Общая теория относительности

Наука и жизнь // Иллюстрации

Выдвинутый Эйнштейном принцип постоянства скорости света кажется неочевидным.

Гравитационное поле Солнца отклоняет световой луч. Из-за этого звезда, наблюдаемая вблизи солнечного диска, кажется смещенной на небольшой угол.

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, обращается вокруг нашего светила по очень сильно вытянутой эллиптической орбите.

Густав Роберт Кирхгоф (1824-1887) - немецкий физик.

Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела (то есть полностью поглощающего свет любой частоты) определяется формулой Планка.

Вильгельм Вин (1864-1928) - немецкий физик.

Модель абсолютно черного тела - полость с маленьким отверстием. Свет, прошедший сквозь отверстие, многократно отражается от стенок полости и не выходит наружу.

Доктор физико-математических наук Борис Михайлович Болотовский.

Книга Эрнста Маха "Механика" оказала на молодого Эйнштейна большое влияние. В этой книге Мах подверг критическому анализу многие положения ньютоновской механики. В частности, он отвергал представления Ньютона об абсолютном пространстве и абсолютном времени. Ньютон писал:

"Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью….";

"Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему-либо внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным…";

"Абсолютное движение есть перемещение тела из одного абсолютного его места в другое…".

Другими словами, по Ньютону, существует некоторая выделенная система отсчета и в этой системе координаты тела и показания часов имеют абсолютное значение. Эта система отсчета - главная, а все остальные - вспомогательные.

Мах по этому поводу высказался следующим образом:

"Об абсолютном пространстве и абсолютном времени никто ничего сказать не может; это чисто абстрактные вещи, которые на опыте обнаружены быть не могут. Все наши основные принципы механики представляют собою, как это было уже подробно показано, данные опыта об относительных положениях и движениях тел"; "Для меня вообще существует только относительное движение…".

Мы приводим здесь лишь краткие выдержки, которые, однако, с ясностью показывают мнение Маха. В "Механике" он подробно обосновал свою точку зрения. С полным основанием Маха считают предтечей теории относительности.

Отметим, что труды Маха оказали значительное влияние на развитие физики и философии. Однако его философские и естественно-научные взгляды подверг резкой критике В. И. Ленин, и поэтому книги Маха, и в том числе "Механика", в советское время не издавались. После распада Советского Союза "Механика" и некоторые другие работы Маха были переизданы (впервые они были переведены на русский язык и вышли еще в царской России).

Идею относительности Эйнштейн принял и усвоил из работ Маха. Однажды Эйнштейна спросили, знал ли он про опыт Майкельсона, когда писал свою работу 1905 года по теории относительности. Он ответил, что это был очень красивый опыт, важный для истории физики, но не помнит, знал ли про него в то время. И добавил, что и без этого был убежден в справедливости принципа относительности.

Три работы заложили основы специальной теории относительности: статьи Лоренца 1904 года, Пуанкаре 1905 года (и ее расширенный вариант, напечатанный в 1906 году) и Эйнштейна 1905 года. Но получилось так, что ученый мир воспринял в первую очередь работу Эйнштейна. Выдающийся физик-теоретик Вольфганг Паули в своей книге "Теория относительности", которая была написана в 1921 году (ему был тогда всего 21 год!) и принадлежит к числу лучших и наиболее известных монографий и по общей теории относительности, и по специальной, писал: "Основы новой теории довел до известного завершения Эйнштейн. Его работа 1905 года была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 года. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обеих названных работ, но также, прежде всего, изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы".

В том же 1905 году Эйнштейн опубликовал еще одну работу, посвященную одному очень важному выводу из специальной теории относительности. Он озаглавил ее вопросом: "Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?". Речь в статье шла о связи между массой тела m и содержащейся в нем энергией E. Сравнительно простым путем в этой статье была доказана справедливость равенства E=mc². Эта знаменитая формула, которую часто называют законом эквивалентности массы и энергии, указывает на одну существенную черту теории относительности.

Обычно считается, что механика теории относительности мало отличается от ньютоновской механики до тех пор, пока скорость тел мала по сравнению со скоростью света. Если же скорость тела сравнима со скоростью света, различия между механикой Ньютона и механикой теории относительности становятся настолько велики, что ньютоновской механикой пользоваться уже нельзя. Но между ними имеется все же одно важнейшее различие даже при сколь угодно малых скоростях. В механике Ньютона энергия покоящегося тела массой m равна нулю, а в механике теории относительности энергия покоящегося тела равна mc². Это - огромный запас энергии. В одном грамме вещества сокрыта энергия в миллионы киловатт-часов. И по меньшей мере часть этой колоссальной энергии может быть обращена на пользу человечества.

Для человека, не разобравшегося в теории относительности, многие ее выводы кажутся очень странными. Во всяком случае, они не согласуются со многими правилами, которые нам известны еще со школьных лет и которые мы привыкли считать незыблемыми, само собой разумеющимися. Вот пример: предположим, что по реке плывет плот с человеком. Его скорость равна скорости течения. На берегу тоже стоит человек, и относительно него скорость плота равна скорости течения. К плоту причален катер. Катер отходит от плота и плывет вниз по течению. Человек на плоту определяет скорость катера относительно плота. Таким образом, нам известны две величины - скорость плота относительно берега и скорость катера относительно плота. Как из этих данных определить скорость катера относительно берега? Очень просто - надо сложить скорость течения и скорость катера. Если для скорости течения принять обозначение v_теч, а для скорости катера относительно плота (это то же самое, что скорость катера в стоячей воде) принять обозначение v_кат, то скорость катера относительно берега реки определится суммой v_теч + v_кат. (1)

Теория относительности дает другое выражение для этой величины. Скорость катера относительно берега оказывается равной (2)

Обычно, в наших земных условиях, и скорость течения v_теч, и скорость катера v_кат настолько малы по сравнению со скоростью света, что добавка к единице в знаменателе пренебрежимо мала. Для скоростей малых в сравнении со скоростью света (напомним, что скорость света в вакууме c равна почти 300 000 км/с) формула сложения скоростей (2), которая следует из теории относительности, практически совпадает с привычной для нас формулой (1) - с арифметической суммой скоростей. Но когда скорости движения становятся сравнимы со скоростью света, различие между формулами (1) и (2) становится очень велико.

Рассмотрим такой пример: в лаборатории атомное ядро разогнали до скорости, составляющей девять десятых от скорости света c. Значит, скорость ядра относительно Земли равна 0,9 c. В полете ядро распадается, из него вылетает электрон и летит вперед по направлению движения ядра. Пусть скорость электрона относительно ядра тоже 0,9 c. Как определить скорость электрона относительно Земли? Формула (1), нам понятная и знакомая, говорит, что скорость электрона относительно Земли равна 1,8 c, то есть электрон летит быстрее света на 240 000 км/с. Однако эта формула неприменима в случае столь высоких скоростей. Формула (2), полученная в теории относительности, дает другой результат: скорость электрона относительно Земли равна 298 343 км/с. Это очень много, но все же меньше скорости света. И вообще, сложение скоростей по формуле (2) всегда дает результат, не превышающий скорость света. Скорость материального тела в инерциальной системе координат превысить ее не может.

Еще одно удивительное следствие теории относительности. Предположим, что два межпланетных корабля летят встречными курсами. На каждом из них имеется хронометр. Они совершенно одинаковы, сделаны одним мастером, и скорость их хода тоже одинакова. И вот, когда корабли пролетают один мимо другого, пилот одного из них сравнивает ход своего хронометра с ходом хронометра на встречном корабле и видит, что хронометр на встречном корабле идет медленнее. Движение меняет ход времени!

Из теории относительности вытекал еще ряд необычных предсказаний. Интересно отметить, что в 1905 году, когда появилась работа Эйнштейна, только, может быть, одно или два из них были проверены. Большую часть предсказаний специальной теории относительности подтвердили значительно позднее, в середине ХХ века. Интересно отметить, что в 1915 году, спустя десять лет после создания специальной теории относительности, Эйнштейн сделал следующий шаг и сформулировал общую теорию относительности. Она также давала важные предсказания, например, что световой луч, проходящий мимо массивного тела, должен им отклоняться. Такое отклонение можно было рассматривать и как следствие ньютоновской механики, но она давала в два раза меньший угол отклонения. Измерения, проведенные в 1919 году во время солнечного затмения, подтвердили результат Эйнштейна. Другим следствием общей теории относительнос ти стало объяснение одной особенности в движении планеты Меркурий - поворот его перигелия. Так что можно сказать, что следствия общей теории относительности были проверены и подтверждены раньше, чем следствия специальной теории, созданной десятью годами ранее. Но со временем и все ее следствия тоже получили полное подтверждение.

Правда, первые опыты по проверке специальной теории относительности провели спустя год после ее создания, в 1906 году. Известный немецкий физик Кауфман исследовал движение электронов различной энергии в магнитном поле. Он получил расхождение с формулами теории относительности, и некоторые физики восприняли опыты Кауфмана как ее опровержение. Эйнштейн по этому поводу высказался в том духе, что он не собирается искать ошибки в опытах Кауфмана - всем известна высокая репутация этого исследователя. Однако теория относительности описывает широкий круг явлений, и необходимы дополнительные данные для того, чтобы вынести обоснованное суждение.

Эйнштейн оказался прав. Через много лет в опытах Кауфмана была обнаружена ошибка.

Творческая сила человеческого разума не менее (а нередко и более) важна, чем совокупность данных опыта.

Третья знаменитая работа, опубликованная Эйнштейном в 1905 году, заставила по-новому взглянуть на природу электромагнитного поля и стала важным шагом в становлении и развитии нового физического мировоззрения - квантовой физики. Квантовая физика в то время уже существовала, но мало кто ее понимал. Во всяком случае, квантовое мировоззрение делало тогда свои первые шаги.

Исторически получилось так, что квантовая физика возникла при исследовании излучения, которое испускают нагретые тела.

Квантовая физика

Нагретое тело излучает электромагнитные волны. Это - тепловое излучение, его спектр зависит от температуры тела. Если температура тела составляет несколько десятков градусов Цельсия, тело излучает инфракрасные волны. Человеческий глаз не видит инфракрасное излучение, но его можно почувствовать, если раскрыть ладонь навстречу потоку излучения. Оно будет восприниматься как поток тепла, падающий на ладонь. Если нагреть железный брусок до температуры несколько сотен градусов по Цельсию, он начнет светиться красным светом - говорят, что тело нагрето до красного каления. При дальнейшем росте температуры свечение изменит цвет в сторону более коротких волн - красное каление перейдет в белое. Слова "красное каление", "белое каление" лишь приблизительно описывают излучение нагретых тел. Тело излучает электромагнитные волны широкого спектра. Когда пользуются словами "красное каление", имеют в виду, что излучение нагретого тела в красном участке спектра наиболее заметно, но тело излучает и в других участках спектра, хотя и с меньшей интенсивностью.

В конце XIX столетия выдающиеся физики уделили немало внимания теории теплового излучения, но никому не удалось получить выражение для спектра излучения тела, нагретого до заданной температуры. Важные частные случаи рассмотрели Густав Кирхгоф и Вильгельм Вин, но распределение энергии по всему спектру излучения найти не удавалось. Задачу эту решил в 1900 году Макс Планк.

Планк искал простейшую формулу, которая бы удовлетворительно описывала спектр теплового излучения в тех областях частот, где он был исследован экспериментально и теоретически. И он нашел, не вывел, а именно нашел, подобрал формулу, которая описывала спектр излучения тела, нагретого до температуры Т.

Здесь, однако, нужно оговориться. Найденная Планком формула действительно имела достаточно простой вид. Но отыскать ее оказалось далеко не простым делом. Успех поисков был определен многими факторами - глубокими знаниями Макса Планка, особенно в области термодинамики; знанием состояния дел в физике теплового излучения и замечательной физической интуицией. Мы приведем здесь эту формулу в современных обозначениях. Те читатели, которым она будет непонятна, по крайней мере увидят, что формула достаточно проста.

Рассмотрим излучение нагретого тела на какой-нибудь одной частоте (или, что то же самое, на одной какой-нибудь длине волны). Будем обозначать эту частоту греческой буквой ω (омега). Энергию теплового излучения на частоте ω обозначим W(ω). Формула Планка определяет эту величину W(ω ):

Эта формула описывает энергию теплового излучения на частоте w, заключенную в единице объема. В формулу входят несколько постоянных величин. Из них = 3,14 и c = 3^.10⁸ м/с (скорость света в пустоте) известны, а значения двух других постоянных - k и ћ - предстояло определить, измеряя величину W(ω) при заданной температуре T и при различных значениях частоты ω.

Формула Планка для спектра теплового излучения была проверена на опыте и получила полное подтверждение. Измерения проводили в течение нескольких месяцев после того, как Планк ее вывел. При этом оказалось, что в пределах точности измерений величина k совпадает с постоянной Больцмана k = 1,38^.10^-23 Дж/град. Постоянную ћ также определили по результатам измерений, получив значение 2ћ = h = 6,65^.10^-34 Дж^.с. Коэффициент 2 вводится для удобства использования постоянной Планка в уравнениях как с угловой частотой n, так и с круговой ω, связанных соотношением ω = 2 n. Современное значение h = 6,626^.10^-34 Дж^.с незначительно отличается от найденного более века тому назад. Величины h и ћ получили название "постоянная Планка". Она вошла в науку как символ новой огромной области знаний - квантовой физики, описывающей поведение атомов, молекул, атомных ядер, элементарных частиц… Начало этой области знаний положил Макс Планк. Это мы понимаем теперь, спустя более века после открытия Планка. А в то время постоянная Планка была всего лишь константой в формуле теплового излучения. Ее роль и значение еще предстояло оценить.

У формулы Планка, описывающей тепловое излучение нагретых тел, был один существенный недостаток. Она не выведена из общих физических законов, а скорее угадана, пусть и гениально угадана. Поэтому Планк попытался получить ее, исходя из основных известных в то время законов физики. И оказалось, что, оставаясь в пределах классической физики, он не смог бы этого сделать. Законы классической физики, той физики, которая существовала до открытия формулы Планка, оказались с ней несовместимы. Планку удалось вывести свою формулу только после того, как он сделал предположение, которое выходило за рамки классической физики. Предположение это заключалось в следующем.

В классической физике плотность энергии излучения на заданной частоте могла изменяться непрерывно. Но чтобы получить (вывести) уже найденное (угаданное) выражение для спектра теплового излучения, Планку пришлось предположить, что энергия электромагнитного поля на частоте ω не может изменяться непрерывно, а разделяется на большое число равных долей, имеющих вполне определенную величину. Эта величина оказалась пропорциональна частоте ω, а элементарная доля энергии - ћω, и, следовательно, энергия поля складывалась из целого числа ћω. При этом коэффициент пропорциональности ћ имел вполне определенное значение. Это был тот самый коэффициент ћ, который входил в найденную Планком формулу для спектра теплового излучения.

Другими словами, если формула Планка для теплового излучения справедлива, то энергия электромагнитного поля на частоте ω может изменяться только скачками, причем величина скачка может быть равна ћω, 2ћω, 3ћω и вообще целому числу элементарных скачков ћω.

Первоначально это обстоятельство не привлекло к себе большого внимания. Конечно, пройти мимо такого вывода было невозможно, но никто или почти никто не усмотрел в нем возникновения новой физики. То, что энергия электромагнитного поля состоит из целого числа элементарных долей, величиной ћω каждая, приписывали не электромагнит ному полю, а тому способу вывода формулы для теплового излучения, который был использован Максом Планком. Допускалось, что можно будет найти такой вывод формулы Планка (в справедливости самой формулы уже никто не сомневался), в котором энергия поля будет изменяться привычным образом, непрерывно. Но в 1905 году, спустя пять лет после вывода формулы Планка, появилась статья Альберта Эйнштейна, в которой утверждалось, что элементарная доля энергии электромагнитного поля ћω не вспомогательная величина, введенная при выводе и для вывода формулы Планка. Напротив, такие доли энергии реально существуют и проявляются во многих физических явлениях.

Статья Эйнштейна носила заглавие "Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света". Слово "эвристический" имеет греческое происхождение и означает "наводящий на правильное решение", "способствующий правильному решению". Словом, когда человек высказывает эвристическую точку зрения, он не претендует на то, что эта точка зрения дает решение обсуждаемого вопроса, однако высказанная точка зрения помогает найти решение.

На самом деле в статье Эйнштейна содержалось нечто значительно большее, чем просто эвристическая точка зрения, - не только соображения, помогающие найти правильное решение, но и само правильное решение.

К тому времени (начало ХХ века) теория электромагнитных явлений, созданная Максвеллом тридцатью годами ранее, получила всеобщее признание. Эта теория с высокой точностью описывала излучение электромагнитных волн, их распространение, отражение, преломление и множество других явлений (интерференцию волн, дифракцию и т.д.). Теория Максвелла принимала, что энергия электромагнитного излучения распределена в пространстве сплошным образом и изменяется во времени непрерывно, а не скачками. Эйнштейн в своей статье отметил, что существуют и такие явления, когда энергия поля меняется скачком. Примером служит тепловое излучение: как мы видели, в этом случае энергия поля может изменяться только скачком, на целое число "элементарных квантов" ћω. Эйнштейн во введении к статье указал на целый класс подобных явлений. Он писал:

"Я и в самом деле думаю, что опыты, касающиеся "излучения черного тела", фотолюминесценции, возникновения катодных лучей при освещении ультрафиолетовыми лучами, и других групп явлений, связанных с возникновением и превращением света, лучше объясняются предположением, что энергия света распространяется по пространству дискретно. Согласно этому сделанному здесь предположению, энергия пучка света, вышедшего из некоторой точки, не распределяется непрерывно во все возрастающем объеме, а складывается из некоторого числа локализованных в пространстве неделимых "квантов энергии", поглощаемых или возникающих только целиком.

Ниже я излагаю ход мыслей и факты, натолкнувшие меня на этот путь, в надежде, что предлагаемая здесь точка зрения, возможно, принесет пользу и другим исследователям в их изысканиях".

Слово "квант" Планк впервые использовал при рассмотрении теплового излучения. Он назвал элементарным квантом действия постоянную ћ, входящую в формулу теплового излучения (постоянную Планка, входящую в формулу Планка!). Эйнштейн в своей работе использует название "квант энергии". Вообще слово "квантум" в переводе с немецкого означает "количество". Это слово стало символом дискретного, скачкообразного изменения величин и дало название обширной и важной области знания - квантовой физике.

В работе, о которой идет речь, Эйнштейн рассмотрел высокочастотную часть распределения Планка, то есть такие кванты энергии ћω, которые превосходят по величине энергию теплового движения kT . Как известно, длина волны света и вообще электромагнитных волн обратно пропорциональна частоте. Поэтому высокочастотная часть распределения содержит коротковолновое излучение. В этом пределе формула Планка переходит в найденное ранее распределение Вина. С ростом частоты интенсивность теплового излучения быстро убывает, высокочастотных квантов намного меньше, чем квантов с энергией порядка kT.

Эйнштейн рассмотрел поведение теплового излучения на достаточно высокой частоте ω и показал, что в этом случае излучение ведет себя так, как будто оно состоит из независимых друг от друга квантов энергии величины ћω. Эти кванты энергии как бы образуют идеальный газ, заключенный в том объеме, где рассматривается тепловое излучение.

Получив такой результат, Эйнштейн задался вопросом, сформулированным следующим образом:

"Но если монохроматическое излучение… ведет себя как дискретная среда, состоящая из квантов энергии ћω, напрашивается вопрос, не являются ли и законы возникновения и превращения света такими, как будто свет состоит из подобных же квантов энергии".

Эйнштейн дал на этот вопрос утвердительный ответ: свет частоты ω излучается и поглощается отдельными квантами, имеющими энергию ћω. В подтверждение своей точки зрения он рассмотрел несколько процессов - люминесценцию, фотоэффект, ионизацию газов высокочастотным излучением. Во всех этих процессах происходит поглощение света. В люминесценции свет поглощается молекулой вещества и затем молекула излучает свет другой частоты. В фотоэффекте свет, падающий на поверхность тела, поглощается и поглощенная энергия расходуется на вырывание электронов с поверхности. При облучении газов высокочастотным излучением атомы поглощают свет и поглощенная энергия расходуется на выбивание электронов из атомов. Все эти процессы Эйнштейн рассмотрел, исходя из предположения, что свет поглощается и излучается отдельными квантами, энергия E которых связана с частотой соотношением E = ћω = hυ. Таким путем Эйнштейн объяснил ряд результатов наблюдений, ранее непонятных. Причем не только объяснил их, но и сделал несколько предсказаний, которые еще предстояло проверить.

Одно из этих предсказаний заключалось в определении энергии электронов, выбитых светом при фотоэффекте. Чтобы выбить электрон с поверхности тела, нужно затратить некоторую энергию. Это так называемая работа выхода, имеющая разные значения для разных тел. Обозначим ее через P. Квант энергии ћω падает на поверхность тела, поглощается и передает свою энергию электрону. Если эта энергия меньше работы выхода, электрон остается на поверхности тела. Если же энергия поглощенного кванта превосходит ее, электрон покидает тело, причем максимально возможная энергия выбитого электрона равна ћω - P.

Отметим, что представление о квантах света, которое развивал Эйнштейн, имело своим основанием теорию теплового излучения, и в частности результаты Планка и Вина. Но, рассматривая люминесценцию, фотоэффект и другие физические процессы, вызываемые квантами, Эйнштейн вышел за рамки теплового излучения. В его рассмотрении кванты были частицами электромагнитного поля, причем эти частицы никак не были связаны с тепловым излучением.

Много лет спустя, в 1922 году, Эйнштейн получил Нобелевскую премию "за важные физико-математические исследования, особенно за открытие законов фотоэлектрического эффекта", как было написано в решении Нобелевского комитета. Но значение работы 1905 года далеко не исчерпывается объяснением только фотоэлектрического эффекта. Это был важнейший шаг вперед в развитии квантовой физики.

Следует отметить, что первоначально, в первые годы после появления этой работы, многие выдающиеся физики отнеслись к ней с сомнением, которое держалось довольно долго. Через семь лет после появления работы "Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света", в 1912 году, по инициативе Макса Планка, поддержанной другими выдающимися германскими физиками, было решено избрать Эйнштейна в Берлинскую академию наук и пригласить его в Берлин на должность профессора академии. Это был акт высокого признания, потому что в то время в Берлинской академии наук состояли многие выдающиеся физики. Четверо из них - Макс Планк, Вальтер Нернст, Генрих Рубенс и Эмиль Варбург - написали к выборам в академию записку-представление о достижениях кандидата, которые получили справедливо высокую оценку, однако само представление завершалось следующим образом:

"Подводя итог, можно сказать, что среди больших проблем, которыми так богата современная физика, не существует ни одной, в отношении которой Эйнштейн не занял бы примечательной позиции. То, что он в своих рассуждениях иногда выходит за пределы цели, как, например, в своей гипотезе световых квантов, не следует слишком сильно ставить ему в упрек. Ибо, не решившись пойти на риск, нельзя осуществить истинно нового даже в самом точном естествознании". (Полный текст этой записки в переводе З. Л. Понизовского опубликован в журнале "Наука и жизнь" № 3, за 1979 г., стр. 46. Напомню, что в марте 1979 года отмечалось столетие со дня рождения Эйнштейна.)

Основатель квантовой теории Макс Планк оказался не готов принять следующий важный шаг в ее развитии. Но это никак не отразилось на его высокой оценке творчества Эйнштейна. Эйнштейн был избран в Берлинскую академию и переехал из Швейцарии в Берлин.

А уже в 1913 году идея световых квантов была использована Нильсом Бором в его работе по теории атома водорода.

Аналогичный скептицизм в отношении некоторых работ Эйнштейна проявлял и знаменитый французский математик и физик Анри Пуанкаре. Высоко оценивая и значение проблем, над решением которых Эйнштейн работал, и полученные им результаты, к некоторым из них он относился с сомнением. В своем отзыве, написанном в 1911 году, Пуанкаре писал в частности:

"Я не утверждаю, что все его предсказания выдержат опытную проверку в тот день, когда такая проверка станет возможной. Поскольку он ведет поиски во всех направлениях, следует ожидать, что большинство путей, на которые он вступает, приведут в тупик; но надо надеяться, что хоть одно из указанных им направлений окажется правильным, и этого вполне достаточно. Именно так надо поступать. Задача математической физики заключается именно в том, чтобы ставить вопросы; только опыт может их решить. Будущее покажет со всей очевидностью, как велико значение господина Эйнштейна; тому университету, который сумеет привязать к себе молодого ученого, это бесспорно принесет большую честь".

Пуанкаре не указывает, какие именно пути из выбранных Эйнштейном приведут в тупик. Вполне возможно, что он имел в виду также и гипотезу световых квантов. Это была осторожность зрелого ученого. Будущее, однако, показало, что из всех работ, опубликованных Эйнштейном ко времени написания Пуанкаре своего отзыва, ни одна работа не завела в тупик. Наоборот, благодаря им были открыты новые научные направления первостепенной важности.

Добавим к этому, что Хендрик Антон Лоренц, патриарх теоретической физики, высоко ценил Эйнштейна и, когда пришло время уйти в отставку, пригласил его возглавить свою кафедру в Лейденском университете. И работы Эйнштейна по специальной теории относительности Лоренц тоже высоко ценил, хотя и не соглашался с устранением светоносного эфира из картины мира. Как и в отношениях с другими упомянутыми учеными, это были чисто научные разногласия. Ничего личного в них не было.

Все работы Эйнштейна, опубликованные в 1905 году, несут на себе печать гения. Поражают ясность мысли, четкость изложения, доскональное знание состояния дел в физике. В свое время знаменитый современник Эйнштейна, физик и нобелевский лауреат Макс Борн сказал: "Эйнштейн внес так много нового в физику потому, что он лучше других знал старую физику".

Мария Кюри-Склодовская в отзыве, написанном в 1911 году, в одно время с Пуанкаре, писала:

"Я искренне восхищалась работами, которые были опубликованы г-ном Эйнштейном по вопросам теоретической физики. Думаю, впрочем, что физико-математики единодушно признают, что это работы самого высокого класса. В Брюсселе, на научном конгрессе, в котором участвовал и г-н Эйнштейн, я могла оценить ясность его ума, осведомленность и глубину знаний. Мы знаем, что г-н Эйнштейн еще очень молод, но это и дает нам право возлагать на него самые большие надежды, видеть в нем одного из крупнейших теоретиков будущего".

За недостатком места мы здесь не будем говорить о работах, выполненных Эйнштейном после 1905 года. Скажем только, что самые большие надежды, которые возлагали на него Мария Кюри и ее современники, оправдались в полном объеме. Физика до Эйнштейна и физика после Эйнштейна - это две разные физики.

Эйнштейн и общество 30-х годов

Недостаточно сказать, что Эйнштейн был только великим ученым. Он был также выдающимся общественным деятелем, антифашистом. Свои общественные взгляды он высказал в 1931 году в статье "Каким я вижу мир". Там он, в частности, писал:

"Моим политическим идеалом является демократия. Каждого человека следует уважать как личность, и никого не следует превращать в идола. Ирония судьбы заключается в том, что я сам стал объектом восхищения и почитания со стороны окружающих, хотя в этом нет ни моей заслуги, ни моей вины. Причина, возможно, заключается в желании, для многих недоступном, понять те несколько идей, к которым я со своими скромными силами пришел в неустанной борьбе. Я полностью отдаю себе отчет в том, что для достижения цели, которую поставила себе какая-либо организация, необходимо, чтобы кто-нибудь один планировал, руководил и, вообще, нес ответственность. Но те, кого он ведет, не должны подавляться, они должны быть в состоянии выбирать своего руководителя. Автократическая система подавления, по моему мнению, быстро вырождается. Потому что сила всегда притягивает людей низкого морального уровня, и, по-моему, неизменным законом является то, что на смену великим тиранам приходят подонки. По этой причине я всегда выступал против таких систем, которые мы сегодня видим в Италии и в России".

Эти слова были написаны в 1931 году, когда в Италии господствовала фашистская диктатура Муссолини, а в России - не менее жестокий сталинский режим. В Германии Гитлер еще не пришел к власти. Но когда фашисты встали у руля, Эйнштейн бесстрашно выступил против преступлений нацизма. После нескольких публичных обличений фашизма руководство Берлинской академии наук потребовало от Эйнштейна объяснений. В ответ Эйнштейн заявил о своем выходе из академии. По этому поводу Берлинская академии наук выпустила заявление, в котором были слова: "Прусская Академия наук особенно удручена агитацией Эйнштейна за рубежом, поскольку Академия и ее члены всегда были тесно связаны с Прусским государством, строго воздерживались от всякой политической партизанской деятельности и в то же время всегда подчеркивал и свою верность национальной идее".

На это Эйнштейн ответил: "Я заявляю, что не принимал никакого участия в распространении ложных измышлений, и я должен добавить, что нигде и не встречал никаких ложных измышлений. Как правило, люди повторяют и обсуждают официальные заявления и приказы ответственных членов германского правительства, а также программу уничтожения германских евреев экономическими методами [вскоре гитлеровское государство перешло к их физическому уничтожению. - Б. Б.]".

"Заявления, которые я сделал для печати, были связаны с моими намерениями выйти из Академии и отказаться от прусского гражданства. Причина заключается в том, что я не хочу жить в стране, где нет равенства людей перед законом, нет свободы слова и свободы преподавания".

"Далее я отметил, что при нынешнем положении дел Германия представляет собой государство массового психического расстройства, и сделал некоторые замечания о причинах".

Из тех же соображений Эйнштейн вышел также из Баварской академии наук, где был членом-корреспондентом.

Интересно отметить, что вскоре после окончания Второй мировой войны Берлинская академия предложила Эйнштейну вернуться. Возвращение предполагалось обставить таким образом: академия возвращает Эйнштейну его заявление об отставке, а Эйнштейн возвращает академии посланное ему осуждающее письмо, и после этого все делают вид, что ничего не происходило - ни обмена письмами, ни отставки, и никто никого не исключал. Эйнштейн решительно отказался. Он так и не вернулся в Прусскую академию.

*

Любопытным образом история с выходом Эйнштейна из Прусской академии наук оказалась связанной с судьбой великого нашего правозащитника и физика академика Андрея Дмитриевича Сахарова. Его общественная деятельность неизменно вызывала недовольство самого высокого начальства. А начальство оказывало давление на Российскую академию наук, точнее говоря, на ее руководство. В конце 1970-х годов президент РАН пригласил нескольких известных ученых, чтобы обсудить вопрос, как быть с Сахаровым. В числе приглашенных были лауреаты Нобелевских премий Петр Леонидович Капица и Николай Николаевич Семенов. Президент спросил участников обсуждения:

- Не подумайте, что это решенный вопрос, но если бы был поставлен вопрос об исключении Сахарова из Академии наук, как бы вы к этому отнеслись?

Воцарилось молчание. Затем Семенов сказал:

- Прецедентов таких не было.

На это Капица возразил:

- Что ты говоришь, Коля! Был такой прецедент. Гитлер исключил Эйнштейна из Прусской академии наук.

Вопрос был снят. Можно сказать, что Эйнштейн даже после своей кончины помог Сахарову.

*

Со дня смерти Эйнштейна прошло уже более полувека. За это время опубликовано много материалов о нем и о его научных достижениях. Может быть, самым главным из того, что публикуется в настоящее время, стало полное собрание его трудов.

Эйнштейн умер в 1955 году. После его кончины несколько университетов в Европе, в Соединенных Штатах Америки и в Израиле занялись поиском и систематизацией всех трудов Эйнштейна, переписки с коллегами и т. д. Эта работа продолжалась в течение тридцати лет, а с 1985 года издательство Принстонского университета (Princeton University Press) начало издавать полное собрание трудов Эйнштейна. К настоящему времени вышло десять томов. Надо думать, выйдет их еще немало: в последний том вошли материалы, относящиеся только к 1920 году. Каждый том издается в двух вариантах: в один (назовем его основным) материалы входят на языке оригинала (родным языком Эйнштейна был немецкий, поэтому в нем много материалов на немецком языке). Одновременно издается как бы его дубликат, в котором все материалы приведены в переводе на английский.

В шестидесятые годы в Советском Союзе было издано четырехтомное собрание научных трудов Альберта Эйнштейна, на тот момент самое полное в мире. Но и тогда в него не попали многие материалы, в частности переписка Эйнштейна с рядом ученых, статьи, посвященные различным вопросам общественной жизни, размышления о религии, да и некоторые работы по физике. Все они теперь вошли в принстонское издание.

Новое собрание трудов Эйнштейна содержит бесценный материал и для физиков, и для философов, и для историков науки. Основной том стоит 100-120 долларов, английский дубликат - вдвое дешевле (40-50). Собрание трудов Эйнштейна выходит в годы, когда наука в нашей стране перешла на голодное существование, валюты для приобретения литературы за рубежом почти ни у кого нет, поэтому число библиотек в России, где это собрание имеется, можно сосчитать по пальцам. Было бы вполне оправданно перевести это собрание на русский язык. Но сделать это, скорее всего, не удастся. Все упрется в нехватку денег, хотя Российская академия наук и Министерство образования и науки РФ, думается, выделить средства на такое издание могли бы.

Коротко об авторе

Доктор физико-математических наук Борис Михайлович Болотовский - давний автор журнала "Наука и жизнь" - окончил физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова в 1950 году и вот уже больше полувека работает в теоретическом отделе ФИАНа (Физический институт РАН им. С. И. Вавилова). Автор многих работ по исследованию релятивистских эффектов и теории электромагнитного излучения, Болотовский известен также и как блестящий популяризатор науки. В 1985 году в издательстве "Наука" вышла его книга "Оливер Хевисайд" - биография выдающегося английского исследователя, во многом опередившего свое время и поэтому не оцененного современниками и почти забытого в наши дни. Главы из этой книги были опубликованы в сборнике "Число и мысль" за 1983 год (издательство "Знание").

В заметке ""Пришелец" Хевисайд" (№ 7, 1986 г.) Борис Михайлович рассказал, почему его заинтересовал этот неординарный исследователь. В статье "Подобрано для вас" (№ 6, 1989 г.) дал подробный обзор журнала "Piсked Up For You This Week", который еженедельно выходит в ЦЕРНе (Европейский центр ядерных исследований, Женева). Вклад в борьбу с лженаукой, которую ведет журнал, нашел отражение в статье "Справиться с истиной не так-то легко" (№№ 5, 6, 1992 г.). А об интересных следствиях релятивистских явлений Болотовский рассказал в статье "Относительность за пределами теории относительности" (№ 5, 1995 г.).

Но известен он не только своими научными и научно-популярными работами. Около сорока лет назад вышел сборник научного юмора "Физики шутят", который сразу же приобрел огромную популярность, причем не только среди физиков, и выдержал несколько переизданий. Одним из составителей сборника был Борис Михайлович. А студенты физического факультета МГУ на своем празднике - Дне физика, он же День рождения Архимеда, с воодушевлением поют гимн физфака, "Дубинушку":

Тот, кто физиком стал,
Тот грустить перестал.
На физфаке не жизнь, а малина.
Только в физике соль,
Остальное все ноль.
И филолог, и химик - дубина.

Припев:
Эх, дубинушка, ухнем.
Может, физика сама пойдет.
Подернем, подернем,
Да у-у-хнем!..

И почти никто уже не знает, что эту песню много лет назад сочинил Борис Михайлович Болотовский.

№4, 2006