Страница:
При этом в физической картине мира c, по выражению Эйнштейна, играет роль "недостижимой граничной скорости". Физически возможным является только асимптотическое приближение к величине скорости света в свободном пространстве Тем самым был дан ответ на вопрос, который так живо интересовал Эйнштейна в Аарау. Никто никогда не может наблюдать независимое от времени волновое поле, потому что, исходя из естественных законов, никакое тело, а также никакой самый быстрый космический корабль отдаленного будущего не в состоянии устремляться за световым лучом со скоростью света.
Эйнштейн показал, что c, величина, впервые измеренная на движениях световых квантов и поэтому названная "скоростью света", обладает фундаментальным значением для всех естественных процессов: как всеобщая абсолютная естественная константа. Тем самым он обосновал новую релятивистскую механику, в которую ньютоновские законы движения входят как частные законы: они справедливы для тел, скорость движения которых мала по сравнению со скоростью света в свободном пространстве. Или, говоря иначе, формулы классической механик" выводятся из уравнений релятивистской механики, если скорость света в вакууме рассматривается как бесконечно большая.
В 1905 году в работе "Зависит ли инерция тела от его энергетического содержания" Эйнштейн сделал вывод, научных последствий и общественно-политического воздействия которого поначалу никто не мог предвидеть. Эта статья объемом всего три печатных листа содержит основные идеи учения о взаимоотношении между массой и энергией. По Эйнштейну, массу можно всегда свести к энергии, а энергию к массе. С излучением энергии связано соответствующее уменьшение массы покоя. При добавлении энергии возрастает и масса покоя. Лауэ считает справедливым, по меньшей мере для электрона, утверждение, что масса "есть не что иное, как форма энергии, которая при других обстоятельствах превращается в другие формы". Таким образом, положение о сохранении массы потеряло свою" самостоятельность; оно перешло в положение о сохранении и превращении энергии.
Диалектическая взаимосвязь массы я энергии отображена математически во всемирно известной формуле Эйнштейна: E = mc2 - энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве.
Эта формула открыла не замеченную до тех пор "эквивалентность" массы и энергии и дала физикам возможность выражать величину одной через другую. Для особого случая, инерции излучения внутри подвижного полого тела, еще за год до Эйнштейна австрийский физик Фридрих Газенёрль пришел к тому же результату; об инертности других или вообще всех видов энергии он, однако, не думал.
Утверждение, что Газенёрль, погибший в первой мирово" войне, открыл закон инерции энергии, является позднейшей легендой, которую распространял Ленард, не желавший признать, что этот фундаментальный закон атомной физики открыл "еврей Эйнштейн". Эта легенда косвенно была связана с его утверждением, что Рентген не был первооткрывателем рентгеновских лучей, хотя побудительные причины в данном случае были иными.
Учение об инерции энергии является одним из самых удивительных открытий естествознания. Оно есть результат чистого исследования основ науки, образец открытия, вырастающего из логики науки, а не вызванного какой-либо технической потребностью времени. При механических, тепловых и химических процессах в той мере, в которой ими технически пользовались в начале столетия, изменения энергии тел столь незначительны, что соответствующие изменения массы ускользают от наблюдения и практически не имеют значения.
В одной из лекций, прочитанных в 1956 году, Гейзенберг сказал: "За пятьдесят лет, прошедших со времени создания теории относительности, эта гипотеза об эквивалентности массы и энергии революционизировала физику, а в те времена экспериментальных доказательств этого закона было очень мало. В наши дни можно во многих экспериментах непосредственно видеть, как элементарные частицы рождаются из кинетической энергии и как такие частицы могут снова исчезнуть, превратившись в излучение. Поэтому ныне превращение энергии в массу и наоборот не представляет собой ничего необыкновенного".
Эйнштейн не считал возможным, что его уравнение станет практически применимым еще при его жизни. Но после открытия расщепления урана Ганом и Штрасманом и соответствующих исследований по физике ядра, проведенных Ферми и Жолио-Кюри, эйнштейновская формула обрела в атомной физике зловещий практико-технический смысл: как ключ к раскрепощению энергии атомного ядра и тем самым - при господствующих политических отношениях - как важнейшее теоретическое основание для производства атомных бомб.
Положение об инерции энергии порождено творческой мыслью исследователя, который всю жизнь боролся с войной и ненавидел ее, считая ее преступлением и позором для культуры. И какой глубокий трагизм в том, что первое техническое применение этого закона природы по вине социального строя было совершено во зло - он был поставлен на службу новым дьявольским методам уничтожения людей. Первое разрушительное применение формулы Эйнштейна оттеснило поначалу на задний план в сознании общественности ее значение в использовании сил атома для мира и в том числе в исследовании энергетического баланса звезд.
Теория относительности 1905 года со всеми выводами и следствиями сегодня принадлежит к экспериментально подтвержденным основам физики и почти превратилась в инженерную науку. Она имеет необычайно широкую сферу применения. Она, собственно, служит исчерпывающим толкованием физических экспериментов, пока не принимается во внимание сила тяжести. В ней содержится вся электродинамика. Она указывает путь в царство атомов. Ускорители частиц в ядерных институтах в Дубне, Женеве, Беркли и т.д. не могли бы работать и малейшую долю секунды, если бы учение Эйнштейна во всех составляющих его частях не было верным отражением действительности.
Как писал в одном из писем Макс Планк, эйнштейновская теория относительности "настолько высоко усовершенствовала и одновременно упростила строение теоретической физики, что последняя более немыслима без нее". Американские атомные бомбы 1945 года стали пробным камнем ее правоты. Они уничтожили последние сомнения и колебания многих ученых.
Известный французский физик Луи де Бройль так характеризовал методологическое значение теории относительности: "Она показала нам, что можно преодолевать кажущиеся неприступными препятствия и открывать неожиданные точки зрения, стоит только отказаться от предвзятых мнений, которые считаются справедливыми скорее в силу привычки, чем логики. Теория относительности была великолепным средством упражнять дух физиков".
Свое гениальное теоретическое открытие Эйнштейн осуществил будучи независимым ученым. Он не принадлежал ни к какому университету и в момент подготовки своей первой рукописи по теории относительности еще не имел докторской степени.
Не известно, удалось ли бы ему сохранить независимость и свободу мысли, столь необходимые для осуществления революции в физике, если бы он был тогда ассистентом какого-либо института. Сам Эйнштейн считал счастливым стечением обстоятельств то, что первые годы его творческих исканий прошли "в мирском монастыре", как он шутливо называл Патентное бюро - на такой службе, которая оставляла ему достаточно времени и сил для занятий собственными научными проблемами.
Такой личный опыт объясняет позднейшие высказывания Эйнштейна, утверждавшего, что юные теоретики, особенно математики и философы, должны работать на маяках или брандерах. Он считал, что это даст дм твердый заработок и одновременно поможет углубленным занятиям наукой, избавив их от необходимости постоянно и как можно больше публиковаться, что было характерным для обычного академического пути и располагало молодых ученых к поверхностности, если они не обладали достаточной твердостью характера.
Лишь немногие физики тотчас же поняли эпохальное значение теории относительности. К их числу принадлежал Макс Планк, который стал одним из первых и величайших покровителей молодого ученого. "Вы были одним из самых деятельных зачинателей современной физики, - сказал Эйнштейн в 1929 году в своей речи по поводу золотого докторского юбилея Планка. - Вы первый выступили в защиту теории относительности".
Планк с самого начала указывал на организующее и созидательное начало принципа относительности, признавая, что оно преобладает над разлагающим и разрушительным его действием. К числу сторонников теории относительности быстро примкнули Зоммерфельд и Лауэ В 1911 году Лауэ издал первую книгу о принципе относительности, которая внесла существенный вклад в распространение учения Эйнштейна.
Среди противников теории относительности были прежде всего физики-экспериментаторы того типа, о котором Эйнштейн позднее сказал иронически: "Все, чему они научились к 81-му году своей жизни, - это эмпирия. О чем они услышали лишь позднее, есть теория и логика".
Одним из самых непримиримых врагов теории относительности был Филипп Ленард, до конца своей жизни защищавший механистическую гипотезу эфира и даже открывший особый "проэфир". Однако исследователям масштаба и характера Рентгена или Вилли Вина переход к новому воззрению также готовил трудности и угрызения совести. Ученик Планка Макс Абрахам, один из последних представителей классической электродинамики, еще в 1920 году надеялся, что астрономические наблюдения опровергнут теорию относительности и тем самым честь "абсолютного" эфира будет восстановлена.
Примерно в это же время Рентген писал в одном из писем: "У меня все еще не укладывается в голове, что для объяснения природных явлений нужно употреблять такие совершенно абстрактные соображения и понятия". Даже Лоренцу, крупнейшему последователю специальной теории относительности, нелегко дался отказ от наглядного представления о покоящемся вещественном носителе световых волн.
В оформлении эйнштейновского принципа относительности участвовали многие математики и физики. Среди них в первую очередь должен быть назван Герман Минковский, учитель Эйнштейна в Цюрихе.
В своей работе "Основы электромагнетических процессов в движущихся телах" Минковский дал гениальной теории своего бывшего студента-прогульщика законченную математическую форму Минковскому принадлежит мысль, что пространство и время, по существу, должны рассматриваться как единство, как "союз". Три пространственные координаты связаны в единое целое с временной координатой в релятивистское пространство - время, в четырехмерный "мир".
Так же как позднее Зоммерфельд и Лауэ, Минковский в применении математических методов ушел настолько далеко от исходных представлений теории относительности, что Эйнштейн однажды, смеясь, заметил по этому поводу: "С тех пор как математики накинулись на мою теорию относительности, я ее больше сам не понимаю". Еще в 1910 году он рассматривал вклад Минковского в теорию относительности как поверхностное математическое дополнение и относился к нему, по свидетельству Борна, откровенно отрицательно. Вскоре, однако, о" переменил это мнение.
В год его величайшего открытия - 1905 - Эйнштейн получил в Цюрихском университете степень доктора философии, защитив диссертацию по молекулярной физике. Его диссертация носила название: "Новое определение размеров молекул".
Три года спустя он получил право преподавания теоретической физики в Бернском университете. В своей конкурсной работе на соискание доцентуры "Следствия из закона сохранения энергии в излучении черного тела, касательно структуры излучения" он рассматривал вопросы квантовой теории света.
Видимые успехи приват-доцента, который продолжал работать в Патентном бюро, были незначительными. В первый семестр его преподавательской деятельности в аудитории сидели четверо слушателей, двое из них были приятелями лектора. Во втором семестре явился один студент, так что объявленная лекция не состоялась. Но после назначения Эйнштейна в 1909 году профессором Цюрихского университета быстро пришло признание.
Осенью 1908 года на собрании естествоиспытателей в Кёльне Минковский изложил релятивистское учение о пространстве - времени и привлек внимание специалистов к создателю теории относительности. Сделанный Эйнштейном год спустя на собрании естествоиспытателей в Зальцбурге доклад о квантовой теории света укрепил мнение о нем коллег как о выдающемся и многостороннем ученом.
В Цюрихском университете Эйнштейн преподавал только три семестра. Затем последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики в Немецкий университет в Праге, где долгие годы трудился Эрнст Мах. В этом приглашении, которое исходило из круга учеников Маха, важную роль сыграло то обстоятельство, что Эйнштейна считали сторонником взглядов Маха. Он сам способствовал этому мнению, объявляя себя в своих письмах учеником и почитателем Маха.
С женой Милевой, которая прежде училась вместе с ним и была родом из Южной Словении, и двумя маленькими сыновьями Эйнштейн три семестра провел в Праге. За триста лет до него в этом городе работал Иоганн Кеплер. Здесь путем упорных расчетов он вывел, основываясь на наблюдениях Тихо Браге за Марсом, два своих первых закона движения планет и написал "Новую астрономию".
Вступительная лекция, которую Эйнштейн читал в переполненной аудитории Института естествознания, произвела на слушателей глубокое впечатление. Их привлекла простая, неакадемическая манера изложения лектора, его живой юмор. Слушатели были немало удивлены тем, что теория относительности - это, оказывается, нечто очень простое.
В Праге в распоряжении Эйнштейна был прекрасный институт с богатой библиотекой. Особенно дружеские отношения связывали его с математиком Георгом Пиком, бывшим ассистентом Эрнста Маха, позднее замученным в концлагере Терезиенштадт. В отличие от большинства профессоров, державшихся высокомерно по отношению к студентам, Эйнштейн вел себя в общении со своими слушателями просто и непринужденно. Как сообщает в своих воспоминаниях философ и математик Кольман, который тогда посещал лекции Эйнштейна, молодой профессор со студентом, задавшим ему интересный вопрос, мог часами ходить по улице из конца в конец, иногда даже под проливным дождем.
Альберт Эйнштейн много общался в писательском кругу с Францем Кафкой и Максом Бродом. Макс Брод писал в автобиографии, что основатель теории относительности меньше всего походил на "ортодоксального эйнштейнианца". Вызывала восхищение легкость, с которой он в споре, "экспериментируя, менял свою точку зрения. Ради опыта он вставал на противоположные позиции и заново рассматривал целое уже под другим углом". Казалось, что Эйнштейну даже доставляет удовольствие, продолжает Брод, "с неустанной отвагой пробовать все возможности научного рассмотрения какого-либо предмета". Он не уклонялся от многосторонности и все же оставался при этом "уверенным и мыслил творчески".
Осенью 1911 года Эйнштейн принимал участие в первом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе, посвященном вопросам исследования атома. Вместе с Газенёрлем, который стал преемником Больцмана в Венском университете, Эйнштейн представлял теоретическую физику Австрии. Здесь встретились такие известные физики, как Мария Кюри, Ланжевен, Пуанкаре, Перрен, Резерфорд, Лоренц, Камерлинг-Оннес, Нернст, Планк, Рубенс, Вилли Вин, Эмиль Варбург, Арнольд Зоммерфельд и другие.
К этому же периоду относится посещение Эйнштейном столь уважаемого им критика ньютоновской механики, жившего в Вене. Его беседа с 75-летним физиком-философом, "гениальными исследованиями основ механики" которого он восхищался, вращалась главным образом вокруг роли "экономии мышления" и вопроса о формировании понятий в физике: в этих пунктах Эйнштейн был не совсем согласен с Махом. В какой мере он в это время склонялся к теории познания Маха и был готов поддерживать его философские устремления, ясно из того, что он вместе с Махом и другими представителями эмпириокритицизма подписал воззвание, способствовавшее возникновению Общества позитивистской философии. В числе ученых, подписавших это воззвание, были знаменитые гёттингенские математики: Феликс Клейн, Давид Гильберт и венский психиатр Зигмунд Фрейд.
Позднее Эйнштейну стала ясна ограниченность эмпиризма и он занял критическую позицию по отношению к теоретико-познавательным воззрениям Маха. В первую очередь он порицал Маха за то, что тот "неверно осветил конструктивную и спекулятивную по своему существу природу мышления, в особенности научного мышления, и вследствие этого осудил теорию именно в тех разделах, в которых конструктивно-спекулятивный характер выявляется со всей определенностью, как, например, в кинетической теории атома". Эйнштейн не видел или не признавал того, что основная философская ошибка Маха состояла в субъективном идеализме, как исчерпывающе доказал это В.И. Ленин в "Материализме и эмпириокритицизме".
Летом 1912 года Альберт Эйнштейн возвратился в Цюрих, где в Высшей технической школе была создана кафедра математической физики. Наряду с Марией Кюри его кандидатуру поддержал Анри Пуанкаре, который писал: "Господин Эйнштейн - один из оригинальнейших умов, которые я когда-либо знал; несмотря на свою молодость, он уже занимает в высшей степени почетное место среди ученых своего времени. Будущее принесет все новые и новые доказательства ценности, какую представляет собой господин Эйнштейн. Институт, сумевший привлечь его в свои стены, может быть уверен, что ему сделает честь сотрудничество с молодым ученым".
Пражский период был отмечен для Эйнштейна новым научным достижением. Исходя из своего принципа относительности, сформулированного в 1905 году, он в 1911 году в статье "О влиянии силы тяжести на распространение света" опубликовал первый вариант общей теории относительности. В этой работе уже содержался вывод, положивший начало известности Эйнштейна: световые лучи, исходящие от звезд, искривляются рядом с краем солнца, так как свет обладает инерцией и в поле тяготения солнца изменяется структура пространства.
Во время своей второй цюрихской профессуры Эйнштейн занимался разработкой математического аппарата, который был необходим для дальнейшего развития теории относительности и для построения нового, релятивистского учения о гравитации. Его большей частью приходилось создавать заново. Несмотря "а то что Эйнштейн никогда не относился к "хорошим математикам", он становится теперь также усердным и творчески мыслящим математиком.
Математика никогда не была для Эйнштейна самоцелью. В последние годы своей жизни он писал Лауэ: "Удивительна сама по себе возможность математически овладеть предметом, не зная действительного существа дела". Эйнштейна же всегда интересовало в первую очередь существо дела, содержание. "Главное все же содержание, а не математика", - сказал он одному из своих учеников в Цюрихе и добавил: "При помощи математики можно, собственно говоря, доказать все".
В выборе необходимых математических методов и в их применении Эйнштейну помогал его соученик Марсель Гросман, который в то время был профессором математики в том же учебном заведении, где преподавал Эйнштейн. Плодом их совместных трудов явилась рукопись "Набросок обобщенной теории относительности и теории гравитации". Математическая часть принадлежала Гросману, физическая - Эйнштейну. Эта работа была второй, после пражской теории, вехой на пути к общей теории относительности и учению о гравитации, которые были в основном закончены в Берлине в 1915 году.
Развитие релятивистского хода мыслей оказалось весьма утомительной, тяжелой и скучной работой. "Математические трудности, на которые наталкиваются, следуя этим мыслям, к сожалению, слишком велики и для меня", - заметил Эйнштейн в одном из писем Маху. Несколько позже, в июле 1913 года, он писал: "Этими днями Вы, вероятно, получили мою новую работу об относительности и гравитации, которая наконец-то готова после бесконечного труда и мучительных сомнений".
Подтверждением высокого авторитета, которым пользовался создатель теории относительности среди физиков, явилось избрание его в 1913 году действительным членом Берлинской Академии наук. Ему было тогда всего лишь 34 года. Он был приглашен занять место великого физико-химика, лауреата Нобелевской премии Вант-Гоффа, место, которого напрасно добивался Рентген.
Предложение о приглашении Эйнштейна исходило от Планка. "Вы решительно способствовали моему внешнему продвижению и тому, что я получил такие условия работы, которые даются лишь немногим", - говорил Эйнштейн Планку в 1929 году, вспоминая свое приглашение в Берлин. Планк лично вместе с Нернстом ездил в Цюрих, чтобы склонить Эйнштейна принять место.
В Берлине Эйнштейн мог посвятить себя исключительно своим теоретическим исследованиям. Физический институт Общества кайзера Вильгельма по поощрению наук, которым он должен был руководить, существовал тогда только на бумаге. Он был основан в 1917 году, но лишь 20 лет спустя, когда Эйнштейн уже вновь покинул Берлин, получил собственные рабочие помещения. Эйнштейну было предоставлено право читать лекции и вести семинары по избранным им самим темам, не будучи обязанным принимать участие в каких-либо учебных мероприятиях или факультетской работе.
Таким образом, ему открывалось поле деятельности, которая наилучшим образом соответствовала его научным потребностям и его личным желаниям. Это побудило его преодолеть свое политическое неприятие империалистической Германии, от которой он отвернулся еще будучи школьником, принять избрание в Прусскую Академию наук и переехать в Берлин. Жена Милева и сыновья остались в Швейцарии.
В начале апреля 1914 года Эйнштейн приступил к своей новой службе "как академический муж без каких-либо обязанностей, нечто вроде живой мумии", писал он в характерном для него стиле одному из своих друзей.
Девятнадцать лет провел великий физик в Берлине. Он читал лекции в университете, вел семинары вместе с Максом фон Лауэ, Вильгельмом Вестфалем и другими коллегами и регулярно принимал участие в коллоквиуме, который во время учебного года проводился каждую среду в Физическом институте на Рейхстагуфер. Не в последнюю очередь благодаря участию Эйнштейна эти встречи физиков стали школой специализации и местом творческих научных споров, проходивших на таком высоком уровне, какого во время первой мировой войны и в послевоенные годы не было нигде.
Эйнштейн в свои берлинские годы меньше всего походил на "живую мумию". Первые три года, несмотря на военные события, которые отрицательно сказывались "а научной работе, были необычайно плодотворными. В 1915 году после семилетних трудов Эйнштейн закончил свою общую теорию относительности и учение о гравитации, он внес существенные дополнения в квантовую теорию и обосновал совершенно новый взгляд на строение вселенной.
Общая теория относительности, бесспорно, является гениальнейшим творением Эйнштейна. Макс Борн назвал ее "наиболее великим достижением человеческого мышления в знании природы, удивительным соединением философской глубины, физической интуиции и математического мастерства". Она является открытием, в наибольшей степени принадлежащим Эйнштейну, поскольку в отличие от специальной теории относительности общую теорию относительности не предваряли готовые элементы физического знания и не существовало также никаких конкретных теоретических предпосылок ее, кроме нескольких идей Римана и Маха. Здесь прежде всего следует упомянуть "принцип Маха", как Эйнштейн называл объяснение инертности действием масс отдаленных небесных тел: в честь исследователя, который предложил это толкование.
По убеждению Эйнштейна, австрийский физик был уже почти за полстолетия до него близок к раскрытию общей теории относительности и, вероятно, нашел бы ее, если бы в те десятилетия вопрос о значении постоянной скорости света был поставлен физиками в той же форме, как это было сделано позже. Критические взгляды Маха на ньютоновский закон инерции Эйнштейн считал доказательством того, "как близко лежала идея Маха к требованию относительности в общем смысле (относительности ускорений)".
Общая теория относительности ставит очень высокие требования к возможностям абстрагирования в геометрии и физике. Она использует особые математические методы, которые доступны только специалистам. Сам Эйнштейн должен был преодолеть здесь значительные трудности. При создании общей теории относительности он, по словам Лауэ, следовал указаниям компаса математики, который мог в известной мере обеспечить сохранение избранного направления, но был совершенно недостаточен для точного определения пути. Эйнштейн в конце концов нашел этот путь, не избежав случайных кружных и неверных дорог. В том, что он все же пошел этим путем, его величайшее достижение, не имеющее себе равных в истории физики.
Принцип относительности, справедливость которого в специальной теории относительности ограничена инерциальными системами - равномерно движущимися относительно друг друга системами, в которых действует ньютоновский закон инерции, - справедлив в общей теории относительности также для систем, движущихся с ускорением, и для вращательных движений.
Эйнштейн показал, что c, величина, впервые измеренная на движениях световых квантов и поэтому названная "скоростью света", обладает фундаментальным значением для всех естественных процессов: как всеобщая абсолютная естественная константа. Тем самым он обосновал новую релятивистскую механику, в которую ньютоновские законы движения входят как частные законы: они справедливы для тел, скорость движения которых мала по сравнению со скоростью света в свободном пространстве. Или, говоря иначе, формулы классической механик" выводятся из уравнений релятивистской механики, если скорость света в вакууме рассматривается как бесконечно большая.
В 1905 году в работе "Зависит ли инерция тела от его энергетического содержания" Эйнштейн сделал вывод, научных последствий и общественно-политического воздействия которого поначалу никто не мог предвидеть. Эта статья объемом всего три печатных листа содержит основные идеи учения о взаимоотношении между массой и энергией. По Эйнштейну, массу можно всегда свести к энергии, а энергию к массе. С излучением энергии связано соответствующее уменьшение массы покоя. При добавлении энергии возрастает и масса покоя. Лауэ считает справедливым, по меньшей мере для электрона, утверждение, что масса "есть не что иное, как форма энергии, которая при других обстоятельствах превращается в другие формы". Таким образом, положение о сохранении массы потеряло свою" самостоятельность; оно перешло в положение о сохранении и превращении энергии.
Диалектическая взаимосвязь массы я энергии отображена математически во всемирно известной формуле Эйнштейна: E = mc2 - энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света в свободном пространстве.
Эта формула открыла не замеченную до тех пор "эквивалентность" массы и энергии и дала физикам возможность выражать величину одной через другую. Для особого случая, инерции излучения внутри подвижного полого тела, еще за год до Эйнштейна австрийский физик Фридрих Газенёрль пришел к тому же результату; об инертности других или вообще всех видов энергии он, однако, не думал.
Утверждение, что Газенёрль, погибший в первой мирово" войне, открыл закон инерции энергии, является позднейшей легендой, которую распространял Ленард, не желавший признать, что этот фундаментальный закон атомной физики открыл "еврей Эйнштейн". Эта легенда косвенно была связана с его утверждением, что Рентген не был первооткрывателем рентгеновских лучей, хотя побудительные причины в данном случае были иными.
Учение об инерции энергии является одним из самых удивительных открытий естествознания. Оно есть результат чистого исследования основ науки, образец открытия, вырастающего из логики науки, а не вызванного какой-либо технической потребностью времени. При механических, тепловых и химических процессах в той мере, в которой ими технически пользовались в начале столетия, изменения энергии тел столь незначительны, что соответствующие изменения массы ускользают от наблюдения и практически не имеют значения.
В одной из лекций, прочитанных в 1956 году, Гейзенберг сказал: "За пятьдесят лет, прошедших со времени создания теории относительности, эта гипотеза об эквивалентности массы и энергии революционизировала физику, а в те времена экспериментальных доказательств этого закона было очень мало. В наши дни можно во многих экспериментах непосредственно видеть, как элементарные частицы рождаются из кинетической энергии и как такие частицы могут снова исчезнуть, превратившись в излучение. Поэтому ныне превращение энергии в массу и наоборот не представляет собой ничего необыкновенного".
Эйнштейн не считал возможным, что его уравнение станет практически применимым еще при его жизни. Но после открытия расщепления урана Ганом и Штрасманом и соответствующих исследований по физике ядра, проведенных Ферми и Жолио-Кюри, эйнштейновская формула обрела в атомной физике зловещий практико-технический смысл: как ключ к раскрепощению энергии атомного ядра и тем самым - при господствующих политических отношениях - как важнейшее теоретическое основание для производства атомных бомб.
Положение об инерции энергии порождено творческой мыслью исследователя, который всю жизнь боролся с войной и ненавидел ее, считая ее преступлением и позором для культуры. И какой глубокий трагизм в том, что первое техническое применение этого закона природы по вине социального строя было совершено во зло - он был поставлен на службу новым дьявольским методам уничтожения людей. Первое разрушительное применение формулы Эйнштейна оттеснило поначалу на задний план в сознании общественности ее значение в использовании сил атома для мира и в том числе в исследовании энергетического баланса звезд.
Теория относительности 1905 года со всеми выводами и следствиями сегодня принадлежит к экспериментально подтвержденным основам физики и почти превратилась в инженерную науку. Она имеет необычайно широкую сферу применения. Она, собственно, служит исчерпывающим толкованием физических экспериментов, пока не принимается во внимание сила тяжести. В ней содержится вся электродинамика. Она указывает путь в царство атомов. Ускорители частиц в ядерных институтах в Дубне, Женеве, Беркли и т.д. не могли бы работать и малейшую долю секунды, если бы учение Эйнштейна во всех составляющих его частях не было верным отражением действительности.
Как писал в одном из писем Макс Планк, эйнштейновская теория относительности "настолько высоко усовершенствовала и одновременно упростила строение теоретической физики, что последняя более немыслима без нее". Американские атомные бомбы 1945 года стали пробным камнем ее правоты. Они уничтожили последние сомнения и колебания многих ученых.
Известный французский физик Луи де Бройль так характеризовал методологическое значение теории относительности: "Она показала нам, что можно преодолевать кажущиеся неприступными препятствия и открывать неожиданные точки зрения, стоит только отказаться от предвзятых мнений, которые считаются справедливыми скорее в силу привычки, чем логики. Теория относительности была великолепным средством упражнять дух физиков".
Свое гениальное теоретическое открытие Эйнштейн осуществил будучи независимым ученым. Он не принадлежал ни к какому университету и в момент подготовки своей первой рукописи по теории относительности еще не имел докторской степени.
Не известно, удалось ли бы ему сохранить независимость и свободу мысли, столь необходимые для осуществления революции в физике, если бы он был тогда ассистентом какого-либо института. Сам Эйнштейн считал счастливым стечением обстоятельств то, что первые годы его творческих исканий прошли "в мирском монастыре", как он шутливо называл Патентное бюро - на такой службе, которая оставляла ему достаточно времени и сил для занятий собственными научными проблемами.
Такой личный опыт объясняет позднейшие высказывания Эйнштейна, утверждавшего, что юные теоретики, особенно математики и философы, должны работать на маяках или брандерах. Он считал, что это даст дм твердый заработок и одновременно поможет углубленным занятиям наукой, избавив их от необходимости постоянно и как можно больше публиковаться, что было характерным для обычного академического пути и располагало молодых ученых к поверхностности, если они не обладали достаточной твердостью характера.
Лишь немногие физики тотчас же поняли эпохальное значение теории относительности. К их числу принадлежал Макс Планк, который стал одним из первых и величайших покровителей молодого ученого. "Вы были одним из самых деятельных зачинателей современной физики, - сказал Эйнштейн в 1929 году в своей речи по поводу золотого докторского юбилея Планка. - Вы первый выступили в защиту теории относительности".
Планк с самого начала указывал на организующее и созидательное начало принципа относительности, признавая, что оно преобладает над разлагающим и разрушительным его действием. К числу сторонников теории относительности быстро примкнули Зоммерфельд и Лауэ В 1911 году Лауэ издал первую книгу о принципе относительности, которая внесла существенный вклад в распространение учения Эйнштейна.
Среди противников теории относительности были прежде всего физики-экспериментаторы того типа, о котором Эйнштейн позднее сказал иронически: "Все, чему они научились к 81-му году своей жизни, - это эмпирия. О чем они услышали лишь позднее, есть теория и логика".
Одним из самых непримиримых врагов теории относительности был Филипп Ленард, до конца своей жизни защищавший механистическую гипотезу эфира и даже открывший особый "проэфир". Однако исследователям масштаба и характера Рентгена или Вилли Вина переход к новому воззрению также готовил трудности и угрызения совести. Ученик Планка Макс Абрахам, один из последних представителей классической электродинамики, еще в 1920 году надеялся, что астрономические наблюдения опровергнут теорию относительности и тем самым честь "абсолютного" эфира будет восстановлена.
Примерно в это же время Рентген писал в одном из писем: "У меня все еще не укладывается в голове, что для объяснения природных явлений нужно употреблять такие совершенно абстрактные соображения и понятия". Даже Лоренцу, крупнейшему последователю специальной теории относительности, нелегко дался отказ от наглядного представления о покоящемся вещественном носителе световых волн.
В оформлении эйнштейновского принципа относительности участвовали многие математики и физики. Среди них в первую очередь должен быть назван Герман Минковский, учитель Эйнштейна в Цюрихе.
В своей работе "Основы электромагнетических процессов в движущихся телах" Минковский дал гениальной теории своего бывшего студента-прогульщика законченную математическую форму Минковскому принадлежит мысль, что пространство и время, по существу, должны рассматриваться как единство, как "союз". Три пространственные координаты связаны в единое целое с временной координатой в релятивистское пространство - время, в четырехмерный "мир".
Так же как позднее Зоммерфельд и Лауэ, Минковский в применении математических методов ушел настолько далеко от исходных представлений теории относительности, что Эйнштейн однажды, смеясь, заметил по этому поводу: "С тех пор как математики накинулись на мою теорию относительности, я ее больше сам не понимаю". Еще в 1910 году он рассматривал вклад Минковского в теорию относительности как поверхностное математическое дополнение и относился к нему, по свидетельству Борна, откровенно отрицательно. Вскоре, однако, о" переменил это мнение.
В год его величайшего открытия - 1905 - Эйнштейн получил в Цюрихском университете степень доктора философии, защитив диссертацию по молекулярной физике. Его диссертация носила название: "Новое определение размеров молекул".
Три года спустя он получил право преподавания теоретической физики в Бернском университете. В своей конкурсной работе на соискание доцентуры "Следствия из закона сохранения энергии в излучении черного тела, касательно структуры излучения" он рассматривал вопросы квантовой теории света.
Видимые успехи приват-доцента, который продолжал работать в Патентном бюро, были незначительными. В первый семестр его преподавательской деятельности в аудитории сидели четверо слушателей, двое из них были приятелями лектора. Во втором семестре явился один студент, так что объявленная лекция не состоялась. Но после назначения Эйнштейна в 1909 году профессором Цюрихского университета быстро пришло признание.
Осенью 1908 года на собрании естествоиспытателей в Кёльне Минковский изложил релятивистское учение о пространстве - времени и привлек внимание специалистов к создателю теории относительности. Сделанный Эйнштейном год спустя на собрании естествоиспытателей в Зальцбурге доклад о квантовой теории света укрепил мнение о нем коллег как о выдающемся и многостороннем ученом.
В Цюрихском университете Эйнштейн преподавал только три семестра. Затем последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики в Немецкий университет в Праге, где долгие годы трудился Эрнст Мах. В этом приглашении, которое исходило из круга учеников Маха, важную роль сыграло то обстоятельство, что Эйнштейна считали сторонником взглядов Маха. Он сам способствовал этому мнению, объявляя себя в своих письмах учеником и почитателем Маха.
С женой Милевой, которая прежде училась вместе с ним и была родом из Южной Словении, и двумя маленькими сыновьями Эйнштейн три семестра провел в Праге. За триста лет до него в этом городе работал Иоганн Кеплер. Здесь путем упорных расчетов он вывел, основываясь на наблюдениях Тихо Браге за Марсом, два своих первых закона движения планет и написал "Новую астрономию".
Вступительная лекция, которую Эйнштейн читал в переполненной аудитории Института естествознания, произвела на слушателей глубокое впечатление. Их привлекла простая, неакадемическая манера изложения лектора, его живой юмор. Слушатели были немало удивлены тем, что теория относительности - это, оказывается, нечто очень простое.
В Праге в распоряжении Эйнштейна был прекрасный институт с богатой библиотекой. Особенно дружеские отношения связывали его с математиком Георгом Пиком, бывшим ассистентом Эрнста Маха, позднее замученным в концлагере Терезиенштадт. В отличие от большинства профессоров, державшихся высокомерно по отношению к студентам, Эйнштейн вел себя в общении со своими слушателями просто и непринужденно. Как сообщает в своих воспоминаниях философ и математик Кольман, который тогда посещал лекции Эйнштейна, молодой профессор со студентом, задавшим ему интересный вопрос, мог часами ходить по улице из конца в конец, иногда даже под проливным дождем.
Альберт Эйнштейн много общался в писательском кругу с Францем Кафкой и Максом Бродом. Макс Брод писал в автобиографии, что основатель теории относительности меньше всего походил на "ортодоксального эйнштейнианца". Вызывала восхищение легкость, с которой он в споре, "экспериментируя, менял свою точку зрения. Ради опыта он вставал на противоположные позиции и заново рассматривал целое уже под другим углом". Казалось, что Эйнштейну даже доставляет удовольствие, продолжает Брод, "с неустанной отвагой пробовать все возможности научного рассмотрения какого-либо предмета". Он не уклонялся от многосторонности и все же оставался при этом "уверенным и мыслил творчески".
Осенью 1911 года Эйнштейн принимал участие в первом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе, посвященном вопросам исследования атома. Вместе с Газенёрлем, который стал преемником Больцмана в Венском университете, Эйнштейн представлял теоретическую физику Австрии. Здесь встретились такие известные физики, как Мария Кюри, Ланжевен, Пуанкаре, Перрен, Резерфорд, Лоренц, Камерлинг-Оннес, Нернст, Планк, Рубенс, Вилли Вин, Эмиль Варбург, Арнольд Зоммерфельд и другие.
К этому же периоду относится посещение Эйнштейном столь уважаемого им критика ньютоновской механики, жившего в Вене. Его беседа с 75-летним физиком-философом, "гениальными исследованиями основ механики" которого он восхищался, вращалась главным образом вокруг роли "экономии мышления" и вопроса о формировании понятий в физике: в этих пунктах Эйнштейн был не совсем согласен с Махом. В какой мере он в это время склонялся к теории познания Маха и был готов поддерживать его философские устремления, ясно из того, что он вместе с Махом и другими представителями эмпириокритицизма подписал воззвание, способствовавшее возникновению Общества позитивистской философии. В числе ученых, подписавших это воззвание, были знаменитые гёттингенские математики: Феликс Клейн, Давид Гильберт и венский психиатр Зигмунд Фрейд.
Позднее Эйнштейну стала ясна ограниченность эмпиризма и он занял критическую позицию по отношению к теоретико-познавательным воззрениям Маха. В первую очередь он порицал Маха за то, что тот "неверно осветил конструктивную и спекулятивную по своему существу природу мышления, в особенности научного мышления, и вследствие этого осудил теорию именно в тех разделах, в которых конструктивно-спекулятивный характер выявляется со всей определенностью, как, например, в кинетической теории атома". Эйнштейн не видел или не признавал того, что основная философская ошибка Маха состояла в субъективном идеализме, как исчерпывающе доказал это В.И. Ленин в "Материализме и эмпириокритицизме".
Летом 1912 года Альберт Эйнштейн возвратился в Цюрих, где в Высшей технической школе была создана кафедра математической физики. Наряду с Марией Кюри его кандидатуру поддержал Анри Пуанкаре, который писал: "Господин Эйнштейн - один из оригинальнейших умов, которые я когда-либо знал; несмотря на свою молодость, он уже занимает в высшей степени почетное место среди ученых своего времени. Будущее принесет все новые и новые доказательства ценности, какую представляет собой господин Эйнштейн. Институт, сумевший привлечь его в свои стены, может быть уверен, что ему сделает честь сотрудничество с молодым ученым".
Пражский период был отмечен для Эйнштейна новым научным достижением. Исходя из своего принципа относительности, сформулированного в 1905 году, он в 1911 году в статье "О влиянии силы тяжести на распространение света" опубликовал первый вариант общей теории относительности. В этой работе уже содержался вывод, положивший начало известности Эйнштейна: световые лучи, исходящие от звезд, искривляются рядом с краем солнца, так как свет обладает инерцией и в поле тяготения солнца изменяется структура пространства.
Во время своей второй цюрихской профессуры Эйнштейн занимался разработкой математического аппарата, который был необходим для дальнейшего развития теории относительности и для построения нового, релятивистского учения о гравитации. Его большей частью приходилось создавать заново. Несмотря "а то что Эйнштейн никогда не относился к "хорошим математикам", он становится теперь также усердным и творчески мыслящим математиком.
Математика никогда не была для Эйнштейна самоцелью. В последние годы своей жизни он писал Лауэ: "Удивительна сама по себе возможность математически овладеть предметом, не зная действительного существа дела". Эйнштейна же всегда интересовало в первую очередь существо дела, содержание. "Главное все же содержание, а не математика", - сказал он одному из своих учеников в Цюрихе и добавил: "При помощи математики можно, собственно говоря, доказать все".
В выборе необходимых математических методов и в их применении Эйнштейну помогал его соученик Марсель Гросман, который в то время был профессором математики в том же учебном заведении, где преподавал Эйнштейн. Плодом их совместных трудов явилась рукопись "Набросок обобщенной теории относительности и теории гравитации". Математическая часть принадлежала Гросману, физическая - Эйнштейну. Эта работа была второй, после пражской теории, вехой на пути к общей теории относительности и учению о гравитации, которые были в основном закончены в Берлине в 1915 году.
Развитие релятивистского хода мыслей оказалось весьма утомительной, тяжелой и скучной работой. "Математические трудности, на которые наталкиваются, следуя этим мыслям, к сожалению, слишком велики и для меня", - заметил Эйнштейн в одном из писем Маху. Несколько позже, в июле 1913 года, он писал: "Этими днями Вы, вероятно, получили мою новую работу об относительности и гравитации, которая наконец-то готова после бесконечного труда и мучительных сомнений".
Подтверждением высокого авторитета, которым пользовался создатель теории относительности среди физиков, явилось избрание его в 1913 году действительным членом Берлинской Академии наук. Ему было тогда всего лишь 34 года. Он был приглашен занять место великого физико-химика, лауреата Нобелевской премии Вант-Гоффа, место, которого напрасно добивался Рентген.
Предложение о приглашении Эйнштейна исходило от Планка. "Вы решительно способствовали моему внешнему продвижению и тому, что я получил такие условия работы, которые даются лишь немногим", - говорил Эйнштейн Планку в 1929 году, вспоминая свое приглашение в Берлин. Планк лично вместе с Нернстом ездил в Цюрих, чтобы склонить Эйнштейна принять место.
В Берлине Эйнштейн мог посвятить себя исключительно своим теоретическим исследованиям. Физический институт Общества кайзера Вильгельма по поощрению наук, которым он должен был руководить, существовал тогда только на бумаге. Он был основан в 1917 году, но лишь 20 лет спустя, когда Эйнштейн уже вновь покинул Берлин, получил собственные рабочие помещения. Эйнштейну было предоставлено право читать лекции и вести семинары по избранным им самим темам, не будучи обязанным принимать участие в каких-либо учебных мероприятиях или факультетской работе.
Таким образом, ему открывалось поле деятельности, которая наилучшим образом соответствовала его научным потребностям и его личным желаниям. Это побудило его преодолеть свое политическое неприятие империалистической Германии, от которой он отвернулся еще будучи школьником, принять избрание в Прусскую Академию наук и переехать в Берлин. Жена Милева и сыновья остались в Швейцарии.
В начале апреля 1914 года Эйнштейн приступил к своей новой службе "как академический муж без каких-либо обязанностей, нечто вроде живой мумии", писал он в характерном для него стиле одному из своих друзей.
Девятнадцать лет провел великий физик в Берлине. Он читал лекции в университете, вел семинары вместе с Максом фон Лауэ, Вильгельмом Вестфалем и другими коллегами и регулярно принимал участие в коллоквиуме, который во время учебного года проводился каждую среду в Физическом институте на Рейхстагуфер. Не в последнюю очередь благодаря участию Эйнштейна эти встречи физиков стали школой специализации и местом творческих научных споров, проходивших на таком высоком уровне, какого во время первой мировой войны и в послевоенные годы не было нигде.
Эйнштейн в свои берлинские годы меньше всего походил на "живую мумию". Первые три года, несмотря на военные события, которые отрицательно сказывались "а научной работе, были необычайно плодотворными. В 1915 году после семилетних трудов Эйнштейн закончил свою общую теорию относительности и учение о гравитации, он внес существенные дополнения в квантовую теорию и обосновал совершенно новый взгляд на строение вселенной.
Общая теория относительности, бесспорно, является гениальнейшим творением Эйнштейна. Макс Борн назвал ее "наиболее великим достижением человеческого мышления в знании природы, удивительным соединением философской глубины, физической интуиции и математического мастерства". Она является открытием, в наибольшей степени принадлежащим Эйнштейну, поскольку в отличие от специальной теории относительности общую теорию относительности не предваряли готовые элементы физического знания и не существовало также никаких конкретных теоретических предпосылок ее, кроме нескольких идей Римана и Маха. Здесь прежде всего следует упомянуть "принцип Маха", как Эйнштейн называл объяснение инертности действием масс отдаленных небесных тел: в честь исследователя, который предложил это толкование.
По убеждению Эйнштейна, австрийский физик был уже почти за полстолетия до него близок к раскрытию общей теории относительности и, вероятно, нашел бы ее, если бы в те десятилетия вопрос о значении постоянной скорости света был поставлен физиками в той же форме, как это было сделано позже. Критические взгляды Маха на ньютоновский закон инерции Эйнштейн считал доказательством того, "как близко лежала идея Маха к требованию относительности в общем смысле (относительности ускорений)".
Общая теория относительности ставит очень высокие требования к возможностям абстрагирования в геометрии и физике. Она использует особые математические методы, которые доступны только специалистам. Сам Эйнштейн должен был преодолеть здесь значительные трудности. При создании общей теории относительности он, по словам Лауэ, следовал указаниям компаса математики, который мог в известной мере обеспечить сохранение избранного направления, но был совершенно недостаточен для точного определения пути. Эйнштейн в конце концов нашел этот путь, не избежав случайных кружных и неверных дорог. В том, что он все же пошел этим путем, его величайшее достижение, не имеющее себе равных в истории физики.
Принцип относительности, справедливость которого в специальной теории относительности ограничена инерциальными системами - равномерно движущимися относительно друг друга системами, в которых действует ньютоновский закон инерции, - справедлив в общей теории относительности также для систем, движущихся с ускорением, и для вращательных движений.