Мир оставляю вам, а мне покой над миром

Вдали от суеты, позора и страстей.

Жизнь - ярмарка, а Бог - владелец тира,

В котором гении - мишени для людей.

ГА. Аскарьян

Raffiniert ist Herr Gott, aber

boshaft ist er nicht .

(Творец изощрен, но не злонамерен)

                                       А. Эйнштейн

     

      Генеральная Ассамблея ООН объявила 2005 год Всемирным годом физики. Это обусловлено, в частности, тем, что «2005 год - это столетняя годовщина плодотворных научных открытий Альберта Эйнштейна, которые являются основой современной физики».

      А. Эйнштейн достиг при жизни такой популярности, которую сегодня трудно представить. Она сравнима, по-видимому, лишь с популярностью папы римского. Однако, его травили так, как никого в мире. Именно в этом смысл первого эпиграфа к данной статье.

      Второй эпиграф - это изречение Эйнштейна, которое он сам разъяснял так: «Природа хранит свои секреты по причине возвышенности ее устремлений, а не из коварства». Это изречение высечено на камине одного из залов Принстонского института высших исследований, где Эйнштейн работал последние двадцать лет своей жизни.

      В 1905 году А. Эйнштейн опубликовал шесть статей.

      1. «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света». Эта работа послужила началом квантовой теории излучения. В ней сформулирован закон Эйнштейна для фотоэффекта. Статья поступила в редакцию журнала «Annalen der Physik» 18 марта. Она принесла автору Нобелевскую премию за 1921 год (присуждена 9 ноября 1922 г.). Статья была

написана раньше докторской диссертации. Заметим, что 14 марта 1905 г. Эйнштейну исполнилось 26 лет.

      Поражает свобода мысли и фантастическая физическая интуиция Эйнштейна. Ведь шел лишь 1905 год. Еще не было планетарной модели атома Эрнста Резерфорда, не было корпускулярно-волновой гипотезы Луи де Бройля, не было квантовой механики Вернера Гейзенберга, Эрвина Шредингера и Поля Дирака. Существовала лишь странная гипотеза Макса Планка о кванте энергии hv , которая вызывала ожесточенное сопротивление физиков. Сам Планк старался заменить ее чем-либо более приемлемым.

       В конце своей жизни Эйнштейн писал: «Каждый физик думает, что он знает, что такое фотон. Я потратил всю жизнь, чтобы узнать, что такое фотон, и до сих пор этого не знаю».

       2 . «Новое определение размеров молекул». Статья поступила в редакцию
30 апреля. Это была его докторская диссертация, которую он защитил в Цюрихском
университете. Диссертация имеет посвящение: «Моему другу М. Гроссману».

      3. «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом
молекулярно-кинетической теорией теплоты». Статья поступила в редакцию
«Annalen der Physik" 11 мая. Она является прямым следствием его докторской
диссертационной работы. В ней речь идет о броуновском движении.

      Эйнштейновская теория броуновского движения оказалась решающей в обосновании атомистической теории строения вещества, так как подтверждалась блестящими экспериментами Ж. Перрена (Perrin). Эта теория, однако, опровергалась не менее блестящими опытами В. Анри (Henri). В чем дело? Почему подтверждение Перрена оказалось более важным, чем опровержение Анри?

      Потому что любая теория, прежде чем подвергнуться эмпирической проверке, проходит целый комплекс неэмпирических испытаний. Теория должна быть логически непротиворечивой, совместимой с другими, ранее принятыми теориями, соответствовать общепринятой философии науки - быть простой, красивой и т. д. Эйнштейновская теория броуновского движения была принята, в частности, потому что она объясняла броуновское движение, согласовывалась с кинетической теорией газов и химическими представлениями об атомах. А что же опыты Анри? Как выяснилось впоследствии, они были просто неправильно истолкованы.

      4. «К электродинамике движущихся тел». Это первая статья по специальной
теории относительности. Получена тем же журналом 30 июня.

      5. «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?» Это - вторая
статья по специальной теории относительности. Она содержит соотношение
Е = тс2. Получена редакцией того же журнала 27 сентября.

      Специальная теория относительности - это теория пространства и времени. Она лежит в основании современной физики. Что составляет ее суть с современной точки зрения?

     Основная идея специальной теории относительности содержится в следующем утверждении: физические процессы протекают в четырехмерном пространстве, геометрия которого псевдоевклидова. Принцип относительности есть частное проявление этого фундаментального постулата.

      Расстояние между двумя точками в трехмерном пространстве и время между двумя событиями не являются при этом абсолютными, как в механике Ньютона. Абсолютен интервал ds 2 = c 2 dt 2 - dx 2 - dy 2 - dz 2 , который может быть положительным, отрицательным или равным нулю. Любые преобразования трехмерных координат и времени не могут нарушить этот абсолютизм.

      6. «К теории броуновского движения». Эта вторая статья о броуновском движении. Получена тем же журналом 19 декабря. Опубликована она уже в следующем, 1906 году.

     Перечитывая сегодня статьи Эйнштейна 1905 года, можно только восхищаться гениальной проницательностью 26-летнего молодого человека, простого служащего Федерального патентного бюро Швейцарии.

      Я хочу поделиться с читателем своим восхищением красотой некоторых жемчужин человеческой мысли, связанных с именем Альберта Эйнштейна. Я отдаю себе отчет в том, что мало кому интересно мое личное восприятие Эйнштейна. Возможно это выглядит даже как признак дурного тона. Прошу поэтому заранее извинить меня и относиться к этому как к избранному автором формату статьи.

      В школе мне очень нравилась геометрия. Меня радовала возможность все доказать, исходя из очень малого числа определений и аксиом. Случилось так, что в моем распоряжении оказалось много книг по математике на украинском языке, в том числе труды Н.И. Лобачевского по геометрии. В 9-10 классах я уже хорошо владел основами геометрии Лобачевского. Эта «воображаемая геометрия» действовала на меня как великая музыка. Будучи студентом первого курса МФТИ, я удивлял сокурсников своими геометрическими познаниями.

      Изучая специальную теорию относительности, я открыл неожиданное для меня чудо: пространство скоростей в релятивистской механике - это пространство Лобачевского. Этот давно и хорошо известный факт произвел на меня очень сильное впечатление. Н.И. Лобачевский решил проблему пятого постулата Евклида, над которой безуспешно трудились многие поколения математиков. Вот они, постулаты Евклида:

I. Требуется, чтобы от каждой точки ко всякой  другой точке можно было
провести прямую линию.

II. И чтобы каждую прямую можно было неопределенно продолжить.

III. И чтобы из любого центра можно было описать окружность.

IV. И чтобы все прямые углы были равны.

V. И чтобы всякий раз, когда прямая при пересечении с двумя другими
прямыми образует с ними внутренние односторонние углы, сумма которых меньше двух прямых, эти прямые пересекаются с той стороны, с которой эта сумма меньше двух прямых.

      От Платона до Канта среди философов и математиков существовало мнение о том, что постулат или аксиома, положенные в основу науки, должны обладать признаком очевидности. Первые четыре постулата Евклида всем представлялись очевидными. Однако этого нельзя было сказать о пятом постулате. Укрепилось твердое убеждение в том, что пятый постулат - это не постулат, а теорема, которую Евклид не сумел доказать. Так возникла проблема пятого постулата. Ее пытались решить в течение двух тысяч лет крупнейшие геометры Греции и Византии, Востока и Запада.

      Поучителен путь, по которому Лобачевский шел к своей геометрии. Вот что писал он в 1835 году в своих «Новых началах геометрии»: «Всем известно, что в геометрии теория параллельных до сих пор оставалась несовершенной. Напрасное старание со времен Евклида, в продолжение двух тысяч лет, заставило меня подозревать, что в самих понятиях еще не заключается той истины, которую хотели доказывать и которую проверить, подобно другим физическим законам, могут лишь опыты, каковы, например астрономические наблюдения. В справедливости своей догадки, будучи наконец убежден и почитая затруднительный вопрос решенным вполне писал об этом я рассуждение в 1826 году».

      Эти слова Лобачевского ясно говорят о его воззрении на природу пространства. Оно противоположно кантовскому, пользовавшемуся тогда величайшим почетом. Учение Канта рассматривает пространство как некую форму субъективного созерцания, необходимо предшествующую всякому опыту; точка зрения Лобачевского возвращает геометрию в область опытных наук. Постулат Евклида для него произволен, он не может быть ни доказан, ни допущен. Он должен быть проверен опытом и наблюдением. Сложной и абстрактной природе пятого постулата должен соответствовать глубоко продуманный эксперимент. Но всякий эксперимент описывается в рамках определенной теории, в данном случае на основе определенной геометрической базы. Если за эту базу принять геометрию Евклида, то можно оказаться в порочном круге. Следовательно, для проверки евклидовой геометрии необходимо разработать другую геометрию, которая основана не на утверждении пятого постулата Евклида, а на его отрицании. Эту геометрию и разработал Лобачевский.

      Лобачевский использовал по существу физический стиль мышления. Он полагал геометрию эмпирической наукой. Такой подход очень близок к методологии Эйнштейна, используемой, в частности, в его классической работе «К электродинамике движущихся тел» (1905 г.). Вот цитата из этой работы: «Разрабатываемая теория основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства является корнем тех трудностей, преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел».

      Свое глубокое понимание соотношения геометрии и реальности Эйнштейн выразил в работе «Геометрия и опыт» (1921 г.). Он пишет:

«Твердые тела ведут себя в смысле различных возможностей взаимного расположения как тела евклидовой геометрии трех измерений; таким образом, теоремы евклидовой геометрии содержат в себе утверждения, определяющие поведение практически твердых тел.

      Дополненная таким утверждением геометрия становится, очевидно, естественной наукой; мы можем рассматривать ее фактически как самую древнюю ветвь физики. Ее утверждения покоятся существенным образом на выводах из опыта, а не только на логических заключениях. Будем в дальнейшем называть дополненную таким образом геометрию «практической геометрией» в отличие от «чисто аксиоматической геометрии». Вопрос о том, является практическая геометрия евклидовой или нет, приобретает совершенно ясный смысл: ответ на него может дать только опыт. Всякое измерение длины в физике точно также, как геодезические или астрономические измерения, в этом смысле составляют предмет практической геометрии, если при этом исходить из того опытного закона, что свет распространяется по прямой линия, и именно по прямой в смысле практической геометрии.

      Такому пониманию геометрии я придаю особое значение, поскольку без него я не смог бы установить теорию относительности...»

      Таким образом, применяя аппарат релятивистской механики, мы имеем дело по существу с геометрией Лобачевского. Понимание этого обстоятельства не только приносит ощущение гармонии и красоты окружающего мира, но и дает возможность практического применения неевклидовой геометрии к расчету процессов рассеяния.

В учебной литературе, как правило, этому не уделяется никакого внимания. Почему? В студенческие годы этот вопрос меня очень сильно беспокоил. Я не находил ответа. Сейчас я, видимо, понимаю: не будь в природе национализма, шовинизма, гитлеризма, антисемитизма, жизнь науки была бы чище и светлее.

      В американской энциклопедии «Лауреаты Нобелевской премии» читаем: «Немецко-швейцарско-американский физик Альберт Эйнштейн родился в Ульме...». Замечательно, американцам принадлежит все. Нет, господа, А. Эйнштейн принадлежит всему человечеству (впрочем, как и Н.И. Лобачевский).

      Другой вопрос, на который я не находил в те дни ответа. Почему в работе Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» нет ни одной ссылки на работы других авторов? Ведь в других статьях Эйнштейна такие ссылки имеются. (Это до сих пор служит поводом для различных инсинуаций, вплоть до утверждения, что авторами специальной теории относительности являются Лоренц и Пуанкаре, и только). Я нашел для себя объяснение. Проблемы электродинамики движущихся тел физикам того времени были хорошо известны. Они носились, как говорится, в воздухе. Эйнштейн как глубоко понимающий физику человек не мог не думать над решением этих проблем. Он знал, что над этим размышляют гиганты. Он, по-видимому, читал работу Пуанкаре 1898 года «Измерение времени», в которой дан критический анализ понятия одновременности и развита идея обусловленности представлений о времени характером причинно-следственных связей. Думаю, что доклад Пуанкаре «Настоящее и будущее математической физики» на Конгрессе искусства и науки в Сент-Луисе, опубликованный в 1904 году, был ему также известен. В этом докладе, перечисляя основные принципы теоретической физики, Пуанкаре формулирует также принцип относительности. Таким образом, неясно было, на какие работы необходимо ссылаться: ведь речь шла о «расхожем вопросе», который был у всех на устах. Эйнштейн просто разъяснил в доступной форме великим физикам старшего поколения, в чем состоит физический смысл трудностей электродинамики движущихся тел.

      Однако, нет необходимости противопоставлять Эйнштейна и Пуанкаре. На конференции, посвященной 50-летию теории относительности, Вольфганг Паули заметил: «И Эйнштейн, и Пуанкаре опирались на подготовленные работы Г.А. Лоренца, весьма близко подошедшего к окончательному результату, но не сумевшего сделать последний решительный шаг. В совпадении результатов, полученных независимо друг от друга Эйнштейном и Пуанкаре, я усматриваю

глубокий смысл гармонии математического метода и анализа, проводимого с помощью мысленных экспериментов, опирающихся на всю совокупность данных физического опыта»

      Авторами специальной теории относительности в ее современном понимании являются Г. Лоренц, А. Пуанкаре. А, Эйнштейн и Г. Минковский.

      Еще одна жемчужина. Нобелевская премия по физике за 2001 год была присуждена Эрику А. Корнеллу, Вольфгангу Кеттерле и Карлу Э. Виману за экспериментальное наблюдение бозе-эйнштейновской конденсации в разреженных газах атомов щелочных металлов и за первые фундаментальные исследования свойств таких конденсатов..

      Явление бозе-эйнштейновской конденсации было предсказано в 1925 году Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн с большим интересом встретил статью, присланную ему Шатьсндранатом Бозе из университета в Дакке (Восточный Пакистан). Он перевел ее на немецкий язык и направил 2 июня 1924 г. в редакцию журнала «Zeitschrift fuer Physik», сопроводив ее следующим примечанием: «Вывод формулы Планка, представленный Бозе, является, по моему мнению, большим достижением. Использованный им метод дает также квантовую теорию идеального газа, которую я изложу в другом месте».

     В предисловии к своей книге «Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна» Абрахам Пайс пишет: «Если бы меня попросили написать биографию Эйнштейна одной фразой, то она выглядела бы так: «Я никогда не встречал человека, свободнее его». Если мне понадобилось бы выразить в одной фразе его научную биографию, я написал бы: «Он как никто другой умел находить инварианты и пользоваться статистикой флуктуации». Лучше не скажешь.

    В 1927 году Эйнштейн написал: «Несомненно, что разум кажется нам слабым, когда мы думаем о стоящих перед ним задачах; особенно слабым кажется он, когда мы противопоставляем его безумству и страстям человечества, которые, надо признать, почти полностью руководят судьбами человеческими, как в малом, так и в большом. Но творения интеллекта переживают шумную суету поколений и, по прошествии веков, озаряют мир светом и теплом».

    Когда я думаю об Эйнштейне, на душе становится и светлее и теплее.

 Анатолий Диамидович Гладун, зав. кафедрой общей физики.

Выпуск №35(1737)-36(1738)