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.

---

Этой идее, при всей ее гениальной смелости, не хватало убедительной связи с опытом. К тому же — и это главное — вихри и воронки в эфире возможны лишь при условии, что сам эфир устроен наподобие жидкости или газа — из частиц, разделенных пустотами. Изгнанное через дверь «действие на расстоянии» все равно возвращалось через окно!

Все эти мучительные теоретико-познавательные конфликты могли до поры до времени не очень тревожить физиков. Кризис должен был начаться лишь тогда, когда втиснутая в прокрустово ложе объективная реальность, мстя за себя, стала бы тормозить прогресс науки.

Это произошло, как только были сделаны первые попытки углубиться в электрические и магнитные явления.

Известное еще древним притяжение намагниченного железа, опыты с янтарем и т. д. дополнились в тридцатых годах прошлого века опытами взаимодействия тока и магнита. Поразительной чертой этих (фарадеевых) опытов было то, что в них не только появлялось пресловутое «действие на расстоянии», но законы этого «действия» решительно отличались от всего, с чем имела дело классическая механика. Для примера: сила, тянущая Землю к Солнцу, действует вдоль прямой линии, соединяющей их центры. Сила же, исходящая, скажем, от кольцевого электрического тока и влияющая на магнитную стрелку, помещенную в центре, заставляет стрелку встать под прямым углом к плоскости кольца. Но этого мало. «Силы», о которых идет речь, оказались сосредоточенными главным образом не в самих прерывных телах — не в проволоках, сердечниках, стрелках и т. д., — а в пространстве между ними. Но как может, спрашивается, что-нибудь быть сосредоточенным в пространстве, лишенном материи? И может ли быть вообще такое пространство?

Разумеется, нет.

Речь шла, таким образом, об открытии совершенно новой и необычайной материальной сущности — электромагнитного поля, охватывающего все непрерывное пространство между телами и связанного каким-то неизвестным образом с их движениями. Человеческие органы чувств не способны непосредственно воспринимать электромагнитное поле. Человек узнаёт о его существовании лишь косвенно — по движениям связанных с полем прерывных тел. Но тем большим триумфом человеческого ума оказывалась тогда находка в 1864 году математических законов структуры поля — законов, открытых гением Клерка Максвелла[5].

Непрерывный аспект бытия материи, о котором можно было только неясно гадать в эпоху Декарта, предстал воочию перед материалистической физикой. Открытие электромагнитного поля Фарадеем и Максвеллом решающим образом изгоняло из физики пустое пространство со всеми его мистическими и метафизическими довесками. Электрические и магнитные «силы» переставали вместе с тем быть простыми словесными ярлыками и наполнялись конкретным материальным содержанием. Это был один из величайших прогрессивных шагов материалистического естествознания.

Но исторический кризис оставался впереди.

Уравнения поля Максвелла, сказали мы, позволили охватить события, происходящие во всех точках пространства вблизи и внутри заряженных и намагниченных тел. Но что именно происходит в поле конкретно? Нельзя ли составить привычный механический образ событий в поле?

Попытка или, вернее, целый ряд попыток представить электромагнитное поле как арену механических перемещений каких-то особых («эфирных») частиц были сделаны.

Вводя опять и опять эфир — на сей раз в качестве носителя электромагнитного поля, — старались изобразить его как разновидность вещества обычного типа. Строили модели эфира то наподобие жидкости или газа, то в виде сверхупругого, вязкого тела — нечто вроде смолы или сапожного вара (оставалось только гадать, как ухитряются проходить сквозь такую «смолу» планеты, не испытывая никакого трения!). Линии электрических и магнитных сил выглядели соответственно, как подобия резиновых шнуров или пружин, способные сгибаться и разгибаться, упруго отскакивать и т. д. Шли еще дальше, превращая эфир в настоящий машинный агрегат, состоящий из шестерен и проволок, зубчатых и фрикционных колес. Последнюю и, можно сказать, «отчаянную» такую попытку предпринял сам Максвелл, а затем его ученик Герц. Речь шла, конкретно, о том, чтобы вывести уравнения поля, уравнения Максвелла из законов механики Ньютона. Это окончательно не удалось в конце восьмидесятых — начале девяностых годов. Физические события, происходящие в недрах электромагнитного поля, окончательно разъяснились как события, не имеющие ничего общего с перемещениями каких бы то ни было частиц.

Но механическая физика дала еще один последний бой.

Ареной решающих событий явились опыты со светом.

3

Одним из важнейших физических открытий XIX столетия было доказательство электромагнитной природы света. Световые волны расшифровались как колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся со скоростью 300 тысяч километров в секунду, присущей всем электромагнитным процессам.

Носителем световых волн на первых порах должен был стать тот же самый эфир, о котором шла речь в опытах с электричеством и магнетизмом. И это означало — если придерживаться идей механической физики, — что для световых колебаний в эфире могут быть воспроизведены все те явления, которые характерны для обыкновенных упругих волн.

Нашу планету окружает воздушная оболочка, изборождаемая как раз такими — звуковыми волнами. Согласно принципу относительности движение планеты не оказывает, разумеется, ни малейшего влияния на ход звуковых волн в атмосфере. Не так ли точно должно обстоять дело и со световым эфиром, если таковой существует вокруг Земли?

Независимо от того, сводятся или нет электрические и магнитные явления к механике, естественно, было ожидать, что принцип относительности распространяется и на эти явления. Что дело обстоит именно так, свидетельствовали уже самые первые, знакомые сегодня каждому школьнику опыты Фарадея над индукцией тока. Известно, что если двигать виток проволоки по отношению к находящемуся вблизи магниту, то в проволоке возникает ток. Но в точности такой же ток появляется и в том случае, если виток оставить в покое, а двигать магнит! Законы индукции зависят, следовательно, от относительного перемещения проводника и магнита и вовсе не зависят от того, какую из этих двух «площадок» считать покоящейся. О справедливости принципа относительности говорила и неудача попыток заметить движение Земли с помощью любых вообще электрических и магнитных опытов. Если бы это было не так, движение Земли можно было бы попытаться обнаружить посредством электрических и магнитных опытов.

Вот идея простейшего из таких опытов. Пусть имеется электрический заряд, сосредоточенный, скажем, на поверхности стеклянного шара. Двигаясь вместе с Землей, неподвижный заряд, казалось бы, тотчас превращается в электрический ток. Ведь ток есть не что иное, как поступательный перенос заряда. А всюду, где текут электрические токи, присутствует магнитное поле, так что действие его на железную стрелку сразу же могло бы быть замечено на опыте.

Многие остроумные эксперименты такого рода были задуманы и осуществлены еще в дни Фарадея. Один из последних по времени опытов — английских физиков Троутона и Нобла в 1903 году — отличался особой точностью. Подвешенный на нити заряженный электрический конденсатор должен был совершить поворот под действием движения Земли. Столь же тонкий опыт (по несколько иной схеме) был проделан профессором Московского университета А. А. Эйхенвальдом. Ни один из экспериментов, как и следовало ожидать, не дал положительного результата! Ничто не возбраняло, однако, толковать это положение в духе механического эфира. В самом деле, если ареной всех электрических и магнитных явлений служит «эфирная атмосфера», окутывающая Землю и движущаяся вместе с Землей, тогда все должно происходить тут независимо от перемещения Земли, как не зависит от него полет птиц, машущих крыльями, в воздухе.

Что нового могли тут принести опыты со светом?

В отличие от звука, ареной которого является воздух, прилегающий к Земле, свет доходит до нас также и от небесных тел, в частности от звезд. Звезды не только отделены от Земли гигантскими просторами «мирового пространства», но обладают и собственным движением относительно друг друга и нашей планеты. И если продолжать считать, что каждая излучающая свет звезда окружена эфирной атмосферой, движущейся вместе со звездой, тогда картина получается примерно такая. Предположим, что источник звуковых волн, например колокол, находится в герметически закрытой (и непрозрачной для звука) кабине летящего самолета. Самолет увлекает с собой воздух внутри кабины и вместе с ним волны звука. Поэтому по отношению к предметам на Земле[6] скорость звука от колокола будет больше, если самолет приближается к этим предметам, и меньше, если удаляется. Насколько больше или меньше? Ответ содержится в известном каждому школьнику правиле сложения и вычитания скоростей. Пусть самолет движется с быстротой 800 километров в час, а скорость звука в покоящемся воздухе, как всегда, составляет около 1 200 километров в час. Тогда скорость звука от колокола, помещенного внутри приближающегося самолета, составит 1 200 + 800 = 2 000 километров в час. Не произойдет ли нечто подобное и со скоростью света? От звезд, приближающихся к Земле, свет, может быть, доходит быстрее, а от звезд удаляющихся — медленнее? Корабельный артиллерист-механик напомнил бы в этой связи и другой пример: скорость снаряда относительно береговой неподвижной мишени равна скорости снаряда относительно пушечного ствола плюс скорость корабля, на котором находится пушка.