Жизнь и творчество Альберта Эйнштейна

3.4 Общая теория относительности

В 1905 году Эйнштейну было 26 лет, но его имя уже приобрело широкую известность. В 1914 году принял приглашение переехать на работу в Берлин в качестве профессора Берлинского университета и одновременно директора Института физики. Германское подданство Эйнштейна было восстановлено. К этому времени уже полным ходом шла работа над общей теорией относительности. Путь, приведший Эйнштейна к успеху, был трудным и извилистым. В результате совместных усилий Эйнштейна и его бывшего студенческого товарища М.Гроссмана в 1912 году появилась статья «Набросок обобщенной теории относительности», а окончательная формулировка теории датируется 1915 годом. Опираясь на всем известный факт, что «тяжелая» и «инертная» массы равны, удалось найти принципиально новый подход к решению проблемы: каков механизм передачи гравитационного взаимодействия между телами и что является переносчиком этого взаимодействия? Ответ, предложенный Эйнштейном, был ошеломляюще неожиданным: в роли такого посредника выступала сама «геометрия» пространства — времени.

Общая теория относительности охватывала все возможные движения, в том числе и ускоренные (т.е. происходящие с переменной скоростью). Господствовавшая ранее механика, берущая начало из работ Исаака Ньютона, становилась частным случаем, удобным для описания движения при относительно малых скоростях. Эйнштейну пришлось заменить многие из введенных Ньютоном понятий. Такие аспекты ньютоновской механики, как, например, отождествление гравитационной и инертной масс, вызывали у него беспокойство. По Ньютону, тела притягивают друг друга, даже если их разделяют огромные расстояния, причем сила притяжения, или гравитация, распространяется мгновенно. Гравитационная масса служит мерой силы притяжения. Что же касается движения тела под действием этой силы, то оно определяется инерциальной массой тела, которая характеризует способность тела ускоряться под действием данной силы.

Он произвел так называемый «мысленный эксперимент». Если бы человек в свободно падающей коробке, например в лифте, уронил ключи, то они не упали бы на пол: лифт, человек и ключи падали бы с одной и той же скоростью и сохранили бы свои положения относительно друг друга. Так происходило бы в некой воображаемой точке пространства вдали от всех источников гравитации. Один из друзей Эйнштейна заметил по поводу такой ситуации, что человек в лифте не мог бы отличить, находится ли он в гравитационном поле или движется с постоянным ускорением. Эйнштейновский принцип эквивалентности, утверждающий, что гравитационные и инерциальные эффекты неотличимы, объяснил совпадение гравитационной и инертной массы в механике Ньютона. Затем Эйнштейн расширил картину, распространив ее на свет. Если луч света пересекает кабину лифта «горизонтально», в то время как лифт падает, то выходное отверстие находится на большем расстоянии от пола, чем входное, так как за то время, которое требуется лучу, чтобы пройти от стенки к стенке, кабина лифта успевает продвинуться на какое-то расстояние. Наблюдатель в лифте увидел бы, что световой луч искривился. Для Эйнштейна это означало, что в реальном мире лучи света искривляются, когда проходят на достаточно малом расстоянии от массивного тела.

Общая теория относительности Эйнштейна заменила ньютоновскую теорию гравитационного притяжения тел пространственно-временным математическим описанием того, как массивные тела влияют на характеристики пространства вокруг себя. Согласно этой точке зрения, тела не притягивают друг друга, а изменяют геометрию пространства-времени, которая и определяет движение проходящих через него тел. Как однажды заметил коллега Эйнштейна, американский физик Дж.А.Уилер, «пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться».Для проверки своей теории предложил три эффекта: искривление светового луча в поле тяготения Солнца, смещение перигелия Меркурия и гравитационное красное смещение. Эти эффекты, как показали последующие эксперименты, действительно действуют и количественно правильно предсказывались общей теорией относительности.

В декабре 1915 года на заседании Академии наук в Берлине Эйнштейн доложил, наконец, окончательные уравнения общей теории относительности. Эта теория стала вершиной творчества Эйнштейна, и, по мнению многих ученых, явилась самым значительным и самым красивым теоретическим построением за всю историю физики. Однако понимание общей теории относительности пришло не сразу. Первые три года эта теория интересовала узкий круг специалистов и была понятна лишь десятку избранных.

Ситуация резко изменилась в 1919 году, так как в этом году удалось проверить прямыми наблюдениями одно из парадоксальных предсказаний общей теории относительности - искривление луча света от далекой звезды полем тяготения Солнца. Такое наблюдение возможно только во время полного солнечного затмения. Именно в 1919 г. такое затмение можно было наблюдать в районах земного шара с обычно хорошей погодой, что позволяло провести максимально точное фотографирование видимого положения звезд на небе в момент полного затмения. Экспедиция, снаряженная английским астрофизиком сэром Артуром Эддингтоном, сумела получить данные, подтвердившие предсказание Эйнштейна. Буквально в один день Эйнштейн стал знаменит на весь мир.

Обрушившаяся на него слава не поддается описанию. Теория относительности на долгое время стала предметом салонных бесед. Газеты всех стран были переполнены статьями о теории относительности, вышло множество популярных книг, в которых авторы пытались объяснить обывателям суть этой теории. Университеты упрашивали его работать у них в качестве преподавателя, ученые из различных стран мира обращались к нему за советом, а политические партии и всевозможные благотворительные организации и фонды сражались между собой за его поддержку и помощь, он был избран почетным членом множества академий.

Пришло, наконец, признание.

Слово и мнение Эйнштейна стало одним из самых авторитетных в мире. В 1920-е гг. Эйнштейн много ездит по свету, участвует в международных конференциях. Особенно важна была роль Эйнштейна в дискуссиях, развернувшихся в конце 1920-х гг. по концептуальным проблемам квантовой механики. Беседы и споры Эйнштейна с Бором на эти темы стали знаменитыми.

Портреты Эйнштейна появились на обложках иллюстрированных журналов, его имя мелькало в заголовках ежедневных газет. Аудитории, где Эйнштейн читал лекции в Берлинском университете, во время «релятивистской шумихи» были всегда переполнены, иногда число слушателей превышало тысячу человек. Среди многочисленных почестей, оказанных Эйнштейну, было предложение стать президентом Израиля, последовавшее в 1952 году, которое он не принял.

Свою мировую славу Эйнштейн начал воспринимать как тягостное бремя.Его научный триумф вышел далеко за рамки естественных наук. Он совершает многочисленные зарубежные поездки. Журнал «Scientific American» профинансировал конкурс на самое понятное объяснение теории относительности с призом в 5 тысяч долларов. Эйнштейн пошутил, что среди своих друзей он один не участвовал: «Я боялся, что не справлюсь». Любопытно (или символично), что победитель конкурса Болтон был сотрудником Британского патентного бюро.

4 Калейдоскоп изобретений  и экспериментов

В период интенсивных исследований по общей теории относительности, Эйнштейн обратился к экзотическим лабораторным экспериментам. Он пишет своему другу Микеле Бессо: «Эксперимент скоро закончится… Изумительная работа… Какую же изощренность демонстрирует природа, когда пытаешься проникнуть в ее тайны… я все еще увлекаюсь проведением опытов». Речь идет о гиромагнитных явлениях микрочастиц, а именно, о повороте свободно подвешенного ферромагнитного образца при его намагничивании внешним магнитным полем. Этот уникальный опыт был поставлен совместно с зятем выдающего голландского теоретика Хендрика Лоренца – де Гаазом. Эйнштейн преодолел трудности, с которыми не смогли справиться многие маститые экспериментаторы.

Малоизвестно, что Эйнштейн с различными соавторами имел более двух десятков патентов. Интересно и то, что, уйдя из бернского патентного бюро, получив мировую известность как физик, Эйнштейн не расстался с патентной деятельностью. Например, совместно с Л.Сциллардом в конце 1920-х годов были запатентованы три типа холодильных машин, насосы для холодильных машин, компрессор, устройства для сжижения газов и паров (они нашли применение в атомной технике).

Совместно с Гольдштейном запатентовано устройство для передачи звука, основанное на явлении магнитострикции. В 1936 году со своим другом, врачом Г.Буки он запатентовал фотокамеру с автоматической подстройкой под уровень освещенности. Эйнштейн часто выступал в качестве патентного эксперта. В 1916 году (создание общей теории относительности!) он писал Бессо: «У меня сейчас снова весьма забавная экспертиза в одном патентном процессе».

Эйнштейн сыграл значительную роль в признании Г.Аншютца изобретателем гироскопического компаса. Известно, что он участвовал в патентной тяжбе между фирмами АЭГ и Сименс в 1929 году. Во время второй мировой войны Эйнштейн сотрудничал с министерством военно-морского флота США в качестве научно-технического эксперта. В его обязанности входила оценка изобретений, поступающих в министерство.

5 Эмиграция

Эйнштейн не без колебаний принял предложение переехать в Берлин. Но возможность общения с крупнейшими немецкими учеными, в числе которых был и Планк, привлекала его. Но политическая и нравственная атмосфера в Германии делалась все тягостнее и тягостнее, антисемитизм поднимал голову. В 1933 году, когда власть захватили фашисты, Эйнштейн навсегда покинул Германию. На этих драматических событиях заканчивается европейский период жизни Эйнштейна.

В знак протеста против фашизма он отказался от германского подданства и вышел из состава Прусской и Баварской Академий наук.

Переехав в США, Эйнштейн занял должность профессора физики в новом институте фундаментальных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси). Он продолжал заниматься вопросами космологии, а также усиленно искал пути построения единой теории поля, которая бы объединила гравитацию, электромагнетизм (а возможно, и остальное). И хотя реализовать эту программу ему не удалось, это не поколебало репутации Эйнштейна как одного из величайших естествоиспытателей всех времен.

Маленький университетский городок Принстон в США приютил Эйнштейна. Никаких особых мер для обеспечения его личной безопасности не принималось, жители были дружелюбны, называли его «старый док», а студенты распевали про него песенки.

В Принстоне Эйнштейн стал местной достопримечательностью. Его знали как физика с мировым именем, но для всех он был скромным, приветливым и несколько эксцентричным человеком, с которым можно было столкнуться прямо на улице. В часы досуга он любил музицировать. Начав учиться игре на скрипке в шесть лет, Эйнштейн продолжал играть всю жизнь, иногда в ансамбле с другими физиками. Ему нравился парусный спорт, который, как он полагал, необыкновенно способствует размышлениям над физическими проблемами.

Приезд Эйнштейна был для Америки огромным событием. Почти сразу же Эйнштейн был приглашён президентом Рузвельтом в Белый дом (ведь у них были общие интересы – огромное увлечение парусным спортом).

Но спокойной жизни в тихом американском городке не получилось. Среди физиков – иностранцев, оказавшихся в эмиграции в США, росла тревога по возможному созданию атомной бомбы в Германии. Они обратились к Эйнштейну с просьбой обратиться к американскому президенту. Сегодня, когда известные ученые обсуждают важные экологические проблемы, вопросы противоракетной обороны и многие другие, важные для общества вопросы, раздаются голоса, что не следует смешивать науку с политикой. Эйнштейн же был убежден, что на каждом учёном лежит моральная ответственность за судьбу человечества. И учёный обязан донести до людей суть своих работ и объяснить возможные последствия. Поэтому Эйнштейн и физик Лео Сциллард направили письмо Франклину Рузвельту, где сообщали об открытии деления ядер урана и предупреждали об опасности создания ядерного оружия. Это был импульс к развертыванию «Манхэттенского проекта» по созданию атомной бомбы.

После второй мировой войны, потрясенный ужасающими последствиями использования атомной бомбы против Японии и все ускоряющейся гонкой вооружений, Эйнштейн стал горячим сторонником мира, считая, что в современных условиях война представляла бы угрозу самому существованию человечества. Незадолго до смерти он поставил свою подпись под воззванием Бертрана Рассела, обращенным к правительствам всех стран, предупреждающим их об опасности применения водородной бомбы и призывающим к запрету ядерного оружия. Эйнштейн выступал за свободный обмен идеями и ответственное использование науки на благо человечества.

18 апреля 1955 года в 1 час 25 минут перестало биться сердце  великого творца. Эйнштейн скончался  в Принстоне от аневризмы аорты. Весь мир скорбел. Но Эйнштейн завещал, чтобы не было ни похорон, ни могилы, ни памятника. Всего десять самых близких человек шли за гробом. Тело было предано кремации, пепел развеян по ветру над рекой Дэлавер.

Река по имени Время продолжает свое течение и где-то несет его прах.

Заключение

Имя Альберта Эйнштейна вошло в перечень самых выдающихся людей XX столетия и одного из величайших ученых всех времен.

Эйнштейн обогатил физику с присущей только ему силой прозрения и непревзойденной игрой воображения. С детских лет он воспринимал мир как гармоническое познаваемое целое, «стоящее перед нами наподобие великой и вечной загадки». По его собственному признанию, он верил в «Бога Спинозы, являющего себя в гармонии всего сущего». Именно это «космическое религиозное чувство» побуждало Эйнштейна к поиску объяснения природы с помощью системы уравнений, которая обладала бы большой красотой и простотой.

И сегодня, спустя 100 лет после выхода в свет «звездных» статей, посвященных принципам относительности, квантовой и молекулярной теориям, проблема, волновавшая Эйнштейна, по-прежнему будоражит умы ученых мира. Выражение E = mc2 – это крылатая фраза, знакомая широкой публике так же, как строки Шекспира.

Величие, сделанного Эйнштейном в науке, трудно переоценить. Сейчас нет практически ни одной ветви современной физики, где, так или иначе, не присутствовали бы фундаментальные понятия квантовой механики или теории относительности.

Но, пожалуй, еще важнее уверенность, которую своими трудами вселил в ученых Эйнштейн, что природа познаваема и ее законы красивы. Стремление к этой красоте и составляло смысл жизни великого ученого.

Список использованной литературы

1. Кузнецов Б.Г. Эйнштейн. Жизнь, смерть, бессмертие. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука, 1985.