Анализ показывает, что при таких малых изменениях что-либо заметить очень трудно. Но если измерять точно или производить измерения на сильно различающихся высотах, то влияние изменения поля тяжести станет заметно. Так, например, на высоте 10 км часы идут быстрее, чем на поверхности Земли, примерно на одну десятимиллиардную часть. Секунда на вершине Эвереста почти на одну десятимиллиардную долю короче, чем у поверхности океана. Сейчас, после изобретения атомных часов, это подтверждено с большой точностью. В 1907 году о таком опыте нельзя было и мечтать. Но Эйнштейн нашел более доступную возможность проверки: он оценил, что часы на поверхности Солнца, из-за огромной силы тяжести, действующей там, должны идти на две миллионные доли медленнее, чем на поверхности Земли. Для проверки предсказания можно использовать в качестве часов атомы и сравнить длину волны света, испускаемого ими на Земле и на Солнце (надо рассчитать и измерить сдвиг спектральных линий атомов на Солнце по отношению к спектральным линиям тех же атомов на Земле). Однако в то время и такое измерение было весьма трудным.

Эйнштейн нашел еще одно следствие, вытекающее из распространения принципа относительности на ускоренные системы и на поле тяготения. Он показал, что в ускоренных системах свет распространяется не по прямой, а по кривой линии, форма которой зависит от ускорения. Значит, луч света должен искривляться и в поле тяжести. Искривление луча света должно подтверждаться изменением хода часов. Раз в различных участках поля тяготения время течет по-разному, то есть часы идут с разной скоростью — быстрее там, где оно мало, и медленнее там, где оно велико, то, измеряя скорость света при помощи этих часов, мы получим различные величины. А раз так, то свет ведет себя в поле тяжести, как в среде, где его скорость зависит от свойств среды. Например, в земной атмосфере, плотность которой изменяется с высотой, изменяется с высотой и скорость света. Ведь она постоянна только в пустоте и при отсутствии поля тяжести.

Таким образом, поле тяжести искривляет лучи света в пустоте так же, как их искривляет изменение плотности неоднородной атмосферы.

Вот второе предсказание, которое следует подтвердить или опровергнуть опытом. Искривление лучей света очень мало. Заметить его в лабораторных экспериментах невозможно.

Эйнштейн поясняет, что полученный им результат является прямым следствием связи между массой и энергией. Но если раньше эта связь была установлена только для инертной массы, то теперь стало ясно, что то же самое справедливо для тяготеющей массы. Энергия обладает не только инерцией, но и весом.

Так был совершен первый шаг. Эйнштейну удалось распространить принцип относительности на системы, испытывающие равномерное прямолинейное ускорение и вскрыть глубокую связь между ускорением и тяготением, неведомую ранее связь между массой и энергией. Ему удалось указать на два очень трудных опыта, способных подтвердить новую точку зрения.

Еще два года в Берне, где восемь часов службы в патентном бюро давали ежедневно по восемь часов «безделья». Были еще воскресенья, которые Эйнштейн целиком посвящал любимой науке. Вот что он сообщает об этом в автобиографических набросках 1955 года: «Из событий научного характера, которые относятся к тем счастливым годам в Берне, я упомяну лишь одно, которое привело к наиболее плодотворной идее в моей жизни. Специальной теории относительности было уже несколько лет, когда возник вопрос: ограничен ли принцип относительности инерциальными системами, то есть системами координат, которые движутся равномерно друг относительно друга? Врожденный инстинкт подсказывает: «Вероятно, нет!» Однако основное положение всей прежней механики — принцип инерции — как будто бы исключает всякое расширение принципа относительности».

Как примирить инстинкт-интуицию с традиционной механикой? Ведь относительно ускоренной системы изолированное от всяких сил тело не движется равномерно и прямолинейно. Это позволяет отличить ускоренную систему от неускоренной. Есть еще опытный факт эквивалентности инертной и тяжелой массы. Возможно, что, комбинируя этот факт с расширенным принципом относительности, удастся создать физическую теорию тяготения, решить задачу, от которой отказался даже Ньютон. Замыслы Эйнштейна были непривычными и казались невероятными. Но к нему в то время уже прислушивались.

Первым, понявшим, что в физике появился новый гений, стал другой гений — Планк. Его поддержали еще несколько ученых. Цюрихский университет захотел иметь Эйнштейна в числе своих профессоров. Но это было невозможно. По старинным правилам стать профессором мог только доцент. А Эйнштейн не был доцентом. Он не был даже ассистентом, патентный эксперт третьего класса, лишь недавно получивший докторскую степень. Все же выход удалось найти. Пусть Эйнштейн пробудет год в должности приват-доцента. Конечно, это не дает средств к жизни. Поэтому он должен совмещать эту должность с прежней работой в патентном ведомстве. Эйнштейн согласился после многих колебаний и без всякой охоты. Он не хотел тратить часы «безделья» на лекции. Но пришлось согласиться. Это был единственный реальный путь к профессуре. Он совместительствовал целый учебный год.

Летом 1909 года Эйнштейн удостоился первых научных почестей — звания почетного доктора Женевского университета. Но Цюрихский университет избрал его лишь на должность экстраординарного (внештатного) профессора. Оклад такого профессора невысок, и жене Эйнштейна пришлось готовить домашние обеды для студентов, чтобы дополнять бюджет семьи. Экстраординарный профессор в служебные часы читает лекции и занимается со студентами. Часы «безделья» по-прежнему посвящены науке. Из-под его пера одна за другой выходят работы о квантовой природе излучения и квантовой теории теплоемкости. Он решает ряд конкретных задач, относящихся к молекулярному строению вещества. Но он не перестает думать о возможности расширения принципа относительности.

Осенью 1910 года в Пражском университете открылась вакансия ординарного профессора теоретической физики. Ректорат обсуждал возможных кандидатов, советовался с крупными физиками. Планк написал: «Если теория Эйнштейна окажется справедливой, на что я рассчитываю, его следует считать Коперником двадцатого столетия».

16 января 1911 года Эйнштейн, по-видимому впервые, выступил с лекцией о теории относительности перед аудиторией, в которой физики были в меньшинстве. Его доклад на заседании Общества естествоиспытателей в Цюрихе имел название: «Теория относительности». Здесь он впервые знакомит слушателей с поразительным выводом теории: заставив часы проделать длительное путешествие и вернув их на— зад, мы увидим, говорит он, что они отстали от контрольных часов, остававшихся на месте. Более того, «если бы мы поместили живой организм в некий футляр и заставили бы всю эту систему совершить такое же движение вперед и обратно, как описанные выше часы, то можно было бы достичь того, что этот организм после возвращения в исходный пункт из своего сколь угодно далекого путешествия изменился бы как угодно мало, в то время как подобные ему организмы, оставленные в пункте отправления в состоянии покоя, давно уже уступили место новым поколениям. Для движущегося организма длительное время путешествия будет лишь мгновением, если движение будет происходить со скоростью, близкой к скорости света! Это неизбежное следствие наших исходных принципов, к которым нас приводит опыт».

Так родился знаменитый парадокс близнецов. Парадокс, ибо в соответствии с теорией, которую Эйнштейн изложил в докладе, нельзя отличить движущийся объект от неподвижного, и, казалось бы, каждый из близнецов может считать себя неподвижным и поэтому более взрослым, чем его путешествующий брат. Это, конечно, невозможно. Но Эйнштейн не разъяснил слушателям сути парадокса и не показал, как он устраняется.

Мы тоже отложим это на будущее.

С осени 1911 года Эйнштейн стал профессором в Праге, но еще до того, 21 июня, в редакцию журнала «Аннален дер физик» поступила его статья «О влиянии силы тяжести на распространение света». Она начинается так: