Сергей Иванов - Альберт Эйнштейн

Четвертая статья, «К электродинамике движущихся тел», наиболее известна в научном сообществе, поскольку она специально посвящена теории относительности. Впервые в истории физической науки, восходящей к Галилею и Ньютону, фундаментальные основы физики ставились под сомнение. Теория Эйнштейна основывалась на двух постулатах: первый – принцип относительности, выдвинутый Галилеем, согласно которому все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Второй – гипотеза о постоянстве скорости света. Проблема в том, что соединение этих двух постулатов приходит в противоречие с классической механикой, применяемой в течение столетий.

Летом 1905 г. Эйнштейн писал Хабичу: «Принцип относительности, связанный с фундаментальными уравнениями Максвелла, приводит к тому, что масса тела есть мера содержания энергии в этом теле…» [4, с. 51]. Через три месяца Эйнштейн представил в «Анналы физики» пятую статью под названием «Зависит ли инерция тела от содержащейся в ней энергии?». В этой статье, ставшей фундаментальной для науки XX в., показано: если тело освобождает некоторое количество энергии E в форме света, его масса уменьшается по формуле E/c 2: речь идет о соотношении между энергией покоя и массой тела. Формула E = mc 2– самая знаменитая формула прошлого века. Эйнштейн даже и представить себе не мог, что через 100 лет молодежь всего мира будет носить майки с его формулой, о ней будут снимать фильмы, ее станут использовать в рекламе.

В мае 1906 г. Эйнштейн возвратился к этой теме и опубликовал вторую статью о гравитации. Во вступительной части он фактически признал приоритет Пуанкаре: «Мы показали, что изменение энергии должно соответствовать эквивалентному изменению массы на величину, равную изменению энергии деленному на квадрат скорости света… Несмотря на то что простое формальное рассмотрение, которое должно быть приведено для доказательства этого утверждения, в основном содержится в работе А. Пуанкаре (1900 г.), мы из соображений наглядности не будем основываться на этой работе» [4, с. 52]. Заслуга Эйнштейна в том, что этот закон, первоначально выведенный лишь для лучистой энергии, он обосновал для всех форм энергии, и это дает полное основание называть знаменитое соотношение его именем.

Эйнштейн заканчивает статью рассуждением, что принцип сохранения массы – часть принципа закона сохранения энергии. Профессор Минковский, преподававший Эйнштейну математику в Политехникуме, обратил внимание на его статью и на одном из семинаров, к большому удивлению собравшихся, воскликнул: «Ах, этот Эйнштейн, всегда пропускавший лекции; я бы никогда не поверил, что он способен на такое!» Новое воззрение на пространство и время, сформулированное в работе Эйнштейна, требовало, по мнению Минковского, существенной доработки в смысле математического оформления. Своим студентам он говорил: «Эйнштейн излагает свою глубокую теорию с математической точки зрения неуклюже – я имею право так говорить, поскольку свое математическое образование он получал в Цюрихе у меня».

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 mc 2. 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.

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.

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.