Великие мужчины XX века

Чеботарь Серафима

Помог Эйнштейну его приятель по училищу Марсель Гроссман – он в 1902 году порекомендовал Эйнштейна в Федеральное бюро патентования изобретений, находившееся в Берне. В июле Эйнштейн получил в бюро должность эксперта III класса с окладом в три с половиной тысячи швейцарских франков в год – для сравнения, студентом Эйнштейн жил всего на сто франков в месяц. В Бюро он занимался экспертной оценкой заявок на изобретения: эта работа не требовала много сил, и у него оставалось достаточно времени на занятия и размышления над интересовавшими его научными проблемами. Всего в патентном бюро Эйнштейн проработал семь лет – это время он считал самым счастливым и продуктивным в своей жизни.

Почувствовав, наконец, как говорится, уверенность в завтрашнем дне, Эйнштейн сделал предложение Милеве. Они поженились 6 января 1903 года. Этот брак просуществовал без малого семнадцать лет и принес супругам двух сыновей – Ганса-Альберта, родившегося в мае 1904 года, и Эдуарда, появившегося на свет в июле 1910-го.

Семья не могла отвлечь Эйнштейна от науки. В это время он постепенно превратился в одного из крупнейших физиков-теоретиков своего времени. Первые опубликованные им труды были посвящены силам взаимодействия между молекулами. Один из них – «Новое определение размеров молекул» – в 1905 году принес Эйнштейну степень доктора физических наук. Этот год был ознаменован многими событиями: в России прокатилась волна восстаний, в Англии был основан футбольный клуб «Челси», в Цусимском сражении Япония разгромила российский флот, Норвегия отделилась от Швеции и обрела долгожданную независимость, во французском городе Амьене скончался Жюль Берн… Но в историю физики этот год вошел как «год чудес» – Annus Mirabilis — благодаря Альберту Эйнштейну и его работам. В этом году журнал Annalen der Physik, ведущий журнал Германии в этой области, опубликовал три его работы, которые положили начало настоящей научной революции.

Альберт Эйнштейн во время работы в патентном бюро. 1905 г.

Хронологически первыми были исследования по молекулярной физике, результаты которых Эйнштейн изложил в статье «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты»: Эйнштейн связал движение частиц, наблюдаемое в микроскоп, со столкновениями этих частиц с невидимыми молекулами и предсказал возможность вычислить общие массу и число молекул, находящихся в данном объеме.

Другая его работа «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света», признанная одной из заложивших основы квантовой теории, объясняла фотоэлектрический эффект как испускание электронов металлической поверхностью под действием электромагнитного излучения в ультрафиолетовом или каком-либо другом диапазоне частот. Развивая идеи Макса Планка, Эйнштейн предположил, что число выбитых с поверхности электронов равно числу фотонов, связанных с яркостью света, а скорость и энергия этих электронов прямо пропорциональны частоте излучения. Исходя из своего представления о фотоэффекте, ученый выдвинул довольно смелое по тем временам предположение о двойственной природе света, который может вести себя и как волна, и как поток частиц. Правильность этой гипотезы впоследствии была подтверждена экспериментально, причем не только для видимых диапазонов светового излучения, но и для рентгеновских и гамма-лучей. Закон фотоэлектрического эффекта, открытый Альбертом Эйнштейном, стал основой фотохимии и позволил объяснить явления флюоресценции и фотоионизации, а также загадочные вариации удельной теплоемкости твердых тел при различных температурах.

В основу третьей работы, вышедшей под скромным названием «К электродинамике движущихся тел», были положены два универсальных допущения. Первое гласило, что все законы физики одинаково применимы для двух наблюдателей, независимо от того, как они движутся относительно друг друга, второе – что свет всегда распространяется в свободном пространстве с одинаковой скоростью, независимо от движения его источника. Из принятых допущений последовали выводы о том, что ни один материальный объект не может двигаться быстрее света; с точки зрения неподвижного наблюдателя размеры движущегося объекта сокращаются в направлении движения, а масса объекта возрастает; и чтобы скорость света была одинаковой для движущегося и неподвижного наблюдателей, движущиеся часы должны идти медленнее. В результате время становится такой же относительной переменной, как и пространственные координаты.

Изложенная в статье теория получила название специальной – то есть частной, в отличие от общей, – теории относительности. В другой статье, вышедшей в конце года, Эйнштейн, исходя из этой теории, вывел знаменитую формулу Е = тс², определяющую взаимосвязь массы и энергии.

Многие ученые сразу приняли специальную теорию относительности: Макс Планк даже включил ее в свой курс лекций, который читал в Берлинском университете. Ученые начали переписываться, и вскоре Макс Планк и Альберт Эйнштейн совместно выстроили релятивистскую (то есть строящуюся на базе теории относительности) динамику и термодинамику, а бывший учитель Эйнштейна по Политехникуму, выдающийся математик Герман Минковский, создал математическую основу теории относительности. К тому же он высказал мысль, что пространство и время должны рассматриваться как единое целое, создав по сути картину четырехмерного мира, где в роли четвертого измерения выступает время.

Но не все физики были согласны с теорией относительности: многие сочли ее чересчур революционной, опровергающей незыблемые в течение двухсот лет постулаты ньютоновской механики – прежнюю основу физической науки. Возможные следствия специальной теории относительности – например, временные парадоксы, – казались им прямым доказательством того, что теория представляет собой в лучшем случае изящный математический этюд. Однако накапливающиеся со временем доказательства, как математические, так и полученные в результате опытов, подтвердили правоту Эйнштейна.

Он не обращал особого внимания на критику, продолжая исследования в заинтересовавшей его области. В 1907 году он опубликовал работу, где распространил идеи квантовой теории на физические процессы: изложенная в статье теория получила название квантовой теории теплоемкости. Эта статья тоже наделала немало шума. В результате всего за несколько лет Эйнштейн превратился из учителя-неудачника в знаменитого физика, обладающего немалым авторитетом в научном мире. Он переписывался и встречался с самыми прославленными учеными своего времени. В октябре 1908 года Эйнштейна пригласили прочесть факультатив в Бернском университете (правда, это приглашение было скорее почетным, чем полезным, ибо никакой оплаты ученому не полагалось), а в 1909 году он побывал на съезде в Зальцбурге, где присутствовали лучшие немецкие физики. В их числе был Макс Планк: за три года переписки в ходе работы над релятивистской динамикой они с Эйнштейном стали настоящими друзьями. После съезда, в декабре 1909 года, Эйнштейн получил место экстраординарного профессора теоретической физики в Цюрихском университете, где геометрию преподавал его старый друг Марсель Гроссман. Правда, оплата была небольшой, так что, когда в начале 1911 года ученого пригласили возглавить кафедру физики Немецкого университета в Праге, он без колебаний переехал в Чехию.

Работая в Праге, Эйнштейн продолжал публиковать работы по термодинамике, квантовой теории и теории относительности. В статье 1911 года «О влиянии силы тяжести на распространение света» он заложил основы релятивистской теории тяготения, выдвинув гипотезу, что лучи света, исходящие от звезд, при прохождении мимо Солнца должны изгибаться у его поверхности под влиянием гравитационных сил. Проверить это можно было в ходе астрономических наблюдений во время солнечного затмения, которого пришлось ждать восемь лет.

Нильс Бор и Альберт Энштейн.

Летом 1912 года Эйнштейн вернулся в Цюрих, где в ставшем ему родным Политехникуме была создана кафедра математической физики. Помимо преподавательской деятельности Эйнштейн был занят – вместе с верным другом Марселем Гроссманом – созданием математического аппарата, необходимого для дальнейшего развития теории относительности. Результатом их работы стал «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения», увидевший свет в 1913 году. Вместе с выпущенной в Праге эта статья стала основой для создания общей теории относительности и учения о гравитации, которые были закончены через два года.