Глава пятая, в которой Альберт Эйнштейн устраивает «год чудес»

Глава пятая, в которой Альберт Эйнштейн устраивает «год чудес»

Гениальные мысли приходят в голову так редко, что их нетрудно запомнить.

Эйнштейн о том, как он смог запомнить все свои великие открытия

Так уж получилось, что все свои самые выдающиеся открытия Эйнштейн впервые показал миру в течение всего лишь одного-единствен– ного года. Это был 1905 год, когда ученый опубликовал шесть статей, четыре из которых позднее совершили переворот в науке. Еще в начале года Альберт обещал друзьям эти четыре публикации.

Первую статью Эйнштейн завершил в мае, в ней шла речь о движении мельчайших частиц материи. Если вы еще не изучали химию, то нуждаетесь в небольшом пояснении, чем именно занялся Альберт.

Итак, представьте, все вокруг нас – предметы и организмы – состоят из каких-то веществ. Например, вода состоит из кислорода и водорода, а воздух, которым мы дышим, – это смесь газов азота, кислорода, аргона и других. Химические элементы, из которых состоит наш мир, описаны в таблице Менделеева (ее изучают в школе на уроках химии). Мельчайшую частицу таких веществ называют атомом.

Так вот, эти атомы не стоят на месте, даже если предмет, который из них состоит, просто лежит на столе. И хотя нам кажется, что состоящие из атомов предметы неподвижны, сами мельчайшие частицы все время колеблются – передвигаются в своем крошечном пространстве.

Первооткрывателям это движение атомов показалось совершенно беспорядочным. Эйнштейн же смог понять и оценить их «логику», описать некоторые законы, которым это движение подчиняется. Он также научился оценивать количество атомов, из которых состоит вещество. Для этого ему пришлось связать температуру вещества, с объемом которое оно занимает (ведь известно, что при нагревании материя увеличивается в объеме), и вывести специальную формулу зависимости одного параметра от другого. И это была главная формула будущей молекулярно-кинетической теории. Кроме того, ученый окончательно доказал существование атомов – до него еще находились физики, которые сомневались в этом.

Вторая статья вышла в начале июня. В ней Эйнштейн размышлял о природе света. До него физики представляли свет как своеобразную волну. Считалось, что он распространяется, как волны на поверхности воды. Но такая теория не могла объяснить взаимодействия света с материей. Эйнштейн же описал свет как движение порций энергии в пространстве во взаимодействии с атомами материи. Эйнштейн назвал эти порции «световыми квантами», а в 1926 году они получат название «фотоны».

Альберт был не первым, кому в голову пришла такая мысль. Но именно его теория оказалась настолько совершенной, что положила начало еще одному разделу науки – квантовой физике. Это очень сложная и захватывающая область знания, открытия в которой только начались. Например, совсем недавно благодаря выводам Эйнштейна появилась возможность создавать космические корабли, сверхмощные компьютеры, мгновенно передавать информацию на огромные расстояния с большой точностью… Кто знает, какие еще более невероятные изобретения и открытия ждут нас уже в ближайшем будущем благодаря квантовой физике и Альберту Эйнштейну.

Летом Эйнштейн опубликовал еще две статьи, после которых как отдельный раздел физики возникла теория относительности (именно она принесла ученому наибольшую славу). До этого в основе физической науки была классическая механика и законы Исаака Ньютона[8], открытые на 200 с хвостиком лет раньше. С помощью выведенных английским ученым законов земная реальность описывается очень хорошо. Но Эйнштейн еще в школе начал задавать себе вопросы, которые не вписываются в рамки классической механики и выходят за пределы возможного на Земле. Например, что будет со временем, если какой-нибудь предмет будет двигаться со скоростью света (почти 300 000 километров в секунду)? Оно будет так же течь или, например, замрет?

В 17 веке для Ньютона существовало только пространство, в котором действуют разные физические законы. Например, сила тяготения. Это когда земной шар притягивает к себе все, что на нем находится. И потому яблоко, поспев, падает с ветки в траву, а не, например, взлетает в небо. По легенде, именно после того, как яблоко упало Ньютону просто на голову, этот гениальный англичанин и открыл закон всемирного тяготения. Время же для Ньютона было абсолютом – оно неумолимо двигалось в одном направлении, с одной и той же скоростью, и остановить его было невозможно. Он принимал его во внимание, но сделать с ним ничего не мог. Но гениальный немец пришел к выводу, что законы Ньютона все же нарушаются! Только случается это при условиях, которые невозможны во время наблюдения невооруженным глазом. Например, Эйнштейн сделал вывод, что элементарные частицы существуют по другим законам. И для них время и пространство имеют иной смысл. То же происходит, если объекты макромира (видимые невооруженным взглядом) передвигаются со скоростью, близкой к скорости света. В таких условиях течение времени перестает быть стабильным и изменяется в зависимости от скорости движения объекта.

Теория относительности открыла двери в изучение мира элементарных частиц[9]. Именно с ее помощью были созданы все мобильные и электронные устройства, которыми люди пользуются каждый день. А еще эта теория сделала возможным, например, создание крошечных устройств – нанороботов, с помощью которых в будущем будут лечить самые тяжелые болезни и даже создавать части живых организмов. На теории относительности возникла также наука кибернетика.

Более того, со временем, используя эту теорию, ученые планируют научиться искривлять пространство и время по своему желанию (Эйнштейн доказал, что такое искривление возможно). Так могут стать реальностью мгновенные путешествия в далекий космос[10]. Ведь пока что, в условиях классической физики, дорога на соседнюю к Земле планету Марс отнимает почти что год. А вот к Плутону, карликовой планете на «задворках» Солнечной системы, космический зонд New Horizons («Новые горизонты») летел целых девять с половиной лет!

А еще в рамках теории относительности Эйнштейн вывел самую известную физическую формулу в мире: E=mc². Иначе говоря, энергия тела или объекта (Е) равна его массе (m), умноженной на скорость света в квадрате. Эту формулу изучают в школьном курсе физики ближе к выпускному классу, но узнают о ней обычно гораздо раньше. Кто-то носит футболки с такой надписью, кто-то пьет чай из кружки с нею на боку.

Сама по себе эта формула стала символом огромного прорыва в науке, к которому привели работы Эйнштейна. До него два отдельных параметра – энергию и массу – никто даже не догадался связать, они как бы существовали отдельно друг от друга. Гениальный ученый связал эти два параметра с помощью скорости света и описал формулой E=mc² превращение массы в энергию и наоборот. И хоть эту формулу экспериментально доказать до сих пор никто не смог, с ее помощью было доказано существование в далеком космосе черных дыр, нейтронных звезд и множество других захватывающих и таинственных объектов Вселенной. То есть, она хоть и не доказана, а работает!

Все эти невероятные вещи берут свое начало из нескольких статей, опубликованных молодым гением в течение всего лишь одного 1905 года – «Года чудес».