Краткая история науки

Физикам понадобилось некоторое время, чтобы осознать реальное значение экспериментов Планка. Эйнштейн оказался одним из тех, кто уловил всю их важность. Работая в 1905 году обычным клерком в одном из патентных бюро Цюриха, он занимался физическими изысканиями в свободное время.

И за один год он опубликовал три статьи, благодаря которым сделал себе имя. Первая, за которую Эйнштейн получил премию Нобеля в 1921 году, перевела работу Планка на новый уровень. Эйнштейн развил идеи немецкого коллеги об абсолютно черном теле и предложил совершенно новый квантовый подход.

После напряженных размышлений он показал – некоторым количеством блестящих вычислений, – что свет на самом деле переносится маленькими порциями энергии. Эти порции двигаются независимо одна от другой, несмотря на то что вместе они образуют волну. Это было ошарашивающее утверждение, поскольку физики со времен Томаса Янга, жившего веком ранее, анализировали свет именно как непрерывную волну. Он и в самом деле чаще всего ведет себя как волна, а тут молодой, никому не известный работник патентного бюро заявляет, что свет может быть частицей, фотоном, квантом!

Следующая статья Эйнштейна от 1905 года оказалась не менее революционной. Именно в ней он ввел специальную теорию относительности, которая показывает, что любое движение относительно, иначе говоря, оно может существовать лишь относительно чего-либо еще. Это достаточно сложная теория, но ее можно понять без труда, если немного напрячь воображение.

Эйнштейн не в последнюю очередь стал столь велик потому, что он не просто размышлял над некими данными, а умел представить, что они значат, и изложить все четко и логично.

Итак, представьте поезд, отходящий от станции.

В центре одного из вагонов помещена равномерно вспыхивающая лампочка, свет от нее через равные промежутки времени отправляется и вперед и назад, где отражается от зеркал, размещенных на стенках вагона. Если вы встанете в центре вагона, вы увидите, что свет возвращается к вам точно в один и тот же момент. Но некто, стоящий на платформе в тот момент, когда поезд проходит мимо, увидит отраженные вспышки последовательно.

Хотя обе порции света достигают зеркал одновременно, поезд движется вперед, так что на платформе вы увидите вспышку от удаляющегося зеркала (того, что в передней части вагона) раньше, чем вспышку от приближающегося зеркала (в задней). Таким образом, хотя скорость света не меняется, она выглядит для вас различной, то есть зависит – является относительной, другими словами – от того, является ли сам наблюдатель неподвижным или движется.

Эйнштейн доказал – опять же с помощью некоторого количества сложных уравнений, – что время является одним из основных измерений реальности. С того момента физикам пришлось принимать в расчет не только три знакомых пространственных измерения – длину, ширину и высоту, но и время тоже.

Эйнштейн показал, что скорость света является постоянной вне зависимости от того, удаляется он от нас или приближается. Скорость звука же меняется, и именно поэтому поезд звучит по-разному, когда он надвигается на нас или уносится прочь. Поэтому относительность в специальной теории относительности не прилагается к постоянной скорости света, она имеет отношение к наблюдателю и к тому факту, что время должно быть включено в рассмотрение.

Время тоже не абсолютно, а относительно, оно меняется в зависимости от скорости нашего перемещения, и часы показывают этот факт. Есть старая история о космонавте, отправившемся в путешествие на околосветовой скорости и вернувшемся на Землю, чтобы обнаружить, что время ушло далеко вперед. Все, кого он знал, постарели и умерли. Он же сам постарел совсем немного по сравнению с тем моментом, когда пустился в путь, словно его часы, взятые с собой, замедлились, как и восприятие времени.

Это всего лишь мыслительный эксперимент, и подобное может случиться только в научной фантастике.

Как будто этого было недостаточно, знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc² связало массу (m) и энергию (E) неким новым образом. «C» в уравнении – скорость света. В действительности Эйнштейн показал, что масса и энергия не более чем два аспекта материи. Поскольку скорость света очень велика, а возведенная в квадрат становится еще больше, то даже очень небольшое количество массы, полностью переведенное в энергию, создаст огромное ее количество.

Даже атомная бомба превращает в энергию крохотную часть массы.

Если всю массу вашего тела целиком перевести в энергию, то получится взрыв мощностью в пятнадцать больших водородных бомб. Так что лучше не пробуйте такого.

Несколько следующих лет Эйнштейн развивал свои гипотезы, и к 1916 году он выступил с более масштабной идеей относительно устройства Вселенной, и она получила название общей теории относительности. В ней он представил гипотезы насчет взаимосвязи между гравитацией, ускорением и структурой пространства.