Многие считают его величайшим физиком всех времен. Используя всего лишь ручку, бумагу и свои мысленные эксперименты, Альберт Эйнштейн создал радикально новую картину нашего мира. Эйнштейн стал первой научной «суперзвездой». Блестящий и своеобразный гений, но также человек с юмором и откровенными политическими взглядами. Кеннислинк дал «вымышленное интервью» со знаменитым ученым.
Это отличный сценарий для фильма. В конце девятнадцатого века учёные считали, что природа больше не хранит для них никаких великих тайн. Важнейшие явления, такие как электричество и магнетизм, были четко изложены в законах. Физика была практически закончена. Они подумали.
Но в чем они были неправы? Альберт Эйнштейн (1879–1955) до боли ясно показал это. Его теории относительности рисовали совершенно иную картину природы, чем та, к которой привыкли люди. Нет фиксированного места и времени, а есть деформируемое «пространство-время», искривленное гравитацией. Его теории привели к современной физике, такой как квантовая механика, но также играют решающую роль в технологиях, которые мы используем сегодня. Кеннислинк представил, каково было бы взять интервью у известного ученого. Здесь вы можете прочитать результат.
Профессор Эйнштейн, вы лучше других знаете, что это интервью с вами должно быть фиктивным есть, не так ли? «Ха-ха, для начала это шутка, мне она нравится. Но вы правы, насколько я знаю, путешествия во времени невозможны. Тогда вы должны быть способны двигаться быстрее света; предпосылка моей теории относительности состоит в том, что это невозможно».
Мы вернемся к этому чуть позже, но начнем с самого начала. Как выглядит юность гения? «Думаю, я знаю, почему вы спрашиваете, потому что обо мне иногда говорят, что мое детство не было прелюдией к моему дальнейшему успеху. Например, по словам моей мамы Полины, мне потребовалось необычайно много времени, чтобы научиться говорить, и я был очень замкнутым человеком. Последнее верно, это относилось и к моей дальнейшей жизни, но то, что я буду ленивым и неинтересным учеником – о чем я тоже иногда слышал – это миф.
Что ж, гимназия в Мюнхене со всеми ее строгими правилами показалась мне ужасной. Но в итоге у меня были только плохие оценки по французскому и итальянскому языкам. В 1896 году я поступил в Высшую техническую школу в Цюрихе, ETH. Учителя считали меня ленивым и медлительным, но на самом деле это было не так. При выполнении заданий я всегда искал еще лучшие решения, а это просто занимало больше времени.
Более того, лекции были старомодными. Например, меня очень интересовали теории Максвелла, Лоренца (электромагнетизм) или Больцмана (термодинамика), но они не были освещены. Поэтому я предпочел пойти своим путем и погрузился в их работу своими руками. В конце концов я получил хорошие оценки; по большей части я был лучшим в своем году».
Через пять лет после окончания учебы, в 1905 году, вас ждет «чудесный год». Вы пишете четыре влиятельные научные статьи за короткий период времени. Опишите вашу ситуацию на тот момент. «Мне было 26 лет, и я только что женился на своей венгерской жене Милеве Марич. Моему первому сыну Гансу Альберту был год. После окончания университета я некоторое время не мог найти достойную работу. Наконец, в 1903 году я начал работать в патентном бюро в Берне в качестве «эксперта третьего класса» (самый низший академический чин, ред.). Там я воплощал идеи изобретателей в патенты. Хорошая работа, но я пропустил настоящий вызов. Во время работы я часто мечтал об актуальных проблемах физики, которыми углублялся в свободное время. Весной 1905 года все мои мысли сошлись воедино».
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал четыре статьи в ведущем немецком журнале Annalen der Physik. за три квартала года. . Все они содержат новаторские идеи. В первой статье он показывает, что свет состоит из частиц, и объясняет фотоэффект (см. ниже). Во втором он доказывает, что микроскопические частицы в растворе совершают неупорядоченное движение, известное как «броуновское движение». В третьей статье он описывает свою знаменитую специальную теорию относительности. Четвертая статья является дополнением к этой и включает в себя также самую известную в мире формулу E =mc 2 . видит свет.
Самая известная статья из четырех посвящена вашей специальной теории относительности. Можете ли вы объяснить, что это за теория и как вы к ней пришли? «Когда я был маленьким мальчиком, я часто представлял себе, каково это — двигаться по лучу света. Как бы тогда выглядел мир? Во время работы в патентном ведомстве меня часто посещал этот вопрос. Однажды, когда я ехал на автобусе по Берну и увидел церковный колокол, в моем сознании разразилась буря. Если бы автобус ехал все быстрее и быстрее, фантазировал я, свету часов потребовалось бы все больше и больше времени, чтобы добраться до меня. Другими словами, я бы хотел, чтобы часы шли медленнее!
Физик Джеймс Клерк Максвелл в своих уравнениях электромагнетизма показал, что скорость света имеет конечное значение. И наблюдатели не играли в этом никакой роли. Предположим, подумал я, что вы предполагаете, что скорость света одинакова для всех, что это значит для наших наблюдений?
В уравнениях, которые я затем вывел, мне удалось показать, что меры длины кажутся движущимся наблюдателям короче, а часы тикают медленнее. К этому уже пришел Лоренц, хотя и предполагал движение эфира, изменяющее свойства предметов».
Трудно представить. Можете ли вы привести пример? «Да, на лекциях перед большой аудиторией я часто приводил пример часов, состоящих из двух вертикальных зеркал. Луч света прыгает взад и вперед между ними. Каждый раз, когда свет падает на зеркало, часы тикают. То есть, если расстояние между зеркалами составляет один метр, часы будут тикать 300 миллионов раз в секунду (скорость света — 300 000 километров в секунду, ред.). По крайней мере, для того, кто стоит рядом с часами. Возможно, это трудно себе представить, но помните, что это мысленный эксперимент!
Теперь предположим, что часы находятся в быстро движущемся поезде. Что видит человек, стоящий на платформе, и видит проходящий мимо поезд с часами? Для них свет движется не только в вертикальном направлении, потому что за время, пока луч света перемещается от одного зеркала к другому, поезд проходит определенное расстояние. Этот наблюдатель видит, как свет движется вперед и назад по зигзагообразной форме. Для него свет проходит между зеркалами большее расстояние, чем для человека в поезде. Но поскольку скорость света для всех одинакова, часы человека на платформе тикают медленнее.
Этот пример и моя специальная теория относительности в целом показывают, что пространство и время не являются фиксированными рамками, в которых мы живем, как думал Исаак Ньютон. Пространство и время образуют одно целое — пространство-время, которое принимает форму вашей точки зрения. То, что вы видите, где вы это видите и как быстро вы это видите, все определяется вашим собственным движением. Другими словами, время и пространство относительны».
Потрясающий вывод. Как отреагировало физическое сообщество? «Конечно, мне была очень любопытна реакция физиков, но я ничего не услышал. На четыре месяца! Так что, как вы понимаете, я почувствовал себя немного неуверенно. Макс Планк, главный редактор журнала, в котором была опубликована статья, первым оценил ее ценность. Он прочитал об этом лекцию в 1906 году. Но моя идея не была принята обществом до тех пор, пока Герман Минковский, бывший мой преподаватель в ETH в Цюрихе, не выступил с речью перед восемьюдесятью немецкими учёными-естествоиспытателями в 1908 году».
Тем временем уже опубликована Ваша четвертая статья, дополнение к специальной теории относительности с известной формулой E =mc 2 . Как вам это пришло в голову? «Я не позволял себе много отдыха, хотя работа над статьями – помимо работы в патентном ведомстве – стоила много сил. Но я продолжал думать об этой универсальной скорости света. Подумайте вместе с этим мысленным экспериментом:если вы подтолкнете объект, он приобретет более высокую скорость. Еще один толчок дает ему более высокую скорость. Логично, я думаю. Можете ли вы продолжать делать это бесконечно? Нет, потому что я исходил из предпосылки, что скорость света одинакова для всех; ты не можешь двигаться быстрее света.
Это должно означать, что у объекта должен быть какой-то естественный тормоз, чем больше вы его ускоряете. Объект каким-то образом будет сопротивляться более высокой скорости. Но вот в чем суть:это то же самое, что и когда объект приобретает большую массу, потому что более тяжелый объект труднее перемещать. Короче говоря, чем больше энергии вы вкладываете в объект, тем большую массу он приобретает. Итак, вы видите – проще говоря – что масса объекта зависит от его энергии. Интересный вывод, не правда ли?
Я разработал уравнения движения для этой ситуации, и это привело меня к формуле, которая дает меру взаимосвязи между массой и энергией. Энергия (E) объекта равна его массе (м), умноженной на квадрат скорости света (c 2 ). )."
Тем временем ваша формула стала самой известной формулой в мире. Возможно, еще и потому, что он нашел применение в атомной бомбе. Вы предвидели нечто подобное? «Нет, совсем нет. До расщепления атомных ядер для получения большого количества энергии было еще далеко, когда я придумал формулу. Мы вообще очень мало знали об атомных ядрах. Я всегда весьма скептически относился к идее, что расщепляя ядра, можно высвободить много энергии. Я сравнил это со стрельбой по воронам в темноте, где ворон нет».
Но разве вы не участвовали в Манхэттенском проекте, американских исследованиях атомной бомбы? «Это не так, я никак не участвовал в проекте и почти не знал о нем. Я услышал по радио, что были взрывы, и это было для меня неожиданностью. Что я сделал, и за что меня позже критиковали, так это отправил письмо президенту Рузвельту в 1939 году. В нем я сообщил, что Германия работает над супероружием. Я призвал к интенсивным исследованиям возможности создания атомной бомбы».
Вы были откровенным пацифистом. И все же вы призывали американцев разработать страшное оружие? «Я знаю, мне было очень грустно из-за этого. Всю свою жизнь я выступал за мир и против насилия. Насилие никогда не может быть решением конфликта. Но я уже много раз объяснял, что иногда приходится делать исключение, когда враг угрожает уничтожить вашу группу. Так было и с Германией при Гитлере. Меня не приветствовали в этой стране с 1933 года из-за моего еврейского происхождения. Я бы предпочел, чтобы американцы сделали бомбу, чем нацистский режим. Но когда я увидел эффект от такой бомбы, я предпринял интенсивные усилия, чтобы запретить ядерное оружие».
На минутку вернемся к теории относительности. Потому что благодаря этому вы добились бы своего всемирного прорыва в 1915 году, когда расширили теорию гравитацией. "Правильно. В моей статье 1905 года описывалась особая теория относительности. Это касалось только постоянных скоростей. Но в 1907 году я начал задаваться вопросом, что происходит, когда что-то ускоряется движется. И кроме того, я хотел описать гравитацию.
Мое первое впечатление об этом общем Теорию относительности я получил, работая в патентном бюро. Я вдруг подумал о ситуации, когда мужчина падает с крыши. Гравитация тянет человека вниз, но сам человек во время падения не чувствует собственного веса. Видимо, ускорение — это то же самое, что и гравитация! Я назвал это «принципом эквивалентности».
Это также означало, что гравитация может изменить форму пространства-времени. Другими словами, масса объекта искривляет пространство-время вокруг него! Но хотя эта идея пришла мне в голову довольно быстро, записать ее в правильных уравнениях было кошмаром, и мне потребовалось много лет. Мне было очень трудно понять математику многомерных преобразований.
К счастью, мне помог мой старый друг по колледжу Марсель Гроссман. В конце 1915 года я понял, что готов, когда изучил ход перигелия (кратчайшего расстояния между планетой и Солнцем, ред.) орбиты Меркурия правильно. Несколько дней я бредил от радости."
Вам нужно было только убедить коллег. «Да, потому что поначалу они были настроены скептически. Логично, что они поняли, что я отталкиваю идеи Исаака Ньютона. Он был своего рода Богом. Им нужны были доказательства. Это доказательство можно было найти на звездном небе. По моей теории, тяжелый предмет искривляет пространство вокруг себя, так что и свет испытывает изгиб. Поэтому свет звезд позади Солнца слегка преломляется Солнцем, когда он достигает Земли.
В 1919 году экспедиция, в которую входил британский астроном Артур Эддингтон, наблюдала солнечное затмение. Свет звезд вокруг Солнца сместился точно в соответствии с моими предсказаниями. Это было к лучшему, потому что моя теория оказалась верной. Возможно, это звучит высокомерно, но я просто знал, что был прав."
Доказательства вашей теории попали в заголовки газет по всему миру. «Я до сих пор помню заголовок американской газеты The New York Times. :Теория Эйнштейна торжествует. Это было настоящее безумие, все эти фотографы и репортеры! Они стояли у моей двери несколько дней. И все хотели, чтобы я читал лекции или интервью! Мне показалось очень забавным, что люди так увлекаются теориями, которых сами не понимают».
Фотографы не всегда вас очаровывали. Мы помним эффектное фото с твоим высунутым языком. «Это было в мой 72-й день рождения в Принстоне. Однажды ночью мы отсутствовали, и я сидел на заднем сиденье машины. Фотографы ждали нас и не хотели уходить. От всего раздражения я высунул язык. В конце концов я смог много смеяться над фотографией. Я часто использовал это фото на открытках для друзей».
Помимо вашего восхождения к суперзвезде, ваша общая теория относительности также привела к «вашей самой большой ошибке». Пожалуйста, объясните это. «Из моей теории следовало, что Вселенная либо расширяется, либо сжимается. Но измерения, похоже, показали, что Вселенная должна быть статичной. Поэтому я добавил в свои уравнения константу, чтобы моя модель предсказала статическую Вселенную, а остальные результаты остались прежними — космологическую постоянную. Но позже, благодаря Эдвину Хабблу в 1929 году, выяснилось, что Вселенная расширяется. Так что космологическая постоянная вообще не нужна! Я действительно назвал это своей самой большой ошибкой».
Вам будет полезно узнать, что Вселенная ускоряется расширяется, и сопоставимая космологическая постоянная, кажется, хорошо описывает это. Так что, возможно, это была не такая уж ошибка. Другое дело, нам нужно немного поговорить о вашей теории света. Вы даже назвали это своей самой революционной идеей. Почему? «Специальная теория относительности фактически витала в воздухе. То, что скорость света одинакова для всех, следует из описаний Максвеллом электромагнитных волн. Вывод настолько прост, что если бы не я, кто-то другой рано или поздно сделал бы это. Я обнаружил, что энергетические свойства света поистине революционны.
Мне показалось любопытным, что состояния газов и жидкостей определяются отдельными атомами, а электромагнитные волны распространяются по всем точкам пространства. Однако многие явления, связанные со светом, легче понять, если вы также увидите свет, состоящий из ряда отдельных частиц. Планк тоже сделал это, но только в качестве математического трюка. Я видел это как реальность, хотя доказательств этому не было».
Доказательством стал фотоэлектрический эффект. «Действительно, это эффект, при котором свет генерирует электричество, когда вы направляете его на металлическую поверхность. Цвет света имел решающее значение для того, генерировалось ли электричество или нет, и ток не увеличивался с увеличением интенсивности света. Это были убедительные доказательства моей теории о том, что свет состоит из энергичных частиц, выбивающих электроны из металла. Нобелевский комитет, видимо, тоже увидел в этом революционную ценность, потому что в 1922 году за это я был удостоен Нобелевской премии».
Возможно, более интересно то, что ваша теория света легла в основу новой теории квантовой механики, которая позже была разработана Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом. Вы много лет спорили с Бором по поводу этой теории. Расскажите свою точку зрения. «Неопределенность была центральной в квантовой теории. Свойства материи и энергии могли быть выражены только в вероятностях. Я не мог этого принять. Как будто нет ничего определенного и преобладает случай! Не может быть, чтобы Бог играл в кости с природой. У всего должна быть причина. Значит, должна была существовать какая-то скрытая реальность, которую мы не могли видеть. На мой взгляд, это делает теорию неполной».
К сожалению, вы оказались не правы. Последующие эксперименты показали, что Бор был прав. «Я не верю ничему из этого. Это теория, в которой интуиции нет места. Должны быть более глубокие процессы, которые мы еще не обнаружили».
В 1920 году вам была присвоена степень почетного доктора в Лейдене. Какие отношения у вас были с Нидерландами? «Нидерланды сыграли важную роль в моей жизни. Во-первых, я видел в Хендрике Антоне Лоренце своего рода духовного отца. Лоренц был гением. Впервые мы встретились на первой Сольвеевской конференции в Брюсселе в 1911 году. Но мы очень интенсивно переписывались по вопросам теории относительности и излучения.
Более того, Утрехт и Лейден пытались назначить меня профессором. Я этого не хотел, но по настоянию моего хорошего друга Пауля Эренфеста я принял степень почетного доктора в Лейдене. Назначение все еще было немного сложным. Голландское правительство допоздна не согласилось, поскольку ходили слухи о конфликтах со студентами и интимных отношениях. Все недоразумения. В конце концов я регулярно приезжал в Лейден и останавливался у Пола. Здесь я нашел покой среди суматошного ритма Берлина."
Спасибо за интервью. Вы уже просмотрели журнал Time. провозглашенная личность 20 е век. Приятное признание, не правда ли? «Конечно, и вполне соответствует названию журнала. Можно сказать, что я изменил представление о времени».
