ЭЙНШТЕЙН АЛЬБЕРТ (1879-1955)

ЭЙНШТЕЙН АЛЬБЕРТ (1879-1955)

ЭЙНШТЕЙН АЛЬБЕРТ (1879-1955)

Детство и юность.

Альберт Эйнштейн родился в 1879 году в немецком городе Ульм, в семье коммерсанта. Родители Альберта были обеспокоены его поздним развитием: мальчик начал говорить только в 3 года. Да и потом, в юношеские годы развитие будущего гения казалось замедленным. Сам Эйнштейн, уже став великим ученым, рассказывал, что он задумывался над «простыми» вопросами мироздания тогда, когда многие его сверстники уже «переросли» эти «детские» вопросы. Огромное впечатление на мальчика произвел, например, компас: как завороженный, следил Альберт за тем, как стрелка компаса неизменно указывает одно и то же направление. Способность удивляться осталась у Эйнштейна на всю жизнь. Сам он говорил впоследствии, что это - главная его способность.

Большое внимание развитию юного Альберта уделял его дядя Якоб. «Я помню, что теорема Пифагора была показана мне дядей еще до того, как в мои руки попала священная книжечка по геометрии», - вспоминал Эйнштейн. Часто дядя задавал мальчику математические задачи, и тот «испытывал подлинное счастье, когда справлялся с ними».

И в школе, и в гимназии Альберт пользовался не самой лучшей репутацией: школьным урокам он предпочитал самостоятельные занятия. В особенности привлекали его геометрия и популярные книги по естествознанию, и вскоре в точных науках он далеко опередил своих сверстников. К 16 годам Эйнштейн овладел основами математики, включая дифференциальное и интегральное исчисления.

Чтение научно-популярных книг породило у юного Альберта, по его собственному выражению, «прямо-таки фантастическое свободомыслие». Немецкий ученый М. Борн, бывший близким другом Эйнштейна, писал: «Уже в ранние годы Эйнштейн показал неукротимую волю к независимости. Он ненавидел игру в солдаты, потому что это означало насилие». Позже Эйнштейн говорил, что людям, которым доставляет удовольствие маршировать под звуки марша, головной мозг достался зря: они вполне могли бы довольствоваться одним спинным.

В 1895 году, не закончив гимназию, шестнадцатилетний Эйнштейн делает попытку поступить в Цюрихский политехникум (Швейцария), считавшийся одним из лучших учебных заведений того времени. Для поступления в Политехникум не требовалось свидетельства об окончании средней школы, но надо было успешно сдать вступительные экзамены. Альберт блестяще сдает экзамены по математике, физике и химии, но так же «блестяще» проваливается на экзаменах по языкам и истории. К счастью, ректор Политехникума заметил незаурядные математические способности Эйнштейна и предложил ему подготовиться для поступления в кантональной школе городка Аарау (в 20 милях от Цюриха), которая в то время считалась одной из лучших в Щвейцарии. Успешно сдав выпускные экзамены в этой школе, Эйнштейн в 1896 году становится студентом Цюрихского политехникума.

Как студент Эйнштейн оставил о себе далеко не лучшие воспоминания у преподавателей Политехникума, среди которых были выдающиеся ученые. Например, кафедру физики возглавлял профессор В. Г. Вебер, в честь которого была названа единица магнитного потока. Вебер вначале очень хорошо принял Эйнштейна, но в дальнейшем отношения между ними осложнились. Главной причиной этого было несовпадение научных взглядов. Вебер не принимал теории Максвелла, представлений о поле и придерживался концепции дальнодействия. Эйнштейн же глубоко изучал труды Максвелла и был сторонником теории близкодействия, согласно которой тела взаимодействуют посредством поля. Альберт много времени проводил в физической лаборатории и уже в студенческие годы придумал опыты, которые могли бы стать классическими, но, увы, они не могли быть поставлены в Политехникуме… «Вы умный малый, Эйнштейн, очень умный, но у вас есть большой недостаток - вы не терпите замечаний», - сказал ему как-то Вебер. Видимо, и сам профессор был не слишком терпим к замечаниям…

Математику в Политехникуме преподавал превосходный математик Герман Минковский: именно он впоследствии придал специальной теории относительности Эйнштейна законченную математическую форму. Интересно, что сам Минковский не мог даже допустить, что создатель теории относительности - его бывший студент: Минковский был уверен, что физик Эйнштейн - просто однофамилиц когда-то учившегося в Политехникуме студента с весьма скромными успехами по математике.

«Патентный служка» становится великим ученым

После окончания Политехникума Эйнштейн в течение двух лет не мог найти работу. В немалой степени этому способствовала далеко не лучшая репутация, которую он приобрел в глазах преподавателей Политехникума. Будущий великий ученый перебивался случайными заработками, давая частные уроки.

В 1902 году Эйнштейну посчастливилось занять по рекомендации друзей скромное место технического эксперта в Швейцарском патентном бюро в Берне. Мы написали «посчастливилось», потому что сам Эйнштейн считал 7 лет, проведенных в патентном бюро, самым счастливым и плодотворным периодом своей жизни.

Должность «патентного служки», как называл ее сам Эйнштейн, постоянно занимала его ум различными научными и техническими вопросами, однако оставляла достаточно времени для самостоятельной творческой работы. И, как ни странно - для занятий музыкой: Эйнштейн с увлечением играл на скрипке в любительских ансамблях.

Поразительно, что в течение всего трех лет оторванный от большого научного мира (бурно развивавшегося в то время), работающий в одиночку «патентный служка» стал величайшим физиком планеты, получив результаты в различных областях физики. Работы Эйнштейна изменили облик современной физики и принесли ему мировую славу.

Рядом с этим «великим затворничеством» Эйнштейна можно поставить, пожалуй, только три года, проведенные (в таком же возрасте!) Исааком Ньютоном в свой деревне во время поразившей Англию чумы. Напомним, что тогда именно за эти три года молодой Ньютон «заложил основы» великих открытий, обессмертивших его имя и ставших основой классической физики.

В 1905 году в журнале «Анналы физики» выходят три статьи молодого, еще никому не известного Эйнштейна.

Первая из этих статей была посвящена теории броуновского движения. Эйнштейн показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует количественное соотношение, которое можно проверить экспериментально. Закон броуновского движения Эйнштейна был подтвержден в 1908 году французским физиком Ж. Перреном. Это доказало правильность представления о том, что теплота есть форма энергии неупорядоченного движения молекул и подтверждало атомистическую гипотезу. Предложенный Эйнштейном метод позволил определить размеры молекул.

Вторая статья называлась «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». В этой работе Эйнштейн развивал гипотезу, выдвинутую в 1900 году немецким физиком М. Планком о квантах энергии. Но Эйнштейн пошел дальше и выдвинул предположение, что «однородный свет состоит из зерен энергии (световых квантов),... несущихся в пустом пространстве со скоростью света». Это позволило просто объяснить фотоэффект - выбивание электронов из металла световыми лучами, явление, обнаруженное в 1886 году немецким физиком Г. Герцем и необъяснимое в рамки волновой теории света. Гипотеза световых квантов составила целую эпоху в науке: без нее не могли бы появиться ни знаменитая модель атома Н. Бора (1913 год), ни гипотеза «волн материи» Луи де Бройля (1924 год). Работы Эйнштейна, посвященные квантовой теории света, были удостоены в 1921 году Нобелевской премии.

При всем огромном научном значении упомянутых двух работ, третья работа Эйнштейна 1905 года по своему значению намного превзошла их: в этой, третьей, работе была изложена ставшая впоследствии знаменитой специальная теория относительности. Называлась эта выдающаяся работа весьма скромно: «К электродинамике движущихся тел».

Эта работа знаменовала собой итог десятилетних упорных размышлений: еще в юности Эйнштейн пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы он «оседлал световую волну». Эйнштейн отказался от концепции эфира, что позволило расширить принцип относительности на все физические явления, а не только механические. Благодаря этому принцип относительности Галилея стал частным случаем более общего принципа относительности, сформулированного Эйнштейном. Согласно этому принципу, все физические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета по одним и тем же законам.

Чтобы построить непротиворечивую физическую теорию, Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат приводит к полученным ранее голландским физиком Х. Лоренцем формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн же понял реальность этих преобразований, в частности, реальность относительности одновременности, согласно которому два события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, в другой инерциальной системе уже не будут одновременными.

Это привело к отказу от представления об абсолютности пространства и времени и установлению новых пространственно-временных представлений (относительность длины, времени, одновременности событий). Упоминавшийся уже Минковский, создавший математическую основу теории относительности, высказал мысль, что пространство и время должны рассматриваться как единое целое (обобщение евклидова пространства, в котором роль четвертого измерения играет время).

Одним из важнейших следствий теории относительности стало знаменитое соотношение между массой и энергией: ЭЙНШТЕЙН АЛЬБЕРТ (1879-1955) Эта формула Эйнштейна трактуется иногда как «превращение» массы в энергию и лежит в основе всей ядерной физики.

Самое великое из всех его великих открытий.

Однако признание приходит к автору великих открытий далеко не сразу: проходит целых 4 года, прежде чем «патентный служка» получает приглашение на должность экстраординарного профессора (аналог доцента) Цюрихского университета. Здесь Эйнштейн преподавал три семестра, затем последовало приглашение на кафедру теоретической физики Немецкого университета в Праге. В 1912 году Эйнштейн возвратился в Цюрих, где занял кафедру в «родном» Политехникуме, но уже в 1914 году принял приглашение переехать в Берлин в качестве профессора Берлинского университета и одновременно директора Института физики.

В это время Эйнштейн уже работал над своим главным научным достижением - общей теорией относительности. В соавторстве со своим студенческим товарищем математиком М. Гроссманом в 1912 году Эйнштейн пишет статью «Набросок обобщенной теории относительности». Окончательная формулировка теории датируется 1915 годом. Эта теория, по мнению многих ученых, является самой красивой за всю историю физики. Эйнштейну удалось найти принципиально новый подход к решению проблемы, поставленной еще И. Ньютоном: каков механизм передачи гравитационного взаимодействия между телами и что является переносчиком этого взаимодействия.

Ответ, предложенный Эйнштейном, был ошеломляюще неожиданным: в роли такого посредника выступала сама «геометрия» пространства - времени. Любое массивное тело, по Эйнштейну, «искривляет» пространство, то есть делает его геометрические свойства иными, чем в геометрии Евклида, и любое другое тело, движущееся в таком «искривленном» пространстве, испытывает воздействие первого тела. Например, орбиты планет определяются искривлением пространства, обусловленным массой Солнца, и характеризуют это искривление.

Для проверки общей теории относительности Эйнштейн указал на три возможных эффекта. Первый состоит в дополнительном вращении или смещении перигелия Меркурия, открытом французским астрономом Леверье. Оно заключается в том, что ближайшая к Солнцу точка эллиптической орбиты Меркурия смещается за 1 тысячу лет на 43 дуговые секунды. Теория Эйнштейна объясняет это изменением структуры пространства, вызванным Солнцем. Второй эффект состоит в искривлении световых лучей в поле тяготения Солнца. Это было подтверждено в 1919 году астрономическими наблюдениями во время полного солнечного затмения. Третий эффект - релятивистское «красное смещение». Оно заключается в том, что спектральные линии света, испускаемого очень плотными звездами, смещены в «красную» сторону, т.е. в сторону больших длин волн, по сравнению с их положением в спектрах тех же молекул, находящихся в земных условиях. Смещение объясняется тем, что сильное гравитационное воздействие уменьшает частоту колебаний световых лучей. Красное смещение было проверено на спутнике Сириуса - звезды с очень большой плотностью, а затем и на других звездах - белых карликах.

Одним из первых, кто творчески продолжил космологические идеи Эйнштейна, был советский математик А.Фридман. Исходя из эйнштейновских уравнений, он в 1922 году выдвинул идею нестационарной Вселенной. В дальнейшем модель Фридмана получила подтверждение в наблюдениях американского астронома Э. Хаббла, который обнаружил разбегание галактик.

«Бог не играет в кости»

В 1916-1917 годах вышли работы Эйнштейна, посвященные квантовой теории излучения. В них он предсказал явление вынужденного излучения, которое лежит в основе современной лазерной техники.

Середина 1920-х годов ознаменовалась созданием квантовой механики. Несмотря на то, что идеи Эйнштейна во многом способствовали ее становлению, обнаружились значительные расхождения между ним и другими учеными - прежде всего Н. Бором, М. Борном и В. Гейзенбергом. Эйнштейн не мог примириться с тем, что закономерности микромира носят лишь вероятностный характер (он говорил, что не верит «в Бога, играющего в кости»). Эйнштейн до конца своих дней считал квантовую механику «временной теорией», к которой приходится прибегать, пока не удалось получить полного описания реальности.

Начиная со второй половины 1920-х годов Эйнштейн уделял много времени и сил разработке «единой теории поля», которая должна была объединить электромагнитное и гравитационное поля на общей математической основе. Достигнуть этой цели ему не удалось, но многие выдвинутые им идеи и сегодня представляют интерес для ученых.

Травля ученого.

Между тем политическая ситуация в Германии становилась все более напряженной. К началу 1920 годов относятся первые организованные выходки против ученого. В феврале реакционно настроенные студенты вынудили Эйнштейна прервать лекцию в Берлинском университете и покинуть аудиторию. Вскоре началась планомерная кампания против создателя теории относительности. Ею руководила группа антисемитов, которая выступала под вывеской «Рабочее объединение немецких естествоиспытателей для сохранения чистой науки». В августе 1920 года «Рабочее объединение» организовало в зале Берлинской филармонии демонстрацию против теории относительности. Вскоре в одной из газет появился призыв к убийству ученого, а спустя несколько дней в немецкой прессе были напечатаны сообщения, что Эйнштейн, оскорбленный травлей, намеревается покинуть Германию. Ученому была предложена кафедра в голландском университетском городе Лейдене, но он отказался, решив, что отъезд был бы предательством по отношению к тем немецким коллегам, которые его самоотверженно защищали.

В начале 1933 года, когда Эйнштейн находился в США, он узнал, что его дом разрушен, а сам он заочно приговорен к смерти как еврей. Он заявил о своем выходе из Прусской Академии наук и отказался от немецкого гражданства.

Ученый старался любыми доступными ему средствами противодействовать фашизму. Его очень беспокоило развитие политической ситуации в Германии. Эйнштейн опасался, что после открытия деления ядра у Гитлера появится атомное оружие. Тревожась за судьбу мира, Эйнштейн направил президенту США Ф.Рузвельту свое знаменитое письмо, следствием которого было начало работ по созданию атомного оружия. Эйнштейн не предполагал тогда, что атомные бомбы, основанные на использовании его знаменитой формулы, будут сброшены американскими самолетами на японские города Хиросима и Нагасаки.

Ему нравились музыка и парусный спорт.

После окончания Второй мировой войны Эйнштейн стал горячим сторонником разоружения. На торжественном заседании сессии ООН в Нью-Йорке в 1947 году он заявил об ответственности ученых за судьбы мира, а в 1948 году выступил с обращением, в котором призывал запретить все виды оружия массового поражения. Запрещение ядерного оружия и борьба против пропаганды войны занимали Эйнштейна в последние годы его жизни не меньше, чем физика.

В заключение несколько слов об Эйнштейне как о человеке. Его знали как физика с мировым именем, но для всех он был скромным, приветливым и несколько эксцентричным человеком, с которым можно было столкнуться прямо на улице. В часы досуга он любил музицировать. Начав учиться игре на скрипке в шесть лет, Эйнштейн продолжал играть всю жизнь, иногда в ансамбле с другими физиками. Ему нравился парусный спорт, который, как он полагал, необыкновенно способствует размышлениям над физическими проблемами.

Умер Эйнштейн в Принстоне (США) 18 апреля 1955 года. Его прах был развеян друзьями в месте, которое должно навсегда остаться неизвестным.



Рассказы об ученых по физике.