Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#31   morozov » Сб дек 15, 2018 17:21

Броуновское движение, май 1905 года

Через одиннадцать дней после завершения работы над диссертацией Эйнштейн закон-
чил еще одну статью, посвященную поискам свидетельств существования невидимых
частиц. Для того чтобы показать, как невидимые частицы проявляют себя в видимом мире,
он воспользовался, как всегда делал после 1901 года, статистическим анализом случайных
взаимодействий.
Применив такую методику, Эйнштейн объяснил явление, называемое броуновским
движением, которое к тому времени поражало ученых почти восемьдесят лет. Действи-
тельно, удивительно, как маленькие частицы примеси в такой жидкости, как вода, все
время беспорядочно скачут в разных направлениях. В качестве “побочного результата” этой
работы в ней было раз и навсегда убедительно доказано, что атомы и молекулы в физических
объектах действительно существуют.
Броуновское движение было так названо в честь шотландского ботаника Роберта Бро-
уна, который в 1828 году опубликовал свои детальные наблюдения за тем, как рассматривае-
мые через сильный микроскоп очень мелкие частицы пыльцы, взвешенные в воде, качаются
и блуждают. Изучение других частиц, в частности мельчайших крупинок, отшелушенных от
древнеегипетского Сфинкса, дало похожие результаты. Было предложено множество объяс-
нений, например наличие мелких течений в объеме воды или воздействие света. Но ни одна
из теорий не казалась правдоподобной.
Когда в 1870 году была разработана кинетическая теория, в которой использовались
случайные движения молекул для объяснения, например, поведения газов, многие пытались
с ее помощью объяснить и броуновское движение. Но, поскольку частицы примеси были в
10 тысяч раз крупнее молекул воды, казалось, что у молекул не хватит сил сдвинуть с места
частицу (как бейсбольный мяч не может сдвинуть предмет диаметром 800 метров)32.
Эйнштейн показал, что, хотя одна молекула за одно столкновение действительно не
может сдвинуть частицу с места, миллионы случайных столкновений в секунду могут объ-
яснить случайное блуждание частиц, которое и наблюдал Броун. “В этой статье – объявил он
в первом предложении, – будет показано, что согласно молекулярно-кинетической теории
теплоты взвешенные в жидкости объекты такого размера, что их можно увидеть с помощью
микроскопа, должны в результате тепловых молекулярных движений совершать движения
на такие расстояния, что их можно легко наблюдать в микроскоп”33.
Он продолжил, сказав на первый взгляд странную вещь: эта его работа написана
совсем не для того, чтобы объяснить броуновское движение. И действительно, при построе-
нии своей теории он даже не был уверен, что законы движения, которые он получил с помо-
щью своей теории, те же, что управляют движениями частиц, увиденных Броуном. “Воз-
можно, что движения, которые обсуждаются в данной работе, идентичны так называемому
броуновскому движению, но данные, которые оказались в моем распоряжении, настолько
неточны, что я не могу на их основании сделать какое-либо заключение”. Позднее он еще
больше дистанцировался от намерения объяснить в своей работе броуновское движение:
“Не зная, что наблюдения над броуновским движением уже давно велись, я открыл, что ато-
мистическая теория приводит к существованию доступного для наблюдения движения взве-
шенных микроскопических частиц”34.
На первый взгляд, отрицание Эйнштейном того, что его теория описывала броуновское
движение, выглядит странным и даже лицемерным. В конце концов, не он ли писал Конраду
Габихту за несколько месяцев до этого: “Такие движения взвешенных в жидкости частиц
раньше наблюдали физиологи, назвавшие их броуновским молекулярным движением”? Но
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
98
эта позиция Эйнштейна в таких вопросах была и правильна и важна, поскольку его работа не
начиналась с описания экспериментального наблюдения броуновского движения и не завер-
шалась объяснением этих результатов. Скорее, она была продолжением его более раннего
подхода – использования статистического анализа для демонстрации видимых проявлений
невидимых молекул.
Другими словами, Эйнштейн хотел убедить читателей, что он построил теорию, выве-
денную из основных принципов и постулатов, а не сконструировал ее на основе анализа
экспериментальных данных (по этой же причине в своей статье про кванты света он дал ясно
понять, что она возникла не как результат знакомства с экспериментами Филиппа Ленарда
по фотоэффекту). Как мы вскоре увидим, это отличие он также подчеркнет, утверждая, что
его теория относительности была построена не на основании рассмотрения результатов экс-
периментов по измерению скорости света и поискам эфира.
Эйнштейн показал, что удар одной молекулы воды не заставит взвешенную частичку
пыльцы продвинуться на заметное расстояние. Однако в любой заданный момент времени
частицу толкают со всех сторон тысячи молекул. В какой-то момент времени частица полу-
чит гораздо больше толчков с одной стороны, а в следующий момент залповые удары обру-
шатся на другую ее сторону.
В результате частицы будут двигаться, бросаясь из стороны в сторону, как говорят, слу-
чайно блуждая. Лучший способ представить себе это – вообразить пьяного, который оттолк-
нулся от фонарного столба и отправился в путь, но в следующую секунду его бросает в сто-
рону, и он делает один шаг в случайном направлении, и так все время. Он может за два шага
– один вперед, а другой назад – вернуться обратно к столбу, а может сделать два шага в одном
и том же направлении и уйти от столба на два шага, а может сделать один шаг на запад, а
следующий – на северо-восток. При построении графиков обнаруживается одно интересное
свойство таких случайных блужданий: среднее квадратичное расстояние пьяницы от столба
будет пропорционально корню квадратному из количества шагов или истекших секунд35.
Эйнштейн понял, что невозможно, да и не нужно измерять каждый зигзаг броунов-
ского движения, равно как не нужно измерять и скорость частиц в каждый момент времени.
Но расстояния, которые проходят случайно блуждающие частицы, измерить очень просто,
поскольку они растут со временем.
Эйнштейн хотел сделать конкретные предсказания для этих расстояний, которые
можно было измерить, и использовал и свои теоретические знания, и имеющиеся экспе-
риментальные данные по вязкости и скорости диффузии, получив в результате зависимо-
сти средних расстояний, проходимых частицами, от их размера и температуры жидкости. В
качестве примера он вычислил, что при температуре 17 °C для взвешенных в воде частиц
диаметром в одну тысячную миллиметра “среднее смещение за одну минуту будет равно
примерно 6 микронам”.
Это был конкретный результат, который можно было реально проверить, и из него
вытекали очень важные следствия. “Если движение, которое здесь обсуждается, действи-
тельно можно наблюдать, – писал он – тогда классическую термодинамику уже нельзя счи-
тать в строгом смысле справедливой”. Поскольку он был сильнее в теоретических рассужде-
ниях, чем в проведении экспериментов, закончил он призывом к экспериментаторам: “Если
бы какому-либо исследователю удалось вскоре ответить на поднятые здесь вопросы, важные
для теории теплоты!”20.
Через несколько месяцев немецкий экспериментатор Генри Зидентопф, используя мик-
роскоп с сильным увеличением, подтвердил предсказания Эйнштейна. С практической
20 Эйнштейн А. О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической тео-
рией теплоты // Собр. науч. трудов: в 4 т. Т. 3.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#32   morozov » Вс дек 16, 2018 23:18

История вопроса

Концепция теории относительности проста. Суть ее в том, что фундаментальные
законы физики неизменны и не зависят от того, как вы движетесь.
В специальном случае, когда наблюдатель движется с постоянной скоростью, эта кон-
цепция представляется естественной. Вообразите себе мужчину, сидящего дома в кресле,
и женщину, медленно проплывающую над ним в самолете. Каждый из них может налить
чашку кофе, стукнуть по мячу, посветить фонариком, подогреть булочку в микроволновке,
и для обоих законы физики будут одними и теми же.
В действительности нет способа определить, кто из них находится “в движении”, а
кто “в покое”. Мужчина в кресле может считать, что он находится в покое, а самолет – в
движении. И наоборот, женщина в самолете может считать, что она находится в состоянии
покоя, а Земля проплывает мимо. Не существует эксперимента, с помощью которого можно
установить, кто из них прав.
На самом деле установить точно, кто из них прав, невозможно. В данном случае можно
только сказать, что каждый из них движется относительно другого и, естественно, что оба
они очень быстро движутся относительно других планет, звезд и галактик21.
Специальная теория относительности, которую Эйнштейн сформулировал в 1905 году,
применима только к этому специальному случаю (отсюда и название), то есть к случаю,
когда наблюдатели движутся друг относительно друга равномерно и по прямой, то есть с
постоянной скоростью. Такие системы называются “инерциальными системами отсчета”1.
Труднее объяснить более общий случай, когда человек ускоряется или движется по
криволинейной траектории – например, крутится, тормозит, вообще движется произволь-
ным образом, то есть находится в некоторой форме неравномерного движения. В этом слу-
чае у него и кофе наливается не так, и мяч отскакивает по-другому, чем у людей, соверша-
ющих эти действия в равномерно и плавно движущемся поезде, самолете или просто на
Земле. И как мы увидим, Эйнштейну потребовалось еще десятилетие, чтобы прийти к так
называемой общей теории относительности, включившей в теорию гравитации ускоренное
движение, и попытаться применить к ней концепцию относительности2.
История теории относительности началась в 1632 году, когда Галилей провозгласил
принцип, согласно которому все законы движения и механики (законы электромагнетизма
еще не были открыты) остаются одними и теми же во всех системах координат, движу-
щихся с постоянной скоростью друг относительно друга. В своем “Диалоге о двух главней-
ших системах мира” Галилей хотел защитить идею Коперника о том, что представление о
Земле, расположенной в центре Вселенной и находящейся в состоянии покоя, и вращаю-
щихся вокруг нее всех остальных телах неправильно. Скептики оспаривали эту точку зре-
ния и говорили, что, если бы Земля двигалась так, как утверждал Коперник, мы бы это
почувствовали. Галилей опроверг их доводы, предложив в качестве доказательства провести
21 Человек, находящийся в состоянии покоя на экваторе, в действительности вращается вместе с Землей со скоростью
1674 км/ч и одновременно с ней вращается вокруг Солнца со скоростью 109 000 км/ч. Когда я говорю, что наблюдатели
движутся с постоянной скоростью, я не учитываю изменение их скоростей из-за того, что они находятся на вращающейся и
движущейся по орбите планете, поскольку это не влияет на большинство экспериментов. См.: Miller 1999, 25. – Прим. авт.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
102
кристально ясный мысленный эксперимент в каюте плавно плывущего корабля: “Давайте
представим себе, что вы с другом заперлись в каюте, расположенной под палубами боль-
шого корабля, и вместе с вами там оказалось несколько мух, бабочек и еще каких-нибудь
маленьких летающих насекомых. Кроме того, там находится большой сосуд с водой, в кото-
ром плавают рыбки. Подвесим бутылку, из которой жидкость капля за каплей вытекает в
расположенный под бутылкой широкий сосуд. Когда корабль неподвижен, понаблюдайте
внимательно, как маленькие насекомые летают по каюте в разных направлениях с одинако-
выми скоростями. Рыбки тоже плавают в разных направлениях с равными скоростями, капли
падают прямо в сосуд под бутылкой. И когда вы кидаете какую-либо вещь своему другу,
стоящему то по одну, то по другую сторону от вас на одинаковом расстоянии, вам нужно
приложить одинаковые усилия, чтобы она долетела до него. Если же вы будете прыгать,
отталкиваясь двумя ногами, вы выпрыгнете на одинаковое расстояние в любом направле-
нии. И если вы убедились во всем этом, теперь сделайте так, чтобы корабль плыл с любой
заданной вами скоростью, но только равномерно, без качки и рывков. И вы не обнаружите
ни малейшей разницы во всех перечисленных явлениях, и ни по одному из этих явлений вы
не сможете определить, движется ли корабль или стоит на месте”3.
Лучше принцип относительности нельзя описать – или по крайней мере объяснить, как
его применять к системам, движущимся друг относительно друга с постоянной скоростью.
Внутри корабля Галилея можно с легкостью беседовать, поскольку воздух, в котором
распространяются звуковые волны, движется плавно вместе с людьми в каюте. Подобным
же образом, если один из пассажиров корабля Галилея бросит камешек в сосуд с водой,
от места его падения пойдут такие же волны, как если бы этот сосуд стоял на берегу. Это
происходит потому, что вода, на поверхности которой распространяются эти волны, плавно
движется вместе с сосудом и всем остальным в каюте.
Природа как звуковых волн, так и волн, расходящихся на поверхности воды, легко объ-
ясняется с помощью классической механики: это просто перемещающееся колебание неко-
торой среды. Вот почему звук не может распространяться в вакууме, но может проходить
через воздух, воду или металл. Например, в воздухе при комнатной температуре звуковые
волны – колебательные возбуждения сжатия-разрежения воздуха – распространяются со ско-
ростью примерно 1260 км/ч.
Внутри корабля Галилея воздух и вода ведут себя так же, как на берегу, потому что
воздух в каюте и вода в сосуде движутся с той же скоростью, что и пассажиры. А теперь
вообразите, что вы выходите на палубу и рассматриваете волны в океане или же измеряете
скорость звуковых волн другого корабля, издающего гудок. Скорость, с которой эти волны
приходят к вам, зависит от скорости вашего движения относительно среды (воды или воз-
духа), в которой они распространяются.
Другими словами, скорость, с которой волны в океане приходят к вам, зависит от того,
насколько быстро вы движетесь в направлении источника этих волн или удаляетесь от него.
Аналогично, скорость звуковых волн относительно вас зависит от вашего движения отно-
сительно воздуха, в котором распространяется эта звуковая волна.
Относительные скорости – ваша и источника – суммируются. Представьте себе, что
вы в океане, волны движутся к вам со скоростью 16 км/ч. Если вы вскочите на гидроцикл и
направите его на скорости 83 км/ч навстречу волнам, то увидите, что они приближаются к
вам и проносятся мимо со скоростью (относительно вас) 99 км/ч. Аналогично, представьте
себе, что звук идет к вам из рупора на борту далекого корабля, и в неподвижном воздухе
в направлении берега он распространяется со скоростью 1260 км/ч. А если вы вскочите на
гидроцикл и помчитесь в направлении этого корабля со скоростью 66 км/ч, звуковые волны
будут проноситься мимо вас со скоростью 1326 км/час.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
103
И тогда напрашивается вопрос, который мучил Эйнштейна уже с шестнадцати лет,
когда он воображал себя скользящим рядом с лучом света: ведет ли себя свет аналогично?
Ньютон считал, что свет – прежде всего поток частиц, испущенных источником. Но
во времена Эйнштейна большинство ученых приняли альтернативную теорию, разработан-
ную современником Ньютона Христианом Гюйгенсом, согласно которой свет нужно считать
волной.
К концу XIX века большое количество экспериментов подтвердили правоту волно-
вой теории. Например, Томас Юнг поставил знаменитый эксперимент, который сейчас вос-
производят ученики средней школы и который демонстрирует, что свет, проходящий через
две щели, формирует интерференционную картину, напоминающую картину, образованную
волнами на поверхности воды, прошедшими через две щели. В обоих случаях горбы и впа-
дины волн, исходящих из каждой щели, встречаясь, в некоторых местах усиливают друг
друга, а в других – друг друга гасят.
Джеймс Клерк Максвелл содействовал упрочению этой волновой теории, установив
связь между светом, электрическим и магнитным полями. Он вывел уравнения, которые опи-
сывали поведение электрических и магнитных полей. Максвелл показал, что эти электромаг-
нитные волны должны распространяться с определенной скоростью – примерно 300 000 км/
с 22. Это совпало со значением, которое ученые уже получили в экспериментах для скорости
света, и они поняли, что это не простое совпадение4.
Стало ясно, что свет – это та часть электромагнитного спектра, которая воспринима-
ется нашим зрением. А весь спектр включает радиоволны, которые мы сейчас называем AM23
(средние и длинные волны радиоволны с длиной волны порядка километра), FM (корот-
кие радиоволны, длина волны порядка метра) и микроволновое излучение (длина волны
порядка сантиметра). При уменьшении длины волны (увеличении ее частоты) электромаг-
нитные волны переходят в видимый диапазон, простирающийся от красного (примерно 700
нм) до фиолетового (примерно 400 нм). Еще более короткие волны попадают в диапазон уль-
трафиолетовых, рентгеновских волн и гамма-лучей. Когда мы говорим о “свете” или “ско-
рости света”, мы имеем в виду не только видимые глазом, а вообще все электромагнитные
волны.
И тут возникают важные вопросы. Что это за среда, в которой эти волны распростра-
няются? А их скорость 300 000 км/с – это скорость относительно чего?
Ответ вроде бы напрашивался сам собой: световые волны – это возмущение невиди-
мой среды, которая называется эфиром, и скорость света – это скорость его движения отно-
сительно эфира. Другими словами, эфир для света должен играть примерно ту же роль, что и
воздух для звуковых волн. Позже Эйнштейн заметил: “Предположение о том, что свет можно
представить себе как колебательный процесс в упругой инертной среде, заполняющей все
пространство, казалось неоспоримым”5.
К сожалению, этому гипотетическому эфиру пришлось приписать многие странные
свойства. Поскольку свет даже от очень удаленных звезд может доходить до Земли, эфир
должен был бы заполнять всю известную Вселенную. Он должен был бы накрывать все
как паутиной и, образно говоря, быть настолько эфемерным, чтобы не оказывать влияния
22 Точнее – 299 792 458 м/с в вакууме. Если не оговорено специально что-то иное, под скоростью света понимается
скорость света в вакууме, и это относится ко всем электромагнитным волнам, видимым и невидимым. Эта величина, как
обнаружил Максвелл, является также и скоростью распространения электрического поля в проводящей проволоке – Прим.
авт.
23 На самом деле это обозначение не диапазона длин волн, а способа модуляции – амплитудной (АМ) и частотной (FM).
Раньше радиоволны обычно делили по длинам волн на длинные – ДВ (1-10 км), средние – СВ (100 м – 1 км), короткие –
КВ (10-100 м) и ультракороткие – УКВ (10 мм – 10 м).
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
104
на движение не только планет, но даже легких пушинок и в то же время быть достаточно
упругим, чтобы в нем могли возникать колебания огромной частоты.
Все эти странности привели к тому, что на эфир в конце XIX века была устроена
настоящая охота. Если бы свет был действительно рябью в эфире, мы бы увидели, что
волны проходят мимо нас с большей скоростью, когда мы двигаемся сквозь эфир в направле-
нии источника излучения. Ученые изобрели всевозможные гениальные устройства и приду-
мали хитроумные схемы экспериментов, позволяющие уловить эту разницу. Они выдвинули
массу гипотез того, что может представлять собой эфир. Они искали эфир в виде неподвиж-
ной субстанции, через которую движется Земля. Они считали, что часть эфира увлекается
Землей и образует что-то вроде пузыря, наподобие того как это происходит с ее атмосфе-
рой. Они даже рассмотрели невероятную гипотезу о том, что Земля представляет собой
единственный неподвижный относительно эфира объект, а все остальные космические тела,
включая другие планеты, Солнце и звезды, вращаются вокруг нее, что, вероятно, заставило
Коперника перевернуться в гробу.
Один из экспериментов, про который Эйнштейн позже сказал, что тот “был чрезвы-
чайно важным для специальной теории относительности”6, проделал французский физик
Ипполит Физо, попытавшийся измерить скорость света в движущейся среде. Он расщепил
луч на два с помощью полупрозрачного посеребренного углового зеркала, которое направ-
ляло один из лучей на поток воды в направлении его движения, а другой – в противопо-
ложном направлении. Оба луча потом встречались. Если бы свет проходил один из путей
за большее время, чем другой, горбы и впадины обеих волн при их встрече уже не должны
были совпасть. Экспериментатор, если такое случилось бы, мог бы это заметить по возник-
шей в этом месте интерференционной картине.
Другой и гораздо более знаменитый эксперимент поставили в 1887 году Альберт Май-
кельсон и Эдвард Морли. Они сконструировали хитроумную установку, в которой, как и
у Физо, световой луч расщеплялся на два, один из лучей направлялся на зеркало в плечо,
ориентированное вдоль скорости движения Земли, и там претерпевал несколько отражений,
двигаясь по направлению движения Земли и против него, а второй луч – в перпендикулярное
плечо, И после того, как оба луча встречались, полученную интерференционную картину
(или ее отсутствие) анализировали, чтобы понять, возникает ли разность фаз, то есть больше
ли времени требовалось лучу, пролетающему часть пути против предполагаемого эфирного
ветра, чем второму лучу, двигавшемуся в перпендикулярном направлении, чтобы долететь
до детектора.
Но вне зависимости от того, кто проводил эксперимент, как смотрели и какие делались
предположения относительно поведения эфира, никто так и не смог увидеть неуловимую
субстанцию. Вне зависимости от того, как и что в эксперименте двигалось, наблюдалась
всегда одна и та же скорость света.
И ученые, хотя и не без колебаний, направили свои усилия на разрешение дилеммы:
почему, если эфир существует, ни в одном эксперименте его не удается обнаружить. Наи-
более известная гипотеза возникла в начале 1890-х годов и принадлежала двум ученым:
гениальному космополиту Хендрику Лоренцу, голландскому мэтру теоретической физики,
и ирландскому физику Джорджу Фитцджеральду, – независимо друг от друга предположив-
шим, что все твердые тела при движении через эфир слегка сжимаются. Согласно этой гипо-
тезе, сокращение Фитцджеральда – Лоренца укорачивает все, включая длину плеч в опыте
Майкельсона – Морли, причем ровно настолько, чтобы влияние эфира на свет невозможно
было увидеть.
Эйнштейн чувствовал, что ситуация “стала очень депрессивной”. Как он считал, сами
ученые не были в состоянии объяснить электромагнетизм, используя ньютоновский “меха-
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
105
нистический взгляд на природу”, и это “привело к фундаментальному дуализму, который
долго выносить было невозможно”7.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#33   morozov » Вт дек 18, 2018 13:38

Путь Эйнштейна к теории относительности

Однажды Эйнштейн сказал: “Новая идея приходит неожиданно и чаще интуитивным
образом”. Но поспешил добавить: “Интуиция есть не что иное, как проявление накопленного
интеллектуального опыта”8.
Теория относительности так и создавалась Эйнштейном – с помощью интуиции, бази-
рующейся на десятилетнем интеллектуальном и личном опыте9. Самым важным и очевид-
ным, на мой взгляд, было его глубокое знание и понимание теоретической физики. Еще
ему помогала развившаяся во время учебы в Арау способность визуализировать мыслен-
ные эксперименты. Полезным оказалось и знание основ философии: Юм и Мах приучили
Эйнштейна скептически относиться к вещам и явлениям, которые невозможно наблюдать
непосредственно. И этот скептицизм был усилен присущей ему бунтарской склонностью не
доверять авторитетам.
Была и еще пара обстоятельств, возможно, усиливавших его способность наглядно
представлять себе физическую ситуацию и обнажать суть концепции. Во-первых, это его
познания в технике, полученные в детстве, когда он помогал дяде Якобу отлаживать магниты
и движущиеся катушки в генераторах. А во-вторых, когда он работал в патентном бюро, его
начальник всячески поощрял его скептическое отношение к содержанию поданных заявок,
и кроме того, тогда через его руки прошло множество заявок по новым методам синхрони-
зации часов. Помогло и то, что Эйнштейн в Берне снимал квартиру поблизости от Часовой
башни и железнодорожной станции, над помещением телеграфа, а в Европе как раз тогда
началось использование электрических сигналов для синхронизации часов внутри часовых
зон. И наконец, рядом оказался друг, сыгравший роль резонатора идей, – Мишель Бессо, с
которым они вместе работали в патентном бюро и обсуждали заявки на электромеханиче-
ские приборы10.
Насколько сильно каждое из этих обстоятельств повлияло на создание теории, можно
оценить лишь субъективно. В конце концов, даже сам Эйнштейн не мог с уверенностью
рассказать, как развивался процесс рождения теории. “Трудно сказать, как я пришел к теории
относительности, – говорил он, – существовало так много скрытых сложностей, которые
стимулировали мою мысль”11.
Но одну вещь мы можем утверждать с уверенностью – мы точно знаем, с чего Эйн-
штейн начал. Он не раз повторял, что его путь в теорию относительности начался с мыслен-
ного эксперимента, который он провел в шестнадцать лет, когда представлял себя летящим
рядом со световым лучом с той же скоростью. Как он позже рассказывал, возникал “пара-
докс”, который мучил его последующие десять лет, и он сформулировал его следующим
образом:
“Если я лечу рядом с лучом со скоростью с (равной скорости света в
вакууме), я должен воспринимать этот луч света в виде остановившегося во
времени, но осциллирующего в пространстве электромагнитного поля. Но
опыт подсказывает, что такого не может быть, к тому же это противоречит
уравнениям Максвелла. С самого начала мне интуитивно было ясно, что для
этого наблюдателя все должно происходить так же, как и для наблюдателя,
находящегося в покое относительно Земли, поскольку непонятно, как
первый наблюдатель узнает или сможет определить, что он находится в
состоянии быстрого равномерного движения. Легко увидеть, что уже в этом
парадоксе содержались зачатки специальной теории относительности”12.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
107
Этот мысленный эксперимент не обязательно опровергал эфирную теорию распро-
странения световых волн. Действительно, теоретик, предполагавший, что эфир существует,
мог вообразить застывший луч света. Но интуиция подсказывала Эйнштейну, что законы
оптики должны подчиняться принципу относительности. Другими словами, уравнения
Максвелла, которые определяют скорость света, должны быть одними и теми же для всех
наблюдателей, движущихся с постоянными скоростями. То, что Эйнштейн сделал акцент на
этом своем воспоминании, указывает на то, что представление о застывшем луче света – или
застывших электромагнитных волнах – инстинктивно казалось ему неправильным13.
Кроме того, этот мысленный эксперимент показывает: он чувствовал, что ньютонов-
ские законы механики противоречат постоянству скорости света, следующему из максвел-
ловских уравнений. Все это породило в нем чувство “психологического напряжения”, кото-
рое его сильно нервировало. Позднее он вспоминал: “В самом начале, когда специальная
теория относительности начала прорастать во мне, у меня возникали разные виды психоло-
гического дискомфорта. Когда я был молодым, я зачастую в состоянии замешательства на
несколько недель забрасывал [эту тему]”14.
Существовало также и более специальная “асимметрия”, которая начала его беспо-
коить. Когда магнит движется относительно петли из проволоки, в ней возникает электри-
ческий ток. Как Эйнштейн знал по опыту обращения с генераторами, которые делали на
семейных предприятиях, величина электрического тока одинакова, если магнит движется, а
катушка кажется неподвижной и если катушка движется, а магнит кажется неподвижным.
Кроме того, он в 1894 году прочел книгу Августа Фёппля “Введение в теорию электриче-
ства Максвелла”. В ней была глава “Электродинамика движущихся проводников”, в которой
автор выражал сомнение в том, что индукция в случае, когда движется магнит, и в случае,
когда движется проводящая катушка, будет разной15.
“Но в теории Максвелла – Лоренца, – вспоминал Эйнштейн, – теоретическая интерпре-
тация двух этих явлений различается”. В первом случае, согласно закону индукции Фарадея,
движение магнита через эфир создает электрическое поле. Во втором случае при движении
проводящей катушки в магнитном поле возникает сила Лоренца и, следовательно, электри-
ческий ток. Эйнштейн говорил: “Мысль о том, что эти два случая должны существенно раз-
личаться, была для меня непереносимой”16.
В течение многих лет Эйнштейн боролся с концепцией эфира, которая в этих теориях
электрической индукции служила для теоретического определения понятия “покоя”. Еще
будучи студентом Цюрихского политехникума, он в 1899 году написал Милеве Марич, что
“введение в теорию электричества понятия “эфир” привело к введению концепции среды,
движение которой можно описать, как мне кажется, только не приписывая ей какого-либо
физического смысла”17. Тем не менее в том же месяце он, приехав на каникулы в Арау, вме-
сте с учителем своей старой школы стал работать над способами обнаружения эфира. Он
написал Марич: “У меня есть хорошая идея, как определить влияние движения тела отно-
сительно эфира на скорость распространения света”.
Профессор Вебер сказал тогда Эйнштейну, что его подход нереалистичен. Возможно,
по предложению Вебера Эйнштейн прочитал работу Вильгельма Вина, который описал три-
надцать экспериментов по поискам эфира с нулевым результатом, включая эксперименты
Майкельсона и Морли, а также Физо18. Кроме того, в какой-то момент (до 1905 года) он
прочитал книгу Лоренца 1895 года “Попытка построения теории электрических и оптиче-
ских явлений движущихся тел”, из которой узнал больше про эксперимент Майкельсона –
Морли. В этой книге Лоренц, прежде чем перейти к построению своей теории сокращения
предметов, привел обзор всех неудавшихся попыток найти эфир1
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#34   morozov » Вт дек 18, 2018 21:37

“Индукция и дедукция в физике”

Ну и какой эффект оказали на Эйнштейна, вынашивавшего свои идеи по относительно-
сти, результаты эксперимента Майкельсона и Морли, которые не обнаружили свидетельств
существования эфира и изменения наблюдаемой скорости света в зависимости от того, в
каком направлении движется наблюдатель? Послушать его самого, так вообще никакого.
Временами он утверждал (и ошибался), что до 1905 года вообще об этих экспериментах
ничего не знал. Противоречивые заявления Эйнштейна в течение последующих пятидесяти
лет о влиянии на его работы опыта Майкельсона – Морли полезно принять во внимание как
напоминание о том, насколько нужно быть осторожным при анализе истории, основанной
на смутных воспоминаниях20.
Путаница с высказываниями Эйнштейна началась в 1922 году, когда он в приветствии
конференции, произнесенном им в японском городе Киото, заметил, что неудачная попытка
Майкельсона обнаружить эфир была “первой ниточкой, которая привела меня к тому, что мы
называем принципом специальной теории относительности”. А в тосте на обеде в Пасадене
в честь Майкельсона в 1931 году Эйнштейн, отдав должное именитому экспериментатору,
выразился очень витиевато: “Вы обнаружили коварное противоречие в существующей в то
время “эфирной” теории света и стимулировали возникновение концепций Лоренца – Фиц-
джеральда, из которых выросла специальная теория относительности”21.
Эйнштейн описал свой мыслительный процесс в беседах с основоположником
гештальтпсихологии Максом Вертгеймером, который позднее назвал результаты экспери-
мента Майкельсона – Морли “ключевыми”, задавшими направление мыслительного про-
цесса Эйнштейна. Но Артур И. Миллер показал, что это утверждение, возможно, было обу-
словлено тем, что Вертгеймер хотел использовать эту историю в качестве иллюстрации
успешности принципов гештальтпсихологии22.
В последние годы жизни Эйнштейн внес еще большую путаницу в этот вопрос, сделав
ряд утверждений на эту тему в беседах с физиком Робертом Шенкландом. Сначала он заявил,
что прочитал про эксперимент Майкельсона – Морли только после 1905 года, потом – что
прочитал о нем в книге Лоренца до 1905 года, а в конце добавил: “Я думаю, что считал этот
результат само собой разумеющимся”23.
Последнее утверждение – наиболее важное, поскольку Эйнштейн повторял его много
раз. К тому времени как он начал серьезно работать над теорией относительности, он просто
принял как само собой разумеющееся, что не нужно изучать все эксперименты, связанные
с поиском движения эфира, поскольку согласно его изначальной точке зрения все попытки
найти эфир были обречены на неудачу24. Для него смысл этих экспериментальных резуль-
татов состоял в том, что они укрепляли его уверенность в применимости принципа относи-
тельности Галилея и к световым волнам25.
Это, возможно, и объясняет незаслуженно малое внимание, которое он уделил резуль-
татам экспериментов в своей статье 1905 года. Он никогда не ссылался ни конкретно на
эксперимент Майкельсона – Морли, даже когда этого требовала логика изложения, ни на
эксперимент Физо, использовавшего движущуюся воду. Вместо этого сразу после дискус-
сий о том, что имеет значение лишь относительное движение магнита и катушки, он просто
упомянул “неудавшиеся попытки определить движение Земли относительно светоносной
среды” 24.
24 Эйнштейн А. К электродинамике движущихся тел. Здесь и далее цитируется русский перевод статьи. Собр. науч.
трудов: в 4 т. Т. 1.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
109
Некоторые научные теории строятся в первую очередь индуктивно: анализируется
множество экспериментальных данных, а потом разрабатываются теории, объясняющие эти
экспериментальные данные. Но некоторые теории создаются в основном при помощи дедук-
ции: за основу берутся элегантные принципы и постулаты, признанные незыблемыми, и из
них выводятся следствия. Все ученые применяют оба подхода в разных пропорциях. У Эйн-
штейна было отличное чутье на экспериментальные результаты, и он его использовал, чтобы
отобрать те из них, которые можно использовать в качестве отправных точек для создания
теории26. Но упор он делал прежде всего на дедуктивный подход27.
Вспомним, как в своей статье по броуновскому движению Эйнштейн так странно, но
вполне точно приуменьшил значение экспериментальных результатов в том выводе, который
был, по существу, получен с помощью теоретической дедукции. С теорией относительности
была похожая ситуация. То, что он имел в виду, говоря о броуновском движении, он в точ-
ности повторил по поводу роли эксперимента Майкельсона – Морли при выводе принципа
относительности: “Я был совершенно уверен в справедливости этого принципа до того, как
узнал об этом эксперименте и его результатах”.
На самом деле все три эпохальные статьи 1905 года начинаются с описания его намере-
ния использовать дедуктивный подход. Каждую из них он начинает не со ссылки на необъ-
ясненные экспериментальные результаты, а с указания на некоторые несообразности, кото-
рые следуют из альтернативных теорий. Затем он формулирует некие важные принципы и в
то же время приуменьшает роль опытных данных, будь то броуновское движение, излучение
твердого тела или скорость света28.
В работе 1919 года “Индукция и дедукция в физике” он описал причины, по которым
предпочитал такой подход:
“Простейшее представление о том, как возникает эмпирическая
наука, можно получить из сравнения с индуктивным методом. Отдельные
факты отбираются и группируются таким образом, что закономерности,
объединяющие их становятся очевидными… Однако на этом пути
большого продвижения в научном познании не будет. <…> По-
настоящему большой прогресс в нашем постижении науки может
возникнуть только на пути, диаметрально противоположном индукции.
Интуитивное понимание сущности большой совокупности фактов приводит
ученого к постулированию гипотетической основной закономерности
или закономерностей. Из этих закономерностей он уже выводит свои
заключения”29.
Его приверженность этому методу будет возрастать со временем. “Чем глубже мы про-
никаем в суть и чем более всеохватывающими становятся наши теории, – провозгласит он
в конце жизни, – тем меньше эмпирических знаний нужно для того, чтобы создать эти тео-
рии”30.
К началу 1905 года в своих попытках объяснить электродинамику Эйнштейн уже
начал отдавать предпочтение дедуктивному методу, а не индуктивному. Позднее он скажет:
“Постепенно я разочаровался в возможности открыть истинные законы природы, пытаясь
конструктивно проанализировать полученные из экспериментов данные. Чем больше и чем
отчаяннее я пытался это сделать, тем больше убеждался, что только открытие универсаль-
ных формальных принципов может привести нас к уверенным результатам”31.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#35   morozov » Пт дек 21, 2018 19:30

Два постулата

Теперь, когда Эйнштейн решил строить свою теорию сверху вниз, то есть выводить
ее из первых принципов, перед ним встал выбор: с какого постулата, с каких положений
общего принципа начать?32
Его первым постулатом стал принцип относительности, утверждавший, что все фун-
даментальные законы физики, в том числе уравнения Максвелла, описывающие поведение
световой волны, являются одинаковыми для всех наблюдателей, движущихся относительно
друг друга с постоянной скоростью. Или, если говорить более точно, они неизменны во всех
инерциальных системах отсчета, то есть одинаковы для того, кто покоится относительно
Земли, и того, кто движется с постоянной скоростью в поезде или космическом корабле.
Он поверил в этот постулат еще со времени своего мысленного эксперимента, в котором он
представлял себя летящим вдоль светового луча: “С самого начала мне интуитивно было
ясно, что с точки зрения этого наблюдателя все должно подчиняться тем же законам, что и
для наблюдателя, покоящегося относительно Земли”.
Для сопутствующего постулата, касающегося скорости света, у Эйнштейна было два
варианта.
1. Он мог рассматривать излучение света как испускание частиц и
считать, что свет вылетает из источника подобно пулям из ружья. Тогда
не было необходимости в эфире. Частицы света могли распространяться
в пустоте. Их скорость измерялась бы относительно источника. Если бы
источник приближался к вам, вылетающие частицы летели бы к вам быстрее,
чем если бы он от вас удалялся от вас. (Представьте себе питчера (подающего
в бейсболе), который кидает мяч со скоростью 160 км/ч. Если он бросает мяч
из машины, мчащейся на вас, мяч полетит к вам быстрее, чем если машина
с подающим мяч питчером будет от вас удаляться.) Другими словами, свет,
излучаемый звездой, будет распространяться со скоростью 300 000 км/
с, но если звезда летела бы к Земле со скоростью 16 000 км/с, скорость
испускаемого ею света относительно наблюдателя на Земле должна была бы
быть равной 316 000 км/с.
2. Альтернативное утверждение состояло в том, что скорость света
постоянна – 300 000 км/с – и не зависит от движения источника, что больше
согласовалось с волновой теорией света. Если использовать аналогию со
звуковыми волнами, в этом случае звук сирены пожарной машины не
доходил бы до вас быстрее из-за того, что она мчится к вам, а не стоит на
месте.
Во всех случаях звук бы распространялся через воздух со скоростью
примерно 1200 км/ч25.
В течение некоторого времени Эйнштейн разрабатывал первую гипотезу, то есть эмис-
сионную теорию. Такой подход особенно привлекателен, если вы считаете, что свет ведет
себя как поток квантов. Как было показано в предыдущей главе, как раз эта концепция све-
25 Если источник звука движется на вас, волны к вам не будут приходить быстрее. Однако, согласно эффекту Доплера,
волны сожмутся, длина волны уменьшится, частота увеличится, что приведет к более высокому звуку (а когда завывающая
пожарная машина, промчавшись мимо вас, начнет удаляться – к более низкому). То же самое происходит со светом. Если
источник движется на вас, длина волны уменьшается (частота увеличивается), так что его спектр сдвигается в более
голубую часть. Спектр удаляющегося источника сдвигается в более красную область. – Прим. авт.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
111
товых квантов была предложена Эйнштейном в марте 1905 года, когда он сражался со своей
теорией относительности33.
Но при этом подходе возникали проблемы. Его использование, похоже, должно было
привести к тому, что и уравнения Максвелла, и волновая теория света стали бы несправед-
ливыми. Если скорость света зависит от скорости источника, из которого свет испускается,
тогда в нем должна каким-то образом содержаться в неявном виде информация об этом. Но
и эксперименты, и уравнения Максвелла указывали на то, что этого не происходит34.
Эйнштейн попытался найти способы как-то модифицировать уравнения Максвелла,
чтобы они согласовывались с эмиссионной теорией световых квантов, но попытки оказа-
лись безуспешными. “Эта теория требует, чтобы везде и в каждом определенном направле-
нии было возможно распространение световых волн с разными скоростями, – вспоминал он
свои рассуждения позднее, – и могло оказаться невозможным построить разумную теорию
электромагнетизма, в которой бы такой трюк оказался выполнимым”35.
К тому же ученые не смогли найти никакого свидетельства того, что скорость света
зависит от скорости источника. Свет от разных звезд, похоже, приходит к нам с одной той
же скоростью36.
Чем больше Эйнштейн думал об эмиссионной теории света, тем больше проблем в ней
находил. Как он объяснял своему другу Паулю Эренфесту, было трудно понять, что проис-
ходит, когда свет от “движущегося” источника преломляется или отражается от покоящегося
экрана. Кроме того, если считать эмиссионную теорию правильной, свет от ускоряющегося
источника мог бы в определенный момент направиться назад к источнику.
И поэтому Эйнштейн отверг эмиссионную теорию в пользу постулата о постоянстве
скорости света, не зависящей от того, как быстро движется источник. Он говорил Эренфе-
сту: “Я пришел к убеждению, что свет всегда должен определяться только частотой и интен-
сивностью и совершенно не зависеть от того, приходит ли он от движущегося источника
или стационарного”37.
Теперь у Эйнштейна было два постулата: “принцип относительности” и новый, кото-
рый он назвал “постулатом скорости света”. Он аккуратно сформулировал его так: “Свет в
пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V независимо от состояния дви-
жения излучающего тела”38. Например, когда вы измеряете скорость света, испускаемого
фарами поезда, она всегда будет равна 300 000 км/с – и когда поезд приближается к вам, и
когда поезд удаляется.
К сожалению, оказалось, этот постулат о постоянстве скорости света не сочетается
с принципом относительности. Почему? Позднее Эйнштейн использовал следующий мыс-
ленный эксперимент, чтобы объяснить это явное противоречие.
Он предложил представить себе “луч света, направленный вдоль железнодорожной
платформы”. Человек, стоящий на платформе, измерит скорость пролетающего мимо него
луча и получит значение 300 000 км/с. А теперь представим себе женщину, сидящую в вагоне
очень быстро мчащегося поезда, удаляющегося от источника света со скоростью 3200 км/
с. Мы предположим, что для нее скорость проносящегося мимо света будет равна всего 296
800 км/с. Эйнштейн написал: “Скорость луча света относительно мчащегося вагона тогда
окажется меньшей”.
“Но этот результат приходит в противоречие с принципом относительности, – доба-
вил он, – поскольку, как и каждый другой основной закон природы, закон распространения
света должен в соответствии с принципом относительности быть одним и тем же и когда
железнодорожный вагон является системой отсчета, и когда системой отсчета служит плат-
форма”. Другими словами, уравнения Максвелла, определяющие скорость распространения
света, должны быть справедливы и для движущегося вагона, и для покоящейся платформы.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
112
Нельзя придумать никакого эксперимента, включая измерение скорости света, который бы
позволил различить, какая из инерциальных систем находится в состоянии “покоя”, а какая
– движется с постоянной скоростью39.
Это был странный результат. Женщина, едущая в поезде в направлении источника
света или от него, и наблюдатель, стоящий на платформе, измеряющий скорость того же луча
света, который летит мимо него, должны увидеть, что свет распространяется с одинаковой
скоростью. Если женщина бежит по рельсам к поезду или от него, ее скорость движения
относительно него будет разной. Но ее скорость относительно луча света от фар этого поезда
будет неизменной. Все эти странности сделали, как думал Эйнштейн, эти два постулата
“на первый взгляд несовместимыми”. Позже он рассказал об этом противоречии в лекции,
посвященной тому, как он пришел к своей теории относительности: “Постоянство скорости
света несовместимо с правилом сложения скоростей. В результате мне пришлось провести
почти год в тщетных попытках найти выход”40.
Соединение постулата о скорости света с принципом относительности привело бы к
тому, что наблюдатель должен был бы при измерении скорости света получать одно и то
же значение независимо от того, источник ли света движется к нему или от него, он ли дви-
жется к источнику света или от него или же оба как-то движутся или находятся в состоянии
покоя. Скорость света должна быть одной и той же вне зависимости от взаимного движения
источника и наблюдателя.
Так обстояли дела в начале марта 1905 года. Эйнштейн сначала выбрал принцип отно-
сительности и возвел его в ранг постулата. После этого не без колебаний принял в качестве
постулата и то, что скорость света не зависит от движения источника света. И стал ломать
голову над явным противоречием, состоявшим в том, что наблюдатель, бегущий по направ-
лению к источнику света, и наблюдатель, удаляющийся от источника, увидят свет, идущий
к ним с одинаковой скоростью, и эту же скорость зафиксирует наблюдатель, неподвижно
стоящий на платформе и наблюдающий за движением того же луча.
Эйнштейн писал: “В связи с этой дилеммой кажется неизбежным отказаться либо от
принципа относительности, либо от простого закона распространения света в пустоте”41.
А потом случилось нечто невероятное. Во время разговора с другом к Альберту Эйн-
штейну пришло одно из самых замечательных творческих озарений за всю историю физики.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#36   morozov » Вс дек 23, 2018 22:50

Прорыв
Впоследствии Эйнштейн вспоминал, что в тот день, когда он зашел за своим лучшим
другом Марселем Бессо, в Берне стояла прекрасная погода. Бессо был замечательным инже-
нером, но очень несобранным человеком; Эйнштейн с ним познакомился еще во время учебы
в Цюрихе, а затем переманил в Швейцарское патентное бюро. В течение долгого времени
они ходили на работу вместе и по дороге беседовали. На этот раз Эйнштейн рассказал Бессо
о той самой проблеме, которая его тогда мучила.
В какой-то момент Эйнштейн сказал: “Я готов сдаться”. Но в процессе обсуждения,
как вспоминал Эйнштейн, он “неожиданно нашел ключ к решению проблемы”. На следу-
ющий день он пребывал в состоянии сильного возбуждения, и, когда увиделся с Бессо, не
поздоровавшись, выпалил: “Спасибо тебе, я окончательно разобрался в проблеме”42.
Между днем, когда Эйнштейн решил проблему, и днем, когда он послал в журнал свою
наиболее знаменитую статью “К электродинамике движущихся тел”, прошло всего пять
недель. В статье не было ни ссылок на литературу, ни упоминаний работ других авторов, не
было и никаких благодарностей, кроме изящной последней фразы: “В заключение отмечу,
что мой друг и коллега М. Бессо явился верным помощником при разработке изложенных
здесь проблем и что я обязан ему за ряд ценных указаний”.
И что же за прозрение снизошло на него во время его разговора с Бессо? “Мое реше-
ние пришло при анализе самой концепции времени, – говорил Эйнштейн, – время нельзя
определить абсолютно, время и скорость сигнала неразрывно связаны”.
Если разбираться более детально, ключевая идея состоит в том, что два события, кажу-
щиеся одновременными одному наблюдателю, не будут казаться одновременными другому,
движущемуся быстро относительно первого. И нет способа выяснить, кто из наблюдателей
на самом деле прав. Другими словами, нет возможности утверждать, что два события дей-
ствительно произошли одновременно.
Эйнштейн позже объяснил эту концепцию, используя мысленный эксперимент с дви-
жущимися поездами. Предположим, молнии ударили в железнодорожную платформу в двух
разных точках – А и В. Если мы говорим, что удары молнии были одновременными, что мы
имеем в виду?
Эйнштейн понял, что нам потребуется работающее определение одновременности, то
есть то, которое мы сможем действительно применить и которое потребует учета скорости
света. Его ответ состоял в том, что мы будем считать удары молнии одновременными, если
мы стоим ровно посередине между точками А и В и свет от них доходит до нас в один и
тот же момент.
Но теперь давайте представим себе, как это явление воспринимается пассажиром,
быстро едущим в поезде. В своей книге 1916 года для объяснения этой идеи неспециалистам
Эйнштейн использовал следующий рисунок, на котором длинный поезд изображен в виде
линии вверху рисунка:
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
114
Предположим, в определенный момент (с точки зрения наблюдателя, стоящего на плат-
форме), когда молния ударяет в точки А и В, пассажир находится в середине поезда в точке
Мt, которая находится как раз напротив места, где стоял наблюдатель на платформе, то есть
в точке М. Если поезд покоится относительно платформы, пассажир внутри поезда увидит
удары молнии одновременно, точно так же как и наблюдатель на платформе.
Но если поезд движется направо относительно платформы, за то время, что свет идет
до него, пассажир приблизится к точке В. Таким образом, к тому времени, как к нему придет
свет, он уже слегка сместится вправо и, как следствие, увидит свет, исходящий из точки В,
раньше, чем свет, пришедший из точки А. И он будет уверен, что в точку В молния ударила
раньше, чем в точку А, то есть что удары были не одновременными.
Эйнштейн делает вывод: “Следовательно, мы приходим к важному результату. Собы-
тия, одновременные относительно полотна железной дороги, не являются одновременными
по отношению к поезду, и наоборот”. Принцип относительности говорит о том, что нет спо-
соба установить, что “движется”, а что “покоится” – платформа или поезд. Мы только можем
сказать, что они движутся друг относительно друга. Таким образом, не существует “насто-
ящего” или “правильного” ответа. Нельзя утверждать, что любые два события произошли
“абсолютно” или “действительно” одновременно43.
Это простая идея, но очень радикальная. Из нее следует, что нет абсолютного времени,
а есть много движущихся систем координат, в каждой из которых течет свое собственное
относительное время. Хотя Эйнштейн воздержался от того, чтобы назвать эту идею действи-
тельно “революционной”, как он назвал идею световых квантов, фактически она перевер-
нула науку. Вернер Гейзенберг, сам позднее совершивший похожую революцию, введя прин-
цип квантовой неопределенности, заметил: “Благодаря этой концепции изменилось само
основание физики, изменение было неожиданное и радикальное, потребовавшее смелости
от молодого и радикально мыслящего гения”44.
В своей статье 1905 года Эйнштейн использовал живой образ, который, как мы можем
догадываться, пришел ему в голову, когда он наблюдал движение поездов, движущихся по
направлению к железнодорожному вокзалу Берна мимо рядов часов, синхронизированных
с главными часами, находящимися наверху, на знаменитой городской башне. “Мы должны
обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-нибудь
роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. – писал он. – Если я, напри-
мер, говорю: “Этот поезд прибывает сюда в семь часов”, то это означает примерно следую-
щее: “Указание маленькой стрелки моих часов на семь часов и прибытие поезда суть одно-
временные события””. Однако наблюдатели, быстро движущиеся друг относительно друга,
будут иметь разные точки зрения на то, одновременно ли происходят два удаленных собы-
тия.
Концепция “абсолютного времени”, которая подразумевает, что есть время, существу-
ющее в “действительности” и тикающее независимо от состояния любого наблюдателя,
была краеугольным камнем в физике во все времена начиная с момента, когда Ньютон сде-
лал такое утверждение в своем трактате Principia 26 за 216 лет до Эйнштейна. То же самое
можно сказать об абсолютном пространстве и расстоянии. В книге i трактата Principia Нью-
тон написал свое знаменитое утверждение: “Абсолютное, истинное, математическое время
само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему,
протекает равномерно… Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотноси-
тельно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным” 27.
26 Полное название трактата – Philosophiae Naturalis Principia Mathematica – “Математические начала натуральной
философии”.
27 Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М., 1989. Пер. с лат. А. Крылова.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
115
Но даже сам Ньютон как будто чувствовал некоторый дискомфорт от того, что эти кон-
цепции нельзя проверить прямым наблюдением. “Вместо истинного математического вре-
мени, – пишет он, – в обыденной жизни…употребляется относительное, кажущееся или
обыденное время, которое есть. внешняя, постигаемая чувствами мера длительности” 28. И
чтобы устранить противоречие, он прибег к помощи Бога: “Он [Бог] продолжает быть все-
гда и присутствует всюду, всюду и везде существуя; Он установил пространство и продол-
жительность” 2945.
Эрнст Мах, чьи книги повлияли на мировоззрение Эйнштейна и его товарищей по
“Академии Олимпия”, раскритиковал ньютоновское понятие абсолютного времени как “бес-
смысленную метафизическую концепцию”, которая “не может родиться из опыта”. Ньютон,
как говорил он осуждающе, “действовал вопреки высказанному им намерению исследовать
только реальные факты”46.
Анри Пуанкаре в своей книге “Наука и гипотеза” – еще одной любимой книги “ака-
демиков Олимпии” – также указал на слабость ньютоновской концепции абсолютного вре-
мени. В ней он написал: “Мы не способны к непосредственному восприятию не только
равенства двух промежутков времени, но даже простого факта одновременности двух собы-
тий, происходящих в различных местах”3047.
Как представляется, оба – и Мах, и Пуанкаре – подготовили очень важные предпо-
сылки для революционного прорыва, совершенного Эйнштейном. Но, как он позднее при-
знавался, даже больше этого ему помог скептицизм в отношении мысленных конструкций,
оторванных от чисто реальных наблюдений, которому он научился у шотландского фило-
софа Давида Юма.
Учитывая то, сколько раз он в своих статьях использует мысленные эксперименты,
включающие движущиеся поезда и удаленные часы, логично было бы предположить, что
наглядно представить результаты его мысленных экспериментов и их изложить ему помогли
поезда, проносившиеся мимо часовой башни в Берне, и ряды синхронизованных часов
на станционных платформах. И действительно, существует апокриф о том, как Эйнштейн
обсуждал свою новую теорию с друзьями, указывая (или по крайней мере ссылаясь) на син-
хронизованные часы в Берне и не синхронизованные с ними часы на шпиле башни в сосед-
ней деревне Муни48.
В книге Питера Галисона “Часы Эйнштейна и карты Пуанкаре” автор анализирует тех-
нологический дух того времени и предлагает над этим подумать. Проблема синхронизации
часов в то время была весьма актуальна. В 1890 году Берн представил городскую систему
синхронизации часов, а десятилетием позже, к тому времени, когда туда переехал Эйнштейн,
поиск способов увеличения точности синхронизации часов и координации их работы с рабо-
той часов в других городах стал для Швейцарии идеей фикс.
Кроме того, основной работой Эйнштейна и Бессо в патентном бюро была оценка элек-
тромеханических устройств. В том числе им пришлось проанализировать и массу заявок на
способы синхронизации часов с помощью электрических сигналов.
С 1901 по 1904 год, как сосчитал Галисон, в Берне было выдано двадцать восемь таких
патентов.
Один из них, к примеру, назывался “Установка с центральными часами для определе-
ния времени одновременно в нескольких удаленных друг от друга местах”. Похожая заявка
поступила 25 апреля, всего за три недели до того дня, когда состоялся исторический разго-
28 Ibid.
29 Ibid.
30 Пуанкаре А. О науке. М., 1990.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
116
вор Эйнштейна с Бессо, во время которого на Эйнштейна сошло озарение. В заявке излага-
лась идея изготовления часов с управляемым электромагнитом маятником, которые могли
быть синхронизованы с другими такими же часами посредством электрических сигналов.
В этих заявках общим было то, что все они использовали сигналы, распространяющиеся со
скоростью света49.
Нам следует быть осторожными и не переоценивать влияние, которое оказывали
заявки, поданные в патентное бюро, на ход мыслей Эйнштейна. Хотя при описании своей
теории Эйнштейн использовал образ часов, все-таки главный ее пункт – трудности, с кото-
рыми наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, сталкиваются при использовании
световых сигналов для синхронизации своих часов. Но как раз этого в патентных заявках
не было50.
Тем не менее интересно отметить, что в первых двух разделах его статьи по теории
относительности были описаны, причем непосредственно и с красочными реалистическими
деталями (стиль, выгодно отличавший его манеру изложения от стиля, скажем, Лоренца
или Максвелла), два реальных физических явления, которые он лучше всего знал, а именно
генерация “электрических токов одинаковой величины” при перемещении катушек и маг-
нитов друг относительно друга благодаря “эквивалентности их относительного движения”
и использование “световых сигналов”, чтобы убедиться, что “пара часов синхронизована”.
Как отметил сам Эйнштейн, его работа в патентном бюро “стимулировала к тому,
чтобы видеть физические выводы из теоретических концепций”51. И, как заметил Александр
Мошковский, который выпустил в 1921 году книгу, основанную на беседах с Эйнштейном,
он считал, что “есть определенная связь между тем, что он узнал в патентном бюро, и его
теоретическими результатами”52.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#37   morozov » Вт дек 25, 2018 21:51

“К электродинамике движущихся тел”
Теперь давайте посмотрим, как Эйнштейн все это изложил в знаменитой статье, при-
сланной в журнал Annalen der Physik 30 июня 1905 года. Кроме того что эта статья имеет
огромное значение, это, возможно, еще и наиболее увлекательный и приятный научный
текст из всех когда-либо созданных. В ней описаны яркие мысленные эксперименты, боль-
шая часть идей изложены с помощью слов, а не сложных уравнений. Там имеется и неко-
торое количество вычислений, но в основном таких, которые может понять и старшекласс-
ник. Как сказал про нее автор книг о науке Деннис Овербай, “вся статья демонстрирует, как
можно простым языком передать глубокие и волнующие идеи”53.
Начинается статья с обсуждения “асимметрии” при рассмотрении “электродинамиче-
ского взаимодействия между магнитом и проводником”, возникающего в процессе их отно-
сительного движения. Как известно, со времен Фарадея для объяснения индуцированного
в проволочной петле тока существовало два разных теоретических объяснения: для слу-
чая движения магнита относительно петли и петли относительно магнита54. “Наблюдаемое
явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, – пишет
Эйнштейн, – в то время как, согласно обычному представлению, два случая, в которых дви-
жется либо одно, либо другое из этих тел, должны быть строго разграничены”55.
Различие между двумя случаями основывалось на представлении, которого все еще
придерживалось большинство ученых, о том, что существует состояние “покоя” относи-
тельно эфира. Но ситуация с парой “магнит – катушка” в совокупности со всеми наблюде-
ниями за светом демонстрирует, что “не только в механике, но и в электродинамике никакие
свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя”. Это побудило Эйнштейна
повысить принцип относительности до “статуса постулата”, гласящего, что все законы меха-
ники и электродинамики во всех системах координат, движущихся друг относительно друга
с постоянными скоростями, остаются теми же самыми.
Эйнштейн продолжает, предлагая для обсуждения другой постулат, на котором осно-
вывается его теория, – постоянство скорости света “не зависит от состояния движения испус-
кающего свет тела”. Затем, небрежным росчерком пера с очаровательной беззаботностью
вставив слово “излишняя” по отношению к научной догме, почитавшейся двумя поколе-
ниями ученых, этот бунтарь – патентный эксперт перечеркивает ее: “Введение “светонос-
ного эфира” окажется при этом излишним, поскольку в предполагаемой теории не вводится
“абсолютно покоящееся пространство”, наделенное особыми свойствами”.
Используя эти два постулата, Эйнштейн объяснил громадный концептуальный про-
рыв, который он совершил в ходе дискуссии с Бессо. “Два события, одновременные при
наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные
при рассмотрении из системы движущейся относительно данной системы”. Другими сло-
вами, нет такого понятия как абсолютная одновременность.
Чтобы завлечь читателя, Эйнштейн в нескольких предельно простых фразах указы-
вает на то, что само время можно определить, только опираясь на одновременные собы-
тия, например, пересечение маленькой стрелкой риски с надписью 7 на циферблате часов
и момент прибытия поезда. Отсюда следует очевидное, но довольно удивительное заключе-
ние: если нет такого понятия, как абсолютная одновременность, значит, нет и такого поня-
тия, как “настоящее” или, другими словами, абсолютное время. Позже он изложил это так:
“Нет таких часов, чье тиканье было бы слышно везде во всем мире и считалось бы време-
нем”56.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
118
Более того, эта концепция также означала, что еще одно допущение Ньютона, которое
он изложил в начале своего трактата Principia, пересмотрено. Эйнштейн показал, что если
время относительно, то и пространство, и расстояния – понятия относительные: “Если чело-
век в вагоне проходит в единицу времени, измеряемого в поезде, отрезок ω, то при измере-
нии с полотна дороги этот отрезок не обязательно должен равняться ω”57.
Объяснил это Эйнштейн так: он попросил нас нарисовать стержень, имеющий опреде-
ленную длину и находящийся в состоянии покоя относительно наблюдателя. А потом попро-
сил представить себе, что стержень движется. Спрашивается: какую длину будет иметь этот
стержень?
Один способ определить эту длину – двигаться вместе со стержнем с той же, что и он,
скоростью и приложить к нему рулетку. Но какова будет его длина, если ее измеряет некто,
не движущийся вместе с ним? В этом случае способ измерения, основанный на измерениях
времени синхронизованными стационарными часами, будет состоять в определении точного
положения каждого конца стержня в фиксированный момент времени и измерении с помо-
щью стационарной рулетки расстояния между двумя этими точками. Эйнштейн показывает,
что два этих метода дадут различные результаты.
Почему? Потому что стационарные часы были синхронизованы стационарным наблю-
дателем. Но что случится, если наблюдатель, который движется со скоростью стержня,
попытается синхронизовать эти часы? Он синхронизирует их по-другому, поскольку у него
будет другое представление об одновременности. Как написал Эйнштейн, “наблюдатели,
движущиеся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках не идут синхронно, в то время
как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными”.
Другим следствием теории относительности будет то, что человеку, стоящему на плат-
форме, будет казаться, что время в быстро движущемся поезде идет медленнее. Представьте
себе, что в поезде имеются “часы”, сделанные из двух зеркал – одно на потолке и одно на
полу, – и луч света бегает, отражаясь, от одного зеркала к другому. С точки зрения женщины,
едущей в поезде, свет идет прямо вверх, а потом прямо вниз. Но мужчине, стоящему на плат-
форме, покажется, что свет, выходящий из источника на полу, двигается под углом к пото-
лочному зеркалу, которое сдвинулось чуть-чуть вперед, а затем обратно – под углом к зер-
калу на полу, которое тоже немножко сдвинется вперед. Для обоих наблюдателей скорость
света одна и та же (это знаменитый постулат Эйнштейна). Мужчина на платформе видит, что
расстояние, которое свет должен проходить между отражениями, больше, чем расстояние,
которое наблюдает женщина в движущемся поезде. Таким образом, с точки зрения мужчины
на платформе, внутри быстро идущего поезда время идет медленнее58.
Другой способ объяснить это – использовать корабль Галилея. Вообразим луч света,
посланный с верхушки мачты на палубу. Для наблюдателя на корабле свет пройдет рассто-
яние, в точности равное длине мачты. А для наблюдателя на берегу свет пойдет по гипоте-
нузе треугольника, образованного мачтой и отрезком пути (а это быстрый корабль!), который
корабль преодолеет за время, которое требуется свету для преодоления расстояния от вер-
хушки мачты до палубы. Для обоих наблюдателей скорость света одна и та же. Для наблю-
дателя на земле свет преодолевает большее расстояние до палубы. Другими словами, то
же самое событие (свет, посланный с верхушки мачты, доходит до палубы) займет больше
времени, если оценивать его с точки зрения наблюдателя, находящегося на берегу, чем для
наблюдателя на корабле59.
Это явление, называемое релятивистским замедлением времени, приводит к так назы-
ваемому парадоксу близнецов. Если юноша стоит на платформе, а его сестра-близнец
отправляется в дальнее странствие на космическом корабле, летящем почти со скоростью
света, она, когда вернется, окажется моложе своего брата. Но, поскольку движение относи-
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
119
тельно, здесь, очевидно, возникает парадокс. Сестра, летящая в корабле, считает, что это не
она, а ее брат быстро движется, и, когда они вновь встретятся, она будет ожидать, что именно
он состарится меньше.
Может ли каждый из них оказаться моложе другого? Конечно, нет. Явление не сим-
метрично по отношению к обоим близнецам. Так как космический корабль движется не с
постоянной скоростью, а, напротив, он должен развернуться, именно сестра в космическом
корабле, а не брат на Земле будет стареть медленнее.
Явление замедления времени было экспериментально подтверждено, для этого даже
использовались тесты с часами на коммерческих самолетах. Но в нашей обычной жизни
это явление не особенно важно, поскольку скорость нашего движения относительно любого
другого наблюдателя никогда по порядку величины не приближается к скорости света. Дей-
ствительно, если вы проведете почти всю свою жизнь в самолете, к тому времени как вы
опуститесь на Землю, вы состаритесь примерно на 0,00005 с меньше, чем ваш близнец на
Земле, что с лихвой компенсируется вашим ускоренным старением из-за того, что в течение
всей жизни вы будете есть самолетную пищу60.
У специальной теории относительности есть еще много других странных проявлений.
Представьте себе опять световые часы в поезде. Что случится, если поезд мчится мимо
наблюдателя на платформе со скоростью, приближающейся к скорости света? Понадобится
почти бесконечное время, чтобы луч света в поезде дошел от пола к движущемуся потолку
и обратно к движущемуся полу. Таким образом, время в поезде, с точки зрения наблюдателя
на платформе, почти остановится.
Когда скорость объекта приближается к скорости света, его кажущаяся масса тоже уве-
личивается. Закон Ньютона, утверждающий, что сила равна массе, умноженной на ускоре-
ние, все еще справедлив, но, поскольку кажущаяся масса возрастает, все большая и боль-
шая сила приводит к все меньшему и меньшему ускорению. Приложить настолько большую
силу, чтобы даже легкий шарик стал двигаться быстрее скорости света, не удастся. Согласно
теории Эйнштейна, скорость света – предельная скорость во Вселенной, и ни частица, ни
информация не могут двигаться быстрее.
После всех этих разговоров про то, что расстояния и длительности зависят от движения
наблюдателя, у некоторых может появиться искушение задать вопросы: “И какой наблюда-
тель “правильный”? Чьи часы показывают “действительное” время? Какова длина стержня
“в действительности”? Чья точка зрения об одновременности “правильная”?”
Согласно специальной теории относительности, все инерциальные системы отсчета
равноправны. Неважно, действительно ли стержень сжимается или время замедляется, мы
знаем только, что наблюдатели в разных состояниях движения получат при измерениях раз-
ные величины. И теперь мы можем обойтись без эфира как некоей “избыточной” сущности,
и значит, не существует никакой заданной “покоящейся” системы отсчета, которая имела бы
преимущества перед другими системами.
Одно из самых прозрачных объяснений того, что Эйнштейн придумал, содержится в
его письме коллеге по “Академии Олимпия” Соловину:
“Теория относительности может быть изложена в нескольких
словах. Вопреки тому что с древних времен было известно, что
движение воспринимается только как относительное движение, физика
основывалась на понятии абсолютного движения. При изучении световых
волн делалось предположение, что одно состояние движения – движение
светоносного эфира – отличается от всех других. Было предположено,
что все движения тел происходят относительно этого светоносного
эфира, который считался воплощением абсолютного покоя. Но после
того, как все попытки обнаружить выделенное состояние движения этого
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
120
гипотетического эфира в экспериментах провалились, стало казаться,
что проблему нужно переформулировать, что и сделано в теории
относительности. В ней предположено, что нет привилегированных
физических состояний движения, и ставился вопрос о том, какие из этого
могут вытекать следствия”.
Революционная идея Эйнштейна, как он объяснил ее Соловину, состояла в том, что
нужно убрать концепции, “которые не подтверждены экспериментом”, такие как “абсолют-
ная одновременность” и “абсолютная скорость”61.
Все же очень важно отметить, что теория относительности вовсе не предполагает, что
“все относительно” или что все субъективно.
А предполагает она, что измерения времени, включая длительность и одновремен-
ность, могут зависеть от движения наблюдателя. То же самое касается измерений простран-
ственных характеристик, таких как расстояние и длина.
Но есть комбинация этих двух переменных, которую мы называем “простран-
ственно-временной интервал”, который остается инвариантным во всех инерциальных
системах. Кроме того, есть и другие инварианты – например, скорость света.
В действительности Эйнштейн предложил называть свое детище “теорией инвариан-
тов”, но название не прижилось. Макс Планк в 1906 году использовал термин “относитель-
ная теория” (Relativtheorie), а к 1907 году Эйнштейн в письме к своему другу Паулю Эрен-
фесту уже называл ее Relativitätstheorie – теорией относительности.
Один из способов убедиться в том, что Эйнштейн говорил не об относительности
всего, а об инвариантности, состоит в том, чтобы рассчитать, на какое расстояние распро-
странится свет за заданный период времени. Это расстояние будет равно скорости света,
умноженной на отрезок времени, в течение которого распространяется свет. Если мы стоим
на платформе и наблюдаем за этим процессом, происходящим в проносящемся мимо поезде,
протекшее там время нам будет казаться короче (в движущемся поезде время кажется замед-
ленным) и расстояние меньше (линейка в движущемся поезде кажется укоротившейся). Но
между двумя этими величинами – между измеренными расстоянием и временем – суще-
ствует соотношение, остающееся неизменным независимо от того, в какой системе коорди-
нат проводятся измерения62.
Более сложный способ понять это предложил Герман Минковский – бывший препода-
ватель математики Эйнштейна в Цюрихском политехникуме. Прочитав работу Эйнштейна,
Минковский выразил изумление (и такой отзыв был бы не прочь услышать когда-нибудь
каждый нерадивый студент от снисходительного учителя). “Для меня это оказалось огром-
ным сюрпризом, поскольку во время учебы Эйнштейн был жутким лентяем, – сказал Мин-
ковский физику Максу Борну, – он вообще никогда не интересовался математикой”63.
Минковский решил привнести в теорию формальную математическую структуру. Его
подход был тем же самым, который был предложен путешественником во времени на первой
странице знаменитого романа Герберта Уэллса “Машина времени”, опубликованного в 1895
году: “На самом деле существует четыре измерения, три из них мы называем пространствен-
ными, а четвертое – временным”. Минковский как раз и рассматривал все события в виде
точек в четырехмерной системе координат, где в качестве четвертой координаты выступает
время. Это позволяло осуществлять преобразования координат, но математические соотно-
шения между событиями оставались инвариантными.
Минковский эффектно представил свой новый математический подход в своей лек-
ции, прочитанной в 1908 году. “Точка зрения на пространство и время, которую я хочу изло-
жить, возникла из экспериментальной физики, в этом ее сила, – сказал он, – она радикальна.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
121
Отныне пространство само по себе и время само по себе обречены просто уйти в тень, и
только их объединение сохранится в качестве независимой реальности”64.
Эйнштейн, все еще не проявлявший к математике должного уважения, в какой-то
момент охарактеризовал работу Минковского как “излишне наукообразную” и пошутил: “С
тех пор как математики занялись теорией относительности, я сам перестал ее понимать”.
Но в действительности тончайшая работа Минковского привела его в восхищение, и в своей
популярной книге 1916 года по теории относительности он посвятил ей целую главу.
Какое великолепное сотрудничество могло бы возникнуть! Но в конце 1908 года Мин-
ковский попал в больницу с перитонитом в терминальной стадии. Легенда гласит, что перед
смертью он произнес: “Как жаль умирать как раз тогда, когда наступил век теории относи-
тельности”65.
И снова стоит задаться вопросом о том, почему Эйнштейн смог сформулировать тео-
рию относительности, а его современники не смогли. И Лоренц, и Пуанкаре уже сформули-
ровали многие положения теории относительности. Пуанкаре даже поставил под сомнение
абсолютную природу времени.
Но ни Лоренц, ни Пуанкаре не дошли до конца – не сказали, что нет необходимости во
введении эфира, что нет абсолютного покоя, что время – величина относительная и зависит
от движения наблюдателя и то же самое можно отнести к пространству. Физик Кип Торн ска-
зал, что оба ученых “на ощупь брели к такому же, как и Эйнштейн, пересмотру наших пред-
ставлений о пространстве и времени, но они продирались через туман устоявшихся поня-
тий, навязанных им ньютоновской физикой”.
А Эйнштейн, напротив, был в силах сбросить с себя ньютоновские ошибочные кон-
цепции. “Его убеждение в том, что Вселенной присуща простота и красота, и его готовность
руководствоваться этими принципами, даже если при этом придется нарушить основы нью-
тоновской физики, привела его к новому описанию пространства и времени, и он продемон-
стрировал ясность мысли, которая была недоступна другим”66.
Пуанкаре никогда не связывал между собой относительность одновременности и отно-
сительность времени, и, когда он понял, какие следствия будут иметь его идеи о локальном
времени, “отшатнулся от края пропасти”. Почему он не решился пойти дальше? Несмотря
на то что у него были важные революционные идеи, он был в гораздо большей степени тра-
диционалистом в физике, чем неизвестный патентный эксперт с присущим ему бунтарским
характером67. Банеш Хоффман сказал о Пуанкаре: “Когда осталось сделать решительный
шаг, у Пуанкаре сдали нервы, и он вернулся к привычному образу мыслей и старым пред-
ставлениям о пространстве и времени. Если нам это кажется странным, то только потому,
что мы недооцениваем смелость, с которой Эйнштейн возвел принцип относительности в
аксиому и сохранил веру в него, формируя наши новые представления о времени и про-
странстве”68.
Ясное представление о консерватизме Пуанкаре и смелости Эйнштейна можно соста-
вить, прочитав то, что пишет об этом один из последователей Эйнштейна в области теорети-
ческой физики из Института перспективных исследований Фримен Дайсон: “Существенная
разница между Пуанкаре и Эйнштейном состояла в том, что Пуанкаре был по темпераменту
консерватором, а Эйнштейн – бунтарем. Когда Пуанкаре пытался создать новую теорию
электромагнетизма, он старался как можно больше оставить из старого. Ему нравилась идея
эфира, и он продолжал в нее верить, даже когда его собственная теория указывала, что эфир
ненаблюдаем. Его версия теории относительности была как лоскутное одеяло. Новая идея
локального времени, зависящего от движения наблюдателя, выглядела как заплата на старой
концепции абсолютного времени и пространства, основанной на жестком и неподвижном
эфире. Эйнштейн же, напротив, считал рамки прежней системы громоздкими и ненужными
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
122
и с удовольствием от них избавился. Его версия теории была проще и элегантнее. В ней не
было абсолютного пространства и не было эфира. Все сложные объяснения электрических
и магнитных сил как упругих напряжений в эфире теперь можно было выбросить в мусор-
ную корзину истории вместе со знаменитыми старыми профессорами, все еще верившими
во все это”69.
В результате Пуанкаре сформулировал принцип относительности, в котором были
идеи, сходные с эйнштейновскими, но с одним существенным отличием. Пуанкаре призна-
вал существование эфира, и скорость света у него была постоянной только при измерении
наблюдателями, находящимися в покое относительно системы координат, привязанной к
этому предполагаемому эфиру70.
Еще более удивительный факт, который расставляет все по местам: Лоренц и Пуан-
каре так и не смогли воспринять концепцию Эйнштейна даже после того, как прочитали
его работу. Лоренц все еще цеплялся за существование эфира и привязанную к нему “поко-
ящуюся” систему координат. В лекции 1913 года, которую Лоренц вставил в свою книгу
“Принцип относительности”, изданную в 1920 году, он сказал: “Эйнштейн считает, что бес-
смысленно говорить о движении относительно эфира. Он также отрицает существование
абсолютной одновременности. Что касается вашего лектора, то он испытывает определен-
ное удовлетворение от сохранения старой интерпретации, согласно которой эфир обладает
по крайней мере некоторой реальностью, время и пространство можно строго разделить, а
насчет одновременности можно говорить и без дальнейших пояснений”71.
И Пуанкаре, кажется, тоже так никогда полностью не понял, какой прорыв совершил
Эйнштейн. Даже в 1909 году он все еще настаивал, что теория относительности требует
принятия третьего постулата, состоящего в том, что “тело, находящееся в движении, подвер-
жено деформации в направлении, в котором перемещается”. В действительности, как пока-
зал Эйнштейн, сокращение стержней не отдельная гипотеза, согласно которой происходит
реальная деформация, а следствие сформулированной им теории относительности.
Пуанкаре так и не отказался от концепции эфира или понятия абсолютного покоя
вплоть до своей смерти в 1912 году. Вместо теории относительности Эйнштейна, которую
он никогда полностью не понимал и не принимал, он говорил о своем принятии “принципа
относительности по Лоренцу”. Историк науки Артур И. Миллер замечал: “Пуанкаре твердо
стоял за тот принцип, что в мире восприятий есть понятие абсолютной одновременности”72.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#38   morozov » Сб дек 29, 2018 2:00

Жена-соавтор?

Еще в 1901 году Эйнштейн написал своей тогда еще любовнице Милеве Марич: “Как
счастлив и горд я буду, когда мы вместе доведем до конца нашу работу по относительным
движениям!”73 Ну вот она и доведена до конца, и Эйнштейн, когда в июне закончил черновик
статьи, был так измотан, что “весь скрючился и залег в кровать на две недели”, а Марич тем
временем “проверяла статью снова и снова”74.
А потом они совершили необычный для них поступок – устроили совместную празд-
ничную пирушку. Как только он закончил все четыре статьи, которые он в своем памят-
ном письме Конраду Габихту пообещал написать, он отправил своему старому соратнику по
“Академии Олимпия” еще одно послание, на этот раз открытку, за двумя подписями – своей
и жены. Полный ее текст был таков: “Оба мы, увы, мертвецки пьяны и лежим под столом”75.
Все это вместе вызывает вопрос более тонкий и деликатный, чем вопрос о влиянии
Лоренца и Пуанкаре, а именно – какова была роль Милевы Марич?
Тем августом они провели отпуск вместе, поехали в Сербию повидать ее друзей и род-
ственников. Во время пребывания там Марич была преисполнена гордости и готова была
разделить лавры с мужем. Согласно рассказам, записанным позднее, она говорила отцу: “Не
так давно мы закончили очень значительную работу, которая прославит моего мужа на весь
мир”. Их отношения в то время как будто бы восстановились, и Эйнштейн публично выра-
жал благодарность своей жене за помощь. “Мне нужна помощь жены, – говорил он ее дру-
зьям в Сербии, – она решает все мои математические задачи”76.
Некоторые утверждали, что Марич была полноценным соавтором, и было даже свиде-
тельство, позже опровергнутое77, что на ранней рукописи статьи по теории относительности
стояло также и ее имя. На конференции 1990 года в Новом Орлеане Американская ассоци-
ация перспективных исследований организовала секцию, на которой состоялись дебаты по
этому вопросу Ивэна Уолкера из Мэриленда – физика и исследователя в области рака – и
Джона Стэчела, руководителя проекта по наследию Эйнштейна. Уолкер представил разные
письма, в которых употреблялось словосочетание “наша работа”, а Стэчел отвечал, что такие
фразы были просто данью романтическим отношениям и не было “никаких свидетельств
того, что она [Милева] привнесла какие-либо свои собственные идеи”.
Дискуссия, что вполне объяснимо, привлекла внимание ученых и прессы. Колум-
нистка-феминистка Эллен Гудман написала пристрастную заметку в Boston Globe, в которой
она привела подтверждения своей точки зрения, а The Economist напечатал статью под заго-
ловком ““Относительно” важный вклад миссис Эйнштейн”. Еще одна конференция состоя-
лась в 1994 году в Университете города Нови-Сад, и там ее организатор – профессор Растко
Маглич – заявил, что наступило время “подчеркнуть заслуги Милевы, с тем чтобы она заняла
заслуженное место в истории науки”. Общественная дискуссия достигла кульминации в
2003 году, когда вышел в эфир документальный фильм “Жена Эйнштейна”, в целом демон-
стрирующий сбалансированный подход к освещению роли Милевы, хотя авторы излишне
доверчиво отнеслись к версии о том, что имя Милевы стояло на оригинале рукописи78.
Все указывает на то, что Марич для Эйнштейна была резонатором, хотя в этом качестве
ее роль была не так велика, как роль Бессо. Она также помогала проверять математические
выкладки, но нет свидетельств того, что она выдвигала новые математические концепции.
Кроме того, она вдохновляла и терпела его (что временами было даже сложнее).
Для придания красочности нашей истории и чтобы вызвать у читателей эмоциональ-
ный отклик, было бы забавно еще пофантазировать на эту тему. Но вместо этого мы должны
идти по менее увлекательному пути и придерживаться доказанных фактов. Ни в одном
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
124
письме Марич и Эйнштейна друг к другу или к их друзьям не было упомянуто какого-либо
примера идеи или новой концепции, касающейся относительности, принадлежащих Марич.
Да и сама она никогда – даже в письмах ее семье и близким друзьям во время их мучи-
тельного развода – не утверждала, что внесла существенный вклад в сформулированные
Эйнштейном теории. Ее сын, Ганс Альберт, который был предан ей и жил с ней во время
развода, предложил собственную версию ее участия, вошедшую в книгу Питера Микель-
мора: “Милева помогала ему решать определенные математические проблемы, но никто не
мог помочь ему в выдвижении идей, то есть в творческой части работы”79. Скорее всего, это
заключение – отражение слов Марич, сказанных ею сыну.
В действительности нет нужды преувеличивать вклад Марич и на этом основании вос-
хищаться ею, сочувствовать и считать соавтором новой теории. Как говорит историк науки
Джеральд Холтон, оценивать ее заслуги выше того, на что она когда-либо претендовала, зна-
чит “не только искажать ее действительно значительное место в истории, но и преуменьшать
трагизм ее несбывшихся девичьих надежд и перспектив”.
Эйнштейн восхищался мужеством и смелостью женщины, решившей стать физиком,
несмотря на то что она произошла из тех мест, где женщинам обычно не дозволялось пре-
тендовать на это. Теперь, спустя столетие, мы должны восхищаться именно проявленным
Марич мужеством, когда она, войдя в мир физиков и математиков, в котором доминировали
мужчины, попыталась конкурировать с ними. Именно поэтому она должна занять почетное
место в истории науки, которое она действительно заслужила, безотносительно ее роли в
создании теории относительности80
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#39   morozov » Пн дек 31, 2018 21:11

Заключительная кода E = mc2, сентябрь 1905 года

Своим письмом к товарищу по “Академии Олимпия” Конраду Габихту Эйнштейн
начал свой год чудес, а односложной открыткой ему же, написанной в пьяном виде, отметил
его кульминацию. Однако в сентябре он написал еще одно письмо Габихту, на этот раз пыта-
ясь заманить его к себе работать в патентное бюро, из которого ясно, что образ Эйнштейна
как одинокого волка создан явно искусственно и не совсем соответствует действительно-
сти. “Возможно, удастся заполучить тебя в наше сообщество патентных рабов, – писал он, –
может быть, тебе покажется это относительно приятным делом. Действительно ли ты готов
и хочешь приехать? Имей в виду, что кроме восьми часов на работе ежедневно остается еще
восемь часов, чтобы подурачиться, а еще есть воскресенья. Я бы очень хотел, чтобы ты был
здесь”.
Как и в том письме, написанном шесть месяцев тому назад, он мимоходом объявил о
важнейшем научном прорыве – том, который может быть описан самым известным уравне-
нием во всей научной литературе:
“Мне пришло на ум еще одно следствие статьи по электродинамике, а именно – что
принцип относительности в сочетании с уравнениями Максвелла требует, чтобы масса была
непосредственной мерой энергии, содержащейся в теле. Свет несет с собой массу. В случае
с радием должно наблюдаться заметное уменьшение его массы. Идея занятная и соблазни-
тельная; но не смеется ли надо мной всемилостивый Бог и не водит ли он меня за нос – этого
мне знать не дано”81.
Эйнштейн развил эту идею с элегантной простотой. Статья, которую в Annalen der
Physik получили от него 27 сентября 1905 года, названная “Зависит ли инерция тела от содер-
жащейся в нем энергии?”31, включает в себя всего три пункта и занимает неполные три
страницы. Ссылаясь на свою прежнюю работу по специальной теории относительности, он
заявляет: “Результаты электродинамических исследований, недавно опубликованные мной
в этом журнале, приводят к очень интересному следствию, вывод которого будет представ-
лен в этой статье”82.
И на этот раз он выводит теорию из первых принципов и постулатов, не пытаясь объ-
яснить эмпирические данные, которые начали собирать физики-экспериментаторы, изучаю-
щие катодные лучи, относительно зависимости массы от скорости частиц. Соединив теорию
относительности и уравнения Максвелла, он начал (что уже не удивляет) с мысленного экс-
перимента. Он посчитал свойства двух световых импульсов, испущенных в противополож-
ных направлениях телом, находящимся в покое. Затем он рассчитал свойства этих импульсов
и испускающего их тела в системе координат, движущейся относительно первой, и отсюда
пришел к уравнению, связывающему скорость и массу.
Результатом был элегантный вывод: масса и энергия суть разные проявления одного
и того же свойства. Между двумя этими величинами есть фундаментальная взаимозависи-
мость. Как Эйнштейн сформулировал это в своей статье, “масса тела есть мера содержа-
щейся в нем энергии”.
Для того чтобы описать это соотношение, он также использовал замечательно простую
формулу: “Если тело отдает энергию L в виде излучения, его масса уменьшается на величину
L/V2”. Можно и по-другому переписать это выражение: L = mV2. До 1912 года Эйнштейн
использовал для обозначения энергии букву L, а потом в рукописи перечеркнул ее и заменил
более общепринятой – Е. А для скорости света он сначала использовал букву V, а потом
31 А. Эйнштейн. Собрание научных трудов в четырех томах. Т. 1.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
126
заменил ее более привычной с. Таким образом, используя обозначения, которые вскоре стали
общеупотребительными, Эйнштейн вывел свое знаменитое выражение:
Е = mc2.
Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Скорость света, как
известно, огромна. Ее квадрат неизмеримо больше. Поэтому небольшое количество веще-
ства, если его массу полностью перевести в энергию, эквивалентно огромной энергии. Кило-
грамм массы превращается примерно в 25 млрд киловатт-часов электрической энергии. Еще
более наглядно: масса одной изюминки может обеспечить почти всю потребность в энер-
гии Нью-Йорка в течение целого дня83. Как обычно, Эйнштейн закончил статью, предложив
способ экспериментальной проверки предложенной им теории. “Не исключена возможность
того, – написал он, – что эту теорию удастся проверить для веществ, энергия которых меня-
ется в большей степени (например, солей радия)”.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

venjuu
Сообщения: 395
Зарегистрирован: Вт ноя 13, 2007 18:46
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#40   venjuu » Пн дек 31, 2018 23:32

Почему Альберт? Теоретик или методист, конечно, для физиков.
Были же судьбы Теслы Николая.
А Нобелевские премии по физике и химии Марии Склодовской-Кюри?!
Хотя последствия у Энштейна в роду тоже понятны.

Желать сегодня меры не принято.

Поэтому желаю приятной компании или кампании! :)
Последний раз редактировалось venjuu Вт янв 01, 2019 21:06, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#41   morozov » Вт янв 01, 2019 18:30

Признание

Всплеск творческой активности Эйнштейна в 1905 году поражает воображение. Он
разработал революционную квантовую теорию света, доказал существование атомов, объ-
яснил броуновское движение, перевернул представления о пространстве и времени и вывел
уравнение, которое потом станет самым известным уравнением в истории науки. Создается
такое впечатление, что вначале заметило это не так уж много людей. По словам его сестры,
Эйнштейн надеялся, что серия его статей в известном журнале обеспечит ему – безвестному
патентному эксперту третьего класса – признание академического сообщества, а возможно,
даже позволит получить академическую должность. “Но он был горько разочарован, – рас-
сказывала она. – Публикации были встречены ледяным молчанием”1.
Это не совсем так. Небольшая, но весьма влиятельная горстка уважаемых физиков
вскоре обратила внимание на статьи Эйнштейна, и как оказалось, в их числе был самый
важный из всех возможных его почитателей, о котором только можно было мечтать. Это был
Макс Планк, признанный европейский гуру теоретической физики, чью загадочную матема-
тическую константу, объясняющую излучение черного тела, Эйнштейн превратил в элемент
совершенно новой реальности. Как член редколлегии Annalen der Physik, ответственный за
поданные в журнал теоретические работы, Планк просмотрел работы Эйнштейна, и та, что
была посвящена относительности, как вспоминал он позже, “сразу же вызвала мой живой
интерес”. Как только она была опубликована, Планк прочитал в Берлинском университете
лекцию по относительности2.
Планк был первым физиком, который поверил в теорию Эйнштейна и стал на нее
ссылаться. В статье, опубликованной весной 1906 года, он утверждал, что теория относи-
тельности согласуется с принципом наименьшего действия – основным принципом физики,
согласно которому свет или любой объект, движущийся от одной точки к другой, выбирает
наикратчайший путь3.
Статья Планка не только внесла вклад в развитие теории относительности, но и
помогла другим физикам поверить в ее правильность. То разочарование, которое Майя Эйн-
штейн заметила в своем брате, улетучилось. “Мои работы были высоко оценены и породили
ряд других исследований, – ликовал он в письме к Соловину, – профессор Планк недавно
написал мне об этом”4.
Преисполненный гордости патентный эксперт и знаменитый профессор вскоре обме-
нялись письмами. Когда какой-то теоретик выразил сомнение в точке зрения Планка на то,
что теория относительности согласуется с принципом наименьшего действия, Эйнштейн
принял сторону Планка и написал ему об этом в открытке. Планк был рад. “Сейчас, когда
сторонники принципа относительности составляют такую небольшую группу, – ответил он
Эйнштейну, – вдвойне важно, чтобы у них не было разногласий между собой”. Он добавил,
что надеется посетить Берн в будущем году и встретиться с Эйнштейном лично5.
Планк так и не приехал в Берн, но послал туда своего преданного помощника Макса
Лауэ32. Лауэ с Эйнштейном к этому времени уже обменялись письмами по поводу световых
32 Позже, после смерти отца, он стал Максом фон Лауэ. – Прим. авт.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
129
квантов, которые были описаны в работе Эйнштейна, и Лауэ писал, что согласен с его “эври-
стической точкой зрения на то, что излучение может поглощаться и излучаться только опре-
деленными конечными квантами”.
Однако, так же как и Планк, Лауэ полагал, что Эйнштейн неверно считает эти кванты
характеристикой самого излучения, и утверждал, что кванты были всего лишь описанием
способа, которым излучение испускается и поглощается веществом. “Это характеристика не
электромагнитных процессов в вакууме, а излучающей или поглощающей материи, – писал
Лауэ, – и следовательно, излучение не состоит из квантов света, как сказано в шестом раз-
деле вашей первой работы”6. (В этом разделе Эйнштейн писал, что излучение “ведет себя в
термодинамическом смысле так, будто состоит из не зависящих друг от друга квантов энер-
гии”.)
В процессе подготовки к визиту в Берн летом 1907 года Лауэ обнаружил, что Эйнштейн
работает не в Бернском университете, а в патентном бюро, на третьем этаже здания почтамта
и телеграфа, и был поражен этим обстоятельством. Встреча с самим Эйнштейном удивила
его не меньше. “Молодой человек, который пришел встретить меня, произвел на меня такое
странное впечатление, что я не поверил, что это может быть автор теории относительности, –
рассказывал Лауэ, – так что, когда он прошел мимо, я не окликнул его”. Через какое-то время
Эйнштейн вернулся и снова прошел мимо него, и Лауэ наконец поверил, что это он.
Они гуляли и разговаривали часами, и Эйнштейн в какой-то момент предложил ему
сигару, и Лауэ вспоминал, что она “была такой мерзкой, что я “случайно” уронил ее в реку”.
А вот теории Эйнштейна, напротив, произвели на него приятное впечатление. Лауэ расска-
зывал, что “в течение первых двух часов нашего разговора он перевернул с ног на голову
всю механику и электродинамику”. Он действительно пришел в такой восторг, что в после-
дующие четыре года опубликовал восемь работ по теории относительности Эйнштейна, и
они стали близкими друзьями7.
Некоторые теоретики сочли статьи Эйнштейна, целый шквал которых обрушился на
их головы из патентного бюро, слишком абстрактными. Арнольд Зоммерфельд, позже став-
ший другом Эйнштейна, был одним из первых, кто усмотрел в подходе Эйнштейна к тео-
ретическим исследованиям что-то еврейское, и эта тема позже была подхвачена антисе-
митами. В этом подходе многим не хватало должного уважения к понятиям порядка и
абсолюта, поэтому он казался недостаточно глубоко обоснованным. “Какими бы замеча-
тельными работы Эйнштейна ни были, – писал Зоммерфельд Лоренцу в 1907 году, – мне
по-прежнему кажется, что в этих постулатах, смысл которых невозможно понять и которые
невозможно себе представить, есть что-то не совсем здоровое. Англичанин вряд ли создал
бы подобную теорию. Как и в случае Кона, это, возможно, свойство характера семитов,
склонных к абстрактным умозаключениям”8.
Интерес к работам Эйнштейна со стороны физиков не принес ему известности, не
получил он и никаких предложений работы. “Я с удивлением узнал, что вам приходится
сидеть по восемь часов в день в офисе, – писал один молодой физик, который тоже решил его
посетить. – История любит дурные шутки”9. Но, поскольку он наконец получил докторскую
степень, его по крайней мере повысили в звании в патентном бюро – с эксперта третьего
класса до технического эксперта второго класса, в результате чего его жалованье выросло
на целых 1000 франков в год по сравнению с прежними 4500 франками10.
Его работоспособность поражает. Притом что он шесть дней в неделю работает в
патентном бюро, он продолжает забрасывать журналы статьями и обзорами: шесть в 1906
году и еще десять в 1907 году. А еще по крайней мере раз в неделю он играл в струнном
квартете. И был хорошим отцом своему трехлетнему сыну, которого с гордостью называл
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
130
“наглецом”. Марич писала своей подруге Элен Савич: “Муж часто дома в свободное время
играет с нашим мальчиком”11.
Начиная с лета 1907 года Эйнштейн стал часть своего времени посвящать занятиям,
которые, в случае если судьба не была бы к нему благосклонна, позволили бы ему пойти по
стопам дяди и отца и стать изобретателем электрических приборов, которые можно было бы
продавать. В сотрудничестве с членом “Академии Олимпия” Конрадом Габихтом и его бра-
том Паулем Эйнштейн разработал установку для усиления крошечных электрических заря-
дов, с помощью которой их можно было бы измерить и изучить. Эти занятия преследовали
скорее теоретические, чем практические цели. Идея заключалась в создании лабораторного
устройства, которое позволило бы изучать малые электрические флуктуации.
Принцип установки был простым. Если две металлические полоски поднести близко
друг к другу, электрический заряд на одной из них индуцирует заряд противоположного
знака на другой. Мысль Эйнштейна была в том, чтобы использовать несколько полосок, на
которых этот заряд будет индуцироваться десять раз, а затем все заряды по очереди переда-
вать в накопитель. Процесс нужно повторять до тех пор, пока исходный малюсенький заряд
не увеличится многократно, и после этого его легко будет измерить. Сложность состояла в
том, чтобы заставить хитроумное устройство работать12.
Учитывая его гены, воспитание и многолетнюю работу в патентном бюро, Эйнштейн,
казалось, имел все шансы стать гениальным инженером. Но оказалось, что он больше при-
способлен для занятий теорией. К счастью, Пауль Габихт оказался хорошим механиком,
и к августу 1907 года у него уже был готовый для демонстрации прототип “машинки”
(Maschinchen). Эйнштейн пишет ему: “Я изумлен молниеносностью, с которой вы постро-
или нашу Maschinchen, и я продемонстрирую ее в воскресенье”. К сожалению, машинка не
заработала. Через месяц, в течение которого они пытались усовершенствовать свое устрой-
ство, Эйнштейн пишет: “Мне ужасно любопытно, что вам уже удалось сделать”.
На протяжении 1908 года письма между Эйнштейном и Габихтами, полные слож-
ных схем и многочисленных идей о том, как заставить устройство работать, летали туда и
обратно. Эйнштейн опубликовал описание устройства в журнале, который в течение неко-
торого времени издавал их возможный спонсор. К октябрю Пауль Габихт смог построить
улучшенную версию, но возникли проблемы с сохранением заряда. Он привез машинку в
Берн, где Эйнштейн организовал лабораторию в одной из школ, и нанял местного механика.
К ноябрю показалось, что машинка заработала. Потребовался еще год или около того, чтобы
получить патент и начать изготовление нескольких коммерческих версий устройства. Но они
так и не смогли довести свое устройство до ума и заинтересовать им рынок, и Эйнштейн
постепенно потерял к нему интерес13.
Заниматься этими практическими делами, возможно, было весело, но искусствен-
ная изоляция Эйнштейна от сообщества академических физиков стала доставлять больше
неудобств, чем преимуществ. В статье, которую он написал еще весной 1907 года, он с весе-
лой самоуверенностью заявил, что у него нет ни доступа к научной литературе, ни жела-
ния узнать, что другие теоретики написали на эту тему. В статье он написал: “Представля-
ется естественным, что последующее могло быть уже частично выяснено другими авторами
раньше, однако, принимая во внимание, что затронутые здесь вопросы обсуждаются с новой
точки зрения, я позволил себе отказаться от весьма затратного для меня просмотра литера-
туры, надеясь, что этот пробел будет заполнен другими” 33. Однако, когда позднее в том же
году ему было поручено написать основную статью по теории относительности в ежегодный
сборник научных статей, в его письме редактору, информирующем о том, что он, возможно,
33 Эйнштейн А. Об инерции, требуемой принципом относительности // Собр. науч. трудов: в 4 т. Т. 1.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
131
не знаком со всей литературой, уже было меньше дерзости. “К сожалению, я не в состоянии
ознакомиться со всей литературой, опубликованной на эту тему, – писал он, – потому что в
мое нерабочее время библиотека закрыта”14.
В том же году он подал заявку на вакансию приват-доцента в Бернском универси-
тете. Это была должность на нижней ступени академической лестницы, которая предпола-
гала чтение лекций и проверку работ студентов, за что приват-доцент мог получать от них
небольшое вознаграждение. Практика работы в этой должности в большинстве европейских
университетов обеспечивала в будущем преимущество претендентам на профессорское зва-
ние. К своему заявлению Эйнштейн приложил семнадцать опубликованных статей, в том
числе по относительности и световым квантам. Предполагалось, что он представит также
еще и неопубликованную работу – текст для хабилитации 34, но он решил не утруждать себя
ее написанием, поскольку от этого требования иногда освобождались те, кто имел “другие
выдающиеся достижения”.
В результате только один профессор из всего преподавательского комитета высказался
за то, чтобы взять его на работу, не требуя от него написания новой диссертационной работы,
“с учетом важных научных достижений господина Эйнштейна”. Остальные высказались
против, и требование написания диссертации не было отменено. Неудивительно, что Эйн-
штейн посчитал эпизод “забавным”. Он так и не написал тогда докторской диссертации и,
соответственно, не получил должность15.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#42   morozov » Вт янв 08, 2019 3:01

Эквивалентность гравитации и ускорения

Путь Эйнштейна к общей теории относительности начался в ноябре 1907 года, когда
он судорожно пытался в срок закончить статью по специальной теории относительности
для ежегодного сборника научных статей. Два ограничительных условия, существовавших
в этой теории, все еще не давали ему покоя: она была справедлива только применительно к
прямолинейному движению с постоянной скоростью (поведение и состояние объектов меня-
лось при изменении их скорости или направления движения) и не включала в себя теорию
гравитации Ньютона.
“Я сидел на стуле в патентном бюро в Берне, и меня вдруг озарило, – вспоминал он, –
ведь, если человек свободно падает, он перестает чувствовать свой собственный вес”. Эта
мысль “поразила” его, запустила процесс напряженных восьмилетних усилий по обобще-
нию специальной теории относительности и, как он выразился, “подтолкнула к размышле-
ниям над теорией гравитации”16. Позже он высокопарно назвал ее “самой счастливой мыс-
лью в своей жизни”17.
История со свободно падающим человеком стала знаковой, в некоторых вариантах
истории фигурирует реальный художник, упавший с крыши соседнего с патентным офисом
жилого дома18. Как и другие самые знаменитые апокрифы про гравитационные открытия –
падение предметов с Пизанской башни у Галилея и упавшее на голову Ньютона яблоко19, –
это, скорее всего, просто легенда, укоренившаяся в массовом сознании, а на самом деле она
больше похожа на мысленный эксперимент, чем на реальное событие. Несмотря на концен-
трацию Эйнштейна на научных проблемах и его отрешенность от повседневной жизни, даже
он, увидев реальное падение человека с крыши, вряд ли в первую очередь подумал бы о
теории тяготения, и тем более маловероятно, что он назвал бы эти мысли самыми счастли-
выми в своей жизни.
Эйнштейн усовершенствовал свой мысленный эксперимент, поместив падающего
человека в закрытое пространство, например в ящик или лифт35, свободно падающий на
землю. В этом падающим лифте человек (по крайней мере, пока не разобьется) будет чув-
ствовать себя невесомым. Любые вещи, которые он вытащит из кармана и выпустит из рук,
будут парить с ним рядом.
Глядя на это с другой стороны, Эйнштейн представил себе человека в закрытом лифте,
плавающем в глубоком космосе, “удаленном от звезд и других значительных масс”. Там он
будет испытывать те же ощущения невесомости. “Для него, естественно, тяжесть не суще-
ствует. Он должен прикрепить себя к полу веревками, чтобы от малейшего удара о пол не
всплывать медленно к потолку”.
Потом Эйнштейн проделал другой мысленный эксперимент. Допустим, трос привязан
к крышке ящика с наружной стороны, и за него тянут с постоянной силой. “Тогда ящик вме-
сте с наблюдателем будет двигаться равномерно ускоренно “вверх””. Человек внутри будет
чувствовать, что его прижимает к полу. “Он стоит в ящике теперь совершенно так же, как
и в комнате своего дома на Земле”. Если он вынет какую-то вещь из кармана и отпустит,
она будет падать на пол “с ускорением”, причем для всех предметов с одним и тем же, неза-
висимо от веса объекта – точно так же, как и в поле тяжести, как это в свое время и опи-
сал Галилей. “Итак, человек в ящике придет к выводу, что он вместе с ящиком находится
в постоянном во времени поле тяжести. Правда, какое-то время он будет удивлен тем, что
35 В русском переводе книги “О специальной и общей теории относительности”, цитируемом здесь и далее в этом
разделе, используется слово “ящик”. В современной литературе обычно используется слово “лифт”.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
133
сам ящик не падает в этом поле тяжести. Но затем он обнаружит в центре крышки крюк с
прикрепленным к нему натянутым тросом и придет к выводу, что ящик подвешен и покоится
в поле тяжести”.
Эйнштейн спрашивает: “Можем ли мы посмеяться над этим человеком и сказать, что
его предположение ошибочно?” Так же как в случае со специальной теорией относительно-
сти, и здесь заключение не может быть правильным или неправильным. “Мы должны также
признать, что его предположение не содержит ни логических противоречий, ни противоре-
чий с известными законами механики”20.
Его подход к решению этой проблемы типичен для его оригинального образа мыслей:
он рассматривал явления, которые были так хорошо известны, что остальные ученые редко
задумывались над ними. Каждый предмет имеет “гравитационную массу”, которая опреде-
ляет его вес на поверхности Земли или – в более общем виде – силу притяжения между ним
и любым другим предметом. Он также имеет “инертную массу”, которая определяет, какую
силу нужно приложить к нему для того, чтобы его ускорить. Как отмечал Ньютон, инертная
масса объекта всегда совпадает с его гравитационной массой, хотя определяются они по-
разному. Совершенно очевидно, что это не простое совпадение, но никто не мог в полной
мере объяснить, почему они совпадают.
Эйнштейна не устраивало, что одна и та же характеристика определяется двумя раз-
ными способами, и, чтобы доказать эквивалентность инертной и гравитационной масс, он
использовал, как обычно, мысленный эксперимент. Если представить, что закрытый лифт
движется в космосе (где нет гравитации) с ускорением вверх, то человек, находящийся
внутри, ощущает силу, направленную вниз (и на предмет, висящий на привязанной к потолку
веревке, действует сила, тянущая его вниз), и эта сила определяется его инертной массой.
Точно так же если представить, что закрытый лифт находится в состоянии покоя в гравита-
ционном поле, то человек, находящийся внутри, ощущает силу, направленную вниз (и на
предмет, висящий на привязанной к потолку веревке, действует сила тяжести, направленная
вниз), и эта сила обусловлена гравитационной массой. Но инертная масса всегда равна гра-
витационной массе. “Из этой аналогии, – писал Эйнштейн, – следует, что невозможно из
опыта определить, является ли данная система координат ускоренной или… наблюдаемые
эффекты обусловлены гравитационным полем”21.
Эйнштейн назвал это “принципом эквивалентности. Локальные действия гравитации
и ускорения эквивалентны. Это послужило отправной точкой его попыток обобщить свою
теорию относительности, сделать ее справедливой не только для систем, перемещающихся с
постоянной скоростью. Основная идея, которую он развивал в течение последующих восьми
лет, состояла в том, что “эффекты, которые мы приписываем действию тяжести, и эффекты,
которые мы приписываем ускорению, производятся одной и той же структурой”23.
Подход Эйнштейна к созданию общей теории относительности еще раз продемонстри-
ровал, как работает его мысль.
• Его всегда беспокоило, когда оказывалось, что две, казалось бы,
не связанные между собой теории описывают одно и то же наблюдаемое
явление. Так было с подвижной катушкой и движущимся магнитом, которые
производят один и тот же наблюдаемый электрический ток. В этом случае он
разрешил противоречие с помощью специальной теории относительности.
Теперь та же ситуация возникла в случае с разными определениями для
инертной массы и гравитационной масс, и это противоречие он начал
разрешать, опираясь на принцип эквивалентности.
• Ему также становилось не по себе, когда теория предсказывала
особенности, которые невозможно было наблюдать в природе. Так было с
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
134
наблюдателями при равномерном движении: не было способа определить,
какой из них был в состоянии покоя, а какой – в состоянии движения. Теперь,
по-видимому, то же самое можно было сказать в отношении движущихся
ускоренно наблюдателей: не было способа выяснить, кто из них находился в
гравитационном поле, а кто ускорялся под действием других сил.
• Он стремился обобщить теории, а не довольствоваться констатацией
того, что они описывают только частный случай. Он чувствовал, что не
должно быть одного набора принципов для частного случая постоянной
скорости движения и другого набора – для всех остальных типов движения.
Всю свою жизнь он постоянно стремился к унификации теорий.
В ноябре 1907 года Эйнштейн, в спешке заканчивая к установленному сроку статью
по теории относительности для ежегодного сборника статей по радиоактивности и электро-
нике, приписывает к статье пятый раздел, в который включает свои новые идеи. Начинает он
так: “До сих пор мы применяли принцип относительности… только к инерциальным систе-
мам отсчета. Возможно ли, чтобы принцип относительности был применим и к системам,
которые движутся ускоренно друг относительно друга?”
Он предложил представить две среды, одна из которых ускоряется, а другая покоится
в гравитационном поле24. Не существует такого физического опыта, проделав который вы
заметите разницу в свойствах этих двух сред. “Поэтому в последующем обсуждении мы
будем считать полностью физически эквивалентными покоящуюся систему отсчета в гра-
витационном поле и соответствующую ускоренную систему отсчета”.
Проделав различные математические манипуляции с ускоренной системой, Эйнштейн
показал, что, если его представления правильны, в более сильном гравитационном поле часы
будут работать медленнее. Он также сделал много предсказаний, которые можно было про-
верить, в том числе о том, что луч света должен изгибаться под действием силы тяжести, и
о том, что длина волны света, излучаемого источником с большой массой, например Солн-
цем, будет немного увеличиваться. Этот эффект впоследствии был назван гравитационным
красным смещением. “На основе некоторых размышлений, хотя и слишком дерзких, но все
же имеющих под собой основания, я пришел к выводу, что гравитационное поле может быть
причиной смещения в красную область спектра, – объяснял он своему коллеге, – и искрив-
ление световых лучей под действием силы тяжести также можно объяснить исходя из этих
аргументов.
Эйнштейну потребовалось еще восемь лет – до ноября 1915 года, – чтобы разрабо-
тать фундамент этой теории и найти математическую форму для ее описания. Пройдет еще
четыре года, прежде чем самое смелое из его предсказаний – об искривлении луча света в
поле тяжести – будет обнаружено и измерено количественно в экспериментах, от смелости
которых захватывает дух. Но именно тогда у Эйнштейна уже появилась идея – та самая,
которая направила его по пути создания одной из самых элегантных и смелых теорий в исто-
рии физики – общей теории относительности.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#43   morozov » Чт янв 10, 2019 15:16

Профессор

К началу 1908 года, когда уже такие академические звезды, как Макс Планк и Виль-
гельм Вин, признали его авторитет и стали посылать ему письма с просьбами объяснить
свои идеи, у Эйнштейна заметно поуменьшилось желание стать профессором университета.
Вместо этого он начал – хотите верьте, хотите нет – искать место учителя старшей школы.
“Это мое желание, – говорил он Марселю Гроссману, который помог ему получить работу
в патентном бюро, – объясняется только горячим стремлением приобрести лучшие условия
для продолжения научной работы”.
Он был даже готов вернуться в техникум в Винтертур, где уже поработал раньше, заме-
щая другого учителя. “Как нужно к этому приступать? – спрашивал он у Гроссмана. – Воз-
можно, я позвоню кому-то и смогу его убедить в большой ценности моей восхитительной
персоны как преподавателя и гражданина? Не произведу ли я на него плохое впечатление
(не говорю на швейцарско-немецком диалекте, имею семитскую внешность и т. д.)?” Он уже
написал статьи, которые перевернули физику, но не был уверен, что это поможет при поис-
ках работы. “Будет ли какой-нибудь толк, если я сделаю акцент на своих научных достиже-
ниях?”26
Он также ответил на одно объявление о вакансии “учителя математики и начертатель-
ной геометрии” в старшей школе в Цюрихе, приписав в своем заявлении: “Я готов также
преподавать и физику”. В конце концов он все-таки решил приложить все статьи, которые
он написал к тому моменту, включая статью по специальной теории относительности. На
это объявление откликнулся и прислал заявки двадцать один претендент, но Эйнштейн не
вошел даже в число трех финалистов27.
В результате Эйнштейн преодолел свою гордыню и решил написать докторскую дис-
сертацию, для того чтобы получить место приват-доцента в Университете Берна. Как он
объяснил поддержавшему его кандидатуру преподавателю университета, “беседа с вами в
городской библиотеке, а также советы нескольких моих друзей побудили меня в конце кон-
цов изменить решение и во второй раз попытать счастья в Университете Берна, уже с хаби-
литацией”28.
Работа, которую он представил и которая явилась продолжением его революционной
работы о световых квантах, была быстро принята, и в конце февраля 1908 года он стал
приват-доцентом. Он наконец взобрался на академическую лестницу, по крайней мере на
нижнюю ее ступеньку. Но его должность не была ни настолько хорошо оплачиваемой, ни
настолько престижной, чтобы отказаться от работы в патентном бюро. Его лекции в Универ-
ситете Берна, таким образом, стали для него просто еще одной нагрузкой.
Темой его лекций, которые он читал по вторникам и субботам в семь утра в течение
лета 1908 года, была теория теплоты, и на них вначале присутствовало только трое слушате-
лей: Мишель Бессо и еще двое его коллег, работавших в здании почтамта. В зимнем семестре
он перешел к теории излучения, и к трем его коллегам присоединился настоящий студент
по имени Макс Штерн. К лету 1909 года Штерн остался единственным слушателем, и Эйн-
штейн прекратил читать лекции. Тем временем его внешность постепенно менялась: он при-
обрел профессорский вид, в жертву которому были принесены его шевелюра и одежда, в
естественных условиях весьма беспорядочные29.
Альфред Кляйнер, профессор физики из Университета Цюриха, который помог Эйн-
штейну получить докторскую степень, призвал его не отказываться от должности при-
ват-доцента30. Кроме того, он в течение долгого времени пытался убедить власти Цюриха
укрепить престиж университета, создав новую профессорскую позицию в области теорети-
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
136
ческой физики. Эти усилия увенчались успехом в 1908 году, но вместо ставки полного про-
фессора была открыта вакансия доцента (ассистента профессора) при профессоре Кляйнере.
Эта должность, очевидно, подходила Эйнштейну, хотя оставалось одно “но”. У Кляй-
нера имелся другой кандидат – его помощник Фридрих Адлер, бесцветный человек и страст-
ный политический активист, с которым Эйнштейн подружился, когда они оба учились в
Политехникуме. Адлер, чей отец был лидером Социал-демократической партии Австрии,
был больше склонен заниматься политической философией, а не теоретической физикой.
Однажды утром в июне 1908 года он пришел к Кляйнеру, они побеседовали и пришли к
выводу, что это место было бы правильным занять не Адлеру, а Эйнштейну. В письме к
своему отцу Адлер описал этот разговор и сказал, что Эйнштейн “не умеет выстраивать
правильные отношения с людьми”, и поэтому “профессора в Политехникуме относились к
нему с неприкрытым презрением”. Но, по словам Адлера, поскольку он гений, он заслужил
это место и, скорее всего, получит его. “У них возникло чувство вины из-за того, что они
так относились к нему раньше. Скандальность ситуации ощущается не только здесь, но и в
Германии, где не понимают, как так получилось, что такому человеку приходится служить
в патентном бюро”31.
Адлер сделал так, что власти Цюриха, а следовательно и все остальные, узнали, что
он официально отказывается от места в пользу друга. Он заявил: “Если возможно заполу-
чить для нашего университета такого человека, как Эйнштейн, было бы абсурдно назначать
меня”. Это упростило решение проблемы для советника, отвечавшего за образование и сто-
ронника социал-демократов. “Эрнсту хотелось назначить Адлера, так как он был его това-
рищем по партии, – объяснял Эйнштейн Мишелю Бессо, – но заявление Адлера, касающе-
еся его и меня, сделало это невозможным”32.
И вот в конце июня 1908 года Кляйнер приезжает из Цюриха в Берн для проверки
одной из приват-доцентских лекций Эйнштейна и, как Эйнштейн выразился, для того, чтобы
“оценить масштаб бедствия”. Увы, впечатление было отнюдь не блестящим. “Моя лекция
действительно была не идеальной, – признавался Эйнштейн другу, – отчасти потому, что
я не очень подготовился, а отчасти потому, что мне слегка действовало на нервы то, что я
выступал в качестве экзаменуемого”. Кляйнер сидел нахмурившись и слушал, а после лек-
ции сообщил Эйнштейну, что стиль его преподавания не соответствует профессорскому зва-
нию. Эйнштейн спокойно заявил, что это место ему “совершенно не нужно”33.
Кляйнер вернулся в Цюрих и сообщил, что Эйнштейн “произносит монологи” и ему
еще “далеко до того, чтобы стать преподавателем”. Казалось, его шансы обнулились. И
Адлер проинформировал своего могущественного отца: “Ситуация изменилась, и Эйнштейн
вышел из игры”. Эйнштейн сделал вид, что не переживает. “История с моим профессорством
провалилась, но со мной все в порядке, – написал он другу, – есть достаточно преподавате-
лей и без меня”34.
На самом деле Эйнштейн был расстроен, и он расстроился еще больше, когда услышал,
что критические отзывы Кляйнера о его педагогических способностях стали известны не
только в Швейцарии, но даже и в Германии. Он написал Кляйнеру письмо, сердито упрекая
его “за распространение порочащих слухов”. Ему и так было трудно получить достойное
академическое место, а из-за неблагоприятных отзывов Кляйнера о его лекциях он вообще
мог бы распрощаться с такой возможностью.
Была в критике Кляйнера несомненная доля истины. Эйнштейн никогда не был талант-
ливым преподавателем, и его лекции, как правило, производили впечатление бессистемных.
И только уже после того, как к нему пришла слава, каждая его запинка превращалась молвой
в очаровательный анекдот. Тем не менее Кляйнер смягчил свое отношение. Он сказал, что
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
137
будет рад помочь Эйнштейну получить работу в Цюрихе, если только он сможет продемон-
стрировать “некоторые преподавательские способности”.
Эйнштейн ответил, что приедет в Цюрих, чтобы прочитать полноценную (и несо-
мненно, хорошо подготовленную) лекцию в цюрихском Физическом обществе, что он и сде-
лал в феврале 1909 года. “Мне повезло, – сообщает Эйнштейн вскоре после этого, – вопреки
обыкновению я в этот раз прочитал хорошую лекцию”35. Когда он потом зашел к Кляйнеру,
профессор дал понять, что он вскоре получит предложение о работе.
Через несколько дней после того, как Эйнштейн вернулся в Берн, Кляйнер предста-
вил преподавательскому составу Университета Цюриха официальную рекомендацию. В ней
он написал: “Эйнштейн является одним из ведущих физиков-теоретиков, и получил он это
признание после публикации работ по принципу относительности”. По поводу педагогиче-
ского мастерства Эйнштейна он выразился максимально лапидарно, сказав, что созрели все
условия для его улучшения: “Доктор Эйнштейн докажет свои способности также и в каче-
стве преподавателя, поскольку он слишком умен и слишком добросовестен, чтобы не при-
слушаться к советам, когда это необходимо”36.
Одной из возникших проблем было еврейское происхождение Эйнштейна. Некоторые
преподаватели считали это серьезной помехой, но Кляйнер их уверил, что Эйнштейн не
имеет тех “неприятных черт характера”, которые, как считалось, присущи евреям. Итого-
вое решение преподавательского коллектива иллюстрирует как ситуацию с антисемитизмом,
сложившуюся в то время, так и попытку университетских преподавателей подняться над
ним:
“Впечатления нашего коллеги Кляйнера, основанные на личном
знакомстве, были крайне важны как для комитета, так и для факультета
в целом, поскольку доктор Эйнштейн является иудеем, и именно лицам
этой национальности приписывают (во многих случаях не без основания)
неприятные особенности характера, такие как назойливость, наглость
и торгашеские наклонности, проявляющиеся в их понимании своего
положения в науке. Следует, однако, отметить, что среди иудеев есть и другие
люди, которые не обладают даже в малой степени этими неприятными
чертами, и посему было бы неправильно отказывать кому-либо на том
основании, что он является евреем. В действительности встречаются
и среди людей, не принадлежащих к этой национальности, ученые, у
которых развиваются черты, обычно приписываемые евреям, в частности
меркантильное отношение к положению в университете и использование его
в корыстных целях. Исходя из этого и комитет, и факультет в целом считают
несовместимым со своим достоинством принять антисемитизм в качестве
руководства к действию”3637.
Результаты тайного голосования профессорско-преподавательского состава, состояв-
шегося в конце марта 1909 года, были следующими: десять “за” при одном воздержавшемся.
Эйнштейн получил свое первое в жизни место профессора (адъюнкт-профессора) через
четыре года после того, как совершил переворот в физике. К сожалению, ему предложили
меньшую зарплату, чем та, которую он получал в патентном бюро, поэтому тогда он от места
отказался. В конце концов власти Цюриха подняли оклад, и тогда Эйнштейн принял предло-
жение. Своим коллегам он торжественно объявил: “Итак, теперь я тоже стал официальным
членом гильдии шлюх”38.
36 Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М., 1989.
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
138
Одной из тех, кто увидел уведомление в газете о назначении Эйнштейна, была домо-
хозяйка из Базеля по имени Анна Майер-Шмид. Десять лет назад, когда она была еще неза-
мужней семнадцатилетней девушкой, в какой-то из приездов Эйнштейна к матери на кани-
кулы они встретились в отеле “Парадиз”. Большинство гостей показались ему “мещанами”,
но к Анне он испытал симпатию и даже написал стихотворение в ее альбом: “О чем я могу
здесь вам написать? / Я думаю, о многих вещах, / В том числе о поцелуе / В ваш крошечный
ротик. / Если вы злитесь на меня за него, / Не начинайте плакать. / Лучшее наказание – /
Поцеловать меня в ответ”. И подписал: “Ваш друг-негодник”39.
В ответ на поздравительную открытку Эйнштейн вежливо и мягко ответил ей довольно
двусмысленным письмом. “Я, вероятно, лучше вас сохранил в памяти воспоминания о тех
прекрасных неделях, которые мне было позволено провести рядом с вами в “Парадизе”, –
писал он, – и теперь я стал таким важным, что мое имя упоминается даже в газетах. Но я
остался простым парнем”. Он признался, что женился на своей коллеге Марич, однако дал
свой рабочий адрес. “Если вам когда-нибудь случится оказаться в Цюрихе и найдется время,
разыщите меня. Это доставит мне большое удовольствие”40.
Хотел того Эйнштейн или нет, его ответ балансировал на тонкой грани между просто-
душием и намеками на интимность, и Анна, по-видимому, увидела в нем второе. Она напи-
сала ответное письмо, которое перехватила Марич. Оно возбудило ее ревность, и Марич
написала письмо мужу Анны, утверждая (скорее принимая желаемое за действительное),
что Эйнштейн был возмущен “непотребным письмом” и наглой попыткой возобновить
прежние отношения.
В конце концов Эйнштейн, чтобы разрядить ситуацию, извинился перед мужем. “Я
очень сожалею, если причинил вам страдания своим неосторожным поведением, – писал
он. – На поздравительную открытку, которую ваша жена отправила мне по случаю моего
назначения, я откликнулся слишком горячо и тем самым вновь пробудил старую симпатию,
которую мы испытывали друг к другу. Но я не имел никаких грязных намерений. Поведение
вашей жены, которую я очень уважаю, было совершенно безупречно. Со стороны моей жены
было нехорошо поступить так без моего ведома, и извиняет ее только страшная ревность”.
Хотя сам инцидент не имел никаких реальных последствий, он ознаменовал поворот
во взаимоотношениях с Марич. Он считал, что чрезмерная ревность свидетельствует о недо-
статке культуры. Десятилетия спустя, все еще злясь на поведение Марич, он написал дочери
Анны письмо, в котором с жестокой прямотой объяснил, что ревность его жены была пато-
логической чертой характера, типичной для женщины такой “ужасной внешности”41.
Марич действительно была на редкость ревнива. Ее возмущал не только флирт мужа
с другими женщинами, но и то, что он проводил много времени с коллегами-мужчинами.
Теперь, когда он стал профессором, у нее появилась и профессиональная зависть, которая
объяснима, учитывая крах ее собственной научной карьеры. “При такой известности у него
остается не так много времени для жены, – писала она своей подруге Элен Савич. – Ты
написала, что я, должно быть, ревную к науке. Но что можно сделать? Кому-то достается
жемчужина, а кому-то коробочка из-под нее”.
В частности, Милеву беспокоило то, что известность может сделать ее мужа более
холодным и эгоистичным. “Я очень радуюсь его успеху, потому что он действительно его
заслужил, – писала она в другом письме. – Я только надеюсь, что известность не окажет
пагубного влияния на его человеческие качества”42.
В определенном смысле озабоченность Марич оказалась необоснованной. Даже после
того, как известность Эйнштейна стала расти в геометрической прогрессии, он сохранил
простоту в общении, искренность и по меньшей мере внешнюю добродушную скромность.
Но, если глядеть из другой системы отсчета, некоторые изменения в его характере все же
У. Айзексон. «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная»
139
произошли. Примерно с 1909 года он начал отдаляться от жены. Его нежелание связывать
себя обязательствами и привязанностями привело к тому, что он все больше погружался в
свою работу, отгораживаясь от тех сторон жизни, которые он считал “сугубо личными”.
В один из своих последних дней работы в патентном бюро он получил большой кон-
верт, в нем лежал изящный лист бумаги, на котором было написано что-то похожим на
латинскую каллиграфию почерком. Поскольку письмо показалось ему странным и не адре-
сованным кому-то лично, он бросил его в мусорную корзину. А на самом деле это было при-
глашение получить степень почетного доктора университета Женевы. Прием, посвященный
350-й годовщине основания университета, должен был состояться в июле 1909 года. Уни-
верситетское начальство в конце концов попросило друга Эйнштейна убедить его принять
участие в чествовании, и тот пришел на прием, одетый в обычный костюм и соломенную
шляпу, в которых выглядел довольно странно как на церемонии вручения дипломов, так и на
пышном официальном ужине. Забавляясь всей этой ситуацией, он обратился к джентльмену,
сидящему рядом с ним, и предложить поговорить о суровом вожде протестантов-реформа-
торов, который основал Женевский университет: “Вы знаете, что бы сделал Кальвин, если
бы он был здесь?” Озадаченный джентльмен ответил отрицательно. Эйнштейн изрек: “Он
бы разложил огромный костер и сжег бы всех нас за нашу греховную расточительность”.
Как Эйнштейн вспоминал позже, “этот человек больше ни разу со мной не заговорил”
С уважением, Морозов Валерий Борисович

sagirovoo
Сообщения: 200
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2015 18:33

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#44   sagirovoo » Пт янв 11, 2019 1:24

Господин Морозов В.Б.! Большое СПАСИБО за цикл постов, проглотил с упоением. Было - бы замечательным просветительским примером создать ЦИКЛ ЖЗЛ о математика, физиках,химиках, биологах и т. д. С ув. Сагиров В.Л.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32143
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Номер сообщения:#45   morozov » Пт янв 11, 2019 13:17

В сети можно найти:
Горобец - о Ландау
Воспоминания: Владимира Арнольда,
Сергея Новикова,
Шкловского "Эшелон",
Прекрасно о жизни в совковом НИИ Леонид Ашкинази

ну и продолжу эту тему.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»