Александр Фомин - 10 гениев науки

Эйнштейн же в этом отношении был прямой противоположностью Планка. Авторитетов для него не существовало. 17 марта 1905 года ученый послал в редакцию «Annalen der Physik» статью «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света». Это и была та самая «революционная» статья, о которой он писал другу. В начале статьи Эйнштейн указал на то, что ученые с разных позиций рассматривают материю и излучение. Он математически доказал, что такое несоответствие должно привести к непреодолимым противоречиям. Дальше Эйнштейн рассуждал в рамках, казалось бы, странной для его времени рабочей гипотезы корпускулярной природы света. Он высказал мысль о том, что поглощение света происходит такими же порциями, как и, по Планку, его выделение. Дальше следовал вывод: «однородный свет состоит из зерен энергии (световых квантов), <���…> несущихся в пустом пространстве со скоростью света». Таким образом ученый ввел понятие фотона — светового кванта. Такой подход позволил объяснить сразу несколько явлений, не укладывавшихся в рамки волновой теории света. С помощью фотонной теории Эйнштейн рассмотрел и объяснил закономерности фотоэффекта — высвобождения электронов под действием света, флуоресценцию, фотоионизацию. 26-летний ученый-аматор фактически создал квантовую теорию света, одну из базовых теорий современной физики. Через 16 лет именно за эту работу Эйнштейн получил Нобелевскую премию.

Ну и, наконец, перейдем к рассказу о четвертой статье 1905 года. 30 июня 1905 года статья «К электродинамике движущихся тел», 30 страниц печатного текста, уже была в редакции «Annalen der Physik». Таким образом, со времени окончания работы «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света» прошло всего три с половиной месяца. Работа «К электродинамике движущихся тел» излагала специальную теорию относительности. Поскольку именно теория относительности принесла Эйнштейну наибольшую известность, остановимся на ней подробнее.

Приступая к разговору о теории относительности, нам придется сделать небольшой обзор предпосылок ее появления. Со времен Ньютона в науке господствовали представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени. Вот как определял их Ньютон:

«Абсолютное пространство остается в силу своей природы и безотносительно к какому-либо внешнему предмету всегда одинаковым и неподвижным».

«Абсолютное, истинное и математическое время течет само по себе и в силу своей природы равномерно и безотносительно к какому-либо внешнему предмету».

Можно смело сказать, что такая точка зрения вполне отвечает нашим бытовым представлениям о времени и пространстве. Теперь обратимся к другому вопросу, казалось бы, мало связанному с предыдущими утверждениями знаменитого англичанина. Речь вновь пойдет о свете и его природе. Согласно волновой гипотезе, свет представляет собой волны, распространяющиеся в особой среде — световом (светоносном) эфире. Считалось, что эфир проникает во все тела и вещества, но не перемещается вместе с ними.

В 1860-х годах английский физик Джеймс Клерк Максвелл вывел уравнения, описывающие электромагнитные явления в средах и вакууме. Одним из важнейших следствий этих уравнений стала конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Эта конечная скорость оказалась равна приблизительно 300000 км/с, то есть скорости света в вакууме.

Теперь осталось связать эти два представления между собой. Поскольку гипотетический эфир не участвует в движении тел, значит, он находится в состоянии абсолютного покоя, а следовательно, и является олицетворением абсолютного пространства, относительно которого движутся все тела. Значит, и Земля движется относительно эфира. И движется, согласно законам планетарной механики, с большой скоростью. Следовательно, скорость световых волн, движущихся параллельно движению Земли, должна отличаться от скорости световых волн, движущихся перпендикулярно ему. Такой гипотетический эффект назвали «эфирным ветром». Еще в начале XIX века совершались попытки экспериментально обнаружить эфирный ветер. Сделать этого не удалось, как тогда казалось, из-за недостаточного качества приборов. Но в 1888 году американский физик Альберт Майкельсон провел более точный эксперимент и. тоже не обнаружил эффекта эфирного ветра, а точнее, доказал его отсутствие. Ирландец Джон Фитцджеральд, а вслед за ним голландец Хенрик Антон Лоренц попытались спасти гипотезу эфира, предположив, что быстро движущиеся тела уменьшаются в направлении движения. К 1904 году Лоренц, для того чтобы уничтожить противоречия между уравнениями Максвелла и результатами опыта Майкельсона, разработал математический аппарат, позволяющий решить проблему, отталкиваясь от данного предположения. В основе этого решения лежали преобразования системы координат и времени какого-либо события при переходе от одной системы отсчета в другую. Позже эти преобразования были названы по имени их автора. Однако Лоренц не решился опровергнуть закон о сложении перемещений и скоростей, лежащий в основе ньютоновской физики. Поэтому он попытался ввести в свои расчеты силы, вызывающие сокращение быстро движущихся тел.

Теперь вернемся назад, в еще доньютоновские времена. Как мы уже писали, на рубеже XVI–XVII веков Галилео Галилей сформулировал принцип относительности движения. На этот принцип, как на следствие своих законов, указывал и Ньютон. Француз Анри Пуанкаре обобщил этот принцип, распространив его не только на движение, но и на другие физические процессы. Сначала, в 1899 году, Пуанкаре сформулировал принцип относительности в качестве рабочей гипотезы, а затем, в 1904 году, — в качестве предположения. В 1905 году, почти одновременно с Эйнштейном, Пуанкаре отправил в научные журналы две статьи под одинаковым названием «О динамике электрона». В первой из них он исправил ошибку, допущенную Лоренцом, а во второй развил математические следствия принципа относительности. И о Лоренце, и о Пуанкаре часто пишут, что они близко подошли к созданию теории относительности. Но, наверное, правильнее будет сказать, что эти ученые рассматривали свою деятельность, как некое физико-математическое моделирование. Чтобы воспринять теорию относительности как физическую реальность, требовался менее консервативный и более смелый человек. Им и стал Эйнштейн. Писатель Чарлз Перси Сноу в своей книге «Эйнштейн» писал: «...статья излагала специальную теорию относительности, соединявшую в одно целое материю, пространство и время.

В этой статье не было ни цитат, ни ссылок на авторитеты. Да и остальные статьи написаны в такой манере, которая не походила на работы других физиков-теоретиков. В эйнштейновских статьях было мало математических расчетов и много логического анализа. Приводимые в статьях доводы выглядели несокрушимыми, а выводы — совершенно невероятные выводы! — казалось, возникали с величайшей легкостью. К этим выводам он пришел, пользуясь силой и логикой своей мысли, не прислушиваясь к мнению других. Это кажется поразительным, но именно так и создавалась большая часть его трудов.