Читать книгу Самая большая ошибка Эйнштейна - Дэвид Боданис - Страница 5

В 1879-м, в год рождения Эйнштейна, в европейской науке доминировали две великие идеи, и обе они сыграли немалую роль при создании величайшей из его работ, обеспечив ей должный контекст и фон. Первая идея – признание того, что силы, движущие великими промышленными цивилизациями (сжигание угля в топках громадных паровозов; взрывы пороховых зарядов в пушках боевых кораблей, удерживающих в подчинении колонизированные народы; даже слабенькие электрические импульсы в подводных кабелях, разносящих телеграфические послания по всему миру) представляют собой различные проявления фундаментальной сущности под названием Энергия. И это стало одной из основополагающих научных идей Викторианской эпохи.

Ученые конца XIX века знали, что энергия ведет себя согласно неким неизменным принципам. Шахтеры добывали уголь, вырубая его из земли. Инженеры научились под давлением закачивать газы, которые получали при спекании этого угля, в особые трубки, применяемые в уличных фонарях тогдашнего Лондона. Но при несчастном случае энергия взрыва светильного газа (энергия разлетающихся осколков стекла, плюс акустическая энергия воздушной волны, плюс энергия всех металлических кусков фонаря, залетевших на близлежащие крыши) будет в точности равняться энергии, присущей самому газу. А если потом один из этих кусков свалится вниз, на мостовую, то звук и энергия его падения плюс возникшие при этом порывы ветра будут в точности равняться энергии, которая подняла этот кусок в воздух.

Смириться с мыслью, что энергию нельзя создать или уничтожить, а можно только преобразовать, нетрудно. Но из этого постулата следуют самые неожиданные выводы. К примеру, один из выездных лакеев королевы Виктории открывает дверцу ее кареты, когда монарх прибывает в Букингемский дворец. Энергия, содержащаяся в плече слуги, начинает покидать это плечо… и при этом точно такое же количество энергии проявляется в движении изукрашенной дверцы экипажа и даже в вызванном трением (и весьма незначительном) повышении температуры петли этой дверцы. Когда же правительница сходит на землю, кинетическая энергия, которую заключало в себе августейшее тело, передается земле под ее ногами, в результате чего ее величество в конце концов встает возле кареты неподвижно, а вот наша планета успевает чуть-чуть дрогнуть на своей околосолнечной орбите.

Все виды энергии связаны между собой, и все виды энергии очень тонко сбалансированы. Сию простую истину назвали законом сохранения энергии. К середине XIX века этот закон получил весьма широкое признание. Когда Чарльз Дарвин продемонстрировал, что традиционный Бог вовсе не обязателен для создания живых видов на нашей планете, доверие к религии серьезно пошатнулось, и тогда представление о неизменности совокупной энергии стало своего рода утешительной альтернативой. Столь волшебная сбалансированность энергии казалась свидетельством того, что некая Божественная десница все же некогда коснулась нашего мира – и, более того, по-прежнему действует среди нас.

К тому времени когда сохранение энергии удалось осознать и понять, ученые Европы успели обзавестись еще одной великой идеей, доминировавшей в физике XIX века, – идеей о том, что материя тоже никогда не исчезает полностью. Например, во время Великого лондонского пожара 1666 года крупнейший в то время город Европы подвергся натиску огненной стихии: вначале вспыхнули смола и дерево в одной пекарне, затем языки пламени с ревом стали перескакивать с одной крыши на другую, выбрасывая гигантские клубы едкого дыма и обращая жилища, лавки, конторы, конюшни и даже чумных крыс в горячий пепел.

В XVII веке это воспринимали просто как всепоглощающий хаос. Но к 1800 году (за век до Эйнштейна) ученые осознали: если бы кто-нибудь сумел с абсолютной точностью взвесить все, что находилось в Лондоне до начала пожара (все деревянные половицы во всех строениях, все кирпичи, всю мебель, все пивные бочонки и даже всех шныряющих повсюду крыс), а затем, предприняв еще более невероятные усилия, определил бы массу всего дыма, пепла, золы, кирпичной крошки и т. п., порожденных пожаром, оказалось бы, что эти две массы совершенно одинаковы.

Этот принцип назвали законом сохранения вещества, и с конца XVIII столетия он становился все очевиднее. В разное время для его формулировки использовались разные термины, но суть закона от этого не менялась. Сожгите дрова в камине, и у вас получится зола и дым. Но если вы сумеете накинуть огромный непроницаемый мешок поверх каминной трубы и всех щелястых окон, а затем определить массу всего уловленного таким способом дыма и всей золы, а затем еще и учесть, сколько кислорода поглощалось из воздуха в процессе горения, – тогда вы обнаружите, что общая масса всего этого, опять-таки, в точности равна массе сгоревших дров. Материя способна менять форму, превращаясь из дерева в золу, но в нашей Вселенной она никогда не исчезает.

Эти две идеи – о сохранении вещества и о сохранении энергии – сыграют основополагающую роль и в образовании, и во впечатляющих достижениях юного Эйнштейна.

* * *

Эйнштейн появился на свет в 1879 году в немецком городе Ульм, примерно в 75 милях от Мюнхена, в семье, которую лишь несколько поколений отделяли от жизни средневекового еврейского местечка. В христианской Германии XIX века евреи воспринимались как странные чужаки, а иногда даже в некотором роде как недочеловеки. Неудивительно, что евреям, которые практически поголовно придерживались самых строгих правил иудаизма, внешний мир представлялся чем-то угрожающим и тревожным, особенно когда само христианство начало слабеть, тем самым расшатывая границы между двумя религиями и позволяя идеям, родившимся в век Просвещения (XVIII век) (о свободе предпринимательства, о настоящей науке, о том, что изучение внешнего мира может принести мудрость и ценные познания), проникать в еврейское сообщество – сначала робко, а затем со все нарастающей скоростью.

К тому времени когда выросло поколение родителей Эйнштейна, эти идеи, похоже, успели принести немецким евреям немало пользы. Отец Альберта Герман и его брат Якоб были электроинженерами-самоучками. Они занимались самыми передовыми технологиями своего времени, конструируя моторы и системы освещения. В 1880 году, когда Эйнштейн был еще младенцем, Герман с Якобом переехали в Мюнхен и открыли там фирму «Якоб Эйнштейн и компания». Они надеялись удовлетворять растущие потребности города в электротехнике. Якоб представлял более прагматичную часть тандема, Герман же был более склонен к мечтательности. С ранних лет он обожал чистую математику, но подростком вынужден был уйти из школы – нужно было работать, чтобы помогать содержать семью.

В доме Эйнштейнов было тепло и уютно, и Альберт всегда знал, что родители его очень любят и о нем заботятся. Года в четыре, когда ему разрешили гулять по мюнхенским улицам одному, кто-то из родителей (чаще это была его мать Паулина) всегда незаметно шел за ним, пристально следя за тем, как юный Альберт переходит улицы, полные конных экипажей, дабы убедиться, что он в безопасности.

* * *

Когда Альберт подрос и уже мог кое-что понимать, отец, дядюшка и гости, регулярно посещавшие их дом, постепенно объяснили ему, как работают двигатели и почему светятся электрические лампочки, и каким образом Вселенная делится на две части – Энергетическую и Массовую. Альберт жадно впитывал знания, а также проникался сознанием того, что дух иудаизма, живший в их семье, – наследие, которым следует гордиться, и этому нисколько не мешала уверенность его родителей в том, что почти весь Ветхий Завет и почти все ритуалы, отправляемые в синагоге, – в сущности, просто суеверие. Они полагали, что если оставить все это в прошлом, современный мир примет тебя как достойного гражданина.

Но вскоре Альберт понял, что, как бы ни пытались члены его семьи вписаться в мюнхенское общество, город не проявлял к ним особую гостеприимность. Еще когда мальчику было шесть лет, отцовская фирма заполучила контракт на создание первой системы электрического освещения для городского Октоберфеста. Но в последующие годы получалось так, что контракты на новые осветительные системы и генераторы уходили нееврейским фирмам, даже если их изделия оказывались хуже, чем предлагаемые братьями Эйнштейнами. Поговаривали, что электротехническим бизнесом выгоднее заниматься в процветающей Павии, городе на севере Италии, близ Милана. В 1894 году в надежде заново устроить дело туда перебрались его родители вместе с его сестрой Майей и его дядей, а пятнадцатилетний Альберт остался в Мюнхене – ему нужно было закончить школу.

Для него это было не самое счастливое время. Мягкость, к которой он привык в собственном семействе, очень контрастировала с грубыми и суровыми нравами школ, где ему пришлось учиться: «Учителя… казались мне какими-то фельдфебелями», – вспоминал он десятилетия спустя. От учеников требовалась непрестанная зубрежка, направленная на то, чтобы сделать их вечно запуганными и вечно послушными. Как известно, однажды, обращаясь к пятнадцатилетнему Эйнштейну, которому уже сильно наскучило сидеть на таких занятиях, доктор Дегенхарт, его преподаватель греческого, гневно заорал: «Эйнштейн, из тебя никогда не выйдет ничего путного!» Вечно преданная ему сестра, записавшая эту историю, позже заметила не без иронии: «И в самом деле, Альберт Эйнштейн так и не стал профессором греческой грамматики».

В шестнадцать лет Эйнштейн бросил школу, но поскольку этот поступок стал его собственным решением, он не считал его неудачей. Более того, он даже гордился им как своего рода бунтом. Он самостоятельно добрался до Италии, где воссоединился с семьей. Некоторое время он работал на фабрике, принадлежавщей отцу и дяде, и при этом уверял обеспокоенных родителей, что подыскал университет, где преподавание ведется по-немецки и где не требуется аттестат о среднем образовании, а кроме того, нет и требований к минимальному возрасту абитуриентов. Это было Высшее техническое училище (Политехникум) в Цюрихе. Он без лишних колебаний подал туда заявление. Хотя на вступительных экзаменах он получил отличные оценки по математике и физике (семейные беседы о науке и технике не прошли даром), ему все-таки следовало в свое время побольше слушать Дегенхарта: сам Эйнштейн вспоминал, что вообще совершенно не готовился к поступлению и что его подвели результаты экзаменов по французскому и химии. Итак, в швейцарский Политехникум его не приняли.

Родители не очень удивились. «Я давно привык, – писал Альберт отцу, – получать не очень хорошие отметки наряду с очень хорошими». Эйнштейн признал, что зря решился поступать в таком юном возрасте – и его «неготовность к поступлению» была порождена некоторой самонадеянностью. И тогда он нашел в долинах Северной Швейцарии, под Цюрихом, семью, где мог бы жить год, занимаясь с репетиторами, а затем снова пытаться поступить в Политехникум.

Хозяева дома, семейство Винтелеров, полагали, что Эйнштейн, конечно же, будет в часы досуга посиживать с ними за столом – во время чтения вслух или обсуждения каких-нибудь увлекательных предметов. У них устраивались совместные музыкальные вечера: Эйнштейн был талантливый скрипач, что отмечали еще школьные инспектора в Германии. Более того, у Винтелеров имелась дочь Мари лишь немногим старше Альберта. Поначалу Эйнштейн счел вполне удобным выразить свою симпатию к ней, предложив, чтобы она стирала его белье и одежду, как это всегда делала его мать. Однако вскоре он освоил более утонченные методы ухаживания. Так началось его первое романтическое увлечение. По-видимому, именно оно спровоцировало его мать на первый приступ маниакальной любознательности. Однажды, когда он приехал на каникулы домой и написал Мари Винтелер: «Моя обожаемая и любимая… ты значишь для моей души больше, чем значил для нее весь мир», фрау Паулина старательно вывела на конверте неубедительное уверение, что она, мол, не читала содержимого.

* * *

Со второй попытки Эйнштейн сумел-таки поступить в цюрихский Политехникум. Это случилось в 1896 году, и ему исполнилось к тому времени семнадцать. Его зачислили на курс, предназначенный для подготовки будущих учителей старших классов. Альберту хватало образования, чтобы понимать лекции. При этом немалый жизненный опыт, который он успел приобрести, позволял воспринимать то, что говорили его профессора, критически. Все это создавало идеальные предпосылки для выработки независимости мышления.

Хотя преподаватели цюрихского Политехникума по большей части были превосходны, некоторые из них отличались известной старомодностью воззрений, и Эйнштейн постоянно ухитрялся раздражать их. Так, профессор физики Генрих Вебер поначалу был полезен Эйнштейну, однако, как выяснилось позднее, он совершенно не интересовался современными теориями и категорически отказывался включать в свои лекции революционные труды шотландца Джеймса Клерка Максвелла, увязывавшие между собой электрическое и магнитное поле. Это очень злило Эйнштейна, который уже тогда понимал, сколь важны максвелловские изыскания. Вебер, подобно многим физикам 1890-х годов, полагал, что все фундаментальные принципы и законы природы уже открыты и задача современных ученых – лишь заполнить некоторые еще оставшиеся пробелы; следующим поколениям физиков предстоит несколько усовершенствовать свою измерительную аппаратуру, чтобы точнее описать уже известные процессы. В общем, никаких новых грандиозных открытий в будущем науке ждать не приходится.

Кроме того, Вебер отличался невероятной педантичностью. Однажды он заставил Эйнштейна целиком переписать отчет об исследовательской работе на том основании, что первый вариант был подан на листах не совсем правильного размера. Эйнштейн с издевкой именовал его «герр Вебер», а не «профессор Вебер», и на долгие годы сохранил обиду на него. Полвека спустя этот бывший студент писал о своих университетских годах: «Просто чудо, что [наши] современные методы обучения все-таки пока не до конца задушили священную любознательность обучаемых».

Поскольку ходить на лекции Вебера особого смысла не имело, Эйнштейн проводил много времени, знакомясь с кафе и пивными Цюриха, – часами потягивая кофе со льдом, покуривая трубку, читая и обмениваясь слухами. При этом он находил время самостоятельно изучать труды Гельмгольца, Больцмана и других столпов тогдашней современной физики. Но читал он бессистемно, и когда пришла пора годовых экзаменов, он понял, что кто-то должен ему помочь наверстать упущенные занятия, проводившиеся в строгом соответствии с учебным планом герра Вебера.

Эйнштейну требовалось найти какого-то собрата-студента, к которому он мог бы обратиться за помощью. Его лучшим другом был Мишель Анджело Бессо, итальянский еврей несколькими годами старше нашего героя, недавний выпускник Политехникума. Бессо был человек доброжелательный и довольно утонченный: они познакомились на музыкальном вечере, где оба играли на скрипке. Однако на занятиях Бессо любил считать ворон почти так же, как и Эйнштейн. А значит, завсегдатаю кофеен требовалось найти кого-то еще, чтобы одолжить конспекты – если, конечно, он хотел получить какой-то шанс перейти на следующий курс. Дополнительную трудность представляло то, что к его предварительным результатам было приложено зловещее «порицание декана за недостаточное прилежание во время практикума по физике».

Мишель Бессо, лучший друг Эйнштейна (1898 г.). Описывая их интеллектуальное партнерство, Бессо как-то заметил: «Орел-Эйнштейн взял воробья-Бессо под свое крыло, и воробей сумел взлететь чуточку повыше».

К счастью, еще один знакомец Эйнштейна, по имени Марсель Гроссман, оказался идеальным приятелем для всякого первокурсника, предпочитающего сидеть в кафе, а не таскаться на всякие ненужные лекции. Подобно Эйнштейну и Бессо, Гроссман был евреем, недавно прибывшим в страну. Университеты Швейцарии придерживались полуофициальной политики антисемитизма, переправляя евреев и других чужаков на «менее престижные» (как тогда считалось) факультеты – скажем, теоретической физики, а не прикладной физики или инженерии, где зарплата выпускников, как полагали, будет в конечном счете значительно выше. (Впрочем, для Эйнштейна это было не очень страшно: лишь благодаря теоретической физике он сумел как следует освоить понятия энергии и материи, давно занимавшие его.) Гроссман и Эйнштейн понимали, что к ним относятся в Политехникуме с одинаковой предвзятостью, и оттого их дружба стала еще крепче.

Когда наступила сессия, конспекты Гроссмана (где он аккуратно вычертил все необходимые графики и схемы) стали для Эйнштейна настоящим спасением («Трудно представить, как бы я обошелся без них», – напишет Эйнштейн жене Гроссмана много позже), позволив ему, в частности, сдать геометрию с почтенными 4,25 баллами из 6 возможных. Конечно, его результат не шел ни в какое сравнение с результатом Гроссмана, получившего высший балл – 6,0 (чему никто не удивился). Впрочем, никто из друзей Эйнштейна не удивился и такой разнице в их баллах: у Альберта имелись в жизни другие дела.

Речь идет об одном студенте, вернее, студентке, с которой Эйнштейн проводил время. Пожалуй, она была еще более, чем Эйнштейн и его друзья, чуждой тогдашней университетской среде Цюриха: сербка, православная христианка, единственная женщина на курсе, Милева Марич отличалась острым умом и мрачно-чувственной внешностью, так что не один цюрихский студент хотел бы завязать с ней близкое знакомство. Милева, на несколько лет старше большинства однокурсников, была одаренным музыкантом и художником, а кроме того, знала много языков и до того, как переключиться на физику, изучала медицину. Эйнштейн к тому времени давно порвал с дочерью своего бывшего квартирного хозяина, а потому был вполне готов к новым отношениям.

Гроссман и Эйнштейн через несколько лет после окончания университета (начало 1910-х гг.)

Милева Марич (конец 1890-х гг.). В 1900 году он писал ей: «Вместе мы будем самыми счастливыми людьми на земле, это уж точно».

В юности Эйнштейн был весьма привлекателен, что могло бы удивить тех, кто знал его в старости: черные кудри, уверенная улыбка, то и дело озарявшая лицо. Тесная дружба с сестрой Майей одарила его легкостью в отношениях с женщинами и помогла ему, когда он начал ухаживать за Милевой. В течение нескольких университетских лет они очень сблизились. «Без тебя, – писал он ей в 1900 году, – мне не хватает уверенности в своих силах, удовольствия от работы, удовольствия от жизни…» Зато если заживем вместе, говорил он ей, то будем «самыми счастливыми людьми на земле, это уж точно». Отбросив всякую осторожность, он даже послал ей в письме абрис своей ступни, чтобы она связала ему носки.

Некоторое время они с Милевой скрывали от остальных свой роман, но это никого не могло обмануть. В очередной раз навещая родителей в Италии, Эйнштейн писал ей: «Мишель уже заметил, что ты мне нравишься, потому что, хотя я ему почти ничего о тебе не говорил, когда я сказал, что должен снова поехать в Цюрих, он ответил: ну да, тебя туда одно тянет». И в самом деле, зачем бы ему еще туда ехать?

В годах накануне нового века есть что-то притягательное и возбуждающее. Круг Эйнштейна явно ощущал это возбуждение. Четверка друзей (Мишель Бессо, Марсель Гроссман, Альберт Эйнштейн и Милева Марич) разделяла мнение многих своих собратьев-студентов: что большинство их преподавателей – реликты другой эпохи, пережитки прошлого, к которым незачем относиться серьезно, – а вот новое, наступающее XX столетие сулит чудеса. И, разумеется, принесет эти чудеса в мир именно молодое поколение. В этом, похоже, никто из них не сомневался.

У каждого из друзей имелся свой источник уверенности. К примеру, Мишеля Бессо поджидала в Италии процветающая инженерная фирма его семейства, и он уже сейчас проводил там немало времени. При своей общительности и умении налаживать контакты он, в конце концов обосновавшись на одном месте, несомненно сумеет внести вклад в успешное развитие семейной компании. Гроссман обладал немалыми математическими талантами, которые признавали все в его колледже. Милева Марич еще в будапештской технической школе считалась блестящей ученицей; более того, она стала одной из первых женщин в Австро-Венгрии, поступивших в высшее учебное заведение, а к тому же – одной из немногих представительниц женского пола, обучавшихся в швейцарских университетах. Согласитесь, немалое достижение в стране, где до полного официального признания женского равноправия оставалось еще семь десятилетий!

Все они так и рвались совершать открытия – и Эйнштейн, вероятно, сильнее всех. Хотя университетские штудии отнимали у него много времени, его личные интеллектуальные труды набирали обороты. Часами прохлаждаясь в цюрихских кафе за чтением газет, он нередко изображал из себя лентяя и балагура, но при этом тратил столько же времени на изучение трудов величайших физиков тогдашней Европы, самостоятельно обучаясь всему, что упорно игнорировал закоснелый ретроград профессор Вебер.

Эйнштейна зачаровывали идеи Майкла Фарадея и Джеймса Клерка Максвелла о том, что пространство, возможно, пронизано невидимыми полями, где смешиваются электричество и магнетизм, и что эти поля влияют на все, находящееся в пределах их досягаемости. Его поражали и более недавние открытия: так, Джозеф Джон Томсон у себя в Кембридже измерял характеристики электрона, крошечной частицы, которая, судя по всему, существовала внутри атомов, а значит, во всяком веществе; Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, позволявшие видеть, что находится внутри живой плоти; Гульельмо Маркони посылал радиосигналы через пролив Ла-Манш. Эйнштейн задавался вопросом: как и почему происходят все эти явления? Он размышлял над ними начиная с того года, который провел вместе с семьей перед отъездом в Швейцарию, но тогда так и не смог прийти к каким-либо результатам.

Теперь же он стремился расширить не только собственные познания, но и пределы физики как таковой. Косвенной причиной этого рвения послужило желание помочь отцу, чьи новые фирмы в Павии и Милане, несмотря на то, что эти края не отличались антисемитизмом, принесли не больше успеха, чем мюнхенские. Деньги, которые посылали родители Альберту, значили для семейного бюджета очень много, и Альберт это понимал. Еще одна причина заключалась, так сказать, в духовном наследии его предков. Хотя он уже в двенадцать лет отказался соблюдать религиозные формальности, он все-таки верил, что во Вселенной таятся истины, которые словно бы ждут, чтобы их открыли, пока же человечеству удалось бросить лишь беглый взгляд и лишь на немногие из них. Это и станет его целью в жизни, поклялся он в 1897 году в письме матери и Марии Винтелер.

«Усиленная интеллектуальная работа и изучение божественной Природы, – писал он, – суть… ангелы, которые проведут меня сквозь все жизненные невзгоды… Но это путь особенный… Человек создает для себя тесный мирок, прискорбно незначительный по сравнению с постоянно меняющимися размерами сущего, но при этом можно ощущать свое величие и важность – это ли не чудо?»

Для большинства его друзей такие чувства грядущего «величия» простирались не дальше, чем их собственные довольно скромные планы. А вот Эйнштейн теперь начал подвергать сомнению ту картину мира, которой его учили. Вселенная делилась на два царства: энергии, несомой порывами ветра по хорошо знакомым ему улицам Цюриха, и материи – витрин его любимых кафе, глотков пива или мокко, которыми он наслаждался, размышляя обо всем этом. Но, думал Эйнштейн, ограничивается ли этим такое единство? Может быть, удастся пойти дальше?

Впрочем, на тогдашнем этапе своей жизни он мог лишь задаться таким вопросом. Да, он был умен, но проблемы, которые он ставил, казались неразрешимыми. Представление о Вселенной, состоящей из двух не связанных между собой частей, никуда не делось. Ну ничего. Он достаточно молод, чтобы пока просто принять это. Он уверен: позже он к этому вернется.