Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной

О том, как были решены проблемы, на которые обратил внимание Кельвин, написано много замечательных книг[410], поэтому я остановлюсь лишь на том, какую роль в этом сыграло стремление к простоте. Так или иначе, решения были найдены благодаря работе одного необычного служащего патентного бюро в Берне.

Альберт Эйнштейн родился в 1879 году в Ульме в Германии, в семье торговца и инженера-электрика Германа Эйнштейна и Паулины Кох. По окончании гимназии, где он не отличался большими успехами, Альберт изучал физику и математику в Цюрихе, однако, получив диплом, не мог рассчитывать даже на должность обычного преподавателя физики в университете. К счастью, в 1902 году друг порекомендовал его «через отца директору Швейцарского патентного бюро Фридриху Галлеру»[411], и в итоге он получил место технического эксперта в Швейцарском патентном бюро. Несмотря на свой однообразный характер, работа вполне устраивала Альберта. Позже он вспоминал: «Работа над окончательной формулировкой технических патентов была для меня настоящим благословением. Она принуждала к многостороннему мышлению, а также давала импульс для физических размышлений»[412]. Одной из таких прекрасных идей стало решение поставленной Кельвином проблемы о скорости света, проходящего через эфир. Однако интерес Эйнштейна к этой проблеме не был связан с экспериментами Майкельсона и Морли, опровергавшими теорию эфира. Как выяснилось, Эйнштейн не знал об этих экспериментах, и его интересовал другой любопытный факт, на который Кельвин не обратил внимания, а именно функциональные возможности электрических машин.

Этой проблемой занимался шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл, который в 1865 году открыл ряд простых уравнений, описывающих электричество и магнетизм как совокупность действий электрического и магнитного полей. В физике термин «поле» обозначает объемы пространства, приводящие физические тела в движение. Например, яблоко падает с дерева под действием гравитационного поля Земли, притяжение стрелки магнитного компаса к Северному полюсу вызвано магнитным полем Земли, а нитки хлопковой ткани притягиваются к янтарю под действием его электрического поля. В рамках единой системы уравнений Максвелл рассматривает электричество и магнетизм как совокупность действий полей, являющихся частями единого целого – электромагнитного поля. Максвелл в своих уравнениях объединил силу магнетита с силой янтаря, представив их как единую электромагнитную силу. Это стало первым великим объединением, а следовательно, и упрощением в классической физике.

Уравнения Максвелла стали, пожалуй, одним из важнейших объединений в физике, что привело к значительному упрощению картины мира. Впрочем, это объединение произошло за несколько десятилетий до того, как Эйнштейн, сидя в патентном бюро, предавался размышлениям. Эйнштейна привлекла другая, еще более поразительная возможность упрощения, которую он смог разглядеть в уравнениях Максвелла. Из них следовало, что поле вокруг электрически заряженного тела, совершающего колебания в пространстве, создает возмущения в окружающем электромагнитном поле, которые распространяются со скоростью около 300 миллионов метров в секунду. Максвелл узнал эту величину. Это была скорость света в вакууме. Он пришел к ошеломляющему выводу: свет представляет собой электромагнитные волны, возникающие в результате движения электрически заряженных частиц или, говоря современным языком, электронов, внутри материи[413]. Универсальные законы Максвелла свели воедино электричество, магнетизм и свет, освещающий Вселенную. Свет оказался одним из проявлений действия электромагнитной силы.

Занимаясь проверкой патентных заявок в бернском бюро, Эйнштейн размышлял о том, что связывает свет и электричество. Оба явления были на тот момент крайне актуальны. Технологические сдвиги в ходе промышленной революции к тому времени обусловили переход от паровых двигателей к электрическим, и отец Эйнштейна Герман Эйнштейн вместе со своим братом Яковом основали в Мюнхене электротехническую компанию Einstein & Cie. Бюро, в котором работал Эйнштейн, перешло на освещение электрическими лампочками, промышленное производство которых начали всего лишь 20 лет назад Томас Эдисон и Джозеф Суон. Многие заявки, поступавшие в патентное бюро Берна, касались изобретения электрических машин. Разбирая поданные документы, Эйнштейн размышлял о том, что, если бы ему пришлось самому изобрести электрическую машину на основе уравнений Максвелла, какое значение следует выбрать для скорости света?