна. Позже, в 1919 г., Эйнштейн, получив развод, женился на Эльзе.
171
Наступил 1917 год. Осенью великие исторические события поставили перед многими учеными вопросы, которых раньше они не задавали себе: с кем они, как они относятся к новому общественному строю, как они представляют себе будущее человечества?
В среде европейской интеллигенции происходило политическое размежевание, все становилось отчетливым, исторический момент требовал ясной позиции. Для Эйнштейна не было вопроса, принять или не принять Октябрьскую революцию. Он увидел в ней начало преобразования общества на основе разума и пауки. Эйнштейн говорил о Ленине: "Люди этого типа хранители и реставраторы совести человечества" [9].
9 Seelig, 319.
Общая теория относительности
В 1919 г. девятилетний сын Эйнштейна Эдуард спросил отца "Папа, почему, собственно, ты так знаменит?" Эйнштейн рассмеялся, потом серьезно объяснил: "Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут, мне же посчастливилось заметить это".
Л. Инфелъд
Внутренний и основной поток деятельности Эйнштейна и основное содержание его жизни после появления специальной теории относительности заключались в поисках более общей теории. Как мы видели, Эйнштейн считал искусственным выделение равномерно и прямолинейно движущихся систем из числа других систем. В равномерно и прямолинейно движущихся системах механические процессы происходят единообразно и не зависят от движения системы. В системах, движущихся с ускорением, механические процессы происходят неединообразно, они зависят от ускорения, ускорение вызывает в этих системах силы инерции, которые нельзя объяснить взаимодействием сил и которые свидетельствуют о движении системы, придавая этому движению абсолютный характер. Поэтому принцип относительности Галилея - Ньютона применим только к системам, движущимся прямолинейно и равномерно.
Специальная теория относительности утверждает, что в инерциальных системах не только механические, но и все физические процессы происходят единообразно. Но дело по-прежнему ограничивается инерциальными системами. Ускорение вызывает нарушение единообразного хода процессов в системе и демонстрирует свой абсолютный смысл. Можно ли представить события в ускоренных системах не нарушающими принципа относительности, т.е. не дающими абсолютных критериев движения? Можно ли обобщить принцип относительности, полностью доказанный для инерциальных систем, на ускоренные системы?
173
Положительный ответ был подсказан одной закономерностью, известной с XVII в.
Все тела обладают инерцией, все они оказывают сопротивление воздействующим на них силовым полям. Мера сопротивления называется инертной массой тела. Далее, тела обладают как бы восприимчивостью по отношению к силовым полям; например, электрически заряженные тела восприимчивы к электрическим полям, на них в той или иной мере действуют электрические силы притяжения и отталкивания. Мера "восприимчивости" называется зарядом тела. В отношении электрических сил тела обладают восприимчивостью, т.е. зарядом, не пропорциональным массе. Тело может обладать большой массой и незначительным электрическим зарядом, и наоборот. Тело, обладающее массой, может вообще не обладать электрическим зарядом.
Но есть поля, по отношению к которым восприимчивость тела всегда пропорциональна его массе. Это поля тяготения, гравитационные поля. Все тела в природе испытывают притяжение к другим телам. Во всех случаях "восприимчивость" тела к полю тяготения (ее можно назвать гравитационным зарядом или гравитационной массой) пропорциональна сопротивлению тела - его инертной массе. Чем массивнее тело, чем труднее изменить его скорость, чем больше его инертная масса, тем оно тяжелее, тем в большей степени на него действует притяжение к другому телу. Поэтому все тела независимо от их инертной массы испытывают одно и то же ускорение в данном гравитационном поле и падают вблизи поверхности Земли с одной и той же высоты с одной и той же скоростью (если не учитывать сопротивление воздуха).
Когда система тел приобретает ускорение, входящие г нее тела сопротивляются ускорению пропорционально их инертным массам. Это сопротивление выражается в толчке в сторону, противоположную ускорению системы. Такой толчок, иначе говоря - ускорение, направленное в сторону, противоположную ходу поезда, испытывают пассажиры, когда поезд ускоряет свой ход. Этот толчок приписывают силам инерции, пропорциональным инертной массе тела. Ускорение, вызванное гравитационным полем, пропорционально тяжелой массе. Поскольку те и другие массы пропорциональны, мы не сможем узнать, чем вызваны наблюдаемые ускорения тел, входящих в систему: ее ускорением или же полем тяготения.
174
Эйнштейн иллюстрировал указанную эквивалентность примером кабины лифта, движущейся с ускорением в пространстве, свободном от поля тяготения, и неподвижной кабины, находящейся в поле тяготения. Эти кабины противостоят ньютоновому ведру, демонстрирующему абсолютный характер ускорений. Представим себе, говорит Эйнштейн, кабину лифта, неподвижную, подвешенную на канате в поле тяготения, например в поле тяготения Земли. В кабине стоят люди, они испытывают давление на свои подошвы и приписывают это давление своему весу. Теперь представим себе кабину, не испытывающую действия сил тяготения, но уносящуюся с ускорением, противоположным по направлению тем силам, которые действовали на кабину в первом случае. Ускорение кабины вызовет в пей процессы, не отличающиеся от процессов, вызванных в первом случае тяготением. Силы инерции прижмут к полу подошвы находящихся в кабине людей, натянут веревку, на которой подвешена гиря, и т.д.
Никто не сможет сказать, что является причиной процессов, происходящих в кабине: ее ускоренное движение или действующие на нее силы тяготения. Этот пример иллюстрирует принцип эквивалентности. Так Эйнштейн назвал неразличимость динамических эффектов ускорения и тяготения. Из принципа эквивалентности следует, что ускоренное движение не имеет абсолютного критерия: внутренние эффекты, вызванные ускорением, можно приписать тяготению.
Чтобы распространить на ускоренные движения найденную в 1905 г. специальную теорию относительности, нужно было показать, что за счет тяготения могут быть отнесены не только динамические эффекты движения, но и оптические явления. Речь идет о следующем. Представим себе, что кабину лифта пересекает поперечный луч света. Он входит в одно окошечко и выходит в другое. Если кабина движется с ускорением, луч сдвинется в сторону, обратную движению кабины. Если же кабина неподвижна и находится в поле тяготения, то свет не сдвинется и продемонстрирует различие между физическими эффектами ускорения и тяготения и абсолютный характер ускоренного движения. Это произойдет, если свет не обла
175
дает гравитационной массой. Но если свет обладает гравитационной массой, иными словами, если он подвержен действию поля тяготения, то под действием этих сил он испытывает ускорение. Чтобы допустить такое ускорение, нужно отказаться от основной посылки специальной теории относительности - постоянства скорости света Эйнштейн сделал это. Он ограничил специальную теорию относительности - принцип постоянства скорости света - областями, где гравитационными силами можно пренебречь. Зато он распространил принцип относительности, лежащий в основе специальной теории, на все движущиеся системы. Вывод о тяжести света, о наличии у света гравитационной массы можно было проверить наблюдением. Мы вскоре увидим, как это было сделано. Сейчас коснемся другого - соотношения "внешнего оправдания" и "внутреннего совершенства" общей теории относительности.
Исходные идеи этой теории были выведены из очень общих посылок - из пропорциональности инертной и тяжелой масс. В классической механике эта пропорциональность была необъяснимой особенностью гравитационных полей ведь в случае других полей, например электрических, такой пропорциональности нет. Общая теория относительности включила указанную пропорциональность в систему связанных друг с другом закономерностей, в единую каузальную схему мироздания. Тем самым картина мира приблизилась к "внутреннему совершенству". Такую же роль сыграла ликвидация произвольного для "классического идеала" ограничения относительности инерциальными системами. В части "внешнего оправдания" она столкнулась, сначала теоретически, а потом и реально, с новым фактом - тяжестью света. Этот факт означал, что не только механические, но и оптические процессы в движущихся с ускорением системах подчиняются принципу относительности. Отсюда следует, что обобщению подвергается не классический принцип относительности, а теория, найденная Эйнштейном в 1905 г., что на все движения распространяются парадоксальные пространственно-временные соотношения.
Принцип эквивалентности сам по себе еще не приводит к относительности ускоренных движений в значительных пространственных областях. Вернемся к двум кабинам, из которых одна находится в поле тяготения и не