Сэмюел Грейдон: Эйнштейн во времени и пространстве. Жизнь в 99 частицах

© Samuel Graydon, 2023

© И. Каганова (введение, главы 1–44), Т. Лисовская (главы 45–99, источники информации и благодарности, примечания), перевод на русский язык, 2025

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2025

© ООО “Издательство Аст”, 2025

Издательство CORPUS ®

Введение

29 мая 1919 года в небе над островом Принсипи Луна полностью закрыла Солнце – и Земля погрузилась во мрак. Началось полное солнечное затмение. Именно этого момента ждал прильнувший к окуляру астрографической камеры английский ученый, который хотел заснять это событие. И в бразильском городе Собрал, пока было темно, другой ученый тоже судорожно пытался сделать как можно больше фотографий. Оба надеялись зафиксировать искривление света далеких звезд. И им это удалось.

Когда через несколько месяцев на заседании Королевского астрономического общества в Бёрлингтон-хаус они представили свои снимки, рухнуло общепринятое представление о гравитации. Сделанные членами экспедиции фотографии зафиксировали, что, проходя вблизи Солнца, свет звезд, находящихся на расстоянии 153 световых лет от нас в центре созвездия Тельца, меняет траекторию, и звезды кажутся сместившимися со своих привычных мест на небе. Этому могло быть только одно объяснение: в присутствии Солнца искривлялось само пространство. Именно так была подтверждена общая теория относительности. Исаак Ньютон, физик-исполин, был повержен, а его место на пьедестале занял Альберт Эйнштейн – ученый, о котором мало знали за пределами Германии.

Жившему тогда в Берлине Эйнштейну было сорок лет, и седина на его висках была едва заметна. О результатах экспедиции, наблюдавшей солнечное затмение, Эйнштейн узнал незадолго до встречи со студенткой Ильзой Шнайдер. Во время разговора он показал ей телеграмму, где сообщалось, что его теория подтвердилась. Понимая, насколько существенно изменится теперь представление о Вселенной и о законах, ею управляющих, Ильза взволнованно и горячо поздравила Эйнштейна. Но Эйнштейн спокойно ответил: “Я знал, что теория правильная”^[1].

Однако Ильза спросила, что было бы, если бы участники экспедиции не увидели отклонения световых лучей? Или отклонение увидели бы, но его величина не совпала бы с предсказанием теории Эйнштейна?

– Мне стало бы неловко перед Богом, – ответил он. – Теория правильная.

Двумя годами позже Эйнштейн отправился в турне по Америке, чтобы собрать средства на помощь сионистскому движению, целью которого было создание в Палестине национального очага для евреев^[2]. Он был теперь знаменит настолько, насколько это вообще возможно. В каждом городе, куда он приезжал, тысячи и тысячи людей заполняли улицы, чтобы увидеть его. Толпы поклонников носили Эйнштейна на руках, он встретился с президентом и сделал доклад в сенате о трудности восприятия общей теории относительности. Годом позже Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия по физике, и он отправился читать лекции в Азию. В Японии Эйнштейн встретился с императором и императрицей, а огромная толпа всю ночь ждала возле отеля, где он остановился, в надежде увидеть, как великий человек выйдет на балкон. Его лекция в Токио длилась четыре часа без перевода. Чувствуя себя несколько неудобно из‐за того, что подверг аудиторию столь тяжелому испытанию, Эйнштейн следующую лекцию постарался сократить до трех часов. В поезде, по пути в город, где должна была состояться третья лекция, он заметил, что с его хозяевами что‐то не так, и поинтересовался, в чем дело. Выяснилось, что устроители второй лекции были оскорблены, поскольку она была короче первой. И до конца поездки Эйнштейн читал лекции не торопясь, излагал подробно все детали, а аудитория с удовольствием его слушала.

Эйнштейн стал знаменит столь стремительно, был настолько известен, что два американских студента решили заключить пари. Они написали на конверте “Профессору Альберту Эйнштейну, Европа” и отправили письмо. Они хотели узнать, дойдет ли такое письмо до адресата. Письмо дошло, и на это потребовалось не больше времени, чем обычно.

– Как прекрасно работает почта, – только и сказал Эйнштейн^[3].

За двадцать лет до этого, в 1902 году, Альберт Эйнштейн перебрался в швейцарский Берн. Ему двадцать три года, лицо по‐юношески округлое. Он энергичен, слегка напряжен и возбужден. Приятеля, с которым он познакомился в Берне, поразил “блеск его больших глаз”^[4][5]. Эйнштейн надеялся получить работу в швейцарском патентном бюро и благодаря помощи одного из своих друзей действительно получил ее. Тем не менее дела Эйнштейна шли совсем не блестяще: денег было очень мало, и ему пришлось поместить объявление в местной газете, предлагая свои услуги в качестве репетитора по физике и математике^[6]. Но учеников оказалось немного, расценки низкие, и Эйнштейн жаловался, что даже уличному скрипачу заработать на жизнь и то легче. Питался он плохо. Вдобавок меньше чем за месяц до переезда в Берн его гражданская жена Милева Марич родила дочь. Если бы о существовании незаконнорожденного ребенка стало известно, Эйнштейну пришлось бы распрощаться с работой в патентном бюро. Альберт и Милева о рождении дочери не рассказывали никому, даже родителям Эйнштейна. Он знал, что должен жениться, убеждал себя, что хочет этого, но не хватало смелости. Родители давно дали понять, что Марич им не нравится, и он знал, что этот союз они не благословят. Мало того, хотя работа в патентном бюро пришлась очень кстати, поступив туда, Эйнштейн в каком‐то смысле признавал, что потерпел неудачу. Два года после окончания университета Эйнштейн, пытаясь устроиться на академическую должность, рассылал резюме по всей Европе, но везде получал отказ. Необходимо было соглашаться на работу в патентном бюро, но это означало очевидный провал: невозможность заниматься наукой, отказ от любимого дела, приоритет обязательств^[7].

Прошло еще пять лет, пока Эйнштейну удалось подняться на самую низкую ступеньку академической лестницы. В поисках работы, устав от постоянных отказов, он предпринял попытку устроиться преподавателем старших классов школы^[8]. В качестве рекомендации Эйнштейн послал оттиски всех своих научных работ, помимо докторской диссертации там были статьи о квантах света и о специальной теории относительности. Претендентов было двадцать один человек. В тройку финалистов Эйнштейн не попал.

Может сложиться впечатление, что жизнь Эйнштейна делится на две половины: до и после подтверждения общей теории относительности, иначе говоря, до и после того, как он стал знаменит. Если следовать такой интерпретации, Эйнштейн в молодости был недооценен, но гениален, а в пожилые годы – признан всеми, но вполне зауряден. В чем‐то это соответствует истине. Свои лучшие работы Эйнштейн создал до того, как стал знаменитостью, а в молодые годы он был не слишком приметной фигурой в научном мире. Ему потребовалось девять лет, чтобы стать ассистентом профессора, и даже тогда он не был основным претендентом на эту должность^[9].

Правда и то, что, став знаменитым, Эйнштейн написал всего несколько достойных внимания статей. Пожалуй, его последняя действительно важная работа была создана за двадцать лет до смерти, но и она оказалась не столь смелой и новаторской, как его ранние работы: в ней не было попытки объяснить неизвестное, придать новую форму какому‐то научному направлению. Наоборот, работа, основанная на недоверии к новой физике – квантовой механике, была реакционной^[10]. Эйнштейн хотел продемонстрировать неполноту квантовой механики, обосновать несостоятельность так называемого перепутывания. С его точки зрения, это явление, теоретически возможное согласно законам квантовой механики, было недопустимо в реальности. Одна из самых замечательных особенностей Эйнштейна заключалась в том, что он был прав, даже когда ошибался. Однако в этом случае постепенно выяснилось, что перепутывание – один из фундаментальных законов Вселенной.

Последние тридцать лет жизни Эйнштейн был занят построением единой теории поля – теории всего, включающей в себя все законы природы, описывающей все: от движения небесных тел до магнетизма и того, что происходит внутри атома. Успеха Эйнштейн не добился, а коллеги-ученые все чаще его игнорировали, считая реликтом, пережитком прошлого.

И все же фигура Эйнштейна гораздо сложнее, и описать ее столь просто нельзя. Все куда интереснее. Его жизнь не сводится только к временам славы и последовавшего затем тихого угасания. При таком подходе начисто отметаются такие, казалось бы, второстепенные факты, как профессиональное признание и успех в Германии еще до публикации результатов, относящихся к общей теории относительности. Не принимаются в расчет поддержка еврейского народа и формирование пацифистского мировоззрения. А между тем перед Второй мировой войной существенно изменились именно эти стороны личности Эйнштейна. Большую часть своих денег он направил на то, чтобы помочь евреям покинуть Германию и эмигрировать в Соединенные Штаты. Кроме того, по инициативе Эйнштейна была основана международная организация помощи беженцам и переселенцам, ставшая известной как “Международный комитет спасения”.

Блеск славы Эйнштейна может помешать объективно оценить его жизнь. Если заранее ожидать от него чего‐то из ряда вон выходящего, можно не разглядеть, какую поистине удивительную жизнь он прожил. На его долю выпал подлинный, почти немыслимый успех. За год, вернее, за полгода с марта по сентябрь 1905‐го, он написал диссертацию, обосновал современное представление о свете как о частицах (заложив тем самым основы квантовой механики) и математически доказал существование атомов. Отказавшись от общепринятых научных представлений, господствовавших несколько сотен лет, он стал автором специальной теории относительности и фактически случайно^[11] открыл эквивалентность энергии и материи, что навеки запечатлено в уравнении E = mc2. Все это Эйнштейн сделал в свободное время, работая шесть дней в неделю служащим патентного бюро, не пользуясь библиотекой^[12], причем еще и с годовалым сыном дома.

Сверх того, спустя десять лет он стал автором общей теории относительности, сформулировав единую систему уравнений, которая с невероятной точностью определяет законы, управляющие усеянным звездами небом. Практически в одиночку Эйнштейн сформулировал новое представление о пространстве, что позволило точно рассчитать орбиту Меркурия, описать вращение двух звезд друг относительно друга и движение еще тысяч других астрономических объектов. Общая теория относительности столь успешно описывала работу Вселенной, что даже сам Эйнштейн не мог до конца поверить в ее предсказания: он считал, что Вселенная статична, а теория требовала расширения Вселенной. Права оказалась теория. Общая теория относительности настаивала на существовании в пространстве странных объектов, плотность которых столь велика, что ничто не может противостоять их притяжению. Эйнштейн считал это математической ошибкой, которой можно пренебречь. Оказалось, это вполне реальные черные дыры.