Число Авогадро — это количество атомов в одном грамме водорода, оно приблизительно равняется 6х1023.
Это открытие стало гигантским шагом вперед в исследовании молекул. Бесконечно малое отныне вошло в поле зрения человеческого глаза.
30 июня журнал получил новую работу — об электродинамике движущихся тел. В ней излагалась ограниченная теория относительности.
27 сентября Эйнштейн опубликовал пятую и последнюю статью — об инерции тел и энергии, которую завершил уравнением, показывающим соотношение между массой тела и его собственной энергией. Эту формулу теперь знают все:
Е = тс2.
Эти пять статей — уникальное явление в истории научного творчества.
Всего за полгода 25-летний юноша дал новое определение света, доказал существование атомов, объяснил движение молекул, изобрел концепцию пространства и времени.
20 июля, защитив столь же новаторскую диссертацию «Новое определение размера молекул», Эйнштейн наконец-то получил должность экстраординарного профессора Цюрихского университета. Ни одну из предыдущих пяти статей руководство факультета не сочло возможным засчитать как кандидатскую диссертацию!
Система никогда не поспевает за переворотами. Однако мировой физике предстояло пережить неслыханное потрясение.
Чтобы осознать размах этих тектонических разломов, нужно уделить немного внимания новой концепции физики и мира, изложенной в работах Эйнштейна. И прежде всего тому, что принесло Эйнштейну славу — теории относительности.
На самом деле в трудах Эйнштейна содержатся два исследования относительности, две дополняющие друг друга работы, проведенные с разницей во много лет. Статья 1905 года породила «специальную теорию относительности». Вторая стала развитием, приложением, «распространением» ограниченной относительности на всю систему физики. Это общая теория относительности, плод исследований, завершившихся в конце 1920-х годов. Общая теория относительности — это теория гравитации Эйнштейна. Святой Грааль[24] любого физика. Эквивалент закона всемирного тяготения Исаака Ньютона.
Специальная теория относительности — набросок новой теории поля притяжения. В 1905 году Эйнштейн назвал ее «ограниченной»: она применялась только к инерционной системе. Десять лет спустя выводы этой теории распространятся и на инерционную, и на кинетическую систему.
Специальная теория относительности поколебала два столпа, на которых зиждилась физика, воздвигнутые два века назад. И вызвала многочисленные вопросы простых смертных. Ее суть сводилась к определению понятия пространства и представлений о времени.
В начале XX века теория Ньютона оставалась абсолютной истиной, священным храмом. Аристотель заложил первый камень, Коперник и Галилей — фундамент. Завершил же строительство Исаак Ньютон.
В 1632 году во Флоренции Галилей заявил, что «движение — ничто». Он проложил дорогу теории относительности. Ньютон родился в тот день, когда Галилей испустил дух, — в 1642-м[25]. С 1660 по 1670 год Ньютон продолжит галилеевскую революцию. Он перевернет физические понятия о силе и движении. Из этих трудов родится концепция Солнечной системы.
Любой, замахнувшийся на понятия времени, пространства, движения, вступает в святая святых научных исследований. Он обязан склонить голову перед статуей сэра Исаака. Законы Ньютона, сформулированные в XVII веке, записаны в «Математических началах натуральной философии». Эти «Начала», опубликованные в 1687 году, и два с половиной столетия спустя считались скрижалями Завета. Этим законам повиновались движение планет, орбита Земли, приливы и отливы, движение Луны и Юпитера. Они представляли собой единственно возможную теорию гравитации. Они охватывали все области физики, от классической механики до оптики.
Они также давали и единственно возможное определение света, вычисления его скорости, его состава. Они доступно объясняли распространение солнечных лучей, блистание молний, рокот грома. Они ворочали электромагнитными явлениями. Они давали единственно дозволенное представление о космосе.
Физика Ньютона образовывала единое целое, лежавшее в основе человеческих знаний о мире.
И вот на это стройное здание покусился Эйнштейн. Поколебал и опрокинул его основы. И на его развалинах выстроил современную физику. Итак, молодой человек двадцати пяти лет в одиночку, вне всякой университетской структуры, в глухом швейцарском кантоне построит новую теорию гравитации, которая перевернет представления о мире.
Чтобы прийти к этому, Альберт разобрал по косточкам основополагающие законы Ньютона, призванные дать объяснение земному притяжению и движению:
• Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
• Два тела, каковы бы ни были их природа и их положение, притягивают друг друга с силой, зависящей от их массы и расстояния между ними.
• Время абсолютно независимо от движения. Неважно, находятся ли часы в покое или на поезде, несущемся с предельной скоростью: сутки спустя они будут показывать то же время. Время одинаково повсюду в пространстве.
• Два события, происходящие в одну и ту же секунду, каково бы ни было расстояние между ними, происходят одновременно.
• Пространство абсолютно и бесконечно. Только в таком пространстве можно определять положение предмета, направление движения. Пространство трехмерно. Его природа выражена в геометрии Евклида. Эта природа проста и неприкосновенна: пространство имеет длину, ширину и высоту.
• Свет состоит из пучка частиц, который перемещается внутри неопределенной материи, называемой эфиром — нечто вроде невидимого тумана, нематериального флюида, заполняющего небесный вакуум.
Эйнштейн читал и перечитывал эти строчки, перепроверял формулы, листал страницы, комкал их, рвал. Он заинтересовался работами, вытекающими из этой теории. Электромагнетизмом и электродвигателем, разработанным Фарадеем[26] в 1820 году, работами Герца 1880-х годов, волнами и скоростью электронов. Эти труды должны были дать окончательные ответы на вопросы о системе мироздания. Ни один не удовлетворил его совершенно. Ни один не дал ответа на все его вопросы. Эйнштейн жадно разгрыз яблоко Ньютона, но остался голодным.
Тот же подход, то же стремление обрести уверенность, даже сила убеждения заставили его отступиться от веры 15 лет тому назад, не отрекшись от своих корней. Библия не утоляла его жажды подлинности. Он не верил в Откровение. Он хотел ответов. Простых ответов на якобы неразрешимые вопросы.
Вопрос о составе света и его распространении поверг его в замешательство. Что это за эфир, которого никто никогда не видел, существование которого никто не сумел доказать, который бросает вызов законам физики и кажется упрощенным ответом на неразрешимый вопрос? Эфир! Эфир — изобретение ленивого физика. Эфир оставляет в состоянии неопределенности. Свет, частицы света распространяются благодаря некоему флюиду? Но какова природа света? Почему это не волны, как звук? Свет — материя, говорит Ньютон. Каков вес световых частиц, их заряд, их сила притяжения? Как воздействует земное притяжение на распространение света? Каково отношение между гравитацией и светом? Закон всемирного тяготения не отвечает на этот вопрос. Ньютон тоже! Как не отвечает он и на вопрос о скорости распространения света, будь то свет от солнца или от электрической лампочки. Свет и его скорость: Эйнштейн чувствует, что этот вопрос станет озарением для современной физики.
Озарение гения.
А ведь профессор Вебер советовал ему придерживаться ньютоновской библии. Его манит запретный плод. Для Эйнштейна нет ничего святого. Вместо того чтобы почитать священное писание классической физики, он погрузился в труды иконоборцев. Изучил опыты Михельсона[27] по определению скорости двух лучей света из разных пучков, зарождающие сомнения в общепринятых истинах. Прочел и перечел «Науку и гипотезу»[28] французского физика Анри Пуанкаре. Тот испытывал те же сомнения, что и Эйнштейн, приводя наброски ответов на вопрос о пространстве и времени. Книга Пуанкаре, вышедшая в 1902 году, не выходила за рамки дозволенного. Он (пока еще) не освободился от оков евклидовой геометрии. Эйнштейн нашел брата по оружию, но тот еще не был достаточно бесстрашен. Хендрик Антон Лоренц, преподаватель престижнейшего голландского университета, высказывал гипотезы о движущихся частицах, завораживавшие Альберта, — «законы преобразования», касающиеся электромагнитных и оптических явлений. Затем Эйнштейн исследовал уравнения математика Максвелла: они ставили вопрос о больших, болезненных скоростях[29]. Эйнштейн запнулся об эти уравнения. И вот тогда пожалел, что во время учебы забросил математику, пренебрегая ею ради физики. Подумать только, что его учителем был профессор Минковский, несравненный математик! А он предпочитал выпивать в кафе с Соловиным, вместо того чтобы сидеть на занятиях Минковского! По иронии судьбы тот самый Минковский, став годы спустя профессором в Берлине, самым ясным и четким способом сформулирует открытия своего бывшего учения об относительности.
