Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

• Название: Альберт Эйнштейн
• Автор: Владимир Львов
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1959

Это книга о жизни и научных открытиях одного из величайших физиков нашего времени. Альберт Эйнштейн, мужественный ученый, смело пролагавший новые пути в науке, творец теории относительности, коренным образом изменившей научные взгляды на законы природы, выдающийся борец за мир, изображен автором на широком историческом фоне, в окружении близких ему людей, в борьбе с научными противниками. Рассказывая о сложном и противоречивом жизненном пути ученого, книга в общедоступной форме знакомит читателя с существом замечательных открытий Эйнштейна.

---

— Хотя я развесил в моей теории относительности часы в каждой точке пространства, — сказал Эйнштейн, обращаясь к Лауэ и поглядывая лукаво на жену, — но я все еще не в состоянии повесить часы в моем собственном кармане!

Милева Марич не улыбнулась этой шутке.

* * *

С отъездом из Берна Мориса Соловина и братьев Габихт шумные сборища «веселой академии» прекратились, и сама эта «академия» ушла в прошлое невозвратно и навсегда, как дни беззаботной юности. Подкрадывалось одиночество, и навещала порой хандра, и в часы одного из таких приступов — 3 мая 1906 года — он написал Морису Соловину:

«…С тех пор как все вы уехали, я не поддерживаю больше ни с кем отношений в моей личной жизни. Даже беседы с Бессо прекратились, а о Габихте я абсолютно ничего больше не слышал…»

И дальше:

«Мои работы весьма оценены и дают повод для дальнейших исследований… Но я не добился в настоящее время новых крупных научных результатов — скоро, видно, наступит тот застойный и бесплодный возраст, когда сокрушаются по поводу революционного образа мыслей у молодых людей!»

«Моя жена и герр Бессо Вам дружески кланяются. Films[23] тоже кланяется. Он растет и стал великолепным и нахальным весельчаком…»

«Филиус», он же «Буби», он же Ганс-Альберт Эйнштейн-младший, только что отпраздновал свое двухлетие, и отец проводил с ним долгие часы, возясь и складывая кубики и даже пытаясь изобразить с их помощью некоторые простейшие геометрические операции… «Замечательно интересно следить за тем, как быстро развиваются умственные способности у растущей человеческой личинки!»

Милева Марич почти не принимала участия в этих семейных радостях. Милева, по мнению одного из близко наблюдавших за нею биографов, «считала, что она загубила свои способности к науке, превратившись в домашнюю хозяйку, жену полунищего мечтателя». «Весь день, — говорила она, — я стираю и стряпаю, и так устаю к вечеру, что не могу даже прочесть научный журнал!»

Возможно, что в этих сетованиях была доля горькой правды, и это не могло улучшить настроения Альберта Эйнштейна. Во всяком случае, его опасения насчет приближения «застойного и бесплодного возраста» были явно преждевременными.

2

Работа о теплоемкости была напечатана зимой 1907 года и открыла новый этап в развитии теории квантов.

Теплоемкостью — речь идет в данном случае об «атомной теплоемкости» — называется количество тепловой энергии, необходимое для того, чтобы повысить температуру одного грамма-атома[24] вещества на градус Цельсия. На опыте было установлено далее, что для всех металлов атомная теплоемкость равна приблизительно шести малым калориям, для всех газов, имеющих по одному атому в молекуле, — трем, и для «двуатомных» газов — пяти.

Эти закономерности удалось объяснить еще в рамках классических работ Максвелла и Больцманна по атомно-кинетической теории вещества.

Оставалось, однако, совершенно необъяснимым и загадочным одно обстоятельство — зависимость теплоемкости от температуры. Дело в том, что постоянная величина, «6», скажем, у металлов остается равной шести лишь в диапазоне температур, достаточно удаленных от абсолютного нуля (то есть от минус 273 °C). При охлаждении ниже — 50—100° Цельсия теплоемкость начинает идти на убыль, а вблизи — 273° резко падает до нуля.

Идея о квантах, или наименьших порциях энергии, в руках у Эйнштейна оказалась ключом, отомкнувшим и эту не поддававшуюся никаким усилиям загадку.

Тот факт, что притекающая к веществу тепловая энергия распределяется равномерно по всем мельчайшим атомным «волчкам» и «маятничкам», был ясен уже давно, и именно этот факт лег в основу всех предыдущих теорий теплоемкости. В металлах, например, движение каждого атома можно разложить на три прямолинейных качания по трем «осям» в пространстве и три вращательных движения также по трем осям. Каждый атом металла, стало быть, объединяет в себе как бы три миниатюрных «маятничка» и три таких же «волчка». Теоретический анализ показывает далее, что теплоемкость любого вещества, измеренная в малых калориях, почти не отличается от суммы количества атомных «волчков» и «маятничков». Для металлов как раз выходит шесть.

Идея о квантах сразу же внесла сюда, однако, существенное дополнение: если при дележе энергии по «волчкам» и «маятничкам» выходит так, что на каждый из них приходится порция энергии меньшая, чем один квант, тогда волчок либо маятничек не получает ничего! Поступающая энергия распределяется тогда не между всеми атомами, а среди части атомов. (Существенно при этом, что обмен энергией между атомами происходит тут не через испускание и поглощение света, а путем прямого межатомного взаимодействия. Новая работа Эйнштейна подчеркнула таким образом дробный, квантовый характер не только лучистой, но и всякой энергии, и в этом состояло ее необозримое принципиальное значение.)

Именно отсюда и получалась зависимость теплоемкости от температуры. Выведенные Эйнштейном формулы позволили охватить всю сложную и запутанную картину опытных данных по теплоемкости. Для самых низких — близких к абсолютному нулю — температур данных не хватало, и эйнштейновские формулы помогли поставить прогнозы, которые тотчас же были проверены и подтверждены в знаменитой «Лаборатории холода» в Лейдене. Следующим логическим шагом явилось приложение квантовых идей к упругим колебаниям твердых кристаллических решеток, что позволило вскрыть совершенно новые и неожиданные связи между звуковыми и тепловыми явлениями. Это было сделано Эйнштейном (а также Дебаем и Борном) в 1911 году.

Еще через год кванты легли в основу новой науки — фотохимии, изучающей химические явления, идущие под действием света. Сформулированное Эйнштейном простое правило («количество прореагировавших молекул равно количеству воздействовавших световых квантов») кажется сегодня чем-то само собою разумеющимся, и этот закон помог распутать немало сложных явлений, происходящих, например, в фотографических пластинках или в зеленом листе растений. Но в те годы впечатление от закона Эйнштейна в среде химиков могло быть сравнено с лучом света во тьме…

Задетый за живое всеми этими событиями, руководитель бреславльской теоретико-физической школы Ганс Ладенбург (он сам давно занимался вопросами теплоемкости) решил самолично совершить паломничество к Эйнштейну.

Летними каникулами 1908 года он прибыл в Берн и несколько часов подряд жарко спорил с Эйнштейном по разным вопросам, относившимся к его последней работе. Тут же он вручил ему приглашение на 81-й съезд немецких натуралистов, назначенный на лето следующего года в Зальцбурге. Ладенбург состоял в организационном бюро съезда. Нанеся визит в Бернский университет, он не преминул выразить удивление по поводу отсутствия Альберта Эйнштейна в рядах швейцарской профессорской корпорации. «Для меня это совершенно необъяснимо», — заявил Ладенбург. То же самое он вежливо довел до сведения бернских федеральных властей.

Возымело это свое действие или нет, но 23 октября 1908 года бумага, запечатанная сургучной печатью с изображением медведя[25], известила доктора Альберта Эйнштейна о том, что с текущего семестра ему предоставляется приват-доцентура, то есть право чтения необязательного курса лекций в университете города Берна. Никакой оплаты труда за это не полагалось, и он должен был продолжать свою службу в патентном ведомстве. Лекции нового приват-доцента были посвящены в основном теории излучения и собственным работам лектора в этой, еще туманной области.

Кванты света, однако, мало интересовали в ту пору сыновей бернских лавочников и владельцев отелей, что составляли главную массу студентов столичного университета Швейцарии! Как-то раз Майя Эйнштейн, изучавшая романскую филологию в Берлине и приехавшая в Берн для работы над диссертацией, пожелала поглядеть на своего брата в новой для него роли. Майя не видела брата несколько лет. Она привезла ему привет от Эльзы. Маленькая кузина стала взрослой дамой. Она вышла замуж за берлинского коммерсанта, и коммерсант, кажется, преуспевает, но Эльзу это мало трогает. Коммерческие дела ее не волнуют, ну да ведь Альберту не надо объяснять это — у них Wahlverwandschaft, сродство душ!

Все это Майя Эйнштейн намеревалась сообщить брату, а пока что, храбро обратившись к университетскому педелю (надзирателю), она спросила, как пройти в аудиторию, где читает приват-доцент господин Эйнштейн. «Аудиторию господина Эйнштейна?»— откликнулся насмешливо тот. «Если пять человек, включая самого господина Эйнштейна, составляют аудиторию, то ищите ее на третьем этаже!» Педель ошибся. В действительности лекцию Эйнштейна слушало всего три человека: студенты Шенкер и Штерн и далеко перешагнувший через студенческий возраст инженер Бессо… Заглянув в дверную щель учебной комнаты, Майя Эйнштейн увидела своего брата стоящим задумавшись около доски. Помолчав некоторое время и стерев губкой написанное, он сказал своим немногочисленным слушателям, что некоторые дальнейшие математические преобразования он пропустит, так как забыл применяемый тут искусственный прием. Уважаемые слушатели могут прямо написать окончательный вывод, за правильность которого он ручается…