Прінстон, 31 січня 1955 р.
А. Ейнштейн
Альберт Ейнштейн народився 14 березня 1879 р. в місті Ульмі в Німеччині в родині торговця. Середня освіта далася йому нелегко. Дійшло до того, що вчитель латини казав йому: «Ейнштейне, з вас ніколи не вийде нічого путнього». Зубріння Ейнштейну не давалося. Вирізняло його серед учнів захоплення математикою і фізикою. В автобіографії Ейнштейн пише: «У віці 12—16 років я ознайомився з елементами математики, включно з основами диференціального та інтегрального числення. При цьому, на моє щастя, мені трапилися книжки, в яких не надто багато уваги приділялося логічній строгості, зате всюди добре була виділена головна думка».
Уже в ті роки в Ейнштейна виникли ідеї, які згодом привели його до створення теорії відносності. Він пише, що дійшов теорії відносності після десяти років роздумів над парадоксом, на який натрапив уже в 16 років. «Парадокс полягає в такому. Якби я став рухатися слідом за променем світла зі швидкістю с (с — швидкість світла у пустоті), то я мав би сприймати такий промінь світла як нерухоме, змінне в просторі електромагнітне поле. Але нічого подібного не існує; це видно як на підставі досліду, так і з рівнянь Максвелла. Інтуїтивно мені з самого початку здавалося ясним, що з погляду такого спостерігача все має відбуватися за тими самими законами, що й для спостерігача, нерухомого відносно Землі».
У шкільні роки в Ейнштейна зародилася любов до музики, заняття якою залишилися для нього головним відпочинком від напруженої розумової роботи. Зі своєю скрипкою Ейнштейн не розлучався до кінця свого життя, використовуючи вільні хвилини для музикування як наодинці, так і з друзями. Одного разу він дав навіть відкритий концерт на користь біженців із гітлерівської Німеччини. Улюбленими його композиторами були Бах, Вівальді, Моцарт і Шуберт. Жоден подарунок не радував його більше, ніж отримана до 75-річчя колекція довгограючих платівок із творами видатних композиторів.
17-річним юнаком Ейнштейн вступає до Цюрихської вищої технічної школи. Своє навчання він характеризує у такий спосіб.
«Там у мене були чудові викладачі (наприклад, Гурвіц, Мінковський), так що, власне кажучи, я міг би здобути солідну математичну освіту. Я ж більшу частину часу працював у фізичній лабораторії, захоплений безпосереднім дотиком до досліду. Решту часу я використовував головним чином для того, щоб удома вивчати праці Кірхгофа, Гельмгольца, Герца і т. д.» Говорячи про фізику, він пише далі: «Величезна кількість недостатньо узгоджених емпірично фактів діяла й тут пригнічувально. Але тут я незабаром навчився вишукувати те, що може повести вглиб, і відкидати все інше, все те, що перевантажує розум і відвертає від істотного. Тут була, однак, та заковика, що для іспиту треба було напхати в себе — хочеш не хочеш —всю цю премудрість. Таке примушування настільки мене залякало, що цілий рік після складання остаточного іспиту будь-яке роздумування про наукові проблеми було для мене отруєне. При цьому я мушу сказати, що ми в Швейцарії страждали від такого примусу, який душить справжню наукову роботу, значно менше, ніж страждають студенти в багатьох інших місцях. Було всього два іспити: в решті можна було робити більш-менш те, що хочеш. Особливо добре було тому, хто, як я, мав друга, який акуратно відвідував лекції і сумлінно опрацьовував їхній зміст. Це давало свободу у виборі занять аж до кількох місяців перед іспитом, свободу, якою я широко користувався; пов'язане ж із нею нечисте сумління я сприймав як неминуче, до того ж значно менше зло. По суті, майже диво, що сучасні методи навчання ще не зовсім задушили святу цікавість, бо ця ніжна рослинка потребує поряд із заохоченням насамперед свободи,— без неї вона неминуче гине». Ясно, що така відкрита, хоч і виправдана опозиція щодо існуючої системи навчання призвела до дещо неприємних результатів. Вищу технічну школу Ейнштейн закінчує із середньою оцінкою 4,91 (за шестибальною системою). Випуск складався з чотирьох студентів, з яких троє відразу ж отримали місця асистентів у тій самій школі. Тільки Ейнштейна жоден професор не побажав залишити в себе. Два роки він працює від випадку до випадку шкільним учителем, потім отримує місце експерта в Бернському бюро патентів.
У ці роки починається наукова творчість Ейнштейна. Перше дослідження, в якому розглянуто явища капілярності, виходить друком у 1901 р. Наступні статті, як з'ясувалося пізніше, повторюють праці Гіббса, що з'явилися раніше і яких Ейнштейн не знав. Але ось у 1905 р. з'являються три статті 26-річного вченого; кожної з них було досить, щоб увійти в історію фізики. Це були роботи з квантової теорії, про броунівський рух і теорію відносності.
Стаття «Про один евристичний погляд, що стосується виникнення і перетворення світла», закінчена в березні, стала одним із найважливіших етапів створення теорії квантів. Поняття світлових квантів увів у фізику Макс Планк у 1900 р. Планк вважав, що джерела світла випромінюють світло не безперервно, а маленькими порціями, так званими квантами. Ейнштейн сміливо пішов далі. Згідно з Ейнштейном, порції світла проявляються не тільки під час випромінювання чи поглинання, а становлять суть природи світла. Саме світло, незалежно від джерела, складається з квантів, які справедливо можуть бути названі частинками світла. Погляд Ейнштейна отримав безліч дослідних підтверджень. Квантову природу світла давно вважають доведеним фактом.
Теорія світла, що існувала до цього, не могла пояснити фотоефект, тобто явище, в якому з поверхні освітлюваної речовини вилітають електрони. Спираючись на свій новий погляд на суть світла, Ейнштейн зумів повністю пояснити явище фотоефекту. Пізніше, в 1921 р., він отримав за ці роботи Нобелівську премію.
В наступні роки Ейнштейн ще раз повертався до теорії квантів. У 1917 р. він знайшов зв'язок між імовірністю випромінювання і поглинання світла. Відкритий Ейнштейном закон носить його ім'я. Разом з індійським фізиком Бозе він розробив правила застосування методів статистики до вивчення світлових квантів. Далі, однак, відбувається щось дивне. Усі вчені, за невеликим винятком, вітають швидкий розвиток теорії квантів, а Ейнштейн несподівано займає протилежну позицію. Багато років він сперечається з одним із творців теорії атома — Нільсом Бором, стверджуючи, що фізична картина, яку дає ця теорія, недосконала. Цієї думки він дотримувався до кінця свого життя.
У другій роботі Ейнштейна, опублікованій у 1905 р. (вона була закінчена в травні), ішлося про безладний рух зважених у рідині частинок речовини (так званий броунівський рух), який можна простежити під мікроскопом. Ця стаття пояснювала броунівський рух як наслідок зіткнення з молекулами рідини і вела до дослідного підтвердження існування молекул. Ґрунтуючись на цій роботі, виявилося можливим дослідним шляхом визначити число молекул газу в даному об'ємі.
30 червня 1905 р. редакція журналу «Annalen der Physik» отримала від Ейнштейна третє його дослідження за 1905 рік. Робота, яка була написана за п'ять-шість тижнів, має назву «До електродинаміки рухомих тіл». У ній викладено основні положення спеціальної теорії відносності. Робота вирізняється дивовижною ясністю, так що її й тепер вважають одним із найкращих викладів спеціальної теорії відносності.
Лоренц, Пуанкаре та деякі інші дослідники намагалися пояснити результат досліду Майкельсона —Морлі за допомогою різних штучних гіпотез (наприклад, припускали, що зі зростанням швидкості розміри електрона в напрямку руху зменшуються), дотримуючись при цьому старих уявлень про простір і час. Ейнштейн же, навпаки, ясно бачив, що нова теорія насамперед має бути новою теорією простору і часу. В основу нової теорії він поклав два постулати, які перебувають у згоді з дослідними даними.
- Закони природи виражаються в усіх інерціальних системах однаково.
- Швидкість світла у пустоті одна й та сама в усіх інерціальних системах.
Треба сказати, що спроби виступів проти теорії відносності тривають і в наші дні. Раз у раз та й з'явиться в науковій літературі окрема статейка, в якій намагаються знехтувати теорією відносності.
Ці спроби виглядають настільки безпорадними, що зупинятися на них немає сенсу.
Протягом багатьох років з приводу теорії відносності висловлювалися всі, як обізнані, так і невігласи. Відомий німецький фізик Лауе у своїй книжці «Історія фізики» писав таке: «Дуже характерний факт, що від Арістарха до Ейнштейна жодна фізична теорія не змогла так сколихнути широкі кола громадськості, як теорія, що торкалася звичних поглядів на простір і час».
Цікаве напівжартівливе висловлювання Ейнштейна про створення ним теорії відносності: «Коли я питаю себе, як вийшло, що саме я дійшов теорії відносності, то відповідь, здається мені, криється в такому: нормальна доросла людина не думає про проблеми простору і часу. Вона вважає, що обдумала все, про що тут можна думати, ще в ранній юності. Я ж, навпаки, розвивався так повільно, що почав замислюватися про час і простір лише тоді, коли став уже дорослим. Природно, що мені вдалося глибше проникнути в ці проблеми, ніж це зазвичай робить дитина.»
За короткий час кількість наукових робіт Ейнштейна сильно зросла. До кінця 1907 р. вийшли з друку вже 22 його наукові статті, але він і далі служив у Бюро патентів. Сам Ейнштейн вважав, що науковою роботою можна займатися всюди. Виступаючи багато років по тому в Лондоні з питання про вчених, які втекли з гітлерівської Німеччини, він звернув увагу на те, що для них, крім університетів, є ще багато робочих місць. Як приклад він навів роботу доглядача маяка, у якого має лишатися багато часу для наукових досліджень.
Успіх нової теорії призводить Ейнштейна до тісного спілкування з ученими. У 1908 р. він отримав право читання лекцій у Бернському університеті. Взимку 1908—1909 рр. він читає там свій перший курс «Теорія випромінювання» аудиторії, що складалася з чотирьох слухачів. Восени 1909 р. Ейнштейн уже екстраординарний професор теоретичної фізики Цюрихського університету, а в 1911 р.— ординарний професор Німецького університету в Празі. Влітку 1912 р. Ейнштейн повертається до Цюриха, де починає працювати професором математичної фізики у тій самій Вищій технічній школі, яку він закінчив за 12 років до цього. У 1913 р. його обрали членом Прусської Академії наук, а роком пізніше він стає директором щойно відкритого Фізичного інституту імені кайзера Вільгельма (тепер інститут імені Макса Планка). У той самий час він є професором Берлінського університету.
У ці роки Альберт Ейнштейн починає особливо інтенсивно працювати над створенням загальної теорії відносності. За розповідями одного з найближчих співробітників Ейнштейна — польського фізика Л. Інфельда — проблема, «що відбувається у вільно падаючому ліфті», виникла в Ейнштейна, коли йому було всього 16 років. До глибшого вивчення подібних проблем він приступив незабаром після створення спеціальної теорії відносності.
Потребу в спеціальній теорії відносності відчували багато фізиків на початку століття, інакше стояла справа із загальною теорією відносності. Можна сказати, що Ейнштейн був єдиною людиною, яка бачила обмеженість спеціальної теорії відносності та необхідність загальнішої теорії. Навіть Макс Планк казав Ейнштейну: «Тепер усе так добре пояснено, навіщо ви ще займаєтеся цими проблемами?» Але Ейнштейн не відмовився від свого задуму. Закон тяжіння Ньютона не випливав зі спеціальної теорії відносності, і це спонукало Ейнштейна шукати нові шляхи. Внаслідок напружених досліджень у 1916 р. роботою «Основи загальної теорії відносності» було закладено початок загальної теорії відносності в тому вигляді, в якому ми її тепер знаємо. Сам Ейнштейн вважав, що без нього загальна теорія відносності, ймовірно, не була б створена й до наших днів, і в цьому він, цілком імовірно, мав рацію. Спеціальна теорія відносності була б незабаром створена, мабуть, і без нього, а створення загальної теорії відносності довелося б чекати значно довше.
Одним із найістотніших результатів загальної теорії відносності було відкриття неевклідового) характеру навколишнього нас простору (тобто його викривленості) . У реальному світі діють зовсім не такі прості закони геометрії, як думали тисячоліттями. Матеріалістам особливо важливий висновок теорії відносності, що геометричні властивості простору визначаються розподілом і рухом мас. Встановлення цих істин зробило в уяві вчених революцію в повному розумінні цього слова, революцію, яку можна порівняти з іншим переворотом, що стався раніше, а саме: з відкриттям факту, що Земля не плоска, а кулеподібна. До того, що поверхня Землі викривлена, ми всі вже давно звикли. Однак ми ще далеко не звикли до того, що й світовий простір може бути викривленим.
Загальна теорія відносності викликала ще бурхливіший обмін думками, ніж попередня їй спеціальна теорія відносності. У 1921 р. Макс Лауе писав: «Багато похвал, і лайки багато — ось доля загальної теорії відносності в теперішній час. Характерно при цьому, що найгучніші крикуни як з одного боку, так і з іншого боку майже нічого в ній не розуміють». В наші дні становище значною мірою змінилося, але все ж і тепер з'являються статті, автори яких намагаються розв'язувати проблеми гравітації, оминаючи загальну теорію відносності. За логічною строгістю і математичною витонченістю жодна з цих робіт не може зрівнятися з теорією відносності.
Загальна теорія відносності надзвичайно багата за змістом. У науковій літературі безперервно з'являються роботи, присвячені подальшому розвитку цієї теорії, але належить зробити ще дуже багато.
Після того як вимірювання, проведені під час сонячного затемнення 1919 р., підтвердили передбачення загальної теорії відносності про викривлення світлового променя в полі тяжіння Сонця, Ейнштейн досяг вершини своєї слави. Сам він помічав це, може бути, менше за всіх. Тривала старанна робота над питаннями загальної теорії відносності. У той же час він бере участь (у багатьох наукових і пацифістських конгресах, подорожує і виступає з лекціями в різних містах і університетах. Ейнштейна обирають членом багатьох наукових товариств світу. У 1926 р. він обирається почесним членом Академії наук Союзу РСР. Весь цей зовнішній успіх не заважає Ейнштейну займатися наукою завдяки його великій енергії та винятковій здатності зосереджуватися. Радянський академік А. Ф. Йоффе, наприклад, розповідає: «Я часто згадую випадок, який показав, як Ейнштейн будує своє світорозуміння: якось він зацікавився моїми дослідженнями властивостей кристалів і просив викласти їх йому. О 3-й годині дня я приступив до цього завдання і за дві години закінчив його. Тоді почався разючий процес освоєння нових фактів та ідей, зіставлення їх із найрізноманітнішими боками фізичної картини, що існувала в Ейнштейна, і цей процес тривав протягом 9 годин — до 2-ї години ночі. Весь цей час Ейнштейн був настільки поглинений своїми думками, що все навколишнє ним майже не сприймалося: вечеряв він, наприклад, так, що за командою дружини брав на виделку їжу й відправляв її до рота, навряд чи усвідомлюючи, що він їсть».
Виняткову зосередженість Ейнштейна показує ще такий епізод на його лекції в Цюрихському університеті, про який розповідає один зі слухачів: «За весь час, як мені пам'ятається, в Ейнштейна лише один раз сталася заминка. Ейнштейн раптом зупинився під час лекції і сказав: «Тут має бути одне просте математичне перетворення, яке я зараз ніяк не можу знайти. Може бути, хтось із вас, панове, бачить його?» Звісно, ми його не бачили. «Тоді залиште чверть сторінки! Не варто втрачати час. Результат буде такий...» Приблизно через десять хвилин Ейнштейн вигукнув, перервавши міркування: «Знайшов!» Ми спочатку не зрозуміли, що він знайшов. Проводячи подальші складні виведення, він знайшов ще час думати про те, як могло виглядати забуте перетворення. Це була типова риса Ейнштейна». Цей самий слухач лекцій розповідає ще один цікавий випадок: «Я відвідав його наступного дня. Він сидів у своїй робочій кімнаті перед стосом паперів, списаних математичними формулами. Правою рукою він писав, лівою тримав свого молодшого сина і при цьому встигав відповідати старшому синові, який грався в кубики. Зі словами «хвилинку, я зараз» він передав мені посаду няньки на кілька хвилин і продовжував працювати далі».
Плідна робота Ейнштейна в Берліні була несподівано перервана приходом до влади фашистів. У той час Ейнштейн перебував у Швеції. У березні 1933 р. він заявляє, що не повернеться більше до країни, де панують насильство і реакція. На знак протесту він виходить із Прусської та Баварської академій. Баварську академію він звинувачує в тому, що вона залишалася байдужою до переслідування вчених і студентів. «Я не можу належати до жодного об'єднання, яке так чинить, навіть якщо його примушують до цього»,— пише він у своєму листі.
Альберт Ейнштейн в останні роки життя
Гітлерівська Німеччина не хотіла визнавати вченого-неарійця та його теорію відносності. Реакційні виступи під гаслами критики теорії відносності, за словами А. Зоммерфельда, «зводили рівень наукових зборів до рівня антисемітських мітингів». Напади фашистів на теорію відносності та Ейнштейна можна порівняти тільки з переслідуванням інквізицією Галілея та його вчення.У цей час у США в Прінстоні організувався новий науково-дослідний інститут («Інститут вищих досліджень»), працювати в якому запросили ряд математиків і фізиків, що емігрували з Німеччини. Ейнштейн прийняв запрошення, і з 1933 р. до кінця життя його домом стає Прінстон. Тут за допомогою кількох найближчих співробітників — великої школи в Ейнштейна ніколи не було — він продовжує розвивати далі загальну теорію відносності і успішно завершує її. Основну увагу він все ж приділяє іншому.
Ейнштейн завжди бачив у природі єдине ціле і відповідно вважав, що фізика має являти собою єдину систему. Пошукам цієї системи він присвячує близько 40 останніх років свого життя. Ейнштейн намагався створити єдину теорію, яка описувала б з єдиного погляду як електромагнітне, так і гравітаційне поле. На його думку, ці два поля утворюють разом єдиний фізичний об'єкт, одне поле. Але, на жаль, у роботі зі створення єдиної теорії поля, за словами самого Ейнштейна, щастя покинуло його. Кілька разів йому здається, що мету досягнуто, але пізніше з'ясовується, що результати все ж незадовільні. Ейнштейн характеризує процес створення єдиної теорії поля такими словами: «Існує тільки одна істина, число ж оман безмежне».
У 1945 р. Ейнштейн виходить у відставку, проте напружена робота зі створення єдиної теорії поля продовжується. До 1953 р. складається враження, що початки теорії закладено, основні рівняння знайдено. Щоправда, сам Ейнштейн зазначає, що він не знає, як розв'язати ці рівняння, більше того, він не знає навіть, як показати, що ці рівняння взагалі мають розв'язок. Попри це, він налаштований оптимістично щодо майбутнього. Цей оптимізм не поділяє більшість фізиків, які вважають спроби створення єдиної теорії поля безплідними. Тут, однак, ще рано підбивати підсумки. Сама проблема фундаментальна, і відповідно до цього остаточне її розв'язання може вимагати ще багато часу. Багато що говорить за те, що постановка проблеми все ж правильна.
Ейнштейну завжди були дорогі ідеї гуманізму, миру і добробуту людства — їх він захищав, не шкодуючи сил, протягом усього свого життя. Безглуздо звинувачувати Ейнштейна в появі атомної бомби — теорія відносності, мовляв, указала джерела енергії для атомної бомби. Ейнштейн завжди був категорично проти застосування атомної енергії у військових цілях. У 1939 р. він звертається до президента США Ф. Д. Рузвельта з листом, у якому попереджає, що нацистам, ймовірно, незабаром вдасться виготовити атомну бомбу. Цей лист, безсумнівно, сприяв форсуванню атомних досліджень у Сполучених Штатах. Ейнштейн не шкодував сил, щоб утримати від зловживань атомною енергією. Після війни він пише: «На нас, учених, які розв'язали цю жахливу силу, лежить величезна відповідальність за те, щоб спрямувати атомну енергію на служіння добру людства, а не на руйнування». Сотні виступів, статті та інтерв'ю характеризують Ейнштейна як одного з перших у лавах прогресивних сил світу.
У 1954 р. науковий світ відзначав 75-річчя Ейнштейна. Влітку 1955 р. очікувалися ще більші урочистості з нагоди 50-річчя від часу створення спеціальної теорії відносності. Несподівано ці наміри були затьмарені жалобою: 18 квітня 1955 р. помер Альберт Ейнштейн. Помер чоловік, про якого А. Зоммерфельд сказав: «З глибокодумністю і послідовністю філософського мислення, яких ніколи досі не зустрічали в умах природодослідників, з математичною силою, що нагадує Гаусса і Рімана, Ейнштейн звів протягом десяти років будівлю, перед якою ми стоїмо, відчуваючи подив і запаморочення».