Читать интересную книгу Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна - Кип Торн

Математическая теория, предложенная Лоренцом, Пуанкаре и Лармором, позволяла сделать уравнения электромагнетизма в системе движущегося наблюдателя красивыми, такими же, как и для наблюдателя, покоящегося в абсолютном пространстве. Магнитные силовые линии оставались замкнутыми при любых обстоятельствах. И для того чтобы придать уравнениям Максвелла простой и красивый вид, нужно было, вопреки принципам Ньютона, считать, что все движущиеся тела сокращаются в направлении своего движения на величину, в точности совпадающую с той, которая была нужна Фицджеральду для объяснения результатов Майкельсона—Морли!

Если бы фицджеральдовское сокращение было единственной «новой физикой», необходимой для того, чтобы сделать простоту и красоту законов электромагнетизма универсальной, Лоренц, Пуанкаре и Лармор с их интуитивной верой в то, что законы физики должны быть красивыми, возможно, отказались бы от принципов

В покое в абсолютном пространстве На движущейся Земле [на рисунке: Концы силовых линий]

1.1. Следствия одного из уравнений Максвелла, описывающих электромагнетизм, с точки зрения физики XIX века (ньютоновской физики), (а) Концепция магнитных силовых линий. Если положить стержневой магнит под лист бумаги, на котором рассыпаны металлические опилки, можно увидеть изображение силовых линий магнитного поля. Каждая линия выходит из северного полюса магнита, огибает его, входит в южный полюс и, проходя через магнит, замыкается. Таким образом, силовые линии — это замкнутые кривые, у которых нет начала и конца. С точки зрения математики утверждение о том, что магнитные силовые линии не имеют начал и концов — это одно из уравнений Максвелла в его простейшей и наиболее красивой форме, (б) Согласно ньютоновской физике, уравнение в такой форме справедливо вне зависимости от того, что наблюдатель делает с магнитом (например, даже если он трясет его изо всех сил) до тех пор, пока сам наблюдатель покоится относительно абсолютного пространства. Ни одна силовая линия не имеет начала или конца с точки зрения того, кто неподвижен, (в) С точки зрения наблюдателя на поверхности Земли, которая движется через абсолютное пространство, все выглядит гораздо сложнее. Даже если его магнит спокойно лежит на столе, некоторые силовые линии (примерно одна на сто миллионов) будут разорваны. Если наблюдатель будет трясти магнит, другая часть силовых линий (примерно одна из триллиона) будет разрываться и вновь замыкаться в процессе тряски. Хотя обрыв одной из ста миллионов и, тем более, из триллиона силовых линий — это слишком мало, чтобы такой эффект мог быть обнаружен в экспериментах XIX века, сам факт, что уравнения Максвелла предсказывают его, казался противоестественным Лоренцу, Пуанкаре и Лармору

Ньютона и твердо поверили бы в существование такого сокращения. Но его было недостаточно. Чтобы сделать уравнения красивыми, надо было считать, что время для движущегося через пространство наблюдателя течет медленнее, чем для того, который находится в покое. Выходило, что движение «замедляет» время.

Здесь законы ньютоновской физики были недвусмысленны. Время должно быть абсолютно. Оно течет равномерно и неумолимо, с одинаковой скоростью для всех наблюдателей, независимо от их движения. Если ньютоновские законы верны, то движение не может вызвать замедление времени, так же как оно не может вызвать сокращение длины. К сожалению, точность часов, существовавших в конце

XIX века, была совершенно недостаточна для проверки. Перед лицом научного и технического триумфа ньютоновской физики, триумфа, который был основан на абсолютности пространства, Лоренц, Пуанкаре и Лармор отступили.

Эйнштейн, будучи студентом в Цюрихе, был еще не готов взяться за решение столь сложных проблем, но он уже начинал размышлять о них. Своей подруге Милеве Марич (роман с которой становился у него все серьезнее) он писал в августе 1899 г.: «Я все более и более убеждаюсь, что электродинамика движущихся тел в ее сегодняшнем виде неверна». В течение последующих шести лет, становясь все более зрелым физиком, он будет исследовать эту проблему и идти к пониманию реальности сокращения длины и замедления времени.

В отличие от Эйнштейна Вебер не интересовался столь сомнительными исследованиями. Он продолжал читать лекции о ньютоновской физике так, как будто все шло своим чередом и не существовало даже намека на трещины в ее фундаменте.

В конце своего обучения в ЕТН Эйнштейн наивно предполагал, что, поскольку он умен и не так уж плохо сдавал экзамены (средний балл 4,91 из 6,00), ему будет предложена должность ассистента-физика в ЕТН под руководством Вебера и что он, как это обычно случалось, сможет использовать эту должность как ступень лестницы в научный мир. Будучи ассистентом он мог бы начать самостоятельные научные исследования и через несколько лет получить степень доктора философии.

Но этого не случилось. Из четырех студентов, сдавших выпускной экзамен по объединенной физико-математической специальности в августе 1900 г., трое получили должности ассистентов-математиков в ЕТН, а четвертый — Эйнштейн не получил ничего. Вместо него Вебер взял в ассистенты двух студентов с инженерного факультета.

Эйнштейн продолжал свои попытки получить должность. В сентябре он пытался получить освободившееся место ассистента-математика в ЕТН, но ему отказали. Зимой он писал Вильгельму Оствальду в Лейпциг (Германия), Генриху Камерлинг-Оннесу в Лейден (Голландия). От них он вообще не удостоился ответа, хотя сейчас его письмо Камерлинг-Оннесу выставлено в музее Лейдена, а именно Оствальд десятью годами позже был первым, кто выдвинул Эйнштейна кандидатом на Нобелевскую премию. Даже письмо его отца, адресованное Оствальду, по-видимому, осталось без ответа.

Энергичной и волевой Милеве Марич, отношения с которой быстро развивались, Эйнштейн писал 27 марта 1901 г.: «Я совершенно уверен, что во всем виноват Вебер. Бессмысленно писать кому-то еще из профессоров, поскольку они, конечно же, в какой-то момент обратятся к Веберу за информацией обо мне, и он даст очередную плохую рекомендацию». Своему близкому другу Марселю Гроссману он писал 14 апреля 1901 г.: «Я давно бы нашел должность ассистента, если бы не коварство Вебера. Но я не собираюсь опускать руки и терять чувство юмора. Бог создал осла и наделил его толстой шкурой».

Ослиная шкура очень пригодилась бы Эйнштейну в это время. Мало того, что он безрезультатно пытался найти работу, его родители были твердо настроены против его брака с Милевой, а выяснение отношений проходило очень бурно. Его мать писала о Милеве: «Из-за этой мисс Марич я пережила самые горькие часы в моей жизни. Если бы это было в моих силах, я сделала бы все, чтобы она исчезла с нашего горизонта. Я терпеть ее не могу». Милева о матери Эйнштейна писала следующее: «Эта леди, по-видимому, сделала целью своей жизни отравить существование не только мне, но и своему сыну. Я и не думала, что есть такие бессердечные и злые люди!»

Эйнштейн отчаянно стремился вырваться из финансовой зависимости от своих родителей, обрести душевный покой и возможность отдавать львиную долю своих сил физике. Возможно, следовало поискать что-то иное, кроме должности ассистента в университете. Полученное в ЕТН образование позволяло ему преподавать в гимназии (в старших классах), чем он и стал заниматься: в середине мая ему удалось получить временную работу в высшей технической школе в Винтертуре (Швейцария), где он замещал преподавателя математики, призванного на службу в армию.

Эйнштейн писал Альфреду Штерну, своему бывшему профессору истории в ЕТН: «Я вне себя от радости, поскольку сегодня я получил сообщение, что решение [о том, что меня принимают на работу преподавателем] принято. Я не имею ни малейшего представления, кто тот добродетель, который рекомендовал меня туда, поскольку, как мне говорили, меня нет в списке хороших учеников ни у кого из моих бывших учителей».

Работа в Винтертуре, за которой осенью 1901 г. последовала другая временная должность — преподавателя в высшей школе в Шаффхаузене (Швейцария) и, наконец, место «технического эксперта третьего класса» в Швейцарском патентном бюро в Берне, обеспечили ему независимость и стабильность.

Слева: Эйнштейн за своим столом в патентном бюро в Берне, Швейцария, около 1905 г.Справа: Эйнштейн с женой Милевой и сыном Гансом Альбертом, около 1904 г. [Фото слева любезно предоставлено Архивом Альберта Эйнштейна Еврейского университета Иерусалима; правое — Швейцарским литературным архивом / Архивом Общества Эйнштейна]

Несмотря на продолжающиеся проблемы в его личной жизни (длительный разрыв с Милевой; рождение у них внебрачного ребенка в 1902 г., которого, судя по всему, они отдали на усыновление, возможно, для того, чтобы спасти карьеру Эйнштейна в пуританской Швейцарии; его женитьба на Милеве год спустя, вопреки воле его родителей), Эйнштейн сохранил бодрость духа и ясный ум. Он продолжал серьезно заниматься физикой. В 1901—1904 годах он продемонстрировал свои способности физика-теоретика исследованиями межмолекулярных сил в жидкостях, таких, как вода, и в металлах, а также работами, посвященными природе теплоты. Его новое понимание этих явлений, оказавшееся чрезвычайно важным, нашло отражение в серии из пяти статей, опубликованных в самом престижном журнале начала XX века Annalen der Physik.