> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Эйнштейн

Эйнштейн

Эйнштейн (Einstein), Альберт, величайший физик нашего века, родился 14 марта. 1879 г. в еврейской семье среднего достатка в г. Ульме (Вюртемберг), детство провел в Мюнхене, где его отец владел электротехническим заводом. В 1894 г. семья переселилась в

Италию, а Э. поступил в кантональную школу в швейцарском городе Аарау, а через два года в цюрихский университет. Первое время по окончании университета (1902—1909) служил экспертом в патентном ведомстве в Берне, в свободное время занимаясь теорией брауновского движения. Эта работа сразу выдвинула его, и он получил приват-доцентуру, а в 1909 г.-кафедру в цюрихск. университете. В 1911 г.—проф. в Праге, в 1912 г.—проф. Высшего техническ. учияищав Цюрихе. В 1913 г. Э- переехал в Германию и е тех пор состоит профессором теоретической физики в берлинек. университете. Впрочем, Э. лекций почтп не читает и занимается главным образом исследовательской работой. Э.—научная фигура такого же грандиозного калибра, как Ньютон, Сближение Э. с Ньютоном оправдывается не только одинаковой гениальностью, но в значительной степени и содержанием их научной работы. Ныотон является создателем классической мехаинкии теории всемирного тяготения, а также небесной механики, науки о движении небесных тел, которая основывается на формулированных Ньютоном законах движения (открытых отчасти до него Галилеем) и на открытом самим Ньютоном законе всемирного тяготения. Далее, с именем Ньютона связана корпускулярная или эмиссионная теория света, которая держалась его авторитетом почти полтора столетия, пока она не была, казалось, навсегда опровергнута опытами Френеля и Фи-зо.

Э. выступил на физическом поприще в качестве непосредственного продолжателя Ньютона. Он является создателем новой механики и новой теории тяготения, представляющих собой не простое усовершенствование, но коренное преобразование ньютоновской теории, с одной стороны, и воссоздате-лем ньютоновской корпускулярной теории света—также в преобразованной форме—е другой.

В деле создания Э. новой механики, роль Галилея сыграл Лоренц, являющийся одним из основателей электронной теории материи (ср. XLIII, 336 сл. и 341 сл.). Некоторые из результатов,

найденные Лоренцом на основании электромагнитной теории Максуэла, вошли без всякого изменения в теорию Э. (например зависимость массы быстро движущегося электрона от скорости, предельный характер скорости света, законы распространения света в движущихся телах и связанные с этим приближенные формулы преобразования пространственных координат и времени при переходе от покоящейся енетсмы к движущейся). Однако, у Э. эти результаты получили гораздо более простое и глубокое обоснование и несравненно более общее физическое 8начонне. Основой эйнштейновой механики и теории тяготения является принцип относительности движения {см. теория относительности, ХЫ,ч. 7, 401 сл.). Необходимо оговориться, что этот принцип в более узкой форме был известен и Ньютону, хотя и не был явно формулирован последним. Наоборот, при формулировке законов механики Ныотои исходил из представления об „абсолютном покоющемся пространстве“ (по отношению к которому якобы определялось движение материальных тел) и „абсолютном равномерно текущем времени“. Однако, из самих же законов ньютоновской механики вытекала принципиальная невозможность отличить истинный покой от движения. Эта относительность движения особенно ясна в простейшем случае прямолинейного и равномерного движения. Однако, пз эквивалентности между инертной массой тел, связанной с их ускоренным движением, и их весомой массой, которая определяет испытываемые илнпроязводпмые пмисилытяготе-ния, вытекает, как впервые заметил Э., справедливость принципа относительности и в общем случае непряыоли-иейного и равномерного движения. Прн этом, однако, необходимо радикальным образом изменить формулировку ньютоновского закона тяготения так, чтобы силы тяготения представлялись тождественными, или эквивалентными с силами инерции. До Э. принцип относительности движения признавался: в применении к прямолинейному и равномерному движению. При этом сохранялось старое представление о силах, действующих между материальнымичастицами,—представление, в котором все эти силы трактовались подобно ньютоновским силам тяготения, как „мгновенное дальнодействие“; другими словами, сила, действующая на каждую частицу со стороны других, считалась обусловленной положением последних в соответствующее мгновение, независимо от их расстояния. Это представление об одновременности положения различных тел, как о чем-то абсолютном, заставляло считать и самое время чем-то абсолютным (в смысле Ньютона). Таким образом, до Э. принцип относительности движения признавался лишь в форме относительности скорости (то есть прямолинейного нравномер-ного движения) и связывался с относительностью пространства, тогда как время считалось абсолютным. Эйнштейновская теория относительности, формулированная им в 1905 г. в возрасте 25 лет, отличается от ньютоновской тем, что время в ней имеет такое же относительное значение, как и пространство (другими словами, расстояние во времени между моментами двух определенных событий является такой же относительной величиной, зависящей от выбора „покоящейся“ координатной системы, как и расстояние между местами обоих событий в пространстве). Относительность временя в теории Э. связана с представлением о том, что все физические силы, поскольку они сводятся к взаимодействию между электронами (согласно теории Лоренца), передаются в пространстве не мгновенно. но с конечной скоростью. Совпадение последней со скоростью света является следствием того, что световые действия представляют собой по существу электрические действия, передающиеся в пространстве с такой же скоростью, как и все остальные действия этого же рода. Таким образом, сила, испытываемая каким-нибудь электроном в данный момент, зависит от положения других электроноввнредшеству-ющие моменты, тем более отдаленные, чем больше их расстояние. Эго представление о „запаздывающем дальнодействии“ доЭ. пытались свсетик.близкодействнго“, то есть к распространению действия через промежуточную среду-эфир—от одной се частицы к соседней.

не замечая, что главным образом запаздывающее дальнодействие сводилось лишь к обычному „дальнодействию” (на очень маленькие расстояния) между соседними частицами среды. Идея подобной среды была в значительной степени подорвана работами Лоренца (у которого „эфир” играл такую жероль, как„неподвижноепроетранство“ у Ньютона, то есть роль простой координатной системы). Э.окончательно упразднил ее. Но тем самым он вынужден был принять,что скорость распространения физических электрических сил в пустом пространстве не должна зависеть от движения той координатной системы, например земного шара, по отношению к которой она определяется, то есть, другими словами, что эта скорость, несмотря на свой „относительный” характер (то есть возможность ее определения лишь по отношению к чему-то, считаемому неподвижным), имеет „абсолютное” или „инвариантное значение”. 1C этому принципу инвариатности, иля постоянства скорости света Э. пришел не только на основании логических соображений, ио и на основании отрицательных результатов опыта Майкель-сона, пытавшегося обнаружить поступательное движение земли в пространстве („эфире”) иутем измерения скорости света по отношению к земле в разныхнаправлеииях.Какизвеетно.она оказалась постоянной и независимой от направления. Сочетание принципа относительности всякой скорости с принципом постоянства, или инвариантности, одной исключительной скорости—именно скорости света—представляется парадоксальным. Но мы только что видели, что второй принцип вытекает из первого в евязи с представлением о запаздывающем электрическом дальнодействии. Во всяком случае, именно на этом парадоксальном сочетании и основывается теория относительности Э. с отличите льной ее особенностью—относительности не толь-ко пространства, ио и времени.

Коррелятом этой относительности является абсолютный, или инвариантный характер физических законов. Последние должны, согласно Э., формулироваться таким образом, чтобы математические соотношения, их выражающие, оставались инвариантными (то есть ие изменялись прн переходе от „покоящейся” системы к „движущейся”), несмотря на относительный, илн вариантный характер входящих в них величин (пространственных координат времени, скоростей, сил и т. п.). Э. показал, что-уравнения ньютоновской механики не удовлетворяют этому требованию инвариантности, и видоизменил их простейшим образом в соответствии с этим требованием. Результатом этого видоизменения и явилась эйнштейнова механика со всеми вытекающими нз нее следствиями.

Не удовольствовавшись этимирезуль-татами, Э. стал работать над вопросом о распроеграненнн теории относительности на случай любого движения. Ключом к решению этой задачи послужила, как уже было отмечено выше, эквивалентность между инертной и весомой массой и вытекавшая отсюда возможность свести ускоренное движение к покою, рассматривая связанные с первым силы ннерцнн как силы тяготения, связанные со вторым. Однако, решение задачи далось Э. лишь после нескольких лет упорной работы, в 1915г. Интересно отметить то упорство и настойчивость, с которыми Э. в течение ряда лет занимался делом, которое его друзья-крупнейшие физшш-теоретнкп, например Лауе—считали совершенно безна-делшым. Однако, Э. достигнул поставленной себе цели и создал свою общую теорию относительности, являющуюся вместе с тем теорией тяготения и представляющую собой одно из велячайшпх творений человеческого гения. Любопытно, что Э. был настолько глубоко-проникнут верой в правильность своей теории, что он нисколько не беспокоился за проверку се путем наблюдений (во время затмения 1918 г.) отклоняющего действия, производимого солнцем на лучи звезд, проходящие вблизи него-

Корпускулярная теорпя света, возрожденная Э., также явилась продуктом его теории относительности и связанной с ней механики. В этой механике скорость света с фигурирует в качестве основной постоянной величины, связывая энергию частицы Е с ее массой т формулой Е—т& и входя в зависимость массы от скорости v:

т=- у:----у-, где Ша предста-

yl — Vlc2

вляетсобой такназ. „покоящуюся- массу (то есть значение т прн v=0). Из этой формулы следует, что скорость света v-c является предельной и даже, более того, недостижимой для обычных материальных тел, так как прн vc масса т оказывается равной бесконечности, если только покоящаяся масса 1Щ отлична отнуля. Если же мы допустим существование частиц е покоящейся массой, равной нулю, то окажется, что такие частицы могут нестись со скоростью евота, обладая при этом конечной массой. Последняя может принимать любые значения , пока е’=с,

но обращается в нуль, как только движение замедляется. В связи с этим у Э., естественно, возникло представление о том, что световые лучн можно было бы рассматривать как поток подобных эфемерных частиц—эфемерных в том смысле, что каждая из них существует как частица лишь то короткое время, которое она проводит в пути от испустившего ее атома к атому, которым она поглощается. При поглощении световая частица (или, как ее теперь часто называют, .фотон-) исчезает, передавая свою энергию и импульс (количество движения) поглотившему ее атому. Точно так же при испускании световой частицы она не берется в готовом виде нз имеющегося в атоме склада, но, так сказать, рождается в самом процессе испускания за счет энергии атома, сообщая ему прн вылете толчок в обратную сторону, подобный отдаче орудия при выстреле. Эти особенности эйнштейновых „световых частиц—совершенно отсутствовавшие у световых частиц теории Ньютона—н дали возможность Э. в том же 1905 г., в котором им была опубликована первая работа по теории относительности, восстановить корпускулярную теорию све-va (ср. XL1H, 339 сл.). Необходимо, однако, отметить, что непосредственным поводом для этого послужили не вышеприведенные логические соображения, но новые опытные факты, относившиеся к так называемым .фотоэлектрическому эффекту-, то есть вырыванию электронов изметаллов световыми лучами (здесь „фотоэлектрический эффект- сыграл такую же стимулирующую роль для творческой мысли Э„ как отрицательный эффект опыта Майкельсонав случае теории относительности). Далее, выдвигая свою корпускулярную теорию света, Э. вовсе не думал порывать с волновой теорией, но пытался связать их хотя бы символическим образом как дво разные стороны одного и того же явления. При этом ои руководствовался основным результатом зародившейся незадолго до этого (в 1900г.) теории квантов, а именно найденным Планком соотношением между энергией е, теряемой нли приобретаемой атомами при отдельных актах испускания или поглощения монохроматического света, и частотой колебаний последнего v (е=Лч, h — постоянная Планка). Идея Э. заключалась, следовательно, в двойственном характере света, в возможности—и необходимости— рассматриватьсветовые лучи одновременно как линии распространения световых волн и линии движения световых частиц. Это корпускулярно-волновое соответствие, введенное впервые Э. и приведшее его к формулировке законов фотоэлектрических в фотохимических явлений, было через 20 лет (в 1925г.) распространено Л. де Бройлем на катодные и другие „материальные“ лучи и привело к созданию современной волновой механики, в которой волны обычно рассматриваются как определители вероятности того или иного поведения соответствующих частиц. Необходимо отметить, что идоя замены детерминистического описания элементарных физических явлений „пробабп-листическим-, т-е. основанным на закономерном определении вероятности этих явлений, также была впервые выставлена Э.в знаменитой работе о взаимодействии материн с излучением, опубликованной в 1917г. Таким образом, можно сказать, что Э. является одним нз основателей теории квантов и развившейся из нее „новейшей- волновой механики.

С его именем евязаиа также статистическая теория или, вернее, одна из двух разновидностей статистической механики,которой всовремеиной теории квантов характеризуется поведениебольшого числа тождественных частиц ‘(„статистика Бозе-Эйнштейна“). Помимо указанных работ, в которых Э. выступает как непосредственный продол-лсатель Ньютона, Э. принадлежит еще несколько замечательных работ, относящихся к разным вопросам. Первой из них хронологически (она была опубликована почти одновременно с первой работой о теории относительности и о квантовой теории света) является теория так называемым брауновекого движения. Э. первый открыл истинную причину этого явления, показав, что движение микроскопических твердых частиц, взвешенных в жидкой среде, является следствием толчков, получаемых ими со стороны частиц этой среды, находящихся в тепловом движении, и более того—что брауновское движение можно рассматривать как тепловое движение гигантских молекул, представляемых этими твердыми частицами. Вместе с тем Э. разработал математическую теорию брауновекого движения, сравнение которой с опытными данными (Перрен) впервые дало возможность точно определить число и размеры обыкновенных молекул. Эйнштейнова теория брауновского движения оказалась в дальнейшем применимой и к тепловому движению последних. Другой весьма простой, но немаловажной теоретической работой Э. явилось распространение квантовой теории Планка на колебательное движение атомов в твердых телах, впервые позволившее объяснить систематическое уменьшение их теплоемкости с понижением температуры. Наконец, за Э. числится одна экспериментальная работа, выполненная по его идее де-Гаасом и имевшая целью непосредственную проверку того обстоятельства, что магнитные свойства тел обусловливаются вращательным движением электронов. Э. и де-Гаас проверили эту теорию (восходящую еще к Амперу), установив новый эффект, заключающийся в том, что намагничивание или размагничивание железного стерженька вызывает вращение его вокруг магнитной оси в ту щи другую сторону.

Последние десять лет Э. работает над вопросом о дальнейшем обобщении своей общей теории относительностив таком духе, чтобы она органически включала в себе не только теорию поля тяготения, но и поля электромагнитного. В 3929 г. ему удалось добиться некоторых результатов в этом направлении, то есть в направлении создания „единой теории поля“, однако правильность этих результатов остается покамест под сомнением. Интересно отметить то упорство, с которым Э. продолжает свою работу, игнорируя все другие вопросы физики до тех пор, пока поставленный им вопрос, который он считает самым фундаментальным, остается ие разрешенным. „Если мне не удастся решить этого вопроса“,—сказал однажды Э. в частной беседе—„то меня можно считать потерянным для физики“. У Э. совершенно нет и никогда не было учеников, несмотря на то, что он всегда охотно делится своими мыслями и весьма активен в качестве оппонента на собраниях. Это тем более удивительно, что Э. является исключительно обаятельной личностью. По философским взглядам Э. примыкает к идеализму, а по политическим воззрениям к прогрессивному лагерю, ие входя, однако, ни в одну партию. Э. неоднократно выступал с выражением симпатии к Советскому Союзу.

Я. Френкель.