Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

В среду 29 июля 1914 года Марич и оба мальчика в сопровождении Мишеля Бессо уехали утренним поездом из Берлина в Цюрих. Габер отправился на станцию с Эйнштейном, который потом “прорыдал как маленький мальчик” до ночи. Это было самым мучительным моментом для человека, всю жизнь гордившегося тем, что он избегает личных переживаний. При всей его репутации человека, чуждого глубоких человеческих привязанностей, он был когда-то безумно влюблен в Милеву Марич и был привязан к детям. Это один из немногих случаев в его взрослой жизни, когда он плакал.

На следующий день он отправился навестить свою мать, приободрившую его. Она никогда не любила Марич и была рада ее отъезду. О разводе она сказала только: “О, если бы только твой бедный папа был жив и увидел это!” Она даже изобразила благосклонность в отношении Эльзы, хотя у них бывали иногда стычки. И мать и отец Эльзы также, казалось, были довольны тем, как дело разрешилось, хотя и выразили недовольство тем, что Эйнштейн был слишком щедр к Марич и предложил ей слишком много денег, и поэтому им с Эльзой придется жить “достаточно скромно”⁸⁵.

Вся эта история так измотала Эйнштейна, что, несмотря на обещание, данное Эльзе всего неделю назад, он решил, что не готов опять жениться. В этом случае ему не нужно было бы торопиться с юридическим разводом, которому Марич отчаянно сопротивлялись. Эльза еще отдыхала и, получив такое известие, была “горько разочарована”. Эйнштейн попытался успокоить ее. “Для меня не существует других женщин, кроме тебя, – писал он, – меня отпугивает от брака не отсутствие истинной любви! Может быть, это страх погрузиться в комфортную жизнь, окружить себя хорошей мебелью, нежелание обременить себя или стать похожим на сытого буржуа? Я сам не знаю, но ты увидишь, что моя привязанность к тебе останется неизменной”.

Он убеждал ее, что она не должна стыдиться и позволять людям жалеть себя из-за отношений с человеком, который не женится на ней. Они будут устраивать совместные прогулки и там принадлежать друг другу. Если ей захочется предложить ему что-то большее, он будет признателен. Но, не вступая в брак, они будут защищены от образа жизни “довольного буржуа” и превращения их отношений в “банальные и тусклые”. Для него брак был неким ограничителем свободы, а этому он инстинктивно сопротивлялся.

“Я рад, что нашим нежным отношениям не будет вредить провинциальная обывательская жизнь”⁸⁶.

В былые времена близкая ему по духу Марич разделяла подобные богемные представления. Эльза же была не такой. Комфортная жизнь в окружении удобной мебели ей нравилась. Равно как и брак. Она согласится с его решением не жениться, но только на некоторое время, никак не навсегда.

В то же время Эйнштейн оказался втянутым в борьбу с Марич на расстоянии по поводу денег, мебели и воспитания детей, которых, как он считал, она “настраивает” против него⁸⁷. И как будто от них, пошла цепная реакция, ввергнувшая Европу в самую невероятно кровавую войну за всю ее историю.

Эйнштейн отреагировал на все эти потрясения предсказуемым образом – с головой погрузился в науку.

Записная книжка Эйнштейна 1912 г. Расчеты отклонения траектории световых лучей под действием гравитационного поля звезды.

Глава девятая Общая теория относительности. 1911-1915

Свет и гравитация

После того как Эйнштейн в 1905 году сформулировал специальную теорию относительности, он понял, что теория была неполной по крайней мере по двум причинам. Во-первых, в ней утверждалось, что никакое физическое взаимодействие не может распространяться с большей скоростью, чем скорость света, а это противоречило теории тяготения Ньютона, согласно которой сила тяжести между удаленными объектами возникает мгновенно. Во-вторых, теория была справедлива только для движения с постоянной скоростью. Поэтому в течение следующих десяти лет Эйнштейн напряженно работал, стараясь сформулировать новую полевую теорию гравитации и распространить свою теорию относительности на движение с ускорением¹.

Впервые он заметно продвинулся в конце 1907 года, когда работал над большой статьей о теории относительности для научного ежегодника. Как я говорил раньше, мысленный эксперимент со свободно падающим лифтом, в котором находится наблюдатель, привел его к осознанию принципа, гласящего, что локальные эффекты в ускоренной системе и системе, находящейся в гравитационном поле, неразличимы [43] .

Человек в закрытом лифте без окон чувствует, что его ноги прижимает к полу, но он не в состоянии сказать, из-за того ли это происходит, что лифт в космическом пространстве ускоренно движется вверх, или из-за того, что лифт находится в состоянии покоя в гравитационном поле. Если он вынет монетку из кармана и отпустит ее, она в обоих случаях будет падать на пол с ускорением. А человек, который плавает в невесомости в закрытом лифте, не будет знать, парит ли он потому, что лифт находится в свободном падении, или потому, что завис в невесомости в космическом пространстве².

43

См. главу 7. В данном обсуждении мы ограничимся равномерно и прямолинейно ускоренной системой отсчета и статичным и однородным гравитационным полем. – Прим. авт.

Эти соображения привели Эйнштейна к формулировке “принципа эквивалентности”, которым он будет руководствоваться, когда будет работать и над созданием теории гравитации, и над обобщением специальной теории относительности. “Я понял, что смогу продолжить или обобщить принцип относительности, распространив его на движение в ускоренных системах, а не только в тех, которые движутся с постоянной скоростью, – позже пояснил он, – и считал, что таким образом я одновременно буду в состоянии решить проблему гравитации”.

Он понял, что так же, как эквивалентны инертная и гравитационная массы, эквивалентны и все инерционные и гравитационные эффекты, например “поле ускорения” [44] и гравитационное поле. Он понял, что все они – проявления одного и того же явления, которое мы сейчас иногда называем инерционно-гравитационным полем³.

Как заметил Эйнштейн, одним из следствий этой эквивалентности является то, что гравитация должна искривить световой луч. Это легко показать, используя мысленный эксперимент с лифтом. Представьте себе, что лифт ускоренно движется вверх, а лазерный луч входит через небольшое отверстие в одной из стенок. К тому времени, как он достигнет противоположной стены, пятно окажется немного ближе к полу, поскольку лифт продвинулся вверх. Если бы вы нарисовали его траекторию при движении через кабину лифта, она оказалась бы изогнутой из-за ускоренного движения лифта вверх. Принцип эквивалентности требует, чтобы этот эффект был одинаковым, когда лифт движется ускоренно вверх и когда он находится в состоянии покоя в гравитационном поле. Таким образом, при прохождении через гравитационное поле луч света должен казаться искривленным.

44

Эйнштейн А. Скорость света и статическое гравитационное поле // Собр. науч. трудов: в 4 т. Т. 1.

За почти четыре года, прошедшие после формулировки этого принципа, Эйнштейн не очень продвинулся в этом направлении, поскольку его отвлекла проблема световых квантов, и тогда он сосредоточился в основном на ней. Но в 1911 году он признался Мишелю Бессо, что устал заниматься квантами и опять вернулся к теории гравитационного поля, которая должна помочь ему обобщить теорию относительности. Решение этой проблемы заняло у него еще почти четыре года, и кульминацией этих усилий стало создание гениальной теории в ноябре 1915 года.

В статье “О влиянии силы тяжести на распространение света”, которую он послал в Annalen der Physik в июне 1911 года, он вернулся к своей идее 1907 года и сформулировал ее в виде строгого принципа. “В статье, опубликованной четыре года назад, мы уже пытались ответить на вопрос, влияет ли тяготение на распространение света, – начал он. – Мы теперь еще раз убедились в том, что один из самых важных выводов указанной работы поддается экспериментальной проверке” [45] . В процессе вычислений Эйнштейн предсказывает величину отклонения света, проходящего вблизи Солнца, его гравитационным полем: “Луч света, проходя мимо Солнца, будет отклоняться на 0,83 угловой (дуговой) секунды” [46] .

45

Эйнштейн А. О влиянии силы тяжести на распространение света // Указ. соч.

46

Я привожу цифры из первоначальных расчетов Эйнштейна. Полученные позже данные привели к пересмотру этого значения, и оно возросло до 0,85 дуговой секунды. Но, как мы увидим, позже Эйнштейн исправил свою теорию и показал, что искривление должно быть вдвое большим. Дуговая секунда, или секунда дуги, – это угол, равный 1/3600 градуса. – Прим. авт.