Книга Большое космическое путешествие - Дж. Ричард Готт

Часть 3

Эйнштейн и Вселенная

Глава 17

Путь Эйнштейна к теории относительности

Автор: Дж. Ричард Готт

Фамилия Эйнштейн уже стала синонимом слова «гений». Например, кто-то может сказать: «Эй, Эйнштейн, иди сюда!» («Эй, гений, иди сюда») или «Он не Эйнштейн», то есть «Он не гений». Эйнштейн знаменит своей гениальностью. Ньютон тоже был гением. Но во всем мире и в разные эпохи жили и другие гении. Кто величайшее светило английской литературы? Шекспир! Анализируя его пьесы и стихи, многие утверждают, что у Шекспира был самый богатый в истории подтвержденный словарный запас. В его произведениях насчитывается 31 534 разных слова. Статистический анализ его творчества, выполненный Брэдли Эфроном и Рональдом Тистедом, позволяет предположить, что на самом деле Шекспир знал более 66 000 разных слов. Шекспир победил бы Ньютона в вербальном разделе SAT, а Ньютон, подозреваю, обставил бы Шекспира в математическом разделе SAT. Часто Ньютон оказывается в таких рейтингах выше Эйнштейна, поскольку не только изучал тяготение и оптику, но и сделал важный вклад в математику, изобретя дифференциальное и интегральное исчисление. Но Ньютону еще и повезло родиться в нужном месте в нужное время: в Европе, где обсуждались именно такие задачи. Исаак Барроу, кембриджский профессор, который также стал наставником Ньютона, интересовался вычислением объема бочек и других подобных емкостей – такая задача лучше всего решается именно при помощи интегрального исчисления. Естественно, на тот момент наука уже дозрела до открытия дифференциального и интегрального исчисления. Фактически философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц был вторым человеком в Европе, который изобрел интегральное и дифференциальное исчисление независимо от Ньютона. Взгляните на карту – Лейбниц был современником Ньютона и жил всего в нескольких сотнях километров от него. Это не просто совпадение – такие идеи в то время обсуждались по всей Европе.

Мир конца XVII века готов был разродиться великими открытиями, ведь Кеплер уже успел количественно выразить наблюдения за положениями планет, изложенные Тихо Браге на 600 страницах, и сформулировал на их основе три простых закона движения планет, причем эти законы подчинялись математическому анализу. Как рассказывал Майкл в главе 3, Ньютон воспользовался третьим законом Кеплера для расчета силы тяготения, 1/r2. Аналогичная ситуация возникла и в XX веке: экспериментальные данные о длине волны водорода в серии Бальмера вывели ученых на формулу, описывающую энергетические уровни в атоме водорода и подготовили почву для квантовой трактовки атома, предложенной Нильсом Бором и Эрвином Шрёдингером.

Журнал Time назвал Эйнштейна наиболее влиятельным человеком XX века. В других веках такого звания по версии Time удостоились Гутенберг, королева Елизавета I, Джефферсон и Эдисон. Шекспир в список не попал, поскольку в XVII веке Time выделил Исаака Ньютона.

В Тринити-колледже Кембриджского университета установлена очень красивая статуя Ньютона в полный рост. Уильям Вордсворт написал о ней стихи, где есть строки:

Как циферблат ума, что в одиночку

Плывет сквозь Мысли тайные моря.

На постаменте надпись: «Newton Qui genus humanum ingenio superavit», что переводится как «Ньютон, кто превзошел своим умом весь род человеческий». Для тех, кто подобно Нилу считает Ньютона умнейшим человеком в мире, эта фраза послужит реальным аргументом, увековеченным в мраморе. Статуя Эйнштейна гораздо выше человеческого роста установлена в Вашингтоне, столице США, неподалеку от Мемориала ветеранов войны во Вьетнаме и перед фасадом Национальной академии наук. Этот монумент изображает сидящего Эйнштейна, и все равно его высота больше 3,5 м. Дети приходят и играют у колен Эйнштейна.

Теперь давайте немного подробнее сравним Эйнштейна и Ньютона. Я не собираюсь оспаривать мнение Нила о том, что Ньютон – величайший ученый всех времен. Хочу воздать Ньютону должное. Но я собираюсь доказать, что Эйнштейн мог бы посоперничать за это звание и был человеком того же калибра, что и Ньютон.

Каково самое знаменитое уравнение Ньютона?

F = ma.

А самое знаменитое уравнение Эйнштейна?

E = mc2.

Какая из двух этих формул более известна? Ньютоновское уравнение, подробно рассмотренное в главе 3, означает, что чем массивнее объект, тем тяжелее он набирает скорость. Формула важна с точки зрения динамики, но довольно проста. На фортепиано сложнее играть, чем на гармошке. Уравнение Эйнштейна означает, что крохотную массу можно преобразовать в огромную энергию. Этот секрет – суть атомного взрыва. Он позволяет понять, как светит Солнце. Какое уравнение кажется вам более важным?

У Ньютона есть еще одно знаменитое уравнение, F = GmM/r2, характеризующее гравитационное взаимодействие между двумя материальными точками с массами m и M. Оно довольно важное. У Эйнштейна также есть другое уравнение: E = hν, означающее, что свет состоит из порций энергии, именуемых фотонами, и энергия фотона равна произведению постоянной Планка h на частоту фотона ν.Следует признать: Ньютон считал, что свет состоит из частиц, однако Эйнштейн это доказал. Свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами, и такой дуализм критически важен для квантовой механики.

Оба наших героя изобретали. Ньютон сконструировал телескоп-рефлектор. Все крупные телескопы современности – рефлекторы. Космический телескоп «Хаббл» и телескопы обсерватории Кека – рефлекторы. Эйнштейн разработал принципы, на основе которых работает лазер. Всякий раз, когда вы слушаете CD или смотрите DVD, вы пользуетесь изобретением Эйнштейна. Оба наших героя отметились на государственной службе. Ньютон заведовал Королевским монетным двором. Он изобрел насечки на гурте монеты, с тех пор края у монет ребристые. С такими насечками воры уже не могли спиливать края серебряных монет и пускать эти монеты в оборот по номиналу. Если насечки спилены, это сразу видно. Всякий раз, держа в руках монетку, можно пощупать изобретение Ньютона. Ключевое вмешательство Эйнштейна в мировую политику также известно: он написал президенту Франклину Рузвельту историческое письмо, благодаря которому был запущен Манхэттенский проект и созданы атомные бомбы. Тот поступок Эйнштейна был настолько важен, что эффект его ощущается и сегодня.

Эйнштейн был настолько известной персоной, что о нем даже любили рассказывать анекдоты, которые затем вошли в «эйнштейниану». Вот одна из таких шуток (возможно, не строго историческая). Как-то раз Эйнштейн говорил с одним человеком в Принстонском институте перспективных исследований. Вдруг собеседник вытащил из кармана пальто блокнотик и что-то в нем записал. «Что это»? – спросил Эйнштейн. «А, блокнот, – ответил человек, – всегда ношу с собой, так что если на ум придет хорошая идея – записываю, чтобы не забыть». – «Я легко обхожусь без такого блокнота, – ответил Эйнштейн, – у меня было всего три хорошие идеи». Итак, что же это были за идеи и как Эйнштейн до них додумался?