Александр Фомин - 10 гениев науки

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

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

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

Например, формула 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Жизнь на чемоданах

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

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

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

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

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