Карл Саган - Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

В 1905 г. Эйнштейн опубликовал четыре исследовательские работы – результат свободного времени в швейцарском патентном бюро – в ведущем журнале по физике того времени Annalen der Physik . В первой он показал, что свет ведет себя и как частица, и как волна, и объяснил ранее непонятную фотоэлектрическую эмиссию, при которой тела испускают электроны при облучении светом. Во второй он исследовал природу молекул, объясняя хаотическое броуновское движение взвешенных малых частиц. А в третьей и четвертой он представил специальную теорию относительности и впервые сформулировал известное уравнение E = mc 2, которое так широко цитируется и так редко понимается.

Это уравнение выражает преобразование материи в энергию, и наоборот. Оно расширяет закон сохранения энергии до закона сохранения энергии и массы, утверждая, что энергию и массу нельзя ни создать, ни уничтожить – хотя одна форма энергии или материи может быть преобразована в другую форму. В этом уравнении E обозначает энергию, эквивалентную массе m. Количество энергии, которое можно при идеальных обстоятельствах извлечь из массы m , составляет mc 2, где с – это скорость света, равная 30 млрд см/с. (Скорость света всегда пишется строчной с , а не прописной.) Если мы измеряем m в граммах и c – в сантиметрах в секунду, E измеряется в единице энергии, которая называется эрг. Полное превращение одного грамма массы в энергию таким образом высвобождает 1 × (3 × 1010) 2 = 9 × 1020 эрг, что эквивалентно взрыву приблизительно тысячи тонн тротила. Такие огромные энергетические ресурсы содержатся в крохотных количествах материи; если бы мы только знали, как извлечь эту энергию. Ядерное оружие и атомные электростанции – распространенные земные примеры наших несовершенных и этически неоднозначных попыток извлечь энергию, которая, как показал Эйнштейн, присутствует во всей материи. Термоядерное оружие, водородная бомба, – устройство ужасающей силы, но даже оно способно извлечь менее одного процента mc 2 из массы m водорода.

Четыре работы Эйнштейна, опубликованные в 1905 г., могли стать впечатляющим результатом исследовательской работы физика, посвятившего этому всю свою жизнь; для одного года работы в свободное время 26-летнего швейцарского патентного клерка это просто поразительно. Многие историки науки назвали 1905 г. Annus Mirabilis – годом чуда. До этого был со сверхъестественным совпадением только один такой год в истории физики – 1666-й, когда Исаак Ньютон в возрасте 24 лет в вынужденной сельской изоляции (из-за эпидемии бубонной чумы) дал объяснение спектральной природе солнечного света, изобрел дифференциальное и интегральное исчисления и вывел универсальный закон гравитации. Вместе с общей теорией относительности, впервые сформулированной в 1915 г., работы 1905 г. представляют собой основной результат научной жизни Эйнштейна.

До Эйнштейна среди физиков бытовало мнение, что существуют незыблемые системы координат, такие как абсолютное пространство и абсолютное время. Отправная точка исследований Эйнштейна заключалась в том, что все системы координат – все наблюдатели, каким бы ни было их расположение, скорость или ускорение, – видят фундаментальные законы природы одинаково. По-видимому, на точку зрения Эйнштейна на системы координат повлияли его социальные и политические установки и его сопротивление жесткому шовинизму, с которым он столкнулся в Германии в конце XIX в. И в самом деле, в этом смысле идея относительности стала антропологическим трюизмом, и социологи вывели идею культурного релятивизма, которая заключается в том, что существует много различных социальных контекстов и мировоззрений, этических и религиозных принципов, выраженных различными человеческими сообществами, и степень обоснованности большинства из них вполне сопоставима.

Специальная теория относительности поначалу не была принята. Попытавшись еще раз начать научную карьеру, Эйнштейн подал уже опубликованную работу по относительности в Бернский университет в качестве примера своих исследований. Очевидно, он считал ее значительным исследованием. Она была отклонена как невразумительная, и ему пришлось оставаться в патентном бюро до 1909 г. Но его опубликованная работа не осталась незамеченной, и постепенно некоторых ведущих европейских физиков осенило, что Эйнштейн может оказаться одним из величайших ученых своего времени. Все же его работа по относительности вызывала большие сомнения. В рекомендательном письме для Эйнштейна на должность в Берлинском университете один ведущий немецкий ученый утверждал, что теория относительности была гипотетическим сценарием, кратковременным заблуждением и что, несмотря на это, Эйнштейн действительно первоклассный мыслитель. (Нобелевская премия, о которой он узнал во время визита в Ориент в 1921 г., была присуждена ему за исследование фотоэлектрического эффекта и «другие вклады» в теоретическую физику. Теория относительности все еще считалась слишком спорной, чтобы ее упоминать отдельно.)

Взгляды Эйнштейна на религию и политику были взаимосвязаны. Его родители были евреями, но они не соблюдали религиозные ритуалы. Тем не менее Эйнштейн пришел к традиционной религиозности «под влиянием традиционного образовательного механизма, государства и школ». Но в 12 лет этому пришел конец: «Читая научно-популярные книги, я вскоре убедился, что большинство историй из Библии не могут быть правдивыми. В результате сформировалась фанатическая приверженность свободному мышлению в совокупности с ощущением, что государство намеренно обманывает молодежь; это было сокрушительное ощущение. Из этого опыта выросло подозрительное отношение к любому авторитету, скептическое отношение к убеждениям, которые имели место в любом социальном окружении – настрой, который никогда не покидал меня, даже позднее, хотя благодаря лучшему пониманию причинно-следственных связей он утратил некоторую первоначальную резкость».

Как раз перед тем, как разразилась Первая мировая война, Эйнштейн занял должность профессора в хорошо известном Институте кайзера Вильгельма в Берлине. Желание работать в ведущем центре теоретической физики было тогда сильнее, чем его антипатия к немецкому милитаризму. Начало Первой мировой войны застало жену Эйнштейна и двоих его сыновей в Швейцарии, возможности вернуться в Германию не было. Несколько лет спустя эта вынужденная разлука привела к разводу, но, получив Нобелевскую премию в 1921 г., Эйнштейн, хотя был уже вторично женат, отдал 30 000 долларов своей первой жене и их детям. Его старший сын позже стал значительной фигурой в строительной инженерии, заняв должность профессора в Калифорнийском университете, а его второй сын, который поклонялся отцу, позднее обвинил его – что причинило Эйнштейну сильные страдания – в том, что тот не уделял ему внимания в юности.