Альберт Эйнштейн

Одна из работ этой серии объясняла явление броуновского движения – хаотичного перемещения твёрдых частиц, взвешенных в жидкости, которое можно видеть в микроскоп. Эйнштейн приписывал броуновское движение частиц их столкновениям с невидимыми молекулами. Он предположил, что если причина броуновского движения именно в этом, то массу и число молекул, содержащихся в данном объёме жидкости, можно вычислить. Вроде бы ничего сверхъестественного – Эйнштейн лишь подтвердил существовавшую ранее теорию, что все тела состоят из молекул.

С Максом Планком.

В другой работе Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект – испускание поверхностью металла электронов под воздействием электромагнитного излучения. В 1900 году немецкий физик Макс Планк описал излучение, испускаемое горячими телами. Он предположил, что энергия испускается не непрерывно, а отдельными (дискретными) порциями – квантами. Величину кванта удалось вычислить (она равняется произведению частоты излучения и неизменного числа – постоянной Планка). Но физический смысл самого кванта оставался неясным.

32. Светлая голова

Эйнштейн решил установить соответствие между квантом электромагнитной энергии (фотоном) и энергией выбитого из поверхности металла электрона. Энергия электрона равна энергии фотона с вычетом той её части, что была затрачена на выбивание электрона. Чем ярче свет, тем больше фотонов и выбитых ими электронов, но скорость электронов при этом остаётся неизменной. Увеличения скорости электронов можно добиться увеличением частоты излучения, направляемого на поверхность металла, так как фотоны высокочастотного излучения обладают большей энергией.

Тут же Эйнштейн высказывает предположение, что свет имеет двойственную природу – это и волна, и поток частиц одновременно. Позже, в 1924 году, французский физик Луи де Бройль выдвинет гипотезу, что двойственную природу имеет не только свет, но и материальные объекты – электроны, которые тоже обладают волновыми свойствами. Гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментами и стала основой квантовой механики…

Обратите внимание: все работы Эйнштейна – развитие ранее сделанных открытий. Он лишь объясняет суть уже открытых явлений. Но как объясняет! Вокруг явления тут же выстраивается стройная система, расширяющая границы познания. Броуновское движение – молекулярное строение вещества, фотонное излучение – двойственная природа света. От частного к общему, от малого ко всеобъемлющему. При этом главным инструментом Эйнштейна является, перо! И светлая голова, конечно.

Конрад Габихт, Морис Соловин и Альберт Эйнштейн. 1903 год.

33. Теория относительности

Третья работа молодого учёного – его знаменитая специальная теория относительности. И опять Эйнштейн идёт от частного к общему. Он отвергает существование эфира – загадочного вещества, которое, по мнению учёных того времени, заполняет всю Вселенную и служит средой для распространения световых волн. Но эфир не удаётся обнаружить экспериментальным способом. В 1887 году американские физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли ставят эксперимент по обнаружению различия в скорости света, движущегося вдоль и поперек движения Земли, но результат оказывается отрицательным. Если бы эфир на самом деле существовал, то скорость движения самого эфира должна была бы складываться со скоростью наблюдаемого света при их попутном движении и вычитаться при противоположном. Точно также изменяется скорость вёсельной лодки, плывущей по и против течения – относительно стоящего на берегу наблюдателя.

И Эйнштейн выдвигает два гениальных предположения. Первое – все законы физики одинаково применимы для двух наблюдателей, независимо от того, как они движутся относительно друг друга. Второе – свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения его источника.

Рукопись Эйнштейна.

Эфир для объяснения световых явлений более был не нужен. А постулат о постоянстве скорости света переворачивал все представления о времени, пространстве, массе и размерах тел. По сути, теория Эйнштейна изменила всю классическую физику, оставив на её долю лишь описание взаимодействия тел при малых относительных скоростях.

34. Гений из гениев

Любое научное открытие – результат последовательных изысканий. Например, для детального изучения берётся какое-либо природное явление. Выдвигается гипотеза, объясняющая это явление. Затем ставится эксперимент, подтверждающий или опровергающий эту гипотезу. Если эксперимент даёт отрицательный результат, и гипотеза оказывается неверной, выдвигается вторая гипотеза, которая подтверждается или опровергается следующим экспериментом. Так шаг за шагом учёные продвигаются к истине.

Теперь представьте, что кто-либо из учёных берётся за исследование не какого-то одного явления, а целой системы устройства мира. Он не ставит экспериментов, не исследует все природные явления, чтобы на основе частных открытий прийти к одной общей теории. Он просто говорит: «Я полагаю, что весь мир устроен вот так» – и выдаёт несколько коротких, удивительно фантастичных постулатов. Весь научный мир недоверчиво прислушивается, затем бросается проверять постулаты смельчака. Но эксперименты лишь подтверждают его правоту. Мир устроен именно так, как говорит этот никому неизвестный гений!

История мировой науки знает всего лишь один случай, когда человеку исключительно умозрительным путём удалось открыть основополагающие законы природы и, отталкиваясь от этих предположений, таким же умозрительным способом выстроить целую теорию, объясняющую тайну тайн природы – устройство и взаимодействие любых материальных тел, начиная от элементарных частиц, заканчивая звёздами и планетами. Имя этого человека – Альберт Эйнштейн.

Воображение важнее, чем знание. А. Эйнштейн.

35. «Год чудес»

Эти работы, которые вылились в четыре научные статьи, Эйнштейн закончил в 1904 году и тут же отправил в Берлин. Но в журнале «Анналы физики» эти статьи появились лишь спустя некоторое время – в 1905 году. Уж слишком смелыми, слишком революционными были выводы Эйнштейна… Но можно только представить тот шок, который испытала мировая научная общественность, ознакомившись с положениями эйнштейновской теории относительности.

Этот 1905 год стал годом триумфа Эйнштейна. Друзья и коллеги учёного назвали 1905-й «годом чудес», подчёркивая значение сделанных Эйнштейном открытий. Учёная степень доктора наук подтвердила статус Альберта как физика-теоретика. А его статьи (кстати, совсем небольшие по объёму) превратили его в знаменитость.

Между тем Эйнштейн продолжал работать в должности эксперта третьего класса федерального Бюро патентования изобретений в Берне. Жизнь, конечно, менялась – у Эйнштейна появились деньги, семья более не бедствовала. Но дело было в том, что сам учёный не желал никаких перемен.

Когда весной 1909 года из Цюриха пришло приглашение занять должность профессора университета, Эйнштейн крепко задумался. Главное, что он боялся потерять – комфортное уединение, так необходимое ему для работы. До октября 1909 года он не решался оставить работу в Бюро. Но Эйнштейн стал уже учёным с именем. Пора было определяться с будущим.