Страница:
Альберт Эйнштейн
Создание квантового учения о свете и теории относительности
Берлинский университет, основанный в 1810 году Вильгельмом фон Гумбольдтом, обладает необычайно богатыми научными традициями. В числе его первых профессоров были Фихте, Шлейермахер и Гегель. В нем преподавали известные языковеды Бёк и Дильс. Здесь на протяжении десятилетий работали такие знаменитые историки, как Ранке и Моммзен.
В Берлине трудились также всемирно известные естествоиспытатели и врачи. Александр фон Гумбольдт читал свой лекционный курс "Космос" в переполненной Auditorium maximum университетского здания. Христоф Вильгельм Гуфеланд, Иоганнес Мюллер, Эмиль Дюбуа-Реймон, Рудольф Вирхов, Роберт Кох, Альбрехт Коссель, Пауль Эрлих и другие основывали и приумножали славу медицинского факультета. Блестящий перечень физиков открывает Густав Магнус, который в своем доме на Купферграбене оборудовал первый в Германии физический исследовательский институт. Ему помогал Христиан Поггендорф, внесший свой вклад в физику и в историю физики, издатель "Анналов физики и химии" и основатель "Биографо-литературного словаря точных естественных наук". К числу преподавателей Берлинского университета принадлежал некоторое время также термодинамик Рудольф Клаузиус.
Благодаря деятельности Гельмгольца и Кирхгофа с начала 70-х годов университет Берлина становится мировым центром физического образования. Майкельсон поставил здесь свой первый опыт с интерференцией. Генрих Герц получил свою первую золотую медаль и после защиты диплома был более двух лет ассистентом. Макс Планк, Август Кундт, Лео Ароне, Вилли Вин, Эмиль Варбург, Генрих Рубенс, Пауль Друде, Вальтер Нернст, Макс Борн, Джеймс Франк, Густав Герц, Макс фон Лауэ, Лиза Мейтнер, Эрвин Шрёдингер и другие известные ученые успешно продолжали дело Гельмгольца и Кирхгофа.
Когда в 1960 году Университет имени Гумбольдта по случаю празднования своего 150-летнего юбилея подвел итоги, выяснилось, что 27 ученых, работавших в нем, удостоены Нобелевских премий, в том числе 11 - за успехи в области химии, 10 - за заслуги в физике.
В годы Веймарской республики нобелевские лауреаты не только читали лекции, но также руководили семинарами и вели практические занятия. Это было время своеобразного расцвета исследований и преподавания физики. Однако на вопрос о том, кто из ученых Берлинского университета наиболее знаменит, ответ может быть только один: Альберт Эйнштейн.
Хотя Эйнштейн не принадлежал собственно к преподавателям, а как "читающий академик" в ранге ординарного профессора вел курс лекций в университете, он был все же наиболее известным из ученых этого крупнейшего высшего учебного заведения Германии. Можно было не спрашивать, в каком помещении он читает, но просто в назначенное время идти туда, куда устремлялись все: к самой большой аудитории университета в восточном крыле главного здания.
Физик Филипп Франк, преемник Эйнштейна на кафедре теоретической физики Немецкого университета в Праге, который часто посещал своего предшественника в Берлине, описывает, как проходили лекции Эйнштейна в 20-е годы.
"Когда в те времена иностранцы прибывали в Берлин, - писал Франк, - и хотели осмотреть все достопримечательности: Бранденбургские ворота с богиней Победы, Аллею победы со статуями прусских князей, знаменитые театральные постановки Рейнхардта, универмаг Вертгейм, парковые ресторанчики на берегах живописных озер пригорода, то часто в этот список они включали и живую достопримечательность Берлина, о которой они так много читали в своих газетах, знаменитого Эйнштейна. Причем зачастую многие даже не знали определенно, физик ли он, математик, философ, мечтатель или кто-то еще. Знали только, что он говорит о вселенной такие вещи, каких не говорил никто другой до него.
На его лекциях можно было увидеть богатых американских и английских дам в дорогих мехах, которые внимательно рассматривали его в театральные бинокли и нередко заполняли большую часть зала. Обычно Эйнштейн говорил: "Теперь я хочу сделать небольшой перерыв, чтобы все, кого не интересует дальнейшее, могли удалиться". После этого часто оставались лишь восемь-десять студентов. Эйнштейн был только рад, что он может спокойно развивать свои мысли, не наталкиваясь взглядом на непонимающие физиономии".
Участники этих лекций вспоминали, что после их окончания иностранные гости нередко бросались к доске и спорили из-за куска мела, которым писал свои формулы прославленный ученый: они хотели увезти на родину этот сувенир. Во время специальных лекций, предназначенных для узкого круга, исследователь принуждал своих слушателей к "сотрудничеству", задавая проблемные вопросы.
Необычайно привлекательная, совершенно неакадемическая манера Эйнштейна читать лекции сохранена для потомков в записи на фонографе, сделанной 22 августа 1930 года, когда физик открывал в Берлине радио- и фановыставку. "Пусть устыдятся все те, - сказал он в свойственной ему манере, - кто бездумно пользуется чудесами науки и техники, понимая в них не более чем корова в ботанике растений, которые она с наслаждением поедает".
Единственная в своем роде слава Альберта Эйнштейна намного превзошла по своим масштабам ту сенсацию, которая за десятилетия до этого была вызвана открытиями Генриха Герца и Вильгельма Рентгена. С тех пор как в 1919 году английская экспедиция по наблюдению за солнечным затмением подтвердила один из наиболее смелых и наименее вероятных выводов общей теории относительности - искривление звездных лучей при прохождении вблизи солнца, - имя Эйнштейна замелькало на страницах мировой прессы.
Среди коллег он еще раньше был признан самым значительным физиком-теоретиком со времен Галилея; теперь его повсеместно прославляли как "Ньютона нашего времени" и чествовали как величайшего физика современности.
Из писем мы знаем, что свою мировую славу - позднее Эйнштейн воспринимал ее с точки зрения высокой общественной обязанности, которую она накладывает на него, - вначале он ощущал лишь как тяжкую ношу. В феврале 1920 года, когда "эйнштейновский бум" достиг своей высшей точки, он писал своему другу: "С приливом газетных статей меня устрашающе затопляют опросы, приглашения, требования, так что ночами мне снится, будто я жарюсь в аду, а почтальон - это черт, и он непрерывно рычит, бросая мне на голову новую пачку писем, потому что я еще не ответил на старые... Я теперь не что иное, как скопление бездушных рефлекторных движений"
Творец теории относительности - за это в первую очередь превозносили Эйнштейна - повсюду должен был украшать собой первый план, как "ваза с десертом", по его собственному выражению. Его стремились в той или иной форме привлечь к участию во всем, что касалось точного естествознания.
Когда астроном Фридрих Архенгольд, основатель и руководитель народной обсерватории в Берлин-Трептове, просил его содействовать своим именем популярности выставки, посвященной Марсу и открытой осенью 1926 года, Эйнштейн ответил, что у него лично слишком мало точек соприкосновения с описательной астрономией, и добавил: "Можете Вы понять, что я устал повсюду фигурировать как символический вожак бараньего стада с нимбом над головой? Оставьте меня наконец в покое!"
Слава Эйнштейна имеет длинную предысторию. Она опирается на теоретические открытия, сделанные физиком в Берне, Праге, Цюрихе и Берлине: на его исследования в области атомистики и теории квантов, на созданную им специальную и общую теорию относительности и набросок релятивистской модели вселенной. Его интерес к проблемам физики сформировался ещё в студенческие годы в Цюрихе и даже в школьные годы в Мюнхене и Аарау.
Альберт Эйнштейн родился в Ульме 14 марта 1879 года. Его предки, еврейские ремесленники и торговцы, поселились в Швабии около трехсот лет назад. По своим привычкам и языку они ничем не отличались от коренного населения и чувствовали себя вюртембержцами и немцами.
Отец Эйнштейна имел в Ульме небольшой магазин электротоваров. Однако вскоре после рождения сына он со своей семьей переселился в Мюнхен. Там в пригороде он основал мастерскую электроприборов: динамо-машин, измерительных приборов и дуговых ламп. Поскольку эти новинки с трудом пробивали себе дорогу во времена господства газовых ламп, а Герман Эйнштейн не был ловким дельцом, маленькое предприятие через несколько лет потерпело крах. И в Северной Италии, где родители Эйнштейна вновь попытали счастья в коммерции, их ждала та же участь.
Со своей младшей сестрой Майей Альберт рос почти в деревенских условиях. Семья жила на южной окраине баварской столицы. Уже ребенком он был, как он сам позднее сказал, "затворником" и лишь с трудом мог присоединяться к людям и людским компаниям Да у него и не было в этом большой потребности. Обычно он в одиночку занимался техническими играми.
Для научного развития Эйнштейна очень важны три поразившие его в детстве события: их воздействие было столь глубоко, что ученый неоднократно указывал на них и в последние годы своей жизни.
Ребенком четырех или пяти лет он впервые обнаружил присущее ему свойство "святой любознательности", которую позднее, будучи уже зрелым исследователем, он называл "первоисточником" технических и естественнонаучных достижений. Играя с компасом, он поражался тому, что может как угодно поворачивать корпус, а стрелка все время показывает в одном и том же направлении. Что за таинственные природные силы действуют во вселенной! Это "чудо" побуждает его в детски-наивной форме ставить вопросы, ответы на которые тридцать лет спустя привели к революции во взглядах на строение вселенной.
Когда он был 12-летним школьником, произошло еще одно событие, имевшее важные последствия. Учебник геометрии, который он получил к началу учебного года, так захватил его, что он, не ожидая начала занятий, единым духом проработал книгу самостоятельно, будучи глубоко потрясен ясностью и убедительностью доказательств и наглядностью разъясняемых фигур.
В автобиографии Эйнштейн любовно говорил о "священной книжечке по геометрии". По поводу "Начал" Евклида, известного изложения классической геометрии, он замечает: "Кто не был в молодости захвачен этим трудом, тот не родился исследователем-теоретиком".
Образность мышления, характерная для Эйнштейна и делающая его сочинения предметом особого восхищения, начала развиваться под влиянием геометрии еще в юности. Его глубокое уважение к Спинозе не в последнюю очередь обусловлено тем, что этот философ стремился изложить свою систему "more geometrico", то есть передать свои философские воззрения в форме евклидовой геометрии т виде аксиом, теорем и определений.
Наконец, в 13 лет Эйнштейн испытал переживание, которое решающим образом определило его духовное и нравственное становление.
Безденежный еврейский студент из русской Польши, приходивший обедать раз в неделю, обратил внимание любознательного мальчика на "Естественнонаучные книги для народа" Арона Бернштейна, популярное обобщенное изложение достижений естествознания. Когда гимназист Эйнштейн взял в руки эти сочинения 60-х годов прошлого века, они были уже устаревшими по содержанию. Но живая манера, в которой преподносился обширный и разнообразный материал, делала их достойными внимания. Как писал Эйнштейн в автобиографии, он читал эти томики "не переводя дыхания". Прежде всего он натолкнулся на разбор такого природного явления, как скорость света, которое через 12 лет приобрело фундаментальное значение для создания теории относительности.
Примерно в это же время он познакомился с работой, которая до появления "Мировых загадок" Геккеля пользовалась, вероятно, наибольшей популярностью: книгой Людвига Бюхнера "Сила и материя". Эйнштейн, позднее считавший эту книгу с ее "наивным реализмом" "несколько детской", в то время был глубоко захвачен ею.
Чтение книги Бюхнера оказалось чрезвычайно важным для него и в мировоззренческом отношении. Она помогла ему избавиться от веры в библейские сказания.
Чтение этих сочинений укрепило в Эйнштейне-школьнике убеждение, что "молодежь умышленно обманывается государством" с помощью благочестивой легенды. Необычайно правдолюбивый и глубоко религиозно настроенный юноша, сочинявший маленькие песни в честь бога и напевавший их по пути в школу, был так потрясен и задет в своем утонченном чувстве справедливости, что его благочестие обернулось страстной, резкой враждебностью к религии. Он стал теперь неверующим, как и его родителя, он перестал доверять авторитетам.
Как сообщал впоследствии Эйнштейн, в нем развивалось "скептическое отношение к верованиям и убеждениям, жившим в окружавшей... среде". Этот скептицизм, по его словам, сохранился у него и в дальнейшем, хотя и утратил с течением времени свою первоначальную остроту по мере все более глубокого проникновения в причинные связи.
Рано проявившееся сомнение в истинности господствующих взглядов стало одной из основных предпосылок для революционных достижений Эйнштейна в физике. Неподкупный скепсис и независимость, которыми он восхищался в Махе и в которых он видел "истинное величие" этого спорного и столь противоречивого по своим воздействиям физика-философа, руководили им в его собственной исследовательской работе.
Без скептического отношения к механистическому пониманию природы, которое господствовало среди физиков уходящего XIX столетия, Эйнштейн был бы не в состоянии так решительно изменить представление о движении, времени, пространстве и гравитации, как он сделал это в теории относительности. Без духовной независимости от существовавших столетиями, освященных философией предрассудков он никогда не смог бы создать свою модель замкнутой вселенной, что привело к перевороту в космологическом мышлении. Этот переворот можно сравнить только с переворотом, который произвело учение Коперника.
Всем делом своей жизни Эйнштейн, относившийся к результатам своей работы так же критически, как и к результатам других исследователей, подтвердил высказывание химика Вильгельма Оствальда: "Сомнение не только разрешено исследователю, оно является его первейшей заповедью. Пиетет же противопоказан его искусству". Он следовал при этом словам Лихтенберга, бессмертные афоризмы которого высоко ценил: "Общепризнанные мнения и то, что каждый считает делом давно решенным, чаще всего заслуживают исследования".
Не удивительно, что Эйнштейн не принимал всерьез тех ученых и философов, которые слыли непогрешимыми. Он высмеял их в одном из афоризмов для Лео Бека: "Тот, кто пытается прослыть незыблемым авторитетом в сфере истины и познания, терпит крушение под хохот богов".
В своем поведении в обществе знаменитый физик также часто отступал от принятых правил. Он имел смелость быть самим собой и делать то, что думал. Людей сверхпредусмотрительных и робких, опасавшихся открыто высказывать собственное мнение из страха, что это может повредить им в будущем, он презирал и высмеивал их в остроумных стихах. Он придавал столь мало значения внешним формам, которыми буржуазное общество пытается прикрыть свою пустоту, что это приводило иногда к забавным недоразумениям.
Все эти своеобразные черты его характера начали формироваться еще в ранней юности.
Эйнштейн не был вундеркиндом, подобно Гауссу или Амперу. Он научился говорить относительно поздно и говорил так медленно и задумчиво, что его школьные друзья поэтому - а также из-за его любви к справедливости прозвали его бидермайером (филистером). Он также не был гением-полиглотом, как Генрих Герц или Мария Склодовская. В средней школе он мало выделялся. Даже учитель литературы, у которого он учился охотно и прилежно, пятнадцатью годами позже, когда Эйнштейн посетил его, не вспомнил, что основатель теории относительности был его учеником: с молодым профессором, одетым едва ли в соответствии со своим званием, он обошелся как с нежелательным просителем.
При своей склонности к одиночеству юноша плохо переносил полувоенный школьный порядок баварской государственной гимназии. Классный руководитель нередко упрекал его в том, что он вредит себе своей манерой выражать почтение вышестоящим. Так что ему не стали чинить помех, когда он, предъявив врачебную справку, в которой рекомендовалась перемена климата, весной 1895 года оставил школу, чтобы уехать к своим родителям в Северную Италию.
Молодой эмигрант покинул родину с чувством глубокой неприязни к немецкому "солдафонству", как он сказал позднее, к милитаристской трескотне, к тупой маршировке баварских и прусских военных отрядов, которую он наблюдал "а улицах Мюнхена. Учитель казался ему лейтенантом, школа - казармой, где людей делают бездушными автоматами. Ему пришлось также столкнуться и с немецким антисемитизмом, хотя еще в сравнительно мягких формах.
Вскоре после своего прибытия в Милан бывший гимназист попросил отца добыть для "его (он был еще несовершеннолетним) освобождение от германского гражданства. Он больше не желал быть гражданином государства, в котором военное дело и политика железа и крови прославлялись так, как это делалось в империи Бисмарка и Вильгельма II.
С родины, из общины Ульма, Герману Эйнштейну пришел ответ на его просьбу: она освобождает его сына от вюртембергского гражданства с начала 1896 года. Альберт не имел подданства пять лет, пока в 1901 году на свои сбережения не купил швейцарское подданство. Сведения некоторых биографов, что Эйнштейн в это же время вышел из еврейской религиозной общины, неверны.
Под влиянием занятий в электротехнической мастерской своего отца Альберт решил изучать инженерные науки в Высшей технической школе в Цюрихе. Поскольку у него не было аттестата зрелости, он должен был подвергнуться особому вступительному экзамену. Он выдержал экзамен по физике и математике, но провалился на описательном естествознании и языках. Следуя совету ректора, он посещал последний класс школы кантона Аарау и получил там аттестат.
Осенью 1896 года, в Цюрихе Эйнштейн начал учебу в Высшей технической школе. Он решил стать учителем физики, В период его учения были сделаны те великие открытия, которые потрясли до основания старое здание мировой физики.
Родители почти не могли материально поддержать сына. Поэтому Эйнштейн в студенческие годы вынужден был отказываться от многого необходимого. Он часто голодал. Недоедание впоследствии неблагоприятно отразилось на состоянии его здоровья.
Будущий великий ученый относился к занятиям не совсем обычным способом. Лекциями по математике он пренебрегал в такой степени, что его учитель Герман Минковский, будучи ошеломлен теорией относительности, сказал Максу Борну: "Ах, Эйнштейн! Это тот, который всегда отлынивал от лекций, л не стал бы ему доверять!"
Хотя Эйнштейн и не принадлежал к прилежным слушателям лекций, он все же отнюдь не был лентяем. Он усиленно занимался самоподготовкой, что больше отвечало его склонности к размышлениям. Вдумчиво, оценивающе знакомился он с главными трудами Больцмана, Гельмгольца, Герца, Кирхгофа, Лоренца, Маха и Максвелла. Особенно глубокое впечатление на него, как и на других молодых физиков XIX столетия, произвели работы Маха, прежде всего "Механика".
Как и Планк в период профессуры в Киле, Эйнштейн в студенческие годы в Цюрихе был восторженным приверженцем австрийского физика-философа. В отличие от Планка он позднее лишь частично освободился от влияния теоретико-познавательных взглядов Маха. И в последние годы жизни он восхвалял "Механику" Маха как "революционный труд". Содержащаяся там критика основных понятий и законов классической физики и требование допускать в физической науке лишь строго поддающиеся наблюдению величины оказали вначале плодотворное воздействие на исследование Эйнштейном проблем относительности.
После выпускного экзамена молодой учитель физики два года не имел постоянного места. Его заветное желание стать ассистентом в Высшей технической школе Цюриха не исполнилось: в последний момент ему предпочли другого кандидата. По его мнению, из-за своего стремления к независимости он "пришелся не ко двору" среди преподавателей; поэтому его обошли, когда освободилось место ассистента. Напрасно пытался он то там, то здесь найти подходящее занятие.
Недавно найденные письма свидетельствуют, что весной 1901 года Эйнштейн из Милана, где он жил у родителей, обратился к Вильгельму Оствальду в Лейпциг. Он послал знаменитому физико-химику оттиск своей первой публикации и просил найти возможность использовать его в качестве ассистента, как "математика-физика, знакомого с абсолютными измерениями". Он писал, что не имеет средств и только подобное место может обеспечить ему дальнейшее образование. Герман Эйнштейн поддержал просьбу сына в трогательном письме.
Не известно, был ли получен ответ на эти письма. Во всяком случае, не имеющий места молодой человек был счастлив, когда получил возможность преподавать в течение двух месяцев в профессиональной школе в Винтертуре, замещая учителя, который должен был пройти военные сборы. На этом возможность заработать на хлеб была исчерпана. Вычислительными работами для обсерватории он зарабатывал лишь на карманные расходы. Попытка устроиться воспитателем в интернат в Шаффгаузене закончилась неудачей из-за расхождения в мнениях с руководителями заведения.
По рекомендации отца своего школьного товарища Эйнштейн в 1902 году получил в Патентном бюро в Берне место "технического эксперта". Он должен был проверять патентные заявки " выписывать свидетельства. Работа в качестве "патентованного батрака", как он шутливо говорил, гарантировала ему средства к жизни "а многие годы. Одновременно она побуждала его к размышлениям над физико-техническими проблемами, к которым у него всегда была живая склонность. Еще и в берлинские годы Эйнштейн занимался мелкими изобретениями и охотно мастерил приборы.
Работа оставляла ему достаточно времени для научных размышлений. Эйнштейн являл собою тип мыслящего исследователя. Он мало читал, но много думал. В "счастливые бернские годы", как он их сам называл, он, однако, планомерно знакомился с произведениями преимущественно гносеологического содержания. По предложению студента-философа Мориса Соловина был основан философский кружок, членами которого, кроме Соловина, стали Эйнштейн и математик Конрад Габихт. Друзья назвали его гордо я иронично "Академия Олимпия".
Письма, которые Эйнштейн на протяжении всей своей жизни писал Соловину и которые были опубликованы в факсимильной репродукции, принадлежат к прекраснейшим эйнштейновским документам. Во введении Соловин перечислил книги, которые были совместно прочитаны тремя "академиками". Это были сочинения Пирсона, Маха, Юма, Спинозы, Джона Стюарта Милля, Рихарда Авенариуса, Ампера, Гельмгольца, Римана, Дедекинда, Пуанкаре и других. По прочтении половины страницы, иногда даже одной фразы нередко начинались многодневные дискуссии. Понятия субстанции и причины у Юма "академики" обсуждали несколько недель. На повестке дня заседаний были также выдающиеся произведения художественной литературы, среди них "Дон Кихот" Сервантеса. Для разнообразия Эйнштейн играл на скрипке.
Глубокое изучение трудов, которые большей частью не могут быть причислены к материалистическому направлению, пробудило или усилило определенные идеалистические черты во взглядах Эйнштейна, сохранившиеся и в более поздние годы. Тем не менее эти занятия с целью самосовершенствования послужили для ученого своеобразной тренировкой, способствовали успеху исследований, результаты которых были представлены научной общественности в 1905 году. В этом же году "Академия Олимпия" после трехлетнего существования прекратила свою деятельность, так как Габихт и Соловин покинули Берн.
Вскоре после этого Эйнштейн выступил с тремя большими группами теоретических открытий, которые привели к новому взгляду на природу и обогатили сокровищницу достижений физики.
Первыми по времени им были начаты исследования в области молекулярной физики, прежде всего кинетической теории теплоты. В 1905 году Эйнштейн впервые дал полное и законченное толкование колебательного явления, которое, собственно, было давно известно, но не получило еще математического оформления.
Речь шла о том беспорядочном зигзагообразном движении мельчайших взвешенных частиц, которое в 1827 году заметил английский ботаник Роберт Броун, наблюдая цветочную пыльцу под микроскопам. В его честь оно было названо броуновским движением. Физика рассматривала его как следствие термически обусловленных беспорядочных толчков, испытываемых видимыми под микроскопом частицами со стороны невидимых молекул.
Не зная предшествующих исследовательских работ, Эйнштейн путем теоретических размышлений пришел к точному математическому изображению взаимозависимости, существующей между скоростью движения частиц, их величиной и вязкостью применяемой жидкой среды. Предложенный им новый метод определения размеров молекул и его формула давали возможность непосредственно считать молекулы.
Создание квантового учения о свете и теории относительности
Берлинский университет, основанный в 1810 году Вильгельмом фон Гумбольдтом, обладает необычайно богатыми научными традициями. В числе его первых профессоров были Фихте, Шлейермахер и Гегель. В нем преподавали известные языковеды Бёк и Дильс. Здесь на протяжении десятилетий работали такие знаменитые историки, как Ранке и Моммзен.
В Берлине трудились также всемирно известные естествоиспытатели и врачи. Александр фон Гумбольдт читал свой лекционный курс "Космос" в переполненной Auditorium maximum университетского здания. Христоф Вильгельм Гуфеланд, Иоганнес Мюллер, Эмиль Дюбуа-Реймон, Рудольф Вирхов, Роберт Кох, Альбрехт Коссель, Пауль Эрлих и другие основывали и приумножали славу медицинского факультета. Блестящий перечень физиков открывает Густав Магнус, который в своем доме на Купферграбене оборудовал первый в Германии физический исследовательский институт. Ему помогал Христиан Поггендорф, внесший свой вклад в физику и в историю физики, издатель "Анналов физики и химии" и основатель "Биографо-литературного словаря точных естественных наук". К числу преподавателей Берлинского университета принадлежал некоторое время также термодинамик Рудольф Клаузиус.
Благодаря деятельности Гельмгольца и Кирхгофа с начала 70-х годов университет Берлина становится мировым центром физического образования. Майкельсон поставил здесь свой первый опыт с интерференцией. Генрих Герц получил свою первую золотую медаль и после защиты диплома был более двух лет ассистентом. Макс Планк, Август Кундт, Лео Ароне, Вилли Вин, Эмиль Варбург, Генрих Рубенс, Пауль Друде, Вальтер Нернст, Макс Борн, Джеймс Франк, Густав Герц, Макс фон Лауэ, Лиза Мейтнер, Эрвин Шрёдингер и другие известные ученые успешно продолжали дело Гельмгольца и Кирхгофа.
Когда в 1960 году Университет имени Гумбольдта по случаю празднования своего 150-летнего юбилея подвел итоги, выяснилось, что 27 ученых, работавших в нем, удостоены Нобелевских премий, в том числе 11 - за успехи в области химии, 10 - за заслуги в физике.
В годы Веймарской республики нобелевские лауреаты не только читали лекции, но также руководили семинарами и вели практические занятия. Это было время своеобразного расцвета исследований и преподавания физики. Однако на вопрос о том, кто из ученых Берлинского университета наиболее знаменит, ответ может быть только один: Альберт Эйнштейн.
Хотя Эйнштейн не принадлежал собственно к преподавателям, а как "читающий академик" в ранге ординарного профессора вел курс лекций в университете, он был все же наиболее известным из ученых этого крупнейшего высшего учебного заведения Германии. Можно было не спрашивать, в каком помещении он читает, но просто в назначенное время идти туда, куда устремлялись все: к самой большой аудитории университета в восточном крыле главного здания.
Физик Филипп Франк, преемник Эйнштейна на кафедре теоретической физики Немецкого университета в Праге, который часто посещал своего предшественника в Берлине, описывает, как проходили лекции Эйнштейна в 20-е годы.
"Когда в те времена иностранцы прибывали в Берлин, - писал Франк, - и хотели осмотреть все достопримечательности: Бранденбургские ворота с богиней Победы, Аллею победы со статуями прусских князей, знаменитые театральные постановки Рейнхардта, универмаг Вертгейм, парковые ресторанчики на берегах живописных озер пригорода, то часто в этот список они включали и живую достопримечательность Берлина, о которой они так много читали в своих газетах, знаменитого Эйнштейна. Причем зачастую многие даже не знали определенно, физик ли он, математик, философ, мечтатель или кто-то еще. Знали только, что он говорит о вселенной такие вещи, каких не говорил никто другой до него.
На его лекциях можно было увидеть богатых американских и английских дам в дорогих мехах, которые внимательно рассматривали его в театральные бинокли и нередко заполняли большую часть зала. Обычно Эйнштейн говорил: "Теперь я хочу сделать небольшой перерыв, чтобы все, кого не интересует дальнейшее, могли удалиться". После этого часто оставались лишь восемь-десять студентов. Эйнштейн был только рад, что он может спокойно развивать свои мысли, не наталкиваясь взглядом на непонимающие физиономии".
Участники этих лекций вспоминали, что после их окончания иностранные гости нередко бросались к доске и спорили из-за куска мела, которым писал свои формулы прославленный ученый: они хотели увезти на родину этот сувенир. Во время специальных лекций, предназначенных для узкого круга, исследователь принуждал своих слушателей к "сотрудничеству", задавая проблемные вопросы.
Необычайно привлекательная, совершенно неакадемическая манера Эйнштейна читать лекции сохранена для потомков в записи на фонографе, сделанной 22 августа 1930 года, когда физик открывал в Берлине радио- и фановыставку. "Пусть устыдятся все те, - сказал он в свойственной ему манере, - кто бездумно пользуется чудесами науки и техники, понимая в них не более чем корова в ботанике растений, которые она с наслаждением поедает".
Единственная в своем роде слава Альберта Эйнштейна намного превзошла по своим масштабам ту сенсацию, которая за десятилетия до этого была вызвана открытиями Генриха Герца и Вильгельма Рентгена. С тех пор как в 1919 году английская экспедиция по наблюдению за солнечным затмением подтвердила один из наиболее смелых и наименее вероятных выводов общей теории относительности - искривление звездных лучей при прохождении вблизи солнца, - имя Эйнштейна замелькало на страницах мировой прессы.
Среди коллег он еще раньше был признан самым значительным физиком-теоретиком со времен Галилея; теперь его повсеместно прославляли как "Ньютона нашего времени" и чествовали как величайшего физика современности.
Из писем мы знаем, что свою мировую славу - позднее Эйнштейн воспринимал ее с точки зрения высокой общественной обязанности, которую она накладывает на него, - вначале он ощущал лишь как тяжкую ношу. В феврале 1920 года, когда "эйнштейновский бум" достиг своей высшей точки, он писал своему другу: "С приливом газетных статей меня устрашающе затопляют опросы, приглашения, требования, так что ночами мне снится, будто я жарюсь в аду, а почтальон - это черт, и он непрерывно рычит, бросая мне на голову новую пачку писем, потому что я еще не ответил на старые... Я теперь не что иное, как скопление бездушных рефлекторных движений"
Творец теории относительности - за это в первую очередь превозносили Эйнштейна - повсюду должен был украшать собой первый план, как "ваза с десертом", по его собственному выражению. Его стремились в той или иной форме привлечь к участию во всем, что касалось точного естествознания.
Когда астроном Фридрих Архенгольд, основатель и руководитель народной обсерватории в Берлин-Трептове, просил его содействовать своим именем популярности выставки, посвященной Марсу и открытой осенью 1926 года, Эйнштейн ответил, что у него лично слишком мало точек соприкосновения с описательной астрономией, и добавил: "Можете Вы понять, что я устал повсюду фигурировать как символический вожак бараньего стада с нимбом над головой? Оставьте меня наконец в покое!"
Слава Эйнштейна имеет длинную предысторию. Она опирается на теоретические открытия, сделанные физиком в Берне, Праге, Цюрихе и Берлине: на его исследования в области атомистики и теории квантов, на созданную им специальную и общую теорию относительности и набросок релятивистской модели вселенной. Его интерес к проблемам физики сформировался ещё в студенческие годы в Цюрихе и даже в школьные годы в Мюнхене и Аарау.
Альберт Эйнштейн родился в Ульме 14 марта 1879 года. Его предки, еврейские ремесленники и торговцы, поселились в Швабии около трехсот лет назад. По своим привычкам и языку они ничем не отличались от коренного населения и чувствовали себя вюртембержцами и немцами.
Отец Эйнштейна имел в Ульме небольшой магазин электротоваров. Однако вскоре после рождения сына он со своей семьей переселился в Мюнхен. Там в пригороде он основал мастерскую электроприборов: динамо-машин, измерительных приборов и дуговых ламп. Поскольку эти новинки с трудом пробивали себе дорогу во времена господства газовых ламп, а Герман Эйнштейн не был ловким дельцом, маленькое предприятие через несколько лет потерпело крах. И в Северной Италии, где родители Эйнштейна вновь попытали счастья в коммерции, их ждала та же участь.
Со своей младшей сестрой Майей Альберт рос почти в деревенских условиях. Семья жила на южной окраине баварской столицы. Уже ребенком он был, как он сам позднее сказал, "затворником" и лишь с трудом мог присоединяться к людям и людским компаниям Да у него и не было в этом большой потребности. Обычно он в одиночку занимался техническими играми.
Для научного развития Эйнштейна очень важны три поразившие его в детстве события: их воздействие было столь глубоко, что ученый неоднократно указывал на них и в последние годы своей жизни.
Ребенком четырех или пяти лет он впервые обнаружил присущее ему свойство "святой любознательности", которую позднее, будучи уже зрелым исследователем, он называл "первоисточником" технических и естественнонаучных достижений. Играя с компасом, он поражался тому, что может как угодно поворачивать корпус, а стрелка все время показывает в одном и том же направлении. Что за таинственные природные силы действуют во вселенной! Это "чудо" побуждает его в детски-наивной форме ставить вопросы, ответы на которые тридцать лет спустя привели к революции во взглядах на строение вселенной.
Когда он был 12-летним школьником, произошло еще одно событие, имевшее важные последствия. Учебник геометрии, который он получил к началу учебного года, так захватил его, что он, не ожидая начала занятий, единым духом проработал книгу самостоятельно, будучи глубоко потрясен ясностью и убедительностью доказательств и наглядностью разъясняемых фигур.
В автобиографии Эйнштейн любовно говорил о "священной книжечке по геометрии". По поводу "Начал" Евклида, известного изложения классической геометрии, он замечает: "Кто не был в молодости захвачен этим трудом, тот не родился исследователем-теоретиком".
Образность мышления, характерная для Эйнштейна и делающая его сочинения предметом особого восхищения, начала развиваться под влиянием геометрии еще в юности. Его глубокое уважение к Спинозе не в последнюю очередь обусловлено тем, что этот философ стремился изложить свою систему "more geometrico", то есть передать свои философские воззрения в форме евклидовой геометрии т виде аксиом, теорем и определений.
Наконец, в 13 лет Эйнштейн испытал переживание, которое решающим образом определило его духовное и нравственное становление.
Безденежный еврейский студент из русской Польши, приходивший обедать раз в неделю, обратил внимание любознательного мальчика на "Естественнонаучные книги для народа" Арона Бернштейна, популярное обобщенное изложение достижений естествознания. Когда гимназист Эйнштейн взял в руки эти сочинения 60-х годов прошлого века, они были уже устаревшими по содержанию. Но живая манера, в которой преподносился обширный и разнообразный материал, делала их достойными внимания. Как писал Эйнштейн в автобиографии, он читал эти томики "не переводя дыхания". Прежде всего он натолкнулся на разбор такого природного явления, как скорость света, которое через 12 лет приобрело фундаментальное значение для создания теории относительности.
Примерно в это же время он познакомился с работой, которая до появления "Мировых загадок" Геккеля пользовалась, вероятно, наибольшей популярностью: книгой Людвига Бюхнера "Сила и материя". Эйнштейн, позднее считавший эту книгу с ее "наивным реализмом" "несколько детской", в то время был глубоко захвачен ею.
Чтение книги Бюхнера оказалось чрезвычайно важным для него и в мировоззренческом отношении. Она помогла ему избавиться от веры в библейские сказания.
Чтение этих сочинений укрепило в Эйнштейне-школьнике убеждение, что "молодежь умышленно обманывается государством" с помощью благочестивой легенды. Необычайно правдолюбивый и глубоко религиозно настроенный юноша, сочинявший маленькие песни в честь бога и напевавший их по пути в школу, был так потрясен и задет в своем утонченном чувстве справедливости, что его благочестие обернулось страстной, резкой враждебностью к религии. Он стал теперь неверующим, как и его родителя, он перестал доверять авторитетам.
Как сообщал впоследствии Эйнштейн, в нем развивалось "скептическое отношение к верованиям и убеждениям, жившим в окружавшей... среде". Этот скептицизм, по его словам, сохранился у него и в дальнейшем, хотя и утратил с течением времени свою первоначальную остроту по мере все более глубокого проникновения в причинные связи.
Рано проявившееся сомнение в истинности господствующих взглядов стало одной из основных предпосылок для революционных достижений Эйнштейна в физике. Неподкупный скепсис и независимость, которыми он восхищался в Махе и в которых он видел "истинное величие" этого спорного и столь противоречивого по своим воздействиям физика-философа, руководили им в его собственной исследовательской работе.
Без скептического отношения к механистическому пониманию природы, которое господствовало среди физиков уходящего XIX столетия, Эйнштейн был бы не в состоянии так решительно изменить представление о движении, времени, пространстве и гравитации, как он сделал это в теории относительности. Без духовной независимости от существовавших столетиями, освященных философией предрассудков он никогда не смог бы создать свою модель замкнутой вселенной, что привело к перевороту в космологическом мышлении. Этот переворот можно сравнить только с переворотом, который произвело учение Коперника.
Всем делом своей жизни Эйнштейн, относившийся к результатам своей работы так же критически, как и к результатам других исследователей, подтвердил высказывание химика Вильгельма Оствальда: "Сомнение не только разрешено исследователю, оно является его первейшей заповедью. Пиетет же противопоказан его искусству". Он следовал при этом словам Лихтенберга, бессмертные афоризмы которого высоко ценил: "Общепризнанные мнения и то, что каждый считает делом давно решенным, чаще всего заслуживают исследования".
Не удивительно, что Эйнштейн не принимал всерьез тех ученых и философов, которые слыли непогрешимыми. Он высмеял их в одном из афоризмов для Лео Бека: "Тот, кто пытается прослыть незыблемым авторитетом в сфере истины и познания, терпит крушение под хохот богов".
В своем поведении в обществе знаменитый физик также часто отступал от принятых правил. Он имел смелость быть самим собой и делать то, что думал. Людей сверхпредусмотрительных и робких, опасавшихся открыто высказывать собственное мнение из страха, что это может повредить им в будущем, он презирал и высмеивал их в остроумных стихах. Он придавал столь мало значения внешним формам, которыми буржуазное общество пытается прикрыть свою пустоту, что это приводило иногда к забавным недоразумениям.
Все эти своеобразные черты его характера начали формироваться еще в ранней юности.
Эйнштейн не был вундеркиндом, подобно Гауссу или Амперу. Он научился говорить относительно поздно и говорил так медленно и задумчиво, что его школьные друзья поэтому - а также из-за его любви к справедливости прозвали его бидермайером (филистером). Он также не был гением-полиглотом, как Генрих Герц или Мария Склодовская. В средней школе он мало выделялся. Даже учитель литературы, у которого он учился охотно и прилежно, пятнадцатью годами позже, когда Эйнштейн посетил его, не вспомнил, что основатель теории относительности был его учеником: с молодым профессором, одетым едва ли в соответствии со своим званием, он обошелся как с нежелательным просителем.
При своей склонности к одиночеству юноша плохо переносил полувоенный школьный порядок баварской государственной гимназии. Классный руководитель нередко упрекал его в том, что он вредит себе своей манерой выражать почтение вышестоящим. Так что ему не стали чинить помех, когда он, предъявив врачебную справку, в которой рекомендовалась перемена климата, весной 1895 года оставил школу, чтобы уехать к своим родителям в Северную Италию.
Молодой эмигрант покинул родину с чувством глубокой неприязни к немецкому "солдафонству", как он сказал позднее, к милитаристской трескотне, к тупой маршировке баварских и прусских военных отрядов, которую он наблюдал "а улицах Мюнхена. Учитель казался ему лейтенантом, школа - казармой, где людей делают бездушными автоматами. Ему пришлось также столкнуться и с немецким антисемитизмом, хотя еще в сравнительно мягких формах.
Вскоре после своего прибытия в Милан бывший гимназист попросил отца добыть для "его (он был еще несовершеннолетним) освобождение от германского гражданства. Он больше не желал быть гражданином государства, в котором военное дело и политика железа и крови прославлялись так, как это делалось в империи Бисмарка и Вильгельма II.
С родины, из общины Ульма, Герману Эйнштейну пришел ответ на его просьбу: она освобождает его сына от вюртембергского гражданства с начала 1896 года. Альберт не имел подданства пять лет, пока в 1901 году на свои сбережения не купил швейцарское подданство. Сведения некоторых биографов, что Эйнштейн в это же время вышел из еврейской религиозной общины, неверны.
Под влиянием занятий в электротехнической мастерской своего отца Альберт решил изучать инженерные науки в Высшей технической школе в Цюрихе. Поскольку у него не было аттестата зрелости, он должен был подвергнуться особому вступительному экзамену. Он выдержал экзамен по физике и математике, но провалился на описательном естествознании и языках. Следуя совету ректора, он посещал последний класс школы кантона Аарау и получил там аттестат.
Осенью 1896 года, в Цюрихе Эйнштейн начал учебу в Высшей технической школе. Он решил стать учителем физики, В период его учения были сделаны те великие открытия, которые потрясли до основания старое здание мировой физики.
Родители почти не могли материально поддержать сына. Поэтому Эйнштейн в студенческие годы вынужден был отказываться от многого необходимого. Он часто голодал. Недоедание впоследствии неблагоприятно отразилось на состоянии его здоровья.
Будущий великий ученый относился к занятиям не совсем обычным способом. Лекциями по математике он пренебрегал в такой степени, что его учитель Герман Минковский, будучи ошеломлен теорией относительности, сказал Максу Борну: "Ах, Эйнштейн! Это тот, который всегда отлынивал от лекций, л не стал бы ему доверять!"
Хотя Эйнштейн и не принадлежал к прилежным слушателям лекций, он все же отнюдь не был лентяем. Он усиленно занимался самоподготовкой, что больше отвечало его склонности к размышлениям. Вдумчиво, оценивающе знакомился он с главными трудами Больцмана, Гельмгольца, Герца, Кирхгофа, Лоренца, Маха и Максвелла. Особенно глубокое впечатление на него, как и на других молодых физиков XIX столетия, произвели работы Маха, прежде всего "Механика".
Как и Планк в период профессуры в Киле, Эйнштейн в студенческие годы в Цюрихе был восторженным приверженцем австрийского физика-философа. В отличие от Планка он позднее лишь частично освободился от влияния теоретико-познавательных взглядов Маха. И в последние годы жизни он восхвалял "Механику" Маха как "революционный труд". Содержащаяся там критика основных понятий и законов классической физики и требование допускать в физической науке лишь строго поддающиеся наблюдению величины оказали вначале плодотворное воздействие на исследование Эйнштейном проблем относительности.
После выпускного экзамена молодой учитель физики два года не имел постоянного места. Его заветное желание стать ассистентом в Высшей технической школе Цюриха не исполнилось: в последний момент ему предпочли другого кандидата. По его мнению, из-за своего стремления к независимости он "пришелся не ко двору" среди преподавателей; поэтому его обошли, когда освободилось место ассистента. Напрасно пытался он то там, то здесь найти подходящее занятие.
Недавно найденные письма свидетельствуют, что весной 1901 года Эйнштейн из Милана, где он жил у родителей, обратился к Вильгельму Оствальду в Лейпциг. Он послал знаменитому физико-химику оттиск своей первой публикации и просил найти возможность использовать его в качестве ассистента, как "математика-физика, знакомого с абсолютными измерениями". Он писал, что не имеет средств и только подобное место может обеспечить ему дальнейшее образование. Герман Эйнштейн поддержал просьбу сына в трогательном письме.
Не известно, был ли получен ответ на эти письма. Во всяком случае, не имеющий места молодой человек был счастлив, когда получил возможность преподавать в течение двух месяцев в профессиональной школе в Винтертуре, замещая учителя, который должен был пройти военные сборы. На этом возможность заработать на хлеб была исчерпана. Вычислительными работами для обсерватории он зарабатывал лишь на карманные расходы. Попытка устроиться воспитателем в интернат в Шаффгаузене закончилась неудачей из-за расхождения в мнениях с руководителями заведения.
По рекомендации отца своего школьного товарища Эйнштейн в 1902 году получил в Патентном бюро в Берне место "технического эксперта". Он должен был проверять патентные заявки " выписывать свидетельства. Работа в качестве "патентованного батрака", как он шутливо говорил, гарантировала ему средства к жизни "а многие годы. Одновременно она побуждала его к размышлениям над физико-техническими проблемами, к которым у него всегда была живая склонность. Еще и в берлинские годы Эйнштейн занимался мелкими изобретениями и охотно мастерил приборы.
Работа оставляла ему достаточно времени для научных размышлений. Эйнштейн являл собою тип мыслящего исследователя. Он мало читал, но много думал. В "счастливые бернские годы", как он их сам называл, он, однако, планомерно знакомился с произведениями преимущественно гносеологического содержания. По предложению студента-философа Мориса Соловина был основан философский кружок, членами которого, кроме Соловина, стали Эйнштейн и математик Конрад Габихт. Друзья назвали его гордо я иронично "Академия Олимпия".
Письма, которые Эйнштейн на протяжении всей своей жизни писал Соловину и которые были опубликованы в факсимильной репродукции, принадлежат к прекраснейшим эйнштейновским документам. Во введении Соловин перечислил книги, которые были совместно прочитаны тремя "академиками". Это были сочинения Пирсона, Маха, Юма, Спинозы, Джона Стюарта Милля, Рихарда Авенариуса, Ампера, Гельмгольца, Римана, Дедекинда, Пуанкаре и других. По прочтении половины страницы, иногда даже одной фразы нередко начинались многодневные дискуссии. Понятия субстанции и причины у Юма "академики" обсуждали несколько недель. На повестке дня заседаний были также выдающиеся произведения художественной литературы, среди них "Дон Кихот" Сервантеса. Для разнообразия Эйнштейн играл на скрипке.
Глубокое изучение трудов, которые большей частью не могут быть причислены к материалистическому направлению, пробудило или усилило определенные идеалистические черты во взглядах Эйнштейна, сохранившиеся и в более поздние годы. Тем не менее эти занятия с целью самосовершенствования послужили для ученого своеобразной тренировкой, способствовали успеху исследований, результаты которых были представлены научной общественности в 1905 году. В этом же году "Академия Олимпия" после трехлетнего существования прекратила свою деятельность, так как Габихт и Соловин покинули Берн.
Вскоре после этого Эйнштейн выступил с тремя большими группами теоретических открытий, которые привели к новому взгляду на природу и обогатили сокровищницу достижений физики.
Первыми по времени им были начаты исследования в области молекулярной физики, прежде всего кинетической теории теплоты. В 1905 году Эйнштейн впервые дал полное и законченное толкование колебательного явления, которое, собственно, было давно известно, но не получило еще математического оформления.
Речь шла о том беспорядочном зигзагообразном движении мельчайших взвешенных частиц, которое в 1827 году заметил английский ботаник Роберт Броун, наблюдая цветочную пыльцу под микроскопам. В его честь оно было названо броуновским движением. Физика рассматривала его как следствие термически обусловленных беспорядочных толчков, испытываемых видимыми под микроскопом частицами со стороны невидимых молекул.
Не зная предшествующих исследовательских работ, Эйнштейн путем теоретических размышлений пришел к точному математическому изображению взаимозависимости, существующей между скоростью движения частиц, их величиной и вязкостью применяемой жидкой среды. Предложенный им новый метод определения размеров молекул и его формула давали возможность непосредственно считать молекулы.