Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени

Каку Митио

Кое-кто называл его «нахальным швабом». Один из товарищей Эйнштейна по учебе Ганс Биланд очень точно охарактеризовал его формирующуюся личность: «Всякий, кто приближался к нему, был пленен широтой его личности. Насмешливая складка вокруг пухлого рта с выступающей нижней губой не советовала обывателю конфликтовать с ним. Не связанный традиционными ограничениями, он встречал дух общества смехом, как подобает философу, и его остроумный сарказм безжалостно бичевал всякую искусственность и тщеславие».

По многим отзывам, этот «смеющийся философ» ко всему прочему приобретал все большую популярность у девушек. С одной стороны,

он был остроумным любителем флирта, но с другой – девушки находили в нем сочувствие, ему всегда легко было довериться. Одна подружка просила у него совета в любовной ситуации, связанной с ее парнем. Другая – написать что-нибудь в ее дневнике, и он писал собственные нескладные вирши. Его игра на скрипке многим нравилась и делала Альберта желанным гостем на вечеринках. Письма того периода показывают, что он был весьма популярен у женских музыкальных групп, которым нужен был струнный инструмент в пару к пианино. «Многие женщины, и молодые, и в годах, были очарованы не только его игрой на скрипке, но и его внешностью, которая могла принадлежать скорее страстному виртуозу-латиноамериканцу, чем невозмутимому студенту-физику», – писал биограф Эйнштейна Альбрехт Фольсинг.

Одна из девушек пленила его. В 16 лет Эйнштейн страстно влюбился в Марию, одну из дочерей Йоста Винтелера, которая была на два года его старше. (Мало того, все заметные женщины в его жизни будут старше его; эту же тенденцию унаследуют оба его сына.) Мария – добрая, чувственная и талантливая девушка – мечтала стать учителем, как ее отец. Альберт и Мария подолгу гуляли вместе, ездили наблюдать за птицами (это было в семье Винтелер любимым увлечением). Они с Марией много музицировали – он играл на скрипке, она на пианино.

Альберт признался ей в истинной любви: «Милая моя возлюбленная… Мне пришлось сейчас, мой ангел, узнать до конца смысл ностальгии и тоски. Но любовь дает гораздо больше счастья, чем тоска – боли. Я только сейчас понимаю, насколько необходимым для счастья стало мне мое дорогое маленькое солнышко». Мария отвечала Альберту взаимностью; она даже написала матери Эйнштейна, которая ответила ей одобрительным письмом. И Винтелеры, и Эйнштейны едва ли не со дня на день ждали от влюбленных объявления о скорой свадьбе. Мария, однако, чувствовала себя неуверенно, когда ей приходилось говорить с возлюбленным о науке, и считала, что это может стать помехой в отношениях с таким увлеченным и сосредоточенным молодым человеком. Она понимала, что ей придется сражаться за Эйнштейна с его первой подлинной любовью – физикой.

А внимание Эйнштейна в это время было поглощено не только растущим чувством к Марии, но и загадками света и электричества. Летом 1895 г. он написал независимый очерк, посвященный свету и эфиру и озаглавленный «Исследование состояния эфира в магнитном поле»; Альберт отослал его своему любимому дядюшке Цезарю Коху в Бельгию. В короткой статье на пяти страничках – самой первой научной работе Эйнштейна – утверждалось, что загадочную силу, известную как магнетизм и очаровавшую его еще ребенком, можно рассматривать как некое возмущение эфира. Несколькими годами раньше Макс Талмуд познакомил Эйнштейна с «Популярными книгами по естественным наукам» Аарона Бернштейна. Этой книге суждено было оказать на Альберта ключевое влияние, поскольку автор включил в нее рассуждение о загадках электричества. Бернштейн предлагал читателю предпринять фантастическое путешествие по телеграфным проводам, пронесясь вместе с электрическим сигналом на фантастической скорости через всю страну.

В возрасте 16 лет у Эйнштейна родилась некая мысль или скорее зрительный образ. Результатом стало озарение, которое позже изменило ход человеческой истории. Вспомнив, быть может, фантастическое путешествие из книги Бернштейна, Эйнштейн вообразил себя летящим рядом с лучом света и задал себе судьбоносный вопрос: Как выглядел бы при этом луч света? У Эйнштейна, как и у Ньютона, который представлял себе бросание камня с такой силой, что тот принимался, подобно Луне, летать вокруг Земли, попытка вообразить луч света тоже привела к удивительным результатам.

В ньютоновом мире, если двигаться достаточно быстро, можно догнать все что угодно. Гоночный автомобиль, к примеру, может ехать рядом с курьерским поездом. Если при этом заглянуть снаружи в окно поезда, то можно увидеть, как пассажиры читают газеты и пьют утренний кофе, будто в собственной гостиной. Они могут нестись с огромной скоростью, но при этом казаться совершенно неподвижными, если мы будет двигаться рядом с той же скоростью в автомобиле.

Аналогично представьте себе полицейскую машину, догоняющую автомобиль, который превысил разрешенную скорость. Стоит полицейской машине разогнаться и пристроиться рядом с нарушителем, и полицейский сможет заглянуть к нему в машину и помахать рукой, приглашая остановиться. Полицейскому водитель несущегося автомобиля покажется неподвижным, хотя и он сам, и нарушитель могут при этом мчаться со скоростью 150 км/ч.

Физики знали, что свет состоит из волн, поэтому, рассуждал Эйнштейн, если бы удалось догнать луч света и пристроиться рядом, он показался бы вам совершенно неподвижным. Это означает, что для летящего рядом наблюдателя луч света выглядел бы как застывшая волна, как неподвижная фотография волны. Он не колебался бы во времени. Молодому Эйнштейну, однако, такая картинка показалась бессмысленной. Никто и никогда не видел застывшей волны; подобного описания не было нигде в научной литературе. Свет, с точки зрения Эйнштейна, представлял собой особый случай. Догнать световой луч невозможно. Застывшей волны не существует.

Тогда он этого не понял, но ему удалось случайно наткнуться на одно из величайших научных наблюдений века, ведущее непосредственно к принципу относительности. Позже он напишет, что «такой принцип вытекал из парадокса, с которым я уже столкнулся в 16 лет. Если я преследую луч света со скоростью c (скорость света в вакууме), я должен видеть такой луч света… неподвижным. Однако ничего подобного, похоже, не существует, что явствует как из опыта, так и из уравнений Максвелла».

Именно способность выделить ключевые принципы, лежащие за любым явлением, и сосредоточиться на главном подвела Эйнштейна к порогу, за которым лежала научная революция. В отличие от менее крупных ученых, которые частенько терялись в математике, Эйнштейн мыслил простыми физическими образами – несущиеся поезда, падающие лифты, летящие ракеты и перемещающиеся часы. Эти образы безошибочно вели его от одной вехи к другой через величайшие идеи XX в. Он писал: «Все физические теории, какой бы математикой они ни выражались, должны допускать простое описание, понятное даже ребенку».