книжный портал
  к н и ж н ы й   п о р т а л
ЖАНРЫ
КНИГИ ПО ГОДАМ
КНИГИ ПО ИЗДАТЕЛЯМ
правообладателям

Альберт Эйнштейн

Автор-составитель Сергей Иванов


© Текст, ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2015

КоЛибри®

Введение

Когда мы произносим имя Эйнштейна, сразу всплывают воспоминания о школьном курсе физики и два малопонятных слова – «теория относительности». А перед глазами встает портрет доброго, улыбающегося дедушки с копной седых волос. Но в чем на самом деле заключается феномен Альберта Эйнштейна? Каким образом он смог стать олицетворением гения человечества XX в.?

Журнал Time в течение многих лет проводил опрос читателей, чтобы узнать их мнение, кто из деятелей XX в. может быть назван символом ушедшего столетия. Был опубликован следующий список: Зигмунд Фрейд, Махатма Ганди, Уинстон Черчилль, Адольф Гитлер, Альберт Эйнштейн, Мао Цзэдун, Пабло Пикассо, Мерилин Монро, Че Гевара, Франклин Рузвельт, Мартин Лютер Кинг, мать Тереза, папа Иоанн Павел II, Маргарет Тэтчер, аятолла Рухолла Мусави Хомейни, Михаил Горбачев, Нельсон Мандела, Билл Гейтс, принцесса Диана. Большинство выбрало Эйнштейна.

Автор знаменитой формулы E = mc2 еще в молодости обосновал теорию относительности, основы квантовой физики и атомного строения мира. В 1905-м «удивительном году» Эйнштейн опубликовал большинство своих научных трудов. Они-то и легли в основу всей физической науки XX в. Работы Эйнштейна перевернули науку и технологию человечества. А необыкновенная личность ученого в 1930–1940-е гг. часто вызывала ненависть. Физики, историки и философы до сих пор не закончили описание наследия, которое он оставил.

Когда Альберт Эйнштейн впервые встретился с Чарли Чаплином, он воскликнул: «Вы знамениты, потому что вас все понимают, а я знаменит, хотя меня никто не понимает». Невероятная известность Эйнштейна тем более удивительна, что большинство его работ предназначено узкому кругу специалистов – физиков-теоретиков. А может быть, он всем известен потому, что искал ответы на вопросы, которые задает себе любой житель планеты Земля: «Кто есть Бог?», «Зачем Он создал нас?», «Зачем существует мир?». Эйнштейн искал ответы как ученый, пытаясь проникнуть в тайны Вселенной с помощью квантовой физики.

Альберту Эйнштейну посвящены сотни биографий. Его творчество, жизнь и мысли подвергнуты самому тщательному анализу. В этой книге мы постараемся, не претендуя на оригинальность, просто рассказать о нем как о человеке.

Детство и учеба

Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 г. в семье немецких евреев, в городе Ульме королевства Вюртемберг, сейчас это часть Германии. Старинный Ульм, история которого начинается с IX в., когда-то был наиболее передовым и процветающим из городов Швабского союза. В XVI в. Ульм, уже ставший большой крепостью, участвовал в борьбе протестантских князей против католической церкви и императорской власти. Во времена Наполеоновских войн город стяжал известность благодаря происшедшему здесь разгрому австрийской армии Макка. Так и вышло, что на этой земле сочетались мелкобуржуазные швабские традиции и национализм с высокомерием и нетерпимостью пруссаков, которые постепенно просачивались в Вюртемберг.

Отец Альберта, Герман Эйнштейн, был спокойным и уравновешенным человеком. Он имел определенные способности к математике и в свое время хотел поступить в университет, однако, чтобы содержать семью, занялся коммерцией. Его жена Паулина, урожденная Кох, прекрасная пианистка, привила детям любовь к музыке, которую они пронесли через всю жизнь. Альберт играл на скрипке, а его младшая сестра Майя (род. 18 ноября 1881 г.) – на фортепиано. В семье царила либеральная атмосфера, религиозные проблемы не обсуждались.

В 1880 г. родители Альберта переселились в Мюнхен. Герман и его брат Якоб открыли здесь электротехническую мастерскую. Когда Альберту исполнилось 5 лет, семья перебралась на жительство в Зендлинг – предместье Мюнхена. Здесь Эйнштейны построили дом и небольшую фабрику, где изготовлялись динамо-машины, дуговые фонари и измерительные приборы. На постройку ушли остатки приданого Паулины.

Интерес к технике у Альберта проявился в 4 года, когда он впервые увидел стрелку компаса: малыш смотрел на нее как завороженный. Позднее его дядя Якоб в занимательной форме рассказал ему о математике.

Несмотря на то что Альберт интересовался алгеброй и геометрией, его отчислили из лицея Луитпольд, где, как и во многих немецких учебных заведениях, царила атмосфера строгой дисциплины.

В 1894 г. в поисках лучшей доли Эйнштейны переехали из Германии в Италию. В 1894 г. Герман и Якоб основали электротехническую фабрику в Милане, но она не приносила доходов. Тогда братья переехали в Павию, но и здесь их преследовали неудачи. В 1895 г. 16-летний Альберт Эйнштейн, находившийся в то время в Швейцарии, решил присоединиться к своей семье в Павии. Осенью он сдал экзамены в Федеральное высшее политехническое училище, но, несмотря на великолепные отметки по математике и физике, не выдержал экзаменов по современным языкам и истории, в связи с чем поступил в старший класс кантональной школы в Аарау. Он поселился у одного из своих преподавателей, Йоста Винтелера. Сестра Майя вспоминала, что Альберт считал этот период своей жизни не только весьма продуктивным, но и одним из самых счастливых. В Аарау поощрялись интеллектуальная независимость и самостоятельная работа. Здесь Альберт впервые влюбился – в Марию Винтелер, дочку преподавателя.

Первые шаги в физике

В 1896 г. Эйнштейн закончил школу и был без экзаменов принят на педагогический (а по сути, физико-математический) факультет Цюрихского политехникума, где готовили преподавателей физики и математики. Здесь Альберт учился с октября 1896 г. по август 1900 г. Эйнштейн записался на курсы математики и физики и на некоторые специальные курсы по философии, истории, экономике и литературе.

В то время в Цюрихе было много учащейся молодежи со всей Европы, среди них попадались и эмигранты-революционеры, такие как Роза Люксембург, Бенито Муссолини, Владимир Ульянов (Ленин) и другие. Во время учебы в Политехникуме Эйнштейн обрел близких друзей, Марселя Гроссмана и Конрада Хабича, и встретил свою будущую жену, революционерку Милеву Марич. Университетский профессор физики, Генрих Фридрих Вебер, не понравился Эйнштейну, поэтому он изучал физику самостоятельно, вместе с друзьями. Напротив, профессора математики, Адольф Гурвич и Герман Минковский, признанные европейские ученые, пришлись Альберту по душе. Минковскому мы обязаны четырехмерным понятием пространства-времени. Правда, Эйнштейн не очень активно посещал его занятия, и Минковский считал его нерадивым. В своей «Творческой автобиографии» Эйнштейн писал:

«К тому времени, когда я в возрасте 17 лет поступил в Цюрихский политехникум в качестве студента по физике и математике, я уже был немного знаком и с теоретической физикой. Там у меня были прекрасные преподаватели (например, Гурвич, Минковский), так что, собственно говоря, я мог бы получить солидное математическое образование. Я же большую часть времени работал в физической лаборатории, увлеченный непосредственным соприкосновением с опытом. Остальное время я использовал для того, чтобы дома изучать труды Кирхгофа, Гельмгольца, Герца и т. д. Причиной того, что я до некоторой степени пренебрегал математикой, было не только преобладание естественно-научных интересов над интересами математическими, но и следующее своеобразное чувство. Я видел, что математика делится на множество специальных областей, и каждая из них может занять всю отпущенную нам короткую жизнь. И я увидел себя в положении буриданова осла, который не может решить, какую же ему взять охапку сена. Дело было, очевидно, в том, что моя интуиция в области математики была недостаточно сильна, чтобы уверенно отличить основное и важное от остальной учености, без которой еще можно обойтись. Кроме того, и интерес к исследованию природы, несомненно, был сильнее; мне как студенту не было еще ясно, что доступ к более глубоким принципиальным проблемам в физике требует тончайших математических методов. Это стало мне выясняться лишь постепенно, после многих лет самостоятельной научной работы. Конечно, и физика была разделена на специальные области, и каждая из них могла поглотить короткую трудовую жизнь, так и не удовлетворив жажды более глубокого познания. Огромное количество недостаточно увязанных эмпирически фактов действовало и здесь подавляюще. Но здесь я скоро научился выискивать то, что может повести в глубину и отбрасывать все остальное, все то, что перегружает ум и отвлекает от существенного. Тут была, однако, та загвоздка, что для экзамена нужно было напихивать в себя – хочешь не хочешь – всю эту премудрость. Такое принуждение настолько меня запугивало, что целый год после сдачи окончательного экзамена всякое размышление о научных проблемах было для меня отравлено» [3, с. 76].[1]

Студентка Цюрихского политехникума сербка греко-католического вероисповедания Милева Марич была эмигранткой из Австро-Венгрии. Очень серьезная, молчаливая студентка не отличалась ни живостью ума, ни внешностью. Тем не менее Милева стала одной из первых женщин, принятых в Цюрихский политехникум. Она изучала физику, и с Эйнштейном ее сблизил интерес к трудам великих ученых. Ее загадочная улыбка, нежное лицо, ум и страсть к математике привлекли Эйнштейна. Очень быстро увлечение наукой превратилось в любовную связь.

Через год она ушла из Политехникума, чтобы провести следующие семестры в Университете Гейдельберга. Там она занималась на курсе профессора Филиппа Ленарда, пытавшегося обосновать кинетическую теорию газов, весьма заинтересовавшую Милеву. Эта теория позднее стала отправной точкой в работах Эйнштейна по броуновскому движению. В феврале 1898 г. он написал Милеве письмо, в котором убеждал вернуться в Политехникум, высоко оценивая научный уровень преподавания.

Средства у Эйнштейна были весьма скудные. Дела отца не улучшались, и Альберт ежемесячно получал по 100 франков от богатых генуэзских родственников, из них 20 откладывал: он решил принять швейцарское подданство, а на это нужны были деньги.

В 1900 г. Эйнштейн сдал экзамены и получил диплом Цюрихского политехникума. Отметки у него (по 6-балльной системе) были следующие:

• теоретическая физика – 5;

• физический практикум – 5;

• теория функций – 5,5;

• астрономия – 5;

• дипломная работа – 4,5;

• общий балл – 4,91.

Однако, несмотря на великолепные оценки и все свои усилия, молодой выпускник в отличие от своих друзей не получил желаемую должность ассистента. Можно предположить, что профессор физики Вебер сыграл здесь не последнюю роль. Пришлось искать работу вне Политехникума. Немного – сущие гроши – Эйнштейн зарабатывал вычислительной работой для Цюрихской федеральной обсерватории. Остальное время он ходил по городу в поисках постоянной службы, которую надеялся найти уже в новом качестве – гражданина Швейцарии.

В феврале 1901 г., отдав все свои сбережения, ответив на вопросы о здоровье и нравах дедушки и заверив власти об отсутствии наклонностей к алкоголю, Эйнштейн получил швейцарское подданство. В швейцарскую армию нового гражданина не взяли, поскольку у него нашли плоскостопие и расширение вен.

Альберт продолжал поиски работы, но по-прежнему безуспешно. Что касается Милевы, то она провалилась на экзамене в 1900 г. и следующий год также не смогла завершить успешно. Возможно, помешала беременность, о которой она узнала накануне испытаний. Родители Альберта были крайне недовольны связью сына и сербской революционерки, которая не была еврейкой и к тому же хромала. Не такую спутницу жизни желали они своему ребенку. Родителям Эйнштейн заявил, что Милева стала его женой еще до официального вступления в брак, но Герман и Паулина были настолько шокированы этим известием, что разрешения на женитьбу сыну не дали.

Начало научной деятельности

В начале 1901 г. положение молодой семьи оставалось неопределенным. Отсутствие работы у Альберта не мешало им с женой страстно предаваться любимому занятию – физике. В это время Эйнштейн, ставший швейцарским гражданином, опубликовал первую статью – о явлении капиллярности. Несмотря на все трудности, о Швейцарии он всегда вспоминал как о «самом прекрасном уголке Земли». В свои 22 года он все свободное время посвящал исследованиям, впоследствии прославившим его.

В поисках работы он написал голландскому физику Хейке Камерлингу-Оннесу (тот первым сумел получить жидкий гелий и открыл явление сверхпроводимости) в Лейден, но не получил ответа. Между тем Милева вернулась к своим родителям в Сербию. Эйнштейн писал ей, что ему «пришла в голову идея о молекулярных связях». На этот же период приходится и начало его работы над теорией относительности. Электродинамика движущихся тел весьма занимала молодого ученого, но не только она. Он интересовался кинетической теорией газов и жидкостей, а также природой света.

Статья Филиппа Ленарда, вышедшая в 1901 г., о воздействии ультрафиолета на катодные лучи произвела на Альберта сильное впечатление. Эйнштейн с увлечением занялся теорией молекулярных сил, термоэлектричеством, физической и даже органической химией. Знания, полученные в Политехникуме, охватывали многие области науки. Он очень рано прочел труды Германа Гельмгольца, Густава Кирхгофа, Генриха Герца, Пауля Друде, Макса Планка, Хендрика Лоренца, Анри Пуанкаре, Людвига Больцмана, Эрнста Маха, Фридриха Оствальда. Из этих книг Эйнштейн узнал об актуальных проблемах физики, о различных взглядах ученых на одни и те же проблемы. Например, Больцман был убежденным атомистом и одним из первых авторов теории, основанной на атомарном строении материи. Мах и Оствальд – яростными противниками атомистики. Осмысливая все это, Эйнштейн имел возможность выработать свою точку зрения на физические явления и сформулировать собственные теории.

В январе 1902 г. Милева родила дочь Лизерль. Эйнштейн, находившийся в это время в Берне, писал жене: «Я уже так люблю ее, хотя пока еще не знаю!» Но… Альберт предложил в «связи с материальными трудностями» отдать младенца на удочерение в богатую бездетную семью родственников Милевы. Дальнейшая судьба девочки неизвестна. По одним сведениям, она оказалась в детском приюте, по другим – у опекунов. Большинство исследователей уверены, что она умерла в двухлетнем возрасте от скарлатины в семье своей матери. Даже сегодня, когда опубликовано множество архивных материалов, об этом ребенке никто не знает правды.

Финансовое положение оставалось напряженным, хотя постепенно у Альберта появилось несколько временных должностей в разных лицеях. В апреле 1902 г. он писал Гроссману: «Милый Марсель! Когда я вчера нашел твое письмо, оно меня тронуло верностью и человеколюбием, заставившими тебя не забыть старого неудачливого друга. Нелегко было бы найти лучших друзей, чем ты… Не стоит даже говорить, как был бы я счастлив, если бы мне удалось приобрести такой круг деятельности; я приложил бы все старания, чтобы с честью оправдать данные мне рекомендации. Уже три недели нахожусь у родителей, чтобы отсюда добиться места ассистента при каком-нибудь университете. Давно я бы добился места, если бы Вебер не интриговал против меня. Но, невзирая на это, не пропускаю ни одной возможности и не теряю юмора… Бог сотворил осла и дал ему толстую кожу. Сейчас у нас прелестнейшая весна, и весь мир глядит на тебя с такой счастливой улыбкой, что поневоле отбрасываешь всякую хандру. Кроме того, музыкальные встречи оберегают меня от скисания. В отношении науки – задумано несколько прекрасных идей, но их еще следует высиживать…» [4, с. 15].

Наконец благодаря отцу Марселя Гроссмана в июне 1902 г. Эйнштейн получил место технического эксперта 3-го класса в Патентном бюро города Берна. 6 января 1903 г., после смерти отца, он женился на Милеве. В Берне молодожены вели научный образ жизни, обсуждали проблемы философии и физики со своими друзьями – Мишелем Бессо и его женой, Морисом Соловиным и Конрадом Хабичем. Работа в патентном ведомстве не мешала Эйнштейну заниматься теоретической физикой. В 1904 г. Милева родила ему сына, которого назвали Гансом.

Удивительный год

Самый удивительный год в жизни Эйнштейна – 1905-й. Из шести опубликованных им статей четыре стали известны во всем мире. В начале года он написал другу Конраду Хабичу: «Я обещаю тебе четыре статьи, первая из которых весьма революционна» [4, с. 21]. Написанная в марте 1905 г., эта первая статья вышла 9 июня 1905 г. Она называлась «Эвристическая точка зрения, касающаяся генерации и трансформации света». В ней Эйнштейн впервые выдвинул теорию о квантовой природе энергии. Он сформулировал невероятное предположение, что и волны имеют квантовую структуру. Так родилась квантовая физика.

Эйнштейн был не первым, кто заговорил о квантах. За пять лет до него, в 1900 г., понятие кванта (или элемента) энергии ввел Макс Планк. Но для него это было всего лишь техническим приемом. Кванты энергии не рассматривались в его системе как физическая реальность, а использовались как некая «промежуточная» условность, помогающая теоретическим рассуждениям, но выпадающая из окончательного результата. О мелких частичках света говорил еще Ньютон, но и в начале XX в. физики не располагали никакими экспериментальными данными, позволяющими верить в их объективное существование. К тому же все оптические явления прекрасно описывались теорией электромагнитных волн, опирающейся на общие уравнения электромагнетизма Максвелла.

В начале 1905 г. Эйнштейн задался вопросом, не приходившим тогда в голову ни теоретикам, ни экспериментаторам: почему материя атомарна (т. е. дискретна), а свет непрерывен? Конфликт непрерывности и дискретности проступает особенно остро, если свет и атомы взаимодействуют, – когда, например, атомы излучают или поглощают свет. Эта ситуация, глубоко прочувствованная и продуманная Эйнштейном, подсказала ему новый неожиданный подход к физической природе света. Он сформулировал его так: когда луч света распространяется в пространстве от точки к точке, его энергия не распределяется непрерывно по возрастающему объему пространства; напротив, она состоит из конечного числа квантов энергии, каждый из которых движется как целое без дробления и затем поглощается (атомом) тоже целиком как некое неделимое целое.

Следующая статья – «Новый метод определения размеров молекул» – была готова в апреле и стала основой диссертации Альберта Эйнштейна. Третья статья посвящалась броуновскому движению, т. е. макроскопическому подтверждению существования атомов. Она была напечатана в журнале «Анналы физики»[2] 11 мая и называлась «О движении малых частиц, взвешенных в стационарных жидкостях, требуемом молекулярно-кинетической теории теплоты». Эта статья была дополнена в декабре 1905 г., но опубликована только в 1906 г., с приложением о статистической теории броуновского движения.

Явление движения частиц взвеси (цветочной пыльцы и т. п.) в воде оставалось загадкой с 1820-х гг., когда оно было открыто ботаником Робертом Броуном (или, точнее, Брауном). Эйнштейн первым разгадал природу этого движения: случайные блуждания взвешенных частиц – проявление хаотического теплового движения молекул жидкости. Многократные случайные толчки молекул заставляют частицы перемещаться в беспрерывном неупорядоченном танце. При таком понимании частицы цветочной пыльцы служат «увеличительным стеклом», позволяющим взглянуть на мир движущихся атомов и молекул.

Главный результат теории Эйнштейна – статистический закон перемещения броуновской частицы: расстояние частицы от исходной точки пропорционально корню квадратному из времени, затраченного на перемещение. Этот закон случайных блужданий был выведен молодым ученым из кинетической теории газа (примененной к частицам взвеси) и гидродинамики (примененной к движению частиц в вязкой жидкости). В качестве множителя между смещением частицы и корнем квадратным из времени в этот закон входит комбинация размера взвешенных частиц, коэффициента вязкости жидкости и ее температуры (умноженной на постоянную Больцмана). Тем самым соотношение Эйнштейна устанавливало прямую связь между случайным смещением одной макроскопической частицы и хаотическим тепловым движением огромного множества микроскопических частиц жидкости. В 1908 г. это соотношение было проверено и полностью подтверждено в лабораторных опытах Жана Перрена в Сорбонне. Работы Эйнштейна по броуновскому движению завершили целую эпоху в физике – эпоху становления атомизма. Теорией Эйнштейна и опытами Перрена вопрос о реальности атомов был полностью и окончательно решен.



Конец ознакомительного фрагмента. Купить полную версию.

Примечания

1

Здесь и далее см. список источников цитат в конце книги.

2

«Анналы физики» (Annalen der Physik – один из старейших немецких научных журналов, посвященный проблемам физики; издается с 1799 г. С конца XIX в. ежегодно выходили три выпуска журнала, примерно по 1000 страниц каждый. В настоящее время издаются 12 книг в год объемом около 800 страниц. Здесь и далее – Прим. ред.