Читать книгу "Альберт Эйнштейн - Сергей Иванов"

30 апреля 1905 г. Эйнштейн направил в Университет Цюриха текст докторской диссертации на тему «Новое определение размеров молекул». Рецензентами были профессора Кляйнер и Буркхард. 15 января 1906 г. он получил степень доктора наук по физике.

Можно предположить, что появление всех этих материалов вызовет настоящий взрыв в мире физики, но это не так. Позднее Майя Эйнштейн написала в воспоминаниях о брате: «Молодой ученый думал, что публикации в таком известном журнале немедленно привлекут всеобщее внимание. Он был весьма разочарован. Публикация его статей была встречена ледяным молчанием. В последующих номерах журнала не было никаких упоминаний. Профессиональное сообщество ограничилось ожиданием. Некоторое время спустя Эйнштейн получил письмо из Берлина от известного профессора Планка, который просил разъяснений некоторых неясных моментов. После длительного ожидания это было первое указание на то, что его статьи прочитали. Молодой ученый был бесконечно рад тому, что признание его работ получено от одного из самых известных физиков того времени» [4, с. 21].

Многие исследователи биографии Эйнштейна отмечают вклад его жены Милевы в научную деятельность мужа.

В 1907 г. Эйнштейн продолжил работу над принципом эквивалентности энергии и в новой статье написал: «По отношению к энергии масса m эквивалентна энергии mc2. Этот результат имеет исключительное значение…» Затем он задался вопросом, каким образом можно экспериментально доказать эту формулу. Он был абсолютно уверен, что доказательства можно получить только при помощи экспериментов с радиоактивностью. Молодой ученый писал о том, что предполагает в будущем открытие процессов радиоактивного распада, при котором исходная масса атома, преобразованная в различные виды излучений, окажется значительно большей того, что известно об этом атоме. Это было гениальное предвидение. Реакция атомного распада, открытая через 30 лет, полностью подтвердила предположения Эйнштейна.

Наследие Ньютона

Чтобы понять, что же такого революционного представляли идеи, выдвинутые в 1905 г., нужно вкратце вспомнить основные постулаты физики, существовавшие до конца XIX в. Схематично можно выделить два периода. Первый основан на физике Аристотеля и продолжался до Галилея, второй – физика Ньютона, основы которой восходят к учению Галилея.

Физика Аристотеля

По Аристотелю, Вселенная состоит из ряда концентрических хрустальных сфер, движущихся с разными скоростями. Они приводятся в движение крайней сферой неподвижных звезд; в центре Вселенной расположена шарообразная, также неподвижная Земля, вокруг которой по концентрическим окружностям вращаются планеты. Между орбитой Луны и центром Земли (так называемый подлунный мир) находится область беспорядочных неравномерных движений, а все тела в ней состоят из четырех низших элементов: земли, воды, воздуха и огня. Земля, как самый тяжелый элемент, занимает центральное место, над ней последовательно размещаются оболочки – вода, воздух, огонь. Между орбитой Луны и крайней сферой неподвижных звезд (так называемый надлунный мир) расположена область вечных равномерных движений, а сами звезды состоят из пятого элемента – эфира.

Физика и космология Аристотеля вплоть до XVII столетия были официально признаны католической церковью, и любое посягательство на эту теорию считалось подрывом устоев религии. На теории Аристотеля построил свою геоцентрическую гипотезу Птолемей. Согласно теории Птолемея, Вселенная состоит из восьми сфер, по структуре похожих на луковицу: в центре Земля, затем Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и, наконец, последняя сфера – небесный свод, где находятся звезды.

От Коперника до Галилея и Ньютона

В середине XVI в. Николай Коперник, польский астроном и одновременно, каноник собора во Фромборке (рыбачьем городке в устье Вислы), предложил отказаться от геоцентрической системы мира Птолемея в пользу гелиоцентрической системы, согласно которой в центре всего находится Солнце. Вслед за ним Галилей, продолживший борьбу за гелиоцентрическую систему мира, заложил основы экспериментальной физики и вывел принцип относительности, состоящий в том, что все механические процессы и явления протекают одинаково в инерциальных системах отчета.

В XVII в. английский физик и математик Исаак Ньютон вывел три закона, которые легли в основу классической механики. Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Второй закон Ньютона – дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между силой, приложенной к материальной точке, и получающимся в результате ускорением точки. Третий закон Ньютона описывает, как взаимодействуют две материальные точки. Ньютон говорил о едином потоке времени, охватывающем все мироздание. Мы можем повествовать о событиях, происходящих одновременно в одно и то же мгновение во всем бесконечном пространстве.

Представление об одном и том же мгновении во всем мире, о последовательности таких общих для всего мира мгновений, т. е. об абсолютном времени, протекающем везде, и об одновременности отдаленных событий – одно из самых фундаментальных представлений классической физики.

Старое и новое

Классическая механика Ньютона оказалась верна лишь в земных и близких к ним условиях: при скоростях много меньше скорости света, а также размерах, значительно превышающих размеры атомов и молекул, и при расстояниях или условиях, когда скорость распространения гравитации можно считать бесконечной. Но ньютоновские понятия о движении оказались кардинально скорректированы новым, достаточно глубоким применением принципа относительности движения. Время уже не считалось абсолютным и равномерным. Более того, Эйнштейн изменил фундаментальные взгляды на время и пространство. Согласно теории относительности, время необходимо воспринимать как почти равноправную составляющую (координату) пространства-времени, участвующую в преобразованиях координат при изменении системы отсчета вместе с обычными пространственными координатами, подобно тому, как преобразуются все три пространственные координаты при повороте осей обычной трехмерной системы координат.

Основная деятельность Эйнштейна и главное содержание его жизни после появления специальной теории относительности заключались в поисках более общей теории. Эйнштейн считал искусственным выделение равномерно и прямолинейно движущихся систем из числа других. В равномерно и прямолинейно движущихся системах механические процессы происходят единообразно и не зависят от движения системы. В системах, движущихся с ускорением, механические процессы происходят не единообразно, они зависят от ускорения, ускорение вызывает в этих системах силы инерции, которые нельзя объяснить взаимодействием сил и которые свидетельствуют о движении системы, придавая этому движению абсолютный характер. Поэтому принцип относительности Галилея – Ньютона применим только к системам, движущимся прямолинейно и равномерно.

Специальная теория относительности утверждает: в инерциальных системах не только механические, но и все физические процессы происходят единообразно. Но дело по-прежнему ограничивается только инерциальными системами. Ускорение вызывает нарушение единообразного хода процессов в системе. Так демонстрируется абсолютный смысл: можно ли представить события в ускоренных системах не нарушающими принципа относительности, т. е. не дающими абсолютных критериев движения? Можно ли обобщить принцип относительности, полностью доказанный для инерциальных систем, на ускоренные системы?