Альберт Эйнштейн

Посетителей ожидала не вполне обычная встреча. Лауб, не нашедший Эйнштейна на его квартире и долго блуждавший по Берну, настиг, наконец, свою цель в одном из домов на набережной реки Аар. Из окон доносились довольно сильные звуки оркестра. Это играл квинтет местных любителей классической музыки, где первой скрипкой был переплетных дел мастер, на виолончели играл адвокат, а Эйнштейн исполнял партию второй скрипки… В другой раз — это было в довольно холодный день — Лауб застал автора нашумевших теоретических статей у себя дома безуспешно разжигающим огонь в маленькой печурке. Лауб сказал, что профессор Вин хотел бы получить разъяснение по поводу одного не вполне ясного пункта квантовой теории излучения. Эйнштейн прервал собеседника и сказал, что он должен сначала вызвать излучение из этой печи, так как сейчас должны прийти с прогулки жена и маленький сын…

Воспоминания Макса Лауэ повествуют о том, как, направившись с вокзала прямо в бернское бюро патентов, он встретил там задумчиво шагавшего по коридору юнца с взъерошенными волосами и в измятой блузе. Лауэ спросил у него, где именно можно было бы повидать господина доктора Эйнштейна. Юнец сказал, что именно он и есть доктор Эйнштейн. Через некоторое время они расположились за столиком в маленьком ресторанчике на Кирхенфельдштрассе, и Лауэ с изумлением всматривался в сидевшее против него чудо… Два блестящих черных глаза смотрели в ответ на Лауэ без всякого смущения и с некоторым даже веселым задором. «Он выглядел почти мальчиком и смеялся таким громким смехом, какого мне не довелось никогда раньше слыхивать!» — записал впоследствии Лауэ. Они шли потом по крутому берегу Аара, и Эйнштейн изложил гостю замысел новой работы на тему о теплоемкости тел. Замысел показался Лауэ «исключительно интересным, можно сказать, гениальным». Он вспомнил далее, что Эйнштейн угостил его толстой сигарой «довольно подозрительного цвета» и еще более удручающего вкуса. Они шли через мост, и Лауэ воспользовался этим, чтобы «незаметно утопить сигару в реке». Сидя в комнате у Эйнштейна, гость узнал, между прочим, следующую, поразившую его подробность. Первая лекция по теории относительности была прочитана ее автором не в каком-либо ученом или учебном учреждении, а в столовой профессионального союза бернских официантов. Кормили там, кстати, сытно и недорого, и Эйнштейн пользовался зачастую услугами этого заведения. Слушали лекцию, как всегда, члены «веселой академии» да еще несколько сослуживцев из бюро патентов. Лектор иллюстрировал свое изложение с помощью карманной грифельной доски. Проведя мелом прямую линию, он начал с того, что предложил слушателям вообразить в каждой точке этой линии часы. Увлекшись, лектор не заметил, как вышел далеко за пределы намеченного им времени. Внезапно спохватившись, он остановился и спросил, который сейчас, собственно, час?

— Хотя я развесил в моей теории относительности часы в каждой точке пространства, — сказал Эйнштейн, обращаясь к Лауэ и поглядывая лукаво на жену, — но я все еще не в состоянии повесить часы в моем собственном кармане!

Милева Марич не улыбнулась этой шутке.

* * *

С отъездом из Берна Мориса Соловина и братьев Габихт шумные сборища «веселой академии» прекратились, и сама эта «академия» ушла в прошлое невозвратно и навсегда, как дни беззаботной юности. Подкрадывалось одиночество, и навещала порой хандра, и в часы одного из таких приступов — 3 мая 1906 года — он написал Морису Соловину:

«…С тех пор как все вы уехали, я не поддерживаю больше ни с кем отношений в моей личной жизни. Даже беседы с Бессо прекратились, а о Габихте я абсолютно ничего больше не слышал…»

И дальше:

«Мои работы весьма оценены и дают повод для дальнейших исследований… Но я не добился в настоящее время новых крупных научных результатов — скоро, видно, наступит тот застойный и бесплодный возраст, когда сокрушаются по поводу революционного образа мыслей у молодых людей!»

«Моя жена и герр Бессо Вам дружески кланяются. Films [23]тоже кланяется. Он растет и стал великолепным и нахальным весельчаком…»

«Филиус», он же «Буби», он же Ганс-Альберт Эйнштейн-младший, только что отпраздновал свое двухлетие, и отец проводил с ним долгие часы, возясь и складывая кубики и даже пытаясь изобразить с их помощью некоторые простейшие геометрические операции… «Замечательно интересно следить за тем, как быстро развиваются умственные способности у растущей человеческой личинки!»

Милева Марич почти не принимала участия в этих семейных радостях. Милева, по мнению одного из близко наблюдавших за нею биографов, «считала, что она загубила свои способности к науке, превратившись в домашнюю хозяйку, жену полунищего мечтателя». «Весь день, — говорила она, — я стираю и стряпаю, и так устаю к вечеру, что не могу даже прочесть научный журнал!»

Возможно, что в этих сетованиях была доля горькой правды, и это не могло улучшить настроения Альберта Эйнштейна. Во всяком случае, его опасения насчет приближения «застойного и бесплодного возраста» были явно преждевременными.

2

Работа о теплоемкости была напечатана зимой 1907 года и открыла новый этап в развитии теории квантов.

Теплоемкостью — речь идет в данном случае об «атомной теплоемкости» — называется количество тепловой энергии, необходимое для того, чтобы повысить температуру одного грамма-атома [24]вещества на градус Цельсия. На опыте было установлено далее, что для всех металлов атомная теплоемкость равна приблизительно шести малым калориям, для всех газов, имеющих по одному атому в молекуле, — трем, и для «двуатомных» газов — пяти.

Эти закономерности удалось объяснить еще в рамках классических работ Максвелла и Больцманна по атомно-кинетической теории вещества.

Оставалось, однако, совершенно необъяснимым и загадочным одно обстоятельство — зависимость теплоемкости от температуры. Дело в том, что постоянная величина, «6», скажем, у металлов остается равной шести лишь в диапазоне температур, достаточно удаленных от абсолютного нуля (то есть от минус 273 °C). При охлаждении ниже — 50—100° Цельсия теплоемкость начинает идти на убыль, а вблизи — 273° резко падает до нуля.

Идея о квантах, или наименьших порциях энергии, в руках у Эйнштейна оказалась ключом, отомкнувшим и эту не поддававшуюся никаким усилиям загадку.

Тот факт, что притекающая к веществу тепловая энергия распределяется равномерно по всем мельчайшим атомным «волчкам» и «маятничкам», был ясен уже давно, и именно этот факт лег в основу всех предыдущих теорий теплоемкости. В металлах, например, движение каждого атома можно разложить на три прямолинейных качания по трем «осям» в пространстве и три вращательных движения также по трем осям. Каждый атом металла, стало быть, объединяет в себе как бы три миниатюрных «маятничка» и три таких же «волчка». Теоретический анализ показывает далее, что теплоемкость любого вещества, измеренная в малых калориях, почти не отличается от суммы количества атомных «волчков» и «маятничков». Для металлов как раз выходит шесть.

Идея о квантах сразу же внесла сюда, однако, существенное дополнение: если при дележе энергии по «волчкам» и «маятничкам» выходит так, что на каждый из них приходится порция энергии меньшая, чем один квант, тогда волчок либо маятничек не получает ничего! Поступающая энергия распределяется тогда не между всеми атомами, а среди части атомов. (Существенно при этом, что обмен энергией между атомами происходит тут не через испускание и поглощение света, а путем прямого межатомного взаимодействия. Новая работа Эйнштейна подчеркнула таким образом дробный, квантовый характер не только лучистой, но и всякой энергии, и в этом состояло ее необозримое принципиальное значение.)

Именно отсюда и получалась зависимость теплоемкости от температуры. Выведенные Эйнштейном формулы позволили охватить всю сложную и запутанную картину опытных данных по теплоемкости. Для самых низких — близких к абсолютному нулю — температур данных не хватало, и эйнштейновские формулы помогли поставить прогнозы, которые тотчас же были проверены и подтверждены в знаменитой «Лаборатории холода» в Лейдене. Следующим логическим шагом явилось приложение квантовых идей к упругим колебаниям твердых кристаллических решеток, что позволило вскрыть совершенно новые и неожиданные связи между звуковыми и тепловыми явлениями. Это было сделано Эйнштейном (а также Дебаем и Борном) в 1911 году.

Еще через год кванты легли в основу новой науки — фотохимии, изучающей химические явления, идущие под действием света. Сформулированное Эйнштейном простое правило («количество прореагировавших молекул равно количеству воздействовавших световых квантов») кажется сегодня чем-то само собою разумеющимся, и этот закон помог распутать немало сложных явлений, происходящих, например, в фотографических пластинках или в зеленом листе растений. Но в те годы впечатление от закона Эйнштейна в среде химиков могло быть сравнено с лучом света во тьме…