Чтение онлайн

Вот уже около ста лет многие ученые и социологи пытаются оценить роль выдающихся личностей в развитии науки, особенно в связи с революционными открытиями, Проблема является весьма сложной, и биография Эйнштейна представляет здесь особый интерес, поэтому имеет смысл на этом наглядном примере провести сравнение истории науки и искусства. С одной стороны, представляется очевидным, что если бы природа и история не создали личность, называемую Альбертом Эйнштейном, то все равно позднее кто-то из ученых (в одиночку или с группой коллег) смог бы открыть все предложенные Эйнштейном законы (связанные с релятивистской теорией, броуновским движением и т. п.). С другой стороны, представляется столь же очевидным, что даже без Моцарта классическая музыкальная традиция должна была бы как-то продолжиться, так что моцартовская роль «звена» между поздним Гайдном и ранним Бетховеном досталась бы какому-то другому великому музыканту (возможно, им стал бы тот же Сальери!). Существенное различие между наукой и искусством заключается в том, что такой эрзац-Моцарт, наверняка, не написал бы потрясающую музыку последней сцены «Женитьбы Фигаро», постоянно приводящую слушателей в восторг и умиление, или другие удивительные мелодии, простота и изящество которых заставляют предположить существование в музыке своеобразной «бритвы Оккама», отсекающей всё вульгарное и пошлое. Продолжая аналогию, можно сказать, что теория относительности, представляющая собой шедевр физической мысли, возможно, также показалась бы нам беднее, если бы ее открытие не было связано с юмором, настойчивостью, скромностью, личным обаянием и артистизмом самого Эйнштейна. Признание уникальной роли личности такого масштаба не означает недооценки или отрицания законов истории, поскольку появление ярко одаренных личностей лишь украшает нашу жизнь и ускоряет общий прогресс человечества.

Главными научными достижениями Эйнштейна является предложенная им в 1905 г. специальная теория относительности, а также развитая на ее основе общая теория относительности, опубликованная через десять лет после этого. Краткое содержание этих теорий предлагается ниже, после некоторых дополнительных сведений о жизни и личности самого Эйнштейна.

Альберт Энштейн

Теория относительности Эйнштейна предсказывала искривление лучей света в поле массивных гравитационных объектов, и в 1919 г. представилась очень удобная возможность проверки этой гипотезы во время полного солнечного затмения. Королевское Общество Англии послало несколько специальных экспедиций, осуществивших тщательные измерения. Было установлено, что звезды вблизи солнечного диска действительно «смещаются» в соответствии с предсказаниями теории. Это стало доказательством правильности построений Эйнштейна и сразу принесло ему всемирную славу, так что буквально за пару дней 1919 г. он стал одним из самых известных и популярных людей в мире.

Эйнштейн был и остается не просто знаменитостью, а неким символом интеллектуальной мощи и мудрости, образцом ученого вообще (иногда даже преувеличенным и несколько шуточным). В описаниях газетчиков он быстро приобрел стандартные черты, характеризующие чудаковатого профессора, хотя стоит упомянуть также, что Эйнштейн (со свойственной ему артистичностью) и сам иногда подыгрывал репортерам, делая создаваемый ими образ более колоритным и забавным. Например, он избегал парикмахеров и ходил с лохматой, непричесанной шевелюрой, даже будучи профессором Принстона в 50-х годах. Иногда с серьезным видом он говорил аудитории странные фразы (например, что «расчет подоходного налога представляет для него слишком сложную задачу» и т. п.). Газеты уверяли публику, что из-за немыслимой сложности теории Эйнштейна на всей планете ее понимают лишь семь человек, а введенному им четвертому измерению почти с самого начала все стали придавать какой-то мистический, потусторонний смысл. Разумеется, подавляющая часть публики (как, впрочем, и многие ученые) с удовольствием читала байки о профессоре Эйнштейне и его открытиях, не пытаясь даже понять, о чем идет речь.

На самом деле Эйнштейн был простым и приятным в обращении человеком, умеющим прекрасно объяснять самые сложные физические идеи ясным и наглядным языком. Доказательством этого может служить рассказ гарвардского историка науки И. Б. Коэна о том, как один американский издатель решил выпустить популярную книгу по теории относительности, сочетающую высокий научный уровень с занимательностью и хорошим литературным стилем. На объявленный конкурс было прислано несколько сотен рукописей под псевдонимами, и, как часто бывает в таких случаях, большая часть работ никуда не годилась, так как была написана совершенно некомпетентными в физике людьми или даже просто сумасшедшими. К огорчению издателя, в рукописях серьезных авторов (явно принадлежащих перу профессиональных физиков) теория относительности излагалась скучно и непонятно для широкого круга читателей. Лишь одна, небольшая по объему работа сразу привлекала внимание ясностью мысли, глубиной содержания и остроумным изложением материала (автор даже снабдил текст собственными оригинальными рисунками). К удивлению конкурсной комиссии, автором лучшего научно-популярного рассказа оказался…сам Альберт Эйнштейн.

Эйнштейн любил говорить, что любое описание «должно быть простым, но не переупрощенным». Читателю, желающему всерьез познакомиться с теорией относительности, можно полушутя-полусерьезно посоветовать разделить свое мышление и воспрятие на две части, чтобы одно полушарие восхищалось красотой и глубиной концептуальных идей теории, а второе – могло внимательно следить за ходом решения сложнейших математических уравнений. Сочетание в теории относительности глубокой философской неоднозначности с формулировкой новых физи-ческих проблем и понятий открыло перед наукой и человечеством удивительные перспективы.

В основе специальной теории относительности лежит представление о времени как о четвертом измерении, аналогичном трем пространственным координатам (длине, ширине и высоте), однако в этой концепции не содержится ничего сверхъестественного, и она используется только для описания реальных событий в реальном мире. Три перечисленные выше координаты являются общеизвестными, и мы еще со школы знаем (или просто считаем, что знаем), как они определяют положение тела в пространстве. В соответствии с теорией относительности время также является показателем (координатой) положения тела, однако это проявляется только в очень больших, космических масштабах, а связь (точнее, некое «переплетение») времени и привычного нам трехмерного пространства определяется именно свойствами и законами распространения света.

Рассмотрим, например, следующую фантастическую, но довольно простую для воображения ситуацию. Свет проходит расстояние от Солнца до Земли примерно за 8 минут, так что если в 10.00 по местному времени Солнце (по каким-то космическим причинам) неожиданно «погаснет», то мы узнаем об этом только в 10.08. Соответственно, если бы на Солнце находился при этом какой-то космический наблюдатель-инопланетянин, то он смог бы заметить возникшую на Земле всеобщую панику только в 10.16, по тому же местному времени.

А теперь давайте спросим себя, когда точно погасло Солнце в этой ситуации? Очевидно, что ответ зависит от положения наблюдателя. Для нас событие произошло в 10.08, но с точки зрения гипотетического внешнего наблюдателя мы заметили это только в 10.16 (еще через 8 минут, когда он заметил нашу реакцию). Время события оказывается связанным с моментом регистрации его воздействия или какого-либо проявления, что, в свою очередь, напрямую определяется нашим положением в пространстве.

До Эйнштейна считалось ясным, что время «устроено» линейно, и мы можем всегда отсчитывать его, пользуясь строго калиброванной шкалой событий. Например, раньше можно было считать, что в 1572 г. произошел взрыв так называемой Сверхновой звезды, поскольку это событие было строго научно зарегистрировано великим датским астрономом Тихо Браге. Однако сейчас мы знаем, что это событие произошло миллионы или миллиарды лет назад, а запись Тихо Браге относится лишь к тому моменту времени, когда свет этой чудовищной вспышки достиг поверхности Земли и попал в телескоп. Получается, что для точного определения времени события (по нашим часам) мы должны точно знать расстояние до «места происшествия», так что время обязательно должно включаться в описание физического события, наряду с его пространственными координатами. Именно в этом и состоит эйнштейновская концепция учета времени в качестве четвертой координаты, и она действительно не имеет никакого мистического или фантастического смысла.

В качестве еще одного наглядного примера отсутствия «абсолютного времени» рассмотрим следующую гипотетическую научно-техническую проблему, которая, как будет показано чуть ниже, уже переходит в разряд реальных. Предположим, что в какой-то из близких к нам галактик (например, находящейся всего лишь на расстоянии 100 000 световых лет от Солнца) существует развитая цивилизация, способная создать сверхмощный телескоп, позволяющий наблюдать происходящие на Земле события. Очевидно, что, включив такое устройство, любознательные инопланетяне увидят наше далекое прошлое, т. е. маленькие группы гоминидов вида Homo sapiens, скитающихся по саваннам Восточной Африки. Если инопланетяне сделают видеозапись и вышлют «кассету» потомкам этих первых людей (например, для использования в учебных целях), то даже при очень высокой скорости пересылки (в любом случае она не может превышать скорость света) мы получим кассету чуть позднее 100 000 года. Другими словами, необходимо учитывать, что каждый небесный объект, звезда или целая солнечная система имеет, строго говоря, свое собственно время, а «наше время» правильно и имеет смысл только в «нашем переулке».

Кстати, описанная выше межзвездная пересылка сигналов уже началась, так как в 1974 г. с радиотелескопа на острове Пуэрто-Рико было послано первое простое изображение в направлении огромного звездного скопления, обозначаемого астрономами М13. Оно насчитывает сотни тысяч звездных систем, и если через 21 000 лет на какой-либо из тех планет будет существовать достаточно развитая цивилизация, то она получит наше послание и поймет, что на Земле есть разумные существа. Однако даже если обитатели М13 немедленно отправят ответное «письмо», то мы получим его только еще через 21 тысячу лет. Ситуация для организации переговоров представляется довольно безнадежной, поскольку обмен даже простыми репликами (вопрос – «Эй, есть тут кто-нибудь еще?», ответ – «Да-да, мы здесь!») будет длиться более сорока тысячелетий.

В массовом сознании работа ученого всегда связана с огромными лабораториями, сложными приборами и таинственными экспериментами, поэтому следует особо подчеркнуть, что Эйнштейн практически всю жизнь оставался «чистым» теоретиком. К удивлению (а иногда и к раздражению) многих коллег, он интуитивно находил блестящие решения сложных проблем и уже позднее начинал придумывать различные мысленные эксперименты для их доказательства. При этом психологически интересно, что Эйнштейн не любил (а возможно, не мог) объяснять ход своих рассуждений и развития интуитивных догадок. Многие мысленные эксперименты Эйнштейна, позднее ставшие классическими и общеизвестными, были связаны со сложными физическими и философскими проблемами. С ранней молодости Эйнштейну нравилось придумывать ситуации, возникающие при движении объектов со скоростью света, например воображать путешествия на гребне световой волны или представлять такое путешествие с зеркалом в руках. При этом Эйнштейн был твердо убежден, что эти сложные эксперименты должны быть обязательно представлены и объяснены в рамках здравого смысла (это еще раз свидетельствует, что его поразительные открытия не имеют ничего общего с метафизикой или мистикой).