Алхимия и жизнь. Как люди и материалы меняли друг друга

В 1905 г. в патентное бюро швейцарского города Берн поступило немалое количество заявок на изобретения, связанные со способами синхронизации часов[43], в частности для железных дорог. Чтобы воплотить идею в реальность, увлеченные делом изобретатели пытались понять, как установить одинаковое точное время на двух удаленных друг от друга часах. Решение этой задачи было вопросом жизни и смерти для пассажиров, а для изобретателя от этого зависело, будет ли он прозябать в безвестности или разбогатеет. Проверку надежности предлагаемых проектов поручили малоизвестному двадцатишестилетнему патентному эксперту, чья работа состояла в отсеивании заявок – он скрупулезно рассматривал, являются ли изобретения уникальными, хорошо ли продуманы и реально ли их воплощение[44]. Усилия служащего патентного бюро могли кануть в вечность, не будь его имя Альберт Эйнштейн.

Эйнштейн был не по годам умным юношей, который не жаловал субординацию и дисциплину. Он предпочитал работать в одиночку, так что не слишком преуспел в учебе. Завершив образование с сертификатом преподавателя математики, он попытался получить должность в университете, но лучшим местом, которое ему удалось найти, оказалось патентное бюро. В среде обитателей академической башни из слоновой кости патентное бюро считалось местом для ученых-неудачников. Никто из коллег в Эйнштейне не видел Эйнштейна.

Однако скромная должность Эйнштейна в патентном бюро стала подарком для человечества, поскольку открывала ему простор для размышлений; его пытливому уму будто предоставили спортзал для регулярных упражнений, и гений Эйнштейна расцвел. В течение дня он работал над решением практических задач, а по ночам дома корпел над собственными теориями. Два независимых занятия шли на пользу одно другому и оттачивали его умение просто объяснять сложные вещи.

Измерение времени во всем мире всегда стимулировали железные дороги, и к 1905 г., когда Эйнштейн размышлял над этим вопросом, решающий шаг к окончательному переходу человечества от естественного времени к тому, что на часах, уже состоялся. Это произошло в США 18 ноября 1883 г. В тот день было два полудня. Колокола отзвонили двенадцать раз в церкви Св. Павла около Уолл-стрит в городе Нью-Йорке. А затем четырьмя минутами позже[45] раздалось еще двенадцать ударов. Это и был день, когда в США ввели стандартное время и часовые пояса, и время стали отсчитывать от среднего по Гринвичу в Англии. Колокола возвестили о кончине местного времени и рождении всемирной системы часовых поясов для всех взаимодействий.

До создания стандартного времени регионы США были обособленными, и у каждого был свой часовой пояс. Многие города устанавливали собственное время по полуденному солнцу. Путешественник обнаружил бы, что в штате Мичиган двадцать семь временных зон, в Индиане – двадцать три, в Висконсине – тридцать девять, а в Иллинойсе – двадцать семь[46]. На некоторых железнодорожных станциях стены были усеяны циферблатами. Желая добиться согласованности и избавиться от путаницы, железнодорожные компании внедрили стандартное время, отсчитываемое от среднего по Гринвичскому меридиану, который проходит в Англии. Восемь тысяч станций, расположенных на почти шестистах независимых железнодорожных линиях, и пятьдесят три расписания были сведены в одну систему[47] с четырьмя часовыми поясами. Но железнодорожные сети (например, в швейцарском Берне) столкнулись с новой задачей – определения времени в самом поезде и его синхронизации с часами на станции, что не давало Эйнштейну соскучиться в патентном бюро.

В патентное бюро хлынул поток заявок от изобретателей, и многие из них предлагали передавать время с помощью электрического или беспроводного радиосигнала. Чтобы считать идею достойной регистрации патента, Эйнштейн установил следующий критерий: сигнал от одних часов к другим может быть передан, если уравнение учитывает его время в пути. В качестве примитивного способа синхронизации двух неподвижных часов можно было использовать сигнальную ракету. Но для того, чтобы это решение было эффективным, нужно учесть время, за которое ракета достигает определенной высоты. Подобным образом более современные методы могли полагаться на электрический сигнал для обозначения времени, но необходимо было учитывать и то время, за которое проходит путь и сам этот сигнал. Такие технологии считались отличным способом синхронизации часов, и подобные идеи успешно патентовали.

Но вот что случилось. В размышлениях Эйнштейна проблема синхронизации часов усложнялась, когда одни часы двигались, а сигнал точного времени отправляли при помощи света. Проводя патентную экспертизу таких заявок, Эйнштейн обнаружил существенные упущения не только в синхронизации времени, но и в том, как мы думаем о самом времени. И его открытию предстояло перевернуть с ног на голову наше понимание физического мира.