Сергей Иванов - Альберт Эйнштейн

В январе 1902 г. Милева родила дочь Лизерль. Эйнштейн, находившийся в это время в Берне, писал жене: «Я уже так люблю ее, хотя пока еще не знаю!» Но… Альберт предложил в «связи с материальными трудностями» отдать младенца на удочерение в богатую бездетную семью родственников Милевы. Дальнейшая судьба девочки неизвестна. По одним сведениям, она оказалась в детском приюте, по другим – у опекунов. Большинство исследователей уверены, что она умерла в двухлетнем возрасте от скарлатины в семье своей матери. Даже сегодня, когда опубликовано множество архивных материалов, об этом ребенке никто не знает правды.

Финансовое положение оставалось напряженным, хотя постепенно у Альберта появилось несколько временных должностей в разных лицеях. В апреле 1902 г. он писал Гроссману: «Милый Марсель! Когда я вчера нашел твое письмо, оно меня тронуло верностью и человеколюбием, заставившими тебя не забыть старого неудачливого друга. Нелегко было бы найти лучших друзей, чем ты… Не стоит даже говорить, как был бы я счастлив, если бы мне удалось приобрести такой круг деятельности; я приложил бы все старания, чтобы с честью оправдать данные мне рекомендации. Уже три недели нахожусь у родителей, чтобы отсюда добиться места ассистента при каком-нибудь университете. Давно я бы добился места, если бы Вебер не интриговал против меня. Но, невзирая на это, не пропускаю ни одной возможности и не теряю юмора… Бог сотворил осла и дал ему толстую кожу. Сейчас у нас прелестнейшая весна, и весь мир глядит на тебя с такой счастливой улыбкой, что поневоле отбрасываешь всякую хандру. Кроме того, музыкальные встречи оберегают меня от скисания. В отношении науки – задумано несколько прекрасных идей, но их еще следует высиживать…» [4, с. 15].

Наконец благодаря отцу Марселя Гроссмана в июне 1902 г. Эйнштейн получил место технического эксперта 3-го класса в Патентном бюро города Берна. 6 января 1903 г., после смерти отца, он женился на Милеве. В Берне молодожены вели научный образ жизни, обсуждали проблемы философии и физики со своими друзьями – Мишелем Бессо и его женой, Морисом Соловиным и Конрадом Хабичем. Работа в патентном ведомстве не мешала Эйнштейну заниматься теоретической физикой. В 1904 г. Милева родила ему сына, которого назвали Гансом.

Самый удивительный год в жизни Эйнштейна – 1905-й. Из шести опубликованных им статей четыре стали известны во всем мире. В начале года он написал другу Конраду Хабичу: «Я обещаю тебе четыре статьи, первая из которых весьма революционна» [4, с. 21]. Написанная в марте 1905 г., эта первая статья вышла 9 июня 1905 г. Она называлась «Эвристическая точка зрения, касающаяся генерации и трансформации света». В ней Эйнштейн впервые выдвинул теорию о квантовой природе энергии. Он сформулировал невероятное предположение, что и волны имеют квантовую структуру. Так родилась квантовая физика.

Эйнштейн был не первым, кто заговорил о квантах. За пять лет до него, в 1900 г., понятие кванта (или элемента) энергии ввел Макс Планк. Но для него это было всего лишь техническим приемом. Кванты энергии не рассматривались в его системе как физическая реальность, а использовались как некая «промежуточная» условность, помогающая теоретическим рассуждениям, но выпадающая из окончательного результата. О мелких частичках света говорил еще Ньютон, но и в начале XX в. физики не располагали никакими экспериментальными данными, позволяющими верить в их объективное существование. К тому же все оптические явления прекрасно описывались теорией электромагнитных волн, опирающейся на общие уравнения электромагнетизма Максвелла.

В начале 1905 г. Эйнштейн задался вопросом, не приходившим тогда в голову ни теоретикам, ни экспериментаторам: почему материя атомарна (т. е. дискретна), а свет непрерывен? Конфликт непрерывности и дискретности проступает особенно остро, если свет и атомы взаимодействуют, – когда, например, атомы излучают или поглощают свет. Эта ситуация, глубоко прочувствованная и продуманная Эйнштейном, подсказала ему новый неожиданный подход к физической природе света. Он сформулировал его так: когда луч света распространяется в пространстве от точки к точке, его энергия не распределяется непрерывно по возрастающему объему пространства; напротив, она состоит из конечного числа квантов энергии, каждый из которых движется как целое без дробления и затем поглощается (атомом) тоже целиком как некое неделимое целое.

Следующая статья – «Новый метод определения размеров молекул» – была готова в апреле и стала основой диссертации Альберта Эйнштейна. Третья статья посвящалась броуновскому движению, т. е. макроскопическому подтверждению существования атомов. Она была напечатана в журнале «Анналы физики» [2]11 мая и называлась «О движении малых частиц, взвешенных в стационарных жидкостях, требуемом молекулярно-кинетической теории теплоты». Эта статья была дополнена в декабре 1905 г., но опубликована только в 1906 г., с приложением о статистической теории броуновского движения.

Явление движения частиц взвеси (цветочной пыльцы и т. п.) в воде оставалось загадкой с 1820-х гг., когда оно было открыто ботаником Робертом Броуном (или, точнее, Брауном). Эйнштейн первым разгадал природу этого движения: случайные блуждания взвешенных частиц – проявление хаотического теплового движения молекул жидкости. Многократные случайные толчки молекул заставляют частицы перемещаться в беспрерывном неупорядоченном танце. При таком понимании частицы цветочной пыльцы служат «увеличительным стеклом», позволяющим взглянуть на мир движущихся атомов и молекул.

Главный результат теории Эйнштейна – статистический закон перемещения броуновской частицы: расстояние частицы от исходной точки пропорционально корню квадратному из времени, затраченного на перемещение. Этот закон случайных блужданий был выведен молодым ученым из кинетической теории газа (примененной к частицам взвеси) и гидродинамики (примененной к движению частиц в вязкой жидкости). В качестве множителя между смещением частицы и корнем квадратным из времени в этот закон входит комбинация размера взвешенных частиц, коэффициента вязкости жидкости и ее температуры (умноженной на постоянную Больцмана). Тем самым соотношение Эйнштейна устанавливало прямую связь между случайным смещением одной макроскопической частицы и хаотическим тепловым движением огромного множества микроскопических частиц жидкости. В 1908 г. это соотношение было проверено и полностью подтверждено в лабораторных опытах Жана Перрена в Сорбонне. Работы Эйнштейна по броуновскому движению завершили целую эпоху в физике – эпоху становления атомизма. Теорией Эйнштейна и опытами Перрена вопрос о реальности атомов был полностью и окончательно решен.