Сергей Иванов - Альберт Эйнштейн

Никто не сможет сказать, что является причиной процессов, происходящих в кабине: ее ускоренное движение или действующие на нее силы тяготения. Этот пример иллюстрирует принцип эквивалентности (так Эйнштейн назвал неразличимость динамических эффектов ускорения и тяготения). Из принципа эквивалентности следует, что ускоренное движение не имеет абсолютного критерия: внутренние эффекты, вызванные ускорением, можно приписать тяготению.

Чтобы распространить на ускоренные движения сформулированную в 1905 г. специальную теорию относительности, нужно было показать, что за счет тяготения могут быть отнесены не только динамические эффекты движения, но и оптические явления. Речь идет о следующем. Представим себе, что кабину лифта пересекает поперечный луч света. Он входит в одно окошечко и выходит в другое. Если кабина движется с ускорением, луч сдвинется в сторону, обратную движению кабины. В случае если кабина неподвижна и находится в поле тяготения, то свет не сдвинется и продемонстрирует различие между физическими эффектами ускорения и тяготения и абсолютный характер ускоренного движения. Это произойдет, если свет не обладает гравитационной массой. Если же свет обладает гравитационной массой, иными словами, если он подвержен действию поля тяготения, то под действием этих сил он испытывает ускорение. Чтобы допустить такое ускорение, нужно отказаться от основного постулата специальной теории относительности – постоянства скорости света.

Эйнштейн сделал это. Он ограничил специальную теорию относительности (построенную на принципе постоянства скорости света) областями, где гравитационными силами можно пренебречь. Зато он распространил принцип относительности, лежащий в основе специальной теории, на все движущиеся системы. Вывод о тяжести света, о наличии у света гравитационной массы можно было проверить наблюдением.

Исходные идеи теории относительности были выведены из очень общих посылок – из пропорциональности инертной и тяжелой масс. В классической механике эта пропорциональность была необъяснимой особенностью гравитационных полей, ведь в случае других полей, например электрических, подобной пропорциональности не наблюдалось. Общая теория относительности включила ее в систему связанных друг с другом закономерностей, в единую схему мироздания. Тем самым картина мира приблизилась к «внутреннему совершенству». Такую же роль сыграла ликвидация произвольного для «классического идеала» ограничения относительности инерциальными системами. В части «внешнего оправдания» она столкнулась, сначала теоретически, а потом и реально, с новым фактом – тяжестью света. Этот факт означал, что не только механические, но и оптические процессы в движущихся с ускорением системах подчиняются принципу относительности. Отсюда следует, что обобщению подвергается не классический принцип относительности, а теория, предложенная Эйнштейном в 1905 г., что на все движения распространяются парадоксальные пространственно-временные соотношения.

Наконец в 1907 г. Эйнштейн постепенно начал обретать известность. Летом того же года Макс Планк проводил отпуск в окрестностях Берна и решил навестить молодого физика, о чем и написал ему: «Я рад тому, что, возможно, в скором времени буду иметь радость познакомиться с вами, – и далее добавил: – Поскольку приверженцы теории относительности составляют столь узкий круг, им тем более необходимо быть в согласии друг с другом» [4, с. 21, 22]. Планк в некотором роде представлял собой центр этого круга.

По просьбе Иоганна Штарка Эйнштейн написал подробную статью о теории относительности. В конце 1907 г. молодой ученый решил получить место приват-доцента в Бернском университете и отправил статью о теории относительности в качестве вводной лекции, необходимой для вступления в должность. Но его не приняли. Эйнштейн предпринял вторую попытку в феврале 1908 г. и на этот раз получил работу в качестве внештатного преподавателя. В том же году его сестра Майя защитила диссертацию по романским языкам в том же Бернском университете.

У молодых супругов жизнь стала налаживаться, но Альберт хотел большего. Возможность представилась в 1909 г., когда в Университете Цюриха ввели должность доцента по теоретической физике. Совет университета отдавал предпочтение Фридриху Адлеру, другу Эйнштейна, но Адлер снял свою кандидатуру в пользу Альберта. Итак, 7 мая 1909 г. Эйнштейн был избран на эту должность в возрасте 30 лет.

В марте 1910 г. его сестра Майя вышла замуж за Поля Винтелера. В том же году у Альберта и Милевы родился второй сын, Эдуард, которого они всегда звали Теде. Он был нежным и добрым ребенком, с несомненным артистическим талантом. К несчастью, с самого детства у Теде обнаружились некоторые отклонения в поведении, а с 1929 г. он регулярно наблюдался в психиатрической клинике Бургольцли в Цюрихе.

В 1911 г. Эйнштейн получил должность профессора в Университете Карла-Фердинанда в Праге, где проработал только год в связи с тем, что в 1912 г. был назначен профессором Политехникума в Цюрихе.

Конгрессы, начавшиеся по инициативе дальновидного бельгийского химика-технолога и одновременно богатого промышленника Эрнеста Сольве [3]и продолжавшиеся под эгидой основанного им Международного института физики, представляли собой уникальную возможность для физиков обсуждать фундаментальные проблемы, которые в различные периоды попадали в центр их внимания. В силу этого Сольвеевские конгрессы весьма значительно стимулировали современное развитие физики.

В 1911 г. Альберт Эйнштейн принял участие в I Сольвеевском конгрессе (Брюссель), посвященном теории излучения и квантам. Ему представилась возможность встретиться с крупнейшими физиками: Хендриком Лоренцом, Максом Планком, Анри Пуанкаре, Марией Кюри, Полем Ланжевеном, Жаном Перреном, Эрнестом Резерфордом.

Эйнштейн представил доклад «Современное состояние проблемы теплового излучения», в котором высказал предположение о квантовой структуре излучения. Следующий Сольвеевский конгресс был посвящен проблеме строения вещества. Самой важной новостью на нем стала информация об открытии дифракции рентгеновских лучей в кристаллах, сделанном немецким физиком Максом фон Лауэ в 1912 г.

Первая мировая война прервала научное общение ученых, и следующий Сольвеевский конгресс состоялся только в 1921 г. Он был посвящен теме «Атомы и электроны». На конгрессе американский физик Роберт Милликен доложил о продолжении систематических исследований фотоэлектрического эффекта, которые позднее принесли ему Нобелевскую премию.

Фундаментальный вклад в обоснование квантовой теории был сделан Альбертом Эйнштейном еще во время войны. Он показал, как планковская теория излучения может быть просто выведена на основе того же самого предположения, которое оказалось весьма плодотворным для объяснения спектральных закономерностей и нашло убедительное подтверждение в опытах Франка и Герца по возбуждению атомов электронной бомбардировкой. Остроумные формулировки Эйнштейна общих вероятностных законов для спонтанных радиационных переходов между стационарными состояниями, а также для переходов, индуцированных излучением, и в равной мере – его анализ сохранения энергии и импульса в процессах испускания и поглощения оказались основными для будущего развития квантовой теории.