На плечах гигантов - Стивен Хокинг

Альберт Эйнштейн родился в Ульме, в королевстве Вюртемберг (на территории нынешней Германии), 14 марта 1879 года, и вырос в Мюнхене. Он был единственным сыном Германа Эйнштейна и Паулины Кох. Отец и дядя владели небольшой фирмой по торговле электротехникой. Родные считали, что Альберт не очень способный, поскольку он не сразу научился читать и писать (сейчас считают, что у него, возможно, была дислексия). Легенда гласит, что когда Герман спросил у директора школы, где учился его сын, какую профессию Альберту лучше выбрать, тот ответил: «Неважно. Он нигде не добьется особых успехов».

В школе Альберт учился посредственно. Ему претили строгие требования, к тому же он оказался одним из нескольких еврейских детей в католической школе, и ему там было неуютно. В подобном положении аутсайдера он оказывался еще не раз и не два.

Одним из первых увлечений Эйнштейна была наука. Он вспоминал, как однажды, когда ему было лет пять, отец показал ему карманный компас – и как было интересно, что стрелка всегда указывает на север, сколько ни поворачивай корпус. В этот миг, по словам Эйнштейна, он «ощутил, что за всем на свете есть что-то глубоко спрятанное». Другой его страстью была музыка. Лет в шесть Эйнштейн начал учиться играть на скрипке. Далось это не без труда, но через несколько лет он обнаружил, что у музыки есть математическая структура, и скрипка стала его страстью на всю жизнь, хотя энтузиазм далеко обгонял способности.

Когда Эйнштейну было десять, родители отдали его в гимназию Луитпольда, где, как считают историки, у него и выработалось недоверие к властным фигурам. Эта черта очень помогла ему в научной работе. Привычка все воспринимать скептически позволила с легкостью ставить под сомнение многие устоявшиеся научные представления.

В 1895 году Эйнштейн хотел досрочно окончить школу и для этого сдавал вступительные экзамены в Политехническую школу в Цюрихе, где рассчитывал получить степень по электротехнике. Вот что он писал тогда о своих планах и намерениях:

«Если мне повезет и я сдам экзамены, я поеду в Цюрих. Там я пробуду четыре года и буду изучать математику и физику. Я мечтаю стать учителем в этой отрасли естественных наук с упором на теоретическую часть. Этот план возник у меня по следующим причинам. Прежде всего, дело в моей склонности к абстрактному и математическому мышлению и в недостатке воображения и практических навыков».

Эйнштейн провалил экзамены по гуманитарным дисциплинам, и в Политехническую школу его не приняли. Тогда родители определили его в выпускной класс средней школы в швейцарском городе Арау в надежде, что это даст ему второй шанс на поступление в Политехническую школу. Так и получилось, и Эйнштейн окончил это учебное заведение в 1900 году. Тогда же он полюбил Милеву Марич, и в 1901 году, еще до брака, она родила ему первого ребенка – дочь Лизерль. О судьбе Лизерль почти ничего не известно, однако, судя по всему, она либо от рождения страдала каким-то неизлечимым недугом, либо тяжело заболела в младенчестве, после чего ее отдали в приемную семью, и она умерла примерно в два года. Эйнштейн с Милевой поженились в 1903 году.

Год рождения Ганса Альберта – 1905-й – был чудесным годом, annus mirabilis, в биографии ученого. Эйнштейну удавалось сочетать родительские обязанности и работу в патентном бюро от звонка до звонка – и при этом опубликовать четыре фундаментальные научные статьи, и все это без доступа к источникам и ресурсам, который дала бы ему академическая должность.

Весной того года Эйнштейн послал три статьи в немецкое периодическое издание Annalen der Physik («Анналы физики»). Все три статьи вышли одновременно в 17-м номере журнала. Первую свою статью, о кванте света, сам Эйнштейн называл «очень революционной». В ней он исследовал феномен кванта (фундаментальной единицы энергии), который открыл немецкий физик Макс Планк. Эйнштейн нашел объяснение фотоэлектрическому эффекту: на каждый выпущенный электрон высвобождается определенное количество энергии. А согласно представлению о квантах, энергия испускается порциями, которые можно описать только целыми числами. Эта теория заложила основу существенной части квантовой механики. Эйнштейн предположил, что свет следует считать совокупностью независимых частиц энергии, однако, что примечательно, не привел никаких данных наблюдений. Он просто выдвинул гипотезу о существовании «кванта света» из чисто эстетических соображений.

Физики не сразу приняли теорию Эйнштейна. Слишком уж она расходилась с общепринятыми научными идеями того времени и даже с открытиями Планка. И Нобелевскую премию по физике в 1921 году Эйнштейну присудили не за работы по теории относительности, а за его первую статью – «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света».

Во второй статье – «Размер молекул», – которая была его докторской диссертацией, и в третьей – «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» – Эйнштейн предложил метод определения размера и движения атомов. Кроме того, он нашел причины броуновского движения – это явление описал английский ботаник Роберт Броун, заметив хаотическое движение пыльцы, взвешенной в жидкости. Эйнштейн утверждал, что это движение вызвано соударениями между атомами и молекулами. В то время само существование атомов еще было предметом научных споров, поэтому значение этих статей невозможно недооценить. Эйнштейн подтвердил атомную теорию строения вещества.

Эйнштейн с первой женой Милевой и сыном Гансом-Альбертом. 1906 год.

В последней статье 1905 года – «К электродинамике движущихся тел» – Эйнштейн очертил теорию, которой в будущем предстояло стать специальной теорией относительности. Эта статья читается скорее как эссе, чем как научное сообщение. Она чисто теоретическая, в ней нет никаких библиографических ссылок и цитат. Этот трактат объемом в 9000 слов Эйнштейн написал всего за пять недель, однако историки науки считают его не менее фундаментальным и революционным, чем «Начала» Ньютона.

Ньютон перевернул наши представления о гравитации, а Эйнштейн – о пространстве и времени, при этом умудрившись еще и опровергнуть ньютоновскую концепцию времени. Ньютон утверждал, что «абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно». А Эйнштейн считал, что скорость света одинакова для всех наблюдателей, независимо от того, с какой скоростью движутся они сами. Кроме того, Эйнштейн утверждал, что и масса тела не неизменна, что она увеличивается при увеличении скорости тела. Впоследствии эксперименты показали, что небольшая вещественная частица, разогнанная до 86 процентов скорости света, обладает массой в два раза больше, чем в покое.

У теории вероятности было и другое следствие: соотношение энергии и массы можно выразить математически, что Эйнштейн и сделал в своей знаменитой формуле E = mc2. Это выражение – энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате, – натолкнуло физиков на мысль, что даже крошечные количества вещества потенциально обладают колоссальным количеством энергии. А значит, если полностью преобразовать в энергию хотя бы часть массы нескольких атомов, будет мощнейший взрыв. Таким образом, скромная формула Эйнштейна заставила физиков задуматься, что произойдет, если расщепить атом, после чего они под давлением властей своих государств создали атомную бомбу. В 1909 году Эйнштейн получил место профессора теоретической физики в Цюрихском университете, а через три года сбылись его честолюбивые мечты: он вернулся в Государственную политехническую школу в Цюрихе на постоянную должность профессора. Затем последовали другие престижные и руководящие должности в академической среде. Все это время Эйнштейн продолжал работать над теорией гравитации, а также над общей теорией относительности. Профессиональная карьера шла в гору, однако семейная жизнь и здоровье начали разлаживаться. В 1914 году – в том же году, когда Эйнштейн получил должность профессора в Берлинском университете, – Альберт и Милева начали бракоразводный процесс. Потом Эйнштейн заболел, и ухаживала за ним его двоюродная сестра Эльза, на которой он и женился в 1919 году.