Чтение онлайн

Оставив в стороне круговороты, завихрения и прочие формальности, необходимо сказать, что уравнения Максвелла содержали удивительное пророчество. Если привести в движение заряд, появится переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление переменного магнитного поля, приводящего к возникновению переменного электрического поля… Открытия Эрстеда и Фарадея связаны между собой: одно неизбежно влечет за собой другое.

Работая с уравнениями, Максвелл пришел к выводу, что распространяющееся движение подчиняется математической модели движения звука или любой другой волны. Ученый смог с точностью вычислить скорость этого движения; она соответствовала частному электромагнитной и электростатической величин заряда и примерно равнялась 300000000 м/сек.

Представьте себе, что он почувствовал, когда сформулированные им дифференциальные уравнения показали, что электромагнитные поля распространяются в форме волн и со скоростью света! Мало кому в этом мире повезло испытать подобное.

Эйнштейн об эмоциях Максвелла, вызванных открытием

Эта величина была не просто цифрой. В 1849 году француз Ипполит Физо (1819-1896) поймал луч света в ловушку зеркального лабиринта и, вооружившись тонким измерительным механизмом, установил скорость света в воздухе. Согласно его данным, она равнялась 314858000 м/сек, но соотечественник Физо, Леон Фуко (1819-1868), уточнил число: 298000000 м/сек. Обычно великие ученые делают свои заявления с большой осторожностью, но, видя совпадение подобного масштаба, Максвелл не мог промолчать: «Скорость поля так близка к скорости света, что, мне кажется, есть серьезные причины сделать вывод: сам свет (включая тепловое излучение и другие виды радиации) обладает электромагнитной природой и распространяется в электромагнитном поле в форме волн, подчиняясь законам электромагнетизма».

Это открытие пробило в научном объяснении мира брешь, сравнимую по размерам с эффектом от появления дарвиновского «Происхождения видов». Наконец все обретало смысл. Действие на расстоянии уступало место полям, в чьих пределах любое изменение распространяется с конечной скоростью в форме волн. Уравнения Максвелла стали одной из первых попыток унифицировать физическую науку: к электричеству и магнетизму, соединенным благодаря Эрстеду, теперь добавлялся и свет. Сближение было неожиданным: свет считался явлением, далеким от вопросов функционирования батарей, проводов и магнитов.

Если понимать свет как волну, то скорость его распространения в вакууме не поддается изменениям, в отличие от самой волны, которую можно растянуть или сжать. Таким образом, мы будем менять размер повторяющегося шаблона, который называется длиной волны, X.

Чем больше X при постоянной скорости распространения, тем ниже частота v, с которой повторяется шаблон. Поэтому X и v – величины обратно зависимые; их отношение выражено в формуле с = X • v, где X измеряется в единицах расстояния, a v – в обратных единицах времени. Если говорить о видимом излучении, то изменение длины волны глаз отмечает как изменение цвета. Если взять фиолетовую волну и начать ее растягивать, то получится синяя, потом зеленая, желтая, оранжевая, красная… и так пока она совсем не исчезнет. То же произойдет и при сжатии. Диапазон волн превышает возможности наших органов зрения и образует два невидимых для нас сектора – инфракрасный и ультрафиолетовый.

Прочтя работу Максвелла, немецкий физик Генрих Герц решил начать охоту на ускользающие электромагнитные волны. Герц доказал, что они действительно были светом – но невидимым: человеческое зрение не может воспринять волны этой длины.

Физики и инженеры быстро освоили уравнения Максвелла, и их практическому применению не мешала предполагаемая уравнениями сложнейшая система круговоротов и вихрей. В конце концов эта система отошла в небытие сама по себе, подобно уже не нужным лесам, разобранным по окончании строительства. Эйнштейн, со свойственным ему лаконизмом, объяснил произошедшее так:

«В течение десятилетий большинство ученых-физиков считали, что должна найтись механическая структура, которая сделала бы теорию Максвелла наглядной. Но провал всех усилий привел к тому, что новое понятие поля было признано неразлагаемым. Другими словами, ученые решили смириться с отсутствием механического основания теории полей».

Понятие поля не только отвечало на вопрос, как может одно тело оказывать воздействие на другое: оно просто было удобным и потому широко использовалось. Однако оно вызвало к жизни новую задачу: можно ли переформулировать теорию тяготения, которая до сих пор опиралась на закон мгновенного действия? И чтобы решить эту задачу, Эйнштейну пришлось изобрести теорию нового образца – общую теорию относительности.

Теоретический авангард науки подготовил почву для позднейших технологических внедрений. За Кулоном, Эрстедом, Ампером, Фарадеем и Максвеллом пришли Маркони, Грэхем Белл, Морзе, Тесла и Эдисон, а также целая толпа коммерсантов, желавших сколотить состояние на научных открытиях. Якоб и Герман Эйнштейны также подошли к электромагнитным полям за своей долей прибыли.

Когда братья открыли в Мюнхене первое дело, все предвещало великолепное будущее. В 1885 году они подписали контракт на обеспечение Октоберфеста (первый раз в истории!) электрическим освещением, в 1891 году приняли участие в международной электротехнической выставке во Франкфурте.

Электротехническая промышленность переживала головокружительный подъем. В десятилетие между 1880 и 1890 годами спрос на новые коммуникации был так велик, что на солидную прибыль могли рассчитывать даже скромные предприниматели. Однако большие немецкие компании постепенно оттеснили семейные предприятия на периферию рынка, а позже изгнали их и оттуда. В 1894 году электротехнический завод Якоба Эйнштейна и К- впервые стал банкротом. Итальянский представитель фирмы, Лоренцо Гарроне, предложил перенести дело в Павию. Пока Герман взвешивал за и против в таком важном решении, горящий энтузиазмом Якоб уже взял билеты на поезд, следующий в Италию.

Семьям братьев-предпринимателей не оставалось ничего другого, как последовать за ними. Герману и Паулине пришлось оставить идиллический дом, утопающий среди деревьев, своих друзей, родственников, музыку родного языка – и сына.

Родители считали, что семейные финансовые трудности не должны помешать учебе Альберта, поэтому оставили его в Мюнхене на попечение дальнего родственника. Юноша получал из Милана полные энтузиазма письма, но отвечал на них телеграфически кратко. Его немногословные послания умалчивали о том, что теперь, без отдушины семейного круга, школьная атмосфера стала невыносимой. А вместе с мрачной перспективой военной службы этого было достаточно, чтобы Альберт чувствовал себя на грани отчаяния и с каждым днем унывал все сильнее.

Репродукция первого электромагнитного генератора, изобретенного Фарадеем. Медный диск вращается между полюсами подковообразного магнита, и вращение вызывает появление в диске электрического тока; так механическая энергия превращается в электрическую.

Рисунки Фарадея, иллюстрирующие поведение железных стружек вблизи одного магнита или нескольких.

Юный Эйнштейн, который в Германии чувствовал себя, как в тюрьме, решил любым путем сбежать из страны. Он раздобыл медицинское свидетельство, подписанное семейным врачом, о том, что ему рекомендуется немедленно воссоединиться с родителями во избежание нервного расстройства. Справка сработала, и директор гимназии освободил Эйнштейна, не входившего в число его любимцев, от учебных обязанностей. Самое трудное было позади: 29 декабря 1894 года Альберта отделяли от Милана только 350 км, которые он решил преодолеть на свой страх и риск. Юноша не собирался возвращаться после новогодних праздников: своим родителям он ясно написал, что больше не сядет за парту Луитпольдовской гимназии.

Это решение поставило под вопрос все будущее Эйнштейна. С одной стороны, с незаконченным средним образованием он не мог рассчитывать на поступление ни в один немецкий вуз. Угроза военной службы делала ситуацию еще более неоднозначной. Любой гражданин Германии, достигший 17 лет и пребывающий вне страны вместо того, чтобы служить на благо отечества, автоматически считался дезертиром.

Проезжая на велосипеде по живописной дороге в Геную и рассматривая Альпы на горизонте, Эйнштейн решил отказаться от немецкого гражданства и начать хлопотать о швейцарском. Отринув идею об участии в семейном предприятии, Альберт собрался поступать в цюрихский Политехникум (Высшее политехническое училище). Этот вариант имел ряд преимуществ: Цюрих не принадлежал Германии, но находился в немецкоязычной зоне Швейцарии, а также славился своим высшим образованием в области физики и математики. Там преподавали такие научные светила эпохи, как Генрих Вебер, Адольф Гурвиц и Герман Минковский.