Страница:
Кузнецов Б Г
Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)
Борис Григорьевич Кузнецов
Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие
Книга рассказывает о жизни, мировоззрении и творчестве Альберта Эйнштейна (1879-1955), о возникновении и развитии его идей, об их значении в истории науки, философии и культуры. Заключительный раздел книги "Параллели" представляет собой ряд очерков, в которых мировоззрение Эйнштейна сопоставляется с мировоззрением ряда мыслителей (Аристотель, Ньютон Декарт, Спиноза, Бор, Достоевский, Моцарт и др.).
СОДЕРЖАНИЕ:
Предисловие 5
ЖИЗНЬ
Ессе homo 10
Отрочество 23
Студенческие годы 30
Берн 40
"Надличное" 51
Математика и реальность 58
Критерии выбора научной теории и основы классической физики 77
Броуновское движение 96
Фотоны 106
Постоянство скорости света 112
Пространство, время, энергия и масса 131
Прага и Цюрих 141
Берлин 162
Общая теория относительности 173
Подтверждение теории относительности 180
Слава 186
Нацистский режим в Германии Принстон 231
Трагедия атомной бомбы 267
СМЕРТЬ
Последние годы 284
Неклассическая наука и проблема смерти и страха смерти 294
Смерть Гулливера 299
БЕССМЕРТИЕ
Бессмертие разума 306
Бесконечность и бессмертие 320
Бессмертие человека 327
Принцип бытия 336
Единая теория поля 344
Необратимость времени 384
ПАРАЛЛЕЛИ
Эйнштейн и Аристотель 396
Эйнштейн и Декарт 413
Эйнштейн и Ньютон 439
Эйнштейн и Фарадей 477
Эйнштейн и Мах 487
Эйнштейн и Бор 516
Эйнштейн и Достоевский 553
Эйнштейн и Моцарт 626
Литература 655
Указатель имен 675
Предисловие
Чем крупнее мыслитель, тем явственней выступают в ею биографии черты эпохи, тем естественней биография переходит в историю.
Биография Эйнштейна - это биография пионера неклассической науки, неклассической не только по своим исходным утверждениям, отличающим ее от классической науки XVII-XIX вв., неклассической по своему стилю, по явному, происходящему на глазах одного поколения изменению фундаментальных принципов, по решительному отказу от неподвижных устоев. Эволюция теории относительности в трудах Эйнштейна (а в ней стержневая линия биографии мыслителя) демонстрирует динамизм этой теории. Ее смысл и содержание все время меняются, причем дело не сводится к новым применениям и иллюстрациям. Так было и в классической науке, которая, конечно, изменялась в своих основах, но зачастую неявно и с большими антрактами, создававшими иллюзию неподвижности и априорности этих основ. Развитие неклассической науки сопровождается практически непрерывным обсуждением и относительно быстрой модификацией ее основных принципов. Смысл теории относительности, смысл неклассической науки, а значит, и основной смысл жизни Эйнштейна раскрываются не только и даже не столько при систематическом изложении теории, сколько в прогнозе и в ретроспекции, когда видно, как изменился смысл фундаментальных философских и физических идей прошлого в свете современной науки и какие новые горизонты она открывает будущему.
Теперь о чертах эпохи в биографии Эйнштейна. Современная эпоха в значительной мере обязана своим беспрецедентным динамизмом динамизму неклассической науки.
5
Характеристика современной эпохи невозможна без динамических констатаций, без констатаций направления, скорости и ускорения происходящих сейчас процессов. Такие констатации требуют прогноза. Озеро можно охарактеризовать, указав очертания и уровень его зеркала; характеристика потока включает не только уровень, по и градиент и дислокацию водоема, в который впадает поток.
Соответственно, исторические черты эпохи, выступающие в биографии Эйнштейна, - это тенденции, реализующиеся за пределами первой половины XX в., когда ученый жил и творил. А в каких же хронологических пределах они реализуются?
Все дело в том, что таких пределов нет. Чем дальше мы заглядываем вперед, тем неопределенней становится эффект того, что сделал Эйнштейн, и дальнейшая реализация того, что воплотилось в его идеях, дальнейшее развитие этих идей. Но при все возрастающей неопределенности прогноза можно быть уверенным, что эффект творчества Эйнштейна и его исходных идей не будет затухать. Напротив, он будет разгораться, воплощаться во все более точных и общих, все более близких к действительности концепциях мира.
Таким образом, чтобы ответить на вопрос, что такое жизнь Эйнштейна, в чем ее смысл, значение, содержание, нужно перейти от жизни в собственном, хронологическом смысле, т.е. от 1879-1955 гг., к последующим годам, уходящим в будущее, т.е. к теме бессмертия Эйнштейна.
Первым вариантом этой книги была биография Эйнштейна, вышедшая впервые в Москве почти двадцать лет назад и не раз издававшаяся во многих странах. Она содержала небольшую заключительную главу с беглыми заметками о будущем, о посмертном воздействии Эйнштейна на эволюцию науки. Теперь изменился самый жанр книги: она посвящена не только жизни и смерти Эйнштейна, но и его бессмертию как основной теме. Сейчас книга - уже не только и даже не столько биография Эйнштейна, сколько попытка ответить на вопрос, что означают для современного человечества жизнь и идеи Эйнштейна и в чем состоит развитие этих идей, что придает им жизнь, динамику, бессмертие.
6
Первая часть книги - "Жизнь", естественно, в наибольшей степени сохранила биографический характер.
Новая структура книги позволила даже сделать биографические главы более биографическими, освободив их от некоторых, сравнительно сложных теоретических вкраплений, которые теперь перешли во вторую и особенно в третью части.
Вторая часть - "Смерть" - посвящена отношению Эйнштейна к смерти и, далее, более общему вопросу о связи между современной, неклассической наукой и проблемой смерти и страха смерти. Эта вторая часть книги естественный переход от биографии к истории, от периода, когда развитие теории в значительной мере носит отпечаток индивидуального стиля мышления, условий жизни, индивидуальных симпатий и интересов, к другому периоду, когда эволюция теории теряет биографический колорит.
Это переход не только к истории, по и к философии науки - к тому, что можно было бы назвать философией истории науки, что прорывает рамки локального, преходящего, ограниченного и охватывает дальнейшее развитие данной идеи, концепции, теории. Иначе говоря, к бессмертию, к бесконечной эволюции разума, науки, человека, что и является темой третьей части книги.
Четвертая часть - "Параллели" - содержит несколько очерков, опубликованных ранее в "Этюдах об Эйнштейне" и теперь радикально переработанных, а также новые очерки. Современная наука способна сделать то, в чем все религии отказывают богам, - она меняет не только будущее, но и прошлое. В современной ретроспекции идеи античной науки, идеи XVII-XIX вв. и воздействия культурных ценностей, в частности художественных, на науку выглядят по-иному. В свете современной науки выступает на первый план то, что было в тени. Переоценка исторических ценностей - важнейшая компонента культурного эффекта современной науки. Но при сопоставлении современной науки с ценностями прошлого современные представления сами выступают в новом освещении. Они оказываются исторической модификацией сквозных идей, проходящих через всю духовную историю человечества. Сравнение концепций Эйнштейна с взглядами Аристотеля, Декарта и других позволяет по-новому увидеть Эйнштейна.
7
Вероятно, следует предупредить читателя, что четвертая часть книги предъявляет ему несколько повышенные требования. Вообще книга стала теперь (отчасти была и раньше) неоднородной в смысле доступности. Она довольно отчетливо распадается на два концентра. Первый - это вся первая часть, вся вторая и почти вся третья часть - до глав: "Принцип бытия" и "Единая теория поля". Второй, более трудный концентр, требующий некоторой привычки к абстрактным физическим понятиям, - это две указанные главы и четвертая часть книги, кроме, пожалуй, последних двух глав ("Эйнштейн и Достоевский", "Эйнштейн и Моцарт").
Мне остается сердечно поблагодарить тех, кто помог выпустить эту книгу: рецензентов и редакторов, а также многочисленных друзей, в беседах с которыми выкристаллизовались изложенные здесь мысли. Сейчас я вспоминаю людей, которые за годы, прошедшие после первого издания, помогли мне узнать много нового об Эйнштейне и многое по-новому осмыслить. Из них некоторых уже нет. Это Макс Борн, Роберт Оппенгеймер, Леопольд Инфельд. Об их помощи я сохраню на всю жизнь благодарную память. Особенно хочется отметить незабвенного Игоря Евгеньевича Тамма. Многолетнее общение с этим замечательным ученым и человеком позволило живее почувствовать глубокую человечность современной науки, ее эйнштейновских традиций.
Хочется также обратиться с приветом, благодарностью и надеждой на дальнейшую дружескую помощь к секретарю Эйнштейна - Эллен Дюкас и еще ко многим, не названным здесь людям.
8
Жизнь
ОТРОЧЕСТВО
СТУДЕНЧЕСКИЕ ГОДЫ
БЕРН
"НАДЛИЧНОЕ"
МАТЕМАТИКА И РЕАЛЬНОСТЬ
КРИТЕРИИ ВЫБОРА НАУЧНОЙ ТЕОРИИ И ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
ФОТОНЫ
ПОСТОЯНСТВО СКОРОСТИ СВЕТА
ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, ЭНЕРГИЯ И МАССА
ПРАГА И ЦЮРИХ
БЕРЛИН
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
СЛАВА
НАЦИСТСКИЙ РЕЖИМ В ГЕРМАНИИ
ПРИНСТОН
ТРАГЕДИЯ АТОМНОЙ БОМБЫ
Ecce Homo
Он человек был в полном смысле слова.
Шекспир. "Гамлет"
Реплика Гамлета выражает идеал человека, свойственный эпохе Возрождения и новому времени. Покойный король был в глазах Гамлета гармоничным олицетворением мысли, воплотившейся в действие. Сам Гамлет остался олицетворением мысли, которая тянется к такому воплощению. XVII столетие усвоило и конкретизировало новый идеал. Для нового времени человек достоин имени человека, если его мысль уже не находит удовлетворения в стройности и тонкости собственных конструкций, как это было в средние века, если она стремится найти гармонию в реальном мире и утвердить ее в жизни. Реплика Гамлета, как и вся трагедия о датском принце, как и все творчество Шекспира, - это программа, которую выполнило или стремилось выполнить новое время. Рационализм XVII в. порвал со схоластической традицией мысли, замкнутой в самой себе, обратился к природе, приобрел естественнонаучный и практический характер. Соответствие между конструкциями разума и действительностью стало основой претензий разума на независимость.
Прервем на минуту только что начатую характеристику свойственного эпохе Возрождения и началу нового времени понятия человека. Реплика Гамлета выражает и более общую концепцию. Именно поэтому приведенной репликой можно начать очерк жизни Эйнштейна.
Жизнь гения не только реализует, но и обобщает и расширяет понятие человека, человеческого бытия, человеческой жизни. Жизнь гения воплощает идеал человека в
10
наиболее общей форме. Нужно только заметить, что обобщение здесь отнюдь не означает перехода от богатства определений и нюансов к бедной абстракции. Напротив, чем в более общей форме выражен идеал человека, тем он ярче и многокрасочней.
Отличие человеческой жизни, человеческого бытия от существования, т.е. от некомплектного, иллюзорного бытия, состоит в автономии личности, в ее индивидуальной, неповторимой ценности и, с другой стороны, в ее многообразной и сложной связи с целым. Это две исключающие одна другую и в то же время неотделимые одна от другой компоненты подлинного бытия. В конце третьей части этой книги будут показаны физические аналогии, позволяющие изложить эту концепцию бытия в сравнительно отчетливой форме.
Теперь вернемся к эволюции представления о человеке и о подлинном человеческом бытии. Выше было сказано об этом представлении в рамках рационализма XVII в. XVIII столетие было временем прямого революционного вмешательства рационалистической мысли в жизнь общества. В XIX в. наука, убедившись в бесконечной сложности мироздания, стала еще более человечной, она уже не была написана на вечных скрижалях, ее непрерывно расширяли и уточняли. В XX в. наука оказалась еще ближе людям. Незыблемые и поэтому питавшие представление об априорности классические законы оказались веточными, на их место встали иные, более точные законы. При всей сложности и непонятности новых представлений человечество почувствовало, что они низводят науку с Олимпа априорного знания на землю и таким образом вновь повторяют подвиг Прометея. На земле в это время готовились великие события, и людям была близка наука, не останавливающаяся ни перед чем в поисках истины и гармонии. Парадоксальность новой картины мира делала ее близкой людям, ведь это были дети века, которому было суждено войти в историю как веку революций.
Уже в XVII в. в развитии научной мысли наблюдает ся на первый взгляд противоречивая особенность. Чем меньше наука ограничивается непосредственными субъективными наблюдениями, чем глубже она проникает в объективные закономерности природы, тем ближе она людям, тем она человечнее. Как ни странно, геоцентрическая объективация непосредственного наблюдения
11
движения Солнца вокруг Земли - была в начале XVII в. позицией замкнутых групп, а противоречащие непосредственному наблюдению, весьма парадоксальные гелиоцентрические идеи Галилея оживленно и сочувственно обсуждались на площадях итальянских городов.
В XX столетии ученый мог получить высшее признание ("человек в полном смысле слова"), если он был творцом теории, столь же радикально, а может быть еще радикальнее, рвавшей с догматом и догматической "очевидностью". Антидогматическая парадоксальность науки стала еще более важным, чем раньше, условием ее близости людям. В XX в. все воздействия времени и людей на мышление ученого толкали его к разрыву с "очевидностью". Речь теперь шла - в этом характерная черта столетия - о самых общих представлениях. Наука уже не отдавала практике лишь свои частные выводы. Непосредственным источником производственно-технических сдвигов и больших сдвигов в стиле мышления и во взглядах людей стали основные идеи науки, представления о пространстве и времени, о Вселенной и ее эволюции, о мельчайших элементах мироздания - общая картина мира.
Чем выше и дальше уходит ученый от частных вопросов к этой общей картине Вселенной, тем ближе его творчество к самым острым проблемам, интересующим все человечество.
Оказалось при этом, что наиболее прямой дорогой к этим проблемам шли наиболее парадоксальные и радикально отказывающиеся от старого общие концепции мира. Теоретической основой самых глубоких сдвигов в жизни людей стали концепции, ушедшие очень далеко от сферы непосредственного наблюдения, относящиеся к скоростям, близким к скорости света, охватившие области в миллиарды световых лет и области порядка триллионных долей сантиметра, нашедшие здесь самые парадоксальные, с точки зрения классической науки, соотношения.
Сейчас разрыв с "очевидностью" должен быть еще более радикальным, чем в первой половине века. Нильс Бор при обсуждении выдвинутой Гейзенбергом единой теории элементарных частиц сказал: "Нет никакого сомнения, что перед нами безумная теория. Вопрос состоит в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной".
Этот парадокс точно характеризует современную ситуацию в науке.
12
Наука - не только физика, наука в целом - должна сейчас выдвигать "безумные", т.е. радикально отказывающиеся от традиционных взглядов и потому весьма парадоксальные идеи. На очереди отказ от классических основ естествознания, еще более радикальный, чем тот, который в первой четверти столетия положил начало современному учению о пространстве, времени, веществе, его структуре и движении.
Наука черпает в своем прошлом образцы радикальных поворотов к парадоксальным, "безумным" концепциям. Эти концепции обычно довольно быстро проходят путь от "безумия" к репутации Колумбова яйца, они становятся привычными, естественными, "единственно возможными", чуть ли не априорно присущими дознанию и во всяком случае "очевидными". Когда дорога к вершинам найдена, она выглядит естественной, ее направление кажется само собой разумеющимся, и трудно представить, каким парадоксальным был выбор этого направления, какое "безумство храбрых" понадобилось, чтобы свернуть на эту дорогу со старой, тогда казавшейся единственно возможной.
Когда теория совершает свое нисхождение от парадоксальности к "очевидности", нимб "безумия" переходит к ее творцу. В биографии ученого запечатлен не результат его научного подвига, а, если можно так выразиться, градиент научного прогресса, связанного с этим подвигом, скорость возрастания уровня знаний, производная от уровня знаний по времени, взлет кривой познания вверх. История науки вообще отличается от самой науки тем, что в ней фигурируют но сами знания, не их уровень, а производные по времени, переходы от незнания к знанию, переходы от менее точных знаний к более точным. Моменты особенно быстрого возрастания достоверных сведений о природе - узловые точки исторического процесса развития науки. В историческом аспекте результаты научного открытия сопоставляются с предшествующим этому открытию состоянием знаний, и их различие не уменьшается, какими бы привычными ни становились указанные результаты. Если воспользоваться аналогией с понятиями, которые нам еще встретятся в этой книге, то можно сказать: оценка прироста знаний, т.е. разности между двумя последовательными уровнями науки, не зависит от того, с каких позиций мы оцениваем эти уровни, подобно тому как приращение координат не зависит от
13
выбора начальной точки отсчета. Прирост знаний в некоторый момент всегда остается таким же впечатляющим, как бы далеко мы ни ушли от уровня знаний, характерного для этого момента. Переход от плоской Земли к сферической не теряет своей значительности, градиент этого перехода не умаляется, хотя мы ушли очень далеко от уровня греческой науки. Каждое быстрое и радикальное преобразование научной картины мира - узловой момент истории науки - никогда не теряет своей остроты, различие между двумя последовательными ступенями науки не сглаживается, впечатление резкости, парадоксальности, "безумия" перехода не исчезает.
В биографии ученого такой узловой момент виден через призму жизни, творческого пути и мировоззрения ученого, в связи с особенностями его научного темперамента, с его внутренним миром и внешними событиями. Именно темп научного прогресса, именно его градиент, производная по времени, соответствуют тому, что можно назвать масштабом гениальности.
Гений не тот, кто много знает, ибо это относительная характеристика. Гений много прибавляет к тому, что знали до него. Именно такое прибавление связано с особенностями интеллекта и не только с ними, но и с эмоциональным миром мыслителя.
Гейне говорил, что карлик, ставший на плечи великана, видит дальше великана, "но нет в нем биения гигантского сердца".
Эпигоны гения знают, как правило, больше него, но они не прибавили ничего или почти ничего к тому, что люди знали раньше, их деятельность характеризуется, может быть, большим объемом познанною (относительная оценка!), но нулевой или близкой к нулю производной по времени. Не только в мыслях, но и в чувствах и склонностях эпигонов отсутствует "дух Фауста"
Чтобы не только услышать в биографии Эйнштейна "биение гигантского сердца", но и понять его связь с научным подвигом мыслителя, нужно иметь в виду, что в науке не было такого "безумного", такого парадоксального и резкого перехода к новой картине мира, как переход от ньютоновых представлений к идеям Эйнштейна. Переход был чрезвычайно радикальным, несмотря на то что Эйнштейн продолжил, обобщил и завершил дело, начатое Ньютоном.
14
В течение двух столетий систему Ньютона считали окончательным ответом на коренные вопросы науки, окончательной, раз навсегда данной картиной мира. Такая оценка нашла выражение в известном стихотворении Попа:
Природа и ее законы были покрыты тьмой,
Бог сказал: "Да будет Ньютон!", и все осветилось.
После появления теории относительности Эйнштейна и отказа от исходных идей ньютоновой механики было написано продолжение этого двустишия:
...Но не надолго. Дьявол сказал: "Да будет Эйнштейн!",
В все вновь погрузилось во тьму.
Эта шутка отражала довольно распространенную мысль. Многим казалось, что отказ от устоев ньютоновой механики - это отказ от научного познания объективного мира. Догматическая мысль отождествляет данную ступень в развитии науки с наукой в целом, и переход па новую ступень кажется ей крушением науки. Догматическая мысль может тянуть науку с новой ступени на старую или же отказать науке в объективной достоверности ее результатов. Чего догматическая мысль не может - это увидеть суть науки в последовательном, бесконечном переходе ко все более точному описанию реального мира.
Теория относительности преемственно связана с проходящим через всю историю науки последовательным отказом от антропоцентризма, от представления о человеке как о центре Вселенной, от абсолютизирования картины мира, стоящей перед земным наблюдателем.
В глубокой древности антропоцентризм выражался в идее абсолютного верха и абсолютного низа, идее, противостоявшей учению о сферической Земле. Тогда полагали, будто антиподы, обитающие на противоположной стороне Земли, должны были бы упасть "вниз". В древней Греции вместе с образом шарообразной Земли появилась идея относительности "верха" и "низа", равноценности всех направлений в пространстве, изотропности пространства. Но при этом возникло представление о шарообразной Земле как о центре Вселенной. С этой точки зрения движение относительно Земли - это абсолютное движение; фраза "тело движется относительно Земли" и фраза "Земля движется относительно тела" описывают различные процессы, первая фраза абсолютно правильная, вторая - абсолютно ложная...
15
Коперник разрушил геоцентрическую систему. Новый центр мироздания Солнце - не долго занимал это место. Его упразднили, и во Вселенной Джордано Бруно уже не было никакого центра, никакого неподвижного ориентира.
Но понятие неотнесенного к другим телам абсолютного движения данного тела сохранилось. Вплоть до конца XIX в. полагали, будто оптические процессы в движущемся теле происходят по-иному, чем в неподвижном, и это различие придает смысл слову "движение" без ссылки на другое тело, относительно которого движется данное тело. Мировое пространство считали заполненным абсолютно неподвижным эфиром и думали, что в движущемся теле ощущается "эфирный ветер", подобный ветру, который овевает бегущего человека.
Этот взгляд был отброшен Эйнштейном в 1905 г. в статье "К электродинамике движущихся тел", помещенной в семнадцатом томе журнала "Annalen der Physik". В указанной статье Эйнштейн исходит из постоянства скорости света во всех телах, движущихся одно по отношению к другому без ускорения.
Вскоре теория относительности была изложена в особенно отчетливой форме с помощью четырехмерной геометрии. В окружающем нас обычном трехмерном пространстве положение каждой точки определяется тремя числами. Если присоединить к ним четвертое число - время, то мы получим геометрическое представление события - пребывания материальной частицы в данной точке в данный момент. С помощью четырехмерной геометрии и представления о четырехмерном пространстве-времени были изложены законы, управляющие указанными событиями, т.е. пребыванием материальных частиц в различных точках в различные моменты (иными словами, законы движения частиц и состоящих из них тел).
Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном в 1905 г., утверждает, что внутренние процессы протекают в телах единообразно, независимо от прямолинейного и равномерного движения этих тел. Внутренние эффекты движения отсутствуют в случае движения по инерции.
16
Поэтому теория Эйнштейна, о которой шла до сих пор речь, называется специальной теорией относительности. Впоследствии, в 1916 г., Эйнштейн распространил принцип относительности и на ускоренные движения. Еще позже Эйнштейн в течение многих лет разрабатывал единую теорию поля, т.е. теорию, которая в качестве частных случаев содержала бы законы тяготения и законы электромагнитного поля.
Почему эти весьма абстрактные проблемы вызвали напряженный интерес в самых широких кругах? Почему указанный интерес распространился на творца теории относительности в большей степени, чем при появлении любой другой научной теории? Почему человечество увидело в Эйнштейне живое олицетворение науки XX столетия с ее небывалыми созидательными возможностями и небывалыми опасностями?
Смысл и основное содержание жизни Эйнштейна в некоторой мере раскрыты им не только в научном, публицистическом и эпистолярном наследстве, но и в специальных автобиографических набросках. К ним принадлежит очерк, написанный в 1955 г., за месяц до смерти [1], а также более обширная статья "Автобиографическое" ("Аutobiographisches") [2]. Статья эта меньше всего похожа на обычную автобиографию. "Вот я здесь сижу и пишу на 68 году жизни что-то вроде собственного некролога", - начинает Эйнштейн и после этого рассказывает, как у него появилась всепоглощающая тяга к познанию рациональных законов мироздания. Потом он излагает свое гносеологическое кредо и вновь возвращается к "некрологу", к генезису математических интересов. Основная часть статьи посвящена оценке наиболее крупных физических идей XVII-XIX вв.- ньютоновой механики, термодинамики, электродинамики и затем физических идей, появившихся в нашем столетии. После итоговой оценки механики Ньютона Эйнштейн говорит:
Эйнштейн. Жизнь. Смерть. Бессмертие
Книга рассказывает о жизни, мировоззрении и творчестве Альберта Эйнштейна (1879-1955), о возникновении и развитии его идей, об их значении в истории науки, философии и культуры. Заключительный раздел книги "Параллели" представляет собой ряд очерков, в которых мировоззрение Эйнштейна сопоставляется с мировоззрением ряда мыслителей (Аристотель, Ньютон Декарт, Спиноза, Бор, Достоевский, Моцарт и др.).
СОДЕРЖАНИЕ:
Предисловие 5
ЖИЗНЬ
Ессе homo 10
Отрочество 23
Студенческие годы 30
Берн 40
"Надличное" 51
Математика и реальность 58
Критерии выбора научной теории и основы классической физики 77
Броуновское движение 96
Фотоны 106
Постоянство скорости света 112
Пространство, время, энергия и масса 131
Прага и Цюрих 141
Берлин 162
Общая теория относительности 173
Подтверждение теории относительности 180
Слава 186
Нацистский режим в Германии Принстон 231
Трагедия атомной бомбы 267
СМЕРТЬ
Последние годы 284
Неклассическая наука и проблема смерти и страха смерти 294
Смерть Гулливера 299
БЕССМЕРТИЕ
Бессмертие разума 306
Бесконечность и бессмертие 320
Бессмертие человека 327
Принцип бытия 336
Единая теория поля 344
Необратимость времени 384
ПАРАЛЛЕЛИ
Эйнштейн и Аристотель 396
Эйнштейн и Декарт 413
Эйнштейн и Ньютон 439
Эйнштейн и Фарадей 477
Эйнштейн и Мах 487
Эйнштейн и Бор 516
Эйнштейн и Достоевский 553
Эйнштейн и Моцарт 626
Литература 655
Указатель имен 675
Предисловие
Чем крупнее мыслитель, тем явственней выступают в ею биографии черты эпохи, тем естественней биография переходит в историю.
Биография Эйнштейна - это биография пионера неклассической науки, неклассической не только по своим исходным утверждениям, отличающим ее от классической науки XVII-XIX вв., неклассической по своему стилю, по явному, происходящему на глазах одного поколения изменению фундаментальных принципов, по решительному отказу от неподвижных устоев. Эволюция теории относительности в трудах Эйнштейна (а в ней стержневая линия биографии мыслителя) демонстрирует динамизм этой теории. Ее смысл и содержание все время меняются, причем дело не сводится к новым применениям и иллюстрациям. Так было и в классической науке, которая, конечно, изменялась в своих основах, но зачастую неявно и с большими антрактами, создававшими иллюзию неподвижности и априорности этих основ. Развитие неклассической науки сопровождается практически непрерывным обсуждением и относительно быстрой модификацией ее основных принципов. Смысл теории относительности, смысл неклассической науки, а значит, и основной смысл жизни Эйнштейна раскрываются не только и даже не столько при систематическом изложении теории, сколько в прогнозе и в ретроспекции, когда видно, как изменился смысл фундаментальных философских и физических идей прошлого в свете современной науки и какие новые горизонты она открывает будущему.
Теперь о чертах эпохи в биографии Эйнштейна. Современная эпоха в значительной мере обязана своим беспрецедентным динамизмом динамизму неклассической науки.
5
Характеристика современной эпохи невозможна без динамических констатаций, без констатаций направления, скорости и ускорения происходящих сейчас процессов. Такие констатации требуют прогноза. Озеро можно охарактеризовать, указав очертания и уровень его зеркала; характеристика потока включает не только уровень, по и градиент и дислокацию водоема, в который впадает поток.
Соответственно, исторические черты эпохи, выступающие в биографии Эйнштейна, - это тенденции, реализующиеся за пределами первой половины XX в., когда ученый жил и творил. А в каких же хронологических пределах они реализуются?
Все дело в том, что таких пределов нет. Чем дальше мы заглядываем вперед, тем неопределенней становится эффект того, что сделал Эйнштейн, и дальнейшая реализация того, что воплотилось в его идеях, дальнейшее развитие этих идей. Но при все возрастающей неопределенности прогноза можно быть уверенным, что эффект творчества Эйнштейна и его исходных идей не будет затухать. Напротив, он будет разгораться, воплощаться во все более точных и общих, все более близких к действительности концепциях мира.
Таким образом, чтобы ответить на вопрос, что такое жизнь Эйнштейна, в чем ее смысл, значение, содержание, нужно перейти от жизни в собственном, хронологическом смысле, т.е. от 1879-1955 гг., к последующим годам, уходящим в будущее, т.е. к теме бессмертия Эйнштейна.
Первым вариантом этой книги была биография Эйнштейна, вышедшая впервые в Москве почти двадцать лет назад и не раз издававшаяся во многих странах. Она содержала небольшую заключительную главу с беглыми заметками о будущем, о посмертном воздействии Эйнштейна на эволюцию науки. Теперь изменился самый жанр книги: она посвящена не только жизни и смерти Эйнштейна, но и его бессмертию как основной теме. Сейчас книга - уже не только и даже не столько биография Эйнштейна, сколько попытка ответить на вопрос, что означают для современного человечества жизнь и идеи Эйнштейна и в чем состоит развитие этих идей, что придает им жизнь, динамику, бессмертие.
6
Первая часть книги - "Жизнь", естественно, в наибольшей степени сохранила биографический характер.
Новая структура книги позволила даже сделать биографические главы более биографическими, освободив их от некоторых, сравнительно сложных теоретических вкраплений, которые теперь перешли во вторую и особенно в третью части.
Вторая часть - "Смерть" - посвящена отношению Эйнштейна к смерти и, далее, более общему вопросу о связи между современной, неклассической наукой и проблемой смерти и страха смерти. Эта вторая часть книги естественный переход от биографии к истории, от периода, когда развитие теории в значительной мере носит отпечаток индивидуального стиля мышления, условий жизни, индивидуальных симпатий и интересов, к другому периоду, когда эволюция теории теряет биографический колорит.
Это переход не только к истории, по и к философии науки - к тому, что можно было бы назвать философией истории науки, что прорывает рамки локального, преходящего, ограниченного и охватывает дальнейшее развитие данной идеи, концепции, теории. Иначе говоря, к бессмертию, к бесконечной эволюции разума, науки, человека, что и является темой третьей части книги.
Четвертая часть - "Параллели" - содержит несколько очерков, опубликованных ранее в "Этюдах об Эйнштейне" и теперь радикально переработанных, а также новые очерки. Современная наука способна сделать то, в чем все религии отказывают богам, - она меняет не только будущее, но и прошлое. В современной ретроспекции идеи античной науки, идеи XVII-XIX вв. и воздействия культурных ценностей, в частности художественных, на науку выглядят по-иному. В свете современной науки выступает на первый план то, что было в тени. Переоценка исторических ценностей - важнейшая компонента культурного эффекта современной науки. Но при сопоставлении современной науки с ценностями прошлого современные представления сами выступают в новом освещении. Они оказываются исторической модификацией сквозных идей, проходящих через всю духовную историю человечества. Сравнение концепций Эйнштейна с взглядами Аристотеля, Декарта и других позволяет по-новому увидеть Эйнштейна.
7
Вероятно, следует предупредить читателя, что четвертая часть книги предъявляет ему несколько повышенные требования. Вообще книга стала теперь (отчасти была и раньше) неоднородной в смысле доступности. Она довольно отчетливо распадается на два концентра. Первый - это вся первая часть, вся вторая и почти вся третья часть - до глав: "Принцип бытия" и "Единая теория поля". Второй, более трудный концентр, требующий некоторой привычки к абстрактным физическим понятиям, - это две указанные главы и четвертая часть книги, кроме, пожалуй, последних двух глав ("Эйнштейн и Достоевский", "Эйнштейн и Моцарт").
Мне остается сердечно поблагодарить тех, кто помог выпустить эту книгу: рецензентов и редакторов, а также многочисленных друзей, в беседах с которыми выкристаллизовались изложенные здесь мысли. Сейчас я вспоминаю людей, которые за годы, прошедшие после первого издания, помогли мне узнать много нового об Эйнштейне и многое по-новому осмыслить. Из них некоторых уже нет. Это Макс Борн, Роберт Оппенгеймер, Леопольд Инфельд. Об их помощи я сохраню на всю жизнь благодарную память. Особенно хочется отметить незабвенного Игоря Евгеньевича Тамма. Многолетнее общение с этим замечательным ученым и человеком позволило живее почувствовать глубокую человечность современной науки, ее эйнштейновских традиций.
Хочется также обратиться с приветом, благодарностью и надеждой на дальнейшую дружескую помощь к секретарю Эйнштейна - Эллен Дюкас и еще ко многим, не названным здесь людям.
8
Жизнь
ОТРОЧЕСТВО
СТУДЕНЧЕСКИЕ ГОДЫ
БЕРН
"НАДЛИЧНОЕ"
МАТЕМАТИКА И РЕАЛЬНОСТЬ
КРИТЕРИИ ВЫБОРА НАУЧНОЙ ТЕОРИИ И ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
ФОТОНЫ
ПОСТОЯНСТВО СКОРОСТИ СВЕТА
ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, ЭНЕРГИЯ И МАССА
ПРАГА И ЦЮРИХ
БЕРЛИН
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
СЛАВА
НАЦИСТСКИЙ РЕЖИМ В ГЕРМАНИИ
ПРИНСТОН
ТРАГЕДИЯ АТОМНОЙ БОМБЫ
Ecce Homo
Он человек был в полном смысле слова.
Шекспир. "Гамлет"
Реплика Гамлета выражает идеал человека, свойственный эпохе Возрождения и новому времени. Покойный король был в глазах Гамлета гармоничным олицетворением мысли, воплотившейся в действие. Сам Гамлет остался олицетворением мысли, которая тянется к такому воплощению. XVII столетие усвоило и конкретизировало новый идеал. Для нового времени человек достоин имени человека, если его мысль уже не находит удовлетворения в стройности и тонкости собственных конструкций, как это было в средние века, если она стремится найти гармонию в реальном мире и утвердить ее в жизни. Реплика Гамлета, как и вся трагедия о датском принце, как и все творчество Шекспира, - это программа, которую выполнило или стремилось выполнить новое время. Рационализм XVII в. порвал со схоластической традицией мысли, замкнутой в самой себе, обратился к природе, приобрел естественнонаучный и практический характер. Соответствие между конструкциями разума и действительностью стало основой претензий разума на независимость.
Прервем на минуту только что начатую характеристику свойственного эпохе Возрождения и началу нового времени понятия человека. Реплика Гамлета выражает и более общую концепцию. Именно поэтому приведенной репликой можно начать очерк жизни Эйнштейна.
Жизнь гения не только реализует, но и обобщает и расширяет понятие человека, человеческого бытия, человеческой жизни. Жизнь гения воплощает идеал человека в
10
наиболее общей форме. Нужно только заметить, что обобщение здесь отнюдь не означает перехода от богатства определений и нюансов к бедной абстракции. Напротив, чем в более общей форме выражен идеал человека, тем он ярче и многокрасочней.
Отличие человеческой жизни, человеческого бытия от существования, т.е. от некомплектного, иллюзорного бытия, состоит в автономии личности, в ее индивидуальной, неповторимой ценности и, с другой стороны, в ее многообразной и сложной связи с целым. Это две исключающие одна другую и в то же время неотделимые одна от другой компоненты подлинного бытия. В конце третьей части этой книги будут показаны физические аналогии, позволяющие изложить эту концепцию бытия в сравнительно отчетливой форме.
Теперь вернемся к эволюции представления о человеке и о подлинном человеческом бытии. Выше было сказано об этом представлении в рамках рационализма XVII в. XVIII столетие было временем прямого революционного вмешательства рационалистической мысли в жизнь общества. В XIX в. наука, убедившись в бесконечной сложности мироздания, стала еще более человечной, она уже не была написана на вечных скрижалях, ее непрерывно расширяли и уточняли. В XX в. наука оказалась еще ближе людям. Незыблемые и поэтому питавшие представление об априорности классические законы оказались веточными, на их место встали иные, более точные законы. При всей сложности и непонятности новых представлений человечество почувствовало, что они низводят науку с Олимпа априорного знания на землю и таким образом вновь повторяют подвиг Прометея. На земле в это время готовились великие события, и людям была близка наука, не останавливающаяся ни перед чем в поисках истины и гармонии. Парадоксальность новой картины мира делала ее близкой людям, ведь это были дети века, которому было суждено войти в историю как веку революций.
Уже в XVII в. в развитии научной мысли наблюдает ся на первый взгляд противоречивая особенность. Чем меньше наука ограничивается непосредственными субъективными наблюдениями, чем глубже она проникает в объективные закономерности природы, тем ближе она людям, тем она человечнее. Как ни странно, геоцентрическая объективация непосредственного наблюдения
11
движения Солнца вокруг Земли - была в начале XVII в. позицией замкнутых групп, а противоречащие непосредственному наблюдению, весьма парадоксальные гелиоцентрические идеи Галилея оживленно и сочувственно обсуждались на площадях итальянских городов.
В XX столетии ученый мог получить высшее признание ("человек в полном смысле слова"), если он был творцом теории, столь же радикально, а может быть еще радикальнее, рвавшей с догматом и догматической "очевидностью". Антидогматическая парадоксальность науки стала еще более важным, чем раньше, условием ее близости людям. В XX в. все воздействия времени и людей на мышление ученого толкали его к разрыву с "очевидностью". Речь теперь шла - в этом характерная черта столетия - о самых общих представлениях. Наука уже не отдавала практике лишь свои частные выводы. Непосредственным источником производственно-технических сдвигов и больших сдвигов в стиле мышления и во взглядах людей стали основные идеи науки, представления о пространстве и времени, о Вселенной и ее эволюции, о мельчайших элементах мироздания - общая картина мира.
Чем выше и дальше уходит ученый от частных вопросов к этой общей картине Вселенной, тем ближе его творчество к самым острым проблемам, интересующим все человечество.
Оказалось при этом, что наиболее прямой дорогой к этим проблемам шли наиболее парадоксальные и радикально отказывающиеся от старого общие концепции мира. Теоретической основой самых глубоких сдвигов в жизни людей стали концепции, ушедшие очень далеко от сферы непосредственного наблюдения, относящиеся к скоростям, близким к скорости света, охватившие области в миллиарды световых лет и области порядка триллионных долей сантиметра, нашедшие здесь самые парадоксальные, с точки зрения классической науки, соотношения.
Сейчас разрыв с "очевидностью" должен быть еще более радикальным, чем в первой половине века. Нильс Бор при обсуждении выдвинутой Гейзенбергом единой теории элементарных частиц сказал: "Нет никакого сомнения, что перед нами безумная теория. Вопрос состоит в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной".
Этот парадокс точно характеризует современную ситуацию в науке.
12
Наука - не только физика, наука в целом - должна сейчас выдвигать "безумные", т.е. радикально отказывающиеся от традиционных взглядов и потому весьма парадоксальные идеи. На очереди отказ от классических основ естествознания, еще более радикальный, чем тот, который в первой четверти столетия положил начало современному учению о пространстве, времени, веществе, его структуре и движении.
Наука черпает в своем прошлом образцы радикальных поворотов к парадоксальным, "безумным" концепциям. Эти концепции обычно довольно быстро проходят путь от "безумия" к репутации Колумбова яйца, они становятся привычными, естественными, "единственно возможными", чуть ли не априорно присущими дознанию и во всяком случае "очевидными". Когда дорога к вершинам найдена, она выглядит естественной, ее направление кажется само собой разумеющимся, и трудно представить, каким парадоксальным был выбор этого направления, какое "безумство храбрых" понадобилось, чтобы свернуть на эту дорогу со старой, тогда казавшейся единственно возможной.
Когда теория совершает свое нисхождение от парадоксальности к "очевидности", нимб "безумия" переходит к ее творцу. В биографии ученого запечатлен не результат его научного подвига, а, если можно так выразиться, градиент научного прогресса, связанного с этим подвигом, скорость возрастания уровня знаний, производная от уровня знаний по времени, взлет кривой познания вверх. История науки вообще отличается от самой науки тем, что в ней фигурируют но сами знания, не их уровень, а производные по времени, переходы от незнания к знанию, переходы от менее точных знаний к более точным. Моменты особенно быстрого возрастания достоверных сведений о природе - узловые точки исторического процесса развития науки. В историческом аспекте результаты научного открытия сопоставляются с предшествующим этому открытию состоянием знаний, и их различие не уменьшается, какими бы привычными ни становились указанные результаты. Если воспользоваться аналогией с понятиями, которые нам еще встретятся в этой книге, то можно сказать: оценка прироста знаний, т.е. разности между двумя последовательными уровнями науки, не зависит от того, с каких позиций мы оцениваем эти уровни, подобно тому как приращение координат не зависит от
13
выбора начальной точки отсчета. Прирост знаний в некоторый момент всегда остается таким же впечатляющим, как бы далеко мы ни ушли от уровня знаний, характерного для этого момента. Переход от плоской Земли к сферической не теряет своей значительности, градиент этого перехода не умаляется, хотя мы ушли очень далеко от уровня греческой науки. Каждое быстрое и радикальное преобразование научной картины мира - узловой момент истории науки - никогда не теряет своей остроты, различие между двумя последовательными ступенями науки не сглаживается, впечатление резкости, парадоксальности, "безумия" перехода не исчезает.
В биографии ученого такой узловой момент виден через призму жизни, творческого пути и мировоззрения ученого, в связи с особенностями его научного темперамента, с его внутренним миром и внешними событиями. Именно темп научного прогресса, именно его градиент, производная по времени, соответствуют тому, что можно назвать масштабом гениальности.
Гений не тот, кто много знает, ибо это относительная характеристика. Гений много прибавляет к тому, что знали до него. Именно такое прибавление связано с особенностями интеллекта и не только с ними, но и с эмоциональным миром мыслителя.
Гейне говорил, что карлик, ставший на плечи великана, видит дальше великана, "но нет в нем биения гигантского сердца".
Эпигоны гения знают, как правило, больше него, но они не прибавили ничего или почти ничего к тому, что люди знали раньше, их деятельность характеризуется, может быть, большим объемом познанною (относительная оценка!), но нулевой или близкой к нулю производной по времени. Не только в мыслях, но и в чувствах и склонностях эпигонов отсутствует "дух Фауста"
Чтобы не только услышать в биографии Эйнштейна "биение гигантского сердца", но и понять его связь с научным подвигом мыслителя, нужно иметь в виду, что в науке не было такого "безумного", такого парадоксального и резкого перехода к новой картине мира, как переход от ньютоновых представлений к идеям Эйнштейна. Переход был чрезвычайно радикальным, несмотря на то что Эйнштейн продолжил, обобщил и завершил дело, начатое Ньютоном.
14
В течение двух столетий систему Ньютона считали окончательным ответом на коренные вопросы науки, окончательной, раз навсегда данной картиной мира. Такая оценка нашла выражение в известном стихотворении Попа:
Природа и ее законы были покрыты тьмой,
Бог сказал: "Да будет Ньютон!", и все осветилось.
После появления теории относительности Эйнштейна и отказа от исходных идей ньютоновой механики было написано продолжение этого двустишия:
...Но не надолго. Дьявол сказал: "Да будет Эйнштейн!",
В все вновь погрузилось во тьму.
Эта шутка отражала довольно распространенную мысль. Многим казалось, что отказ от устоев ньютоновой механики - это отказ от научного познания объективного мира. Догматическая мысль отождествляет данную ступень в развитии науки с наукой в целом, и переход па новую ступень кажется ей крушением науки. Догматическая мысль может тянуть науку с новой ступени на старую или же отказать науке в объективной достоверности ее результатов. Чего догматическая мысль не может - это увидеть суть науки в последовательном, бесконечном переходе ко все более точному описанию реального мира.
Теория относительности преемственно связана с проходящим через всю историю науки последовательным отказом от антропоцентризма, от представления о человеке как о центре Вселенной, от абсолютизирования картины мира, стоящей перед земным наблюдателем.
В глубокой древности антропоцентризм выражался в идее абсолютного верха и абсолютного низа, идее, противостоявшей учению о сферической Земле. Тогда полагали, будто антиподы, обитающие на противоположной стороне Земли, должны были бы упасть "вниз". В древней Греции вместе с образом шарообразной Земли появилась идея относительности "верха" и "низа", равноценности всех направлений в пространстве, изотропности пространства. Но при этом возникло представление о шарообразной Земле как о центре Вселенной. С этой точки зрения движение относительно Земли - это абсолютное движение; фраза "тело движется относительно Земли" и фраза "Земля движется относительно тела" описывают различные процессы, первая фраза абсолютно правильная, вторая - абсолютно ложная...
15
Коперник разрушил геоцентрическую систему. Новый центр мироздания Солнце - не долго занимал это место. Его упразднили, и во Вселенной Джордано Бруно уже не было никакого центра, никакого неподвижного ориентира.
Но понятие неотнесенного к другим телам абсолютного движения данного тела сохранилось. Вплоть до конца XIX в. полагали, будто оптические процессы в движущемся теле происходят по-иному, чем в неподвижном, и это различие придает смысл слову "движение" без ссылки на другое тело, относительно которого движется данное тело. Мировое пространство считали заполненным абсолютно неподвижным эфиром и думали, что в движущемся теле ощущается "эфирный ветер", подобный ветру, который овевает бегущего человека.
Этот взгляд был отброшен Эйнштейном в 1905 г. в статье "К электродинамике движущихся тел", помещенной в семнадцатом томе журнала "Annalen der Physik". В указанной статье Эйнштейн исходит из постоянства скорости света во всех телах, движущихся одно по отношению к другому без ускорения.
Вскоре теория относительности была изложена в особенно отчетливой форме с помощью четырехмерной геометрии. В окружающем нас обычном трехмерном пространстве положение каждой точки определяется тремя числами. Если присоединить к ним четвертое число - время, то мы получим геометрическое представление события - пребывания материальной частицы в данной точке в данный момент. С помощью четырехмерной геометрии и представления о четырехмерном пространстве-времени были изложены законы, управляющие указанными событиями, т.е. пребыванием материальных частиц в различных точках в различные моменты (иными словами, законы движения частиц и состоящих из них тел).
Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном в 1905 г., утверждает, что внутренние процессы протекают в телах единообразно, независимо от прямолинейного и равномерного движения этих тел. Внутренние эффекты движения отсутствуют в случае движения по инерции.
16
Поэтому теория Эйнштейна, о которой шла до сих пор речь, называется специальной теорией относительности. Впоследствии, в 1916 г., Эйнштейн распространил принцип относительности и на ускоренные движения. Еще позже Эйнштейн в течение многих лет разрабатывал единую теорию поля, т.е. теорию, которая в качестве частных случаев содержала бы законы тяготения и законы электромагнитного поля.
Почему эти весьма абстрактные проблемы вызвали напряженный интерес в самых широких кругах? Почему указанный интерес распространился на творца теории относительности в большей степени, чем при появлении любой другой научной теории? Почему человечество увидело в Эйнштейне живое олицетворение науки XX столетия с ее небывалыми созидательными возможностями и небывалыми опасностями?
Смысл и основное содержание жизни Эйнштейна в некоторой мере раскрыты им не только в научном, публицистическом и эпистолярном наследстве, но и в специальных автобиографических набросках. К ним принадлежит очерк, написанный в 1955 г., за месяц до смерти [1], а также более обширная статья "Автобиографическое" ("Аutobiographisches") [2]. Статья эта меньше всего похожа на обычную автобиографию. "Вот я здесь сижу и пишу на 68 году жизни что-то вроде собственного некролога", - начинает Эйнштейн и после этого рассказывает, как у него появилась всепоглощающая тяга к познанию рациональных законов мироздания. Потом он излагает свое гносеологическое кредо и вновь возвращается к "некрологу", к генезису математических интересов. Основная часть статьи посвящена оценке наиболее крупных физических идей XVII-XIX вв.- ньютоновой механики, термодинамики, электродинамики и затем физических идей, появившихся в нашем столетии. После итоговой оценки механики Ньютона Эйнштейн говорит: