Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Эйнштейна не брали на те должности, которые он хотел, и ему приходилось перебиваться случайными подработками. Но вскоре он начал работать экспертом по заявкам в швейцарском патентном бюро в Берне – возможность, предоставленная посредством ходатайства отца Марселя Гроссмана. Почти в то же время он отказался от немецкого гражданства и стал гражданином Швейцарии. Три года спустя в 1903 г. он женился на своей возлюбленной из колледжа. Почти ничего не известно о том, какие патентные заявки Эйнштейн одобрял, а какие нет. Было бы интересно, стали ли какие-нибудь из предложенных патентов стимулом для его разработок в области физике.

Один из его биографов, Банеш Хоффман, пишет, что в патентном бюро Эйнштейн «вскоре научился эффективно выполнять свои рутинные обязанности, и это позволило ему выкраивать драгоценное время для тайных вычислений, которые он стыдливо прятал в ящик, когда приближались чьи-то шаги». Таковыми были обстоятельства рождения великой теории относительности. Но Эйнштейн позже с ностальгией вспоминал патентное бюро как «тот мирской монастырь, где я выносил мои самые прекрасные идеи».

Иногда он говорил коллегам, что должность смотрителя маяка была бы подходящим занятием для ученого, потому что работа была бы сравнительно простая и позволила бы предаваться размышлениям, необходимым для того, чтобы проводить научные исследования. «Для Эйнштейна, – говорил его соавтор Леопольд Инфельд, – одинокая жизнь на маяке была бы наиболее стимулирующим занятием, освободила бы его от многочисленных обязанностей, которые он ненавидит. На самом деле это была бы для него идеальная жизнь. Но почти каждый ученый думает иначе. В моей жизни то долгое время, когда я был лишен научной атмосферы и мне не с кем было поговорить о физике, было проклятием».

Эйнштейн также считал нечестным зарабатывать деньги, преподавая физику. Он утверждал, что физику намного лучше обеспечивать себя каким-то другим простым и честным трудом и заниматься физикой в свободное время. Когда Эйнштейн сказал что-то подобное много лет спустя в Америке, он мечтательно произнес, что хотел бы работать водопроводчиком, и сразу же получил почетное членство в профсоюзе водопроводчиков.

В 1905 г. Эйнштейн опубликовал четыре исследовательские работы – результат свободного времени в швейцарском патентном бюро – в ведущем журнале по физике того времени Annalen der Physik. В первой он показал, что свет ведет себя и как частица, и как волна, и объяснил ранее непонятную фотоэлектрическую эмиссию, при которой тела испускают электроны при облучении светом. Во второй он исследовал природу молекул, объясняя хаотическое броуновское движение взвешенных малых частиц. А в третьей и четвертой он представил специальную теорию относительности и впервые сформулировал известное уравнение E = mc2, которое так широко цитируется и так редко понимается.

Это уравнение выражает преобразование материи в энергию, и наоборот. Оно расширяет закон сохранения энергии до закона сохранения энергии и массы, утверждая, что энергию и массу нельзя ни создать, ни уничтожить – хотя одна форма энергии или материи может быть преобразована в другую форму. В этом уравнении E обозначает энергию, эквивалентную массе m. Количество энергии, которое можно при идеальных обстоятельствах извлечь из массы m, составляет mc2, где с – это скорость света, равная 30 млрд см/с. (Скорость света всегда пишется строчной с, а не прописной.) Если мы измеряем m в граммах и c – в сантиметрах в секунду, E измеряется в единице энергии, которая называется эрг. Полное превращение одного грамма массы в энергию таким образом высвобождает 1 × (3 × 1010) 2 = 9 × 1020 эрг, что эквивалентно взрыву приблизительно тысячи тонн тротила. Такие огромные энергетические ресурсы содержатся в крохотных количествах материи; если бы мы только знали, как извлечь эту энергию. Ядерное оружие и атомные электростанции – распространенные земные примеры наших несовершенных и этически неоднозначных попыток извлечь энергию, которая, как показал Эйнштейн, присутствует во всей материи. Термоядерное оружие, водородная бомба, – устройство ужасающей силы, но даже оно способно извлечь менее одного процента mc2 из массы m водорода.

Четыре работы Эйнштейна, опубликованные в 1905 г., могли стать впечатляющим результатом исследовательской работы физика, посвятившего этому всю свою жизнь; для одного года работы в свободное время 26-летнего швейцарского патентного клерка это просто поразительно. Многие историки науки назвали 1905 г. Annus Mirabilis– годом чуда. До этого был со сверхъестественным совпадением только один такой год в истории физики – 1666-й, когда Исаак Ньютон в возрасте 24 лет в вынужденной сельской изоляции (из-за эпидемии бубонной чумы) дал объяснение спектральной природе солнечного света, изобрел дифференциальное и интегральное исчисления и вывел универсальный закон гравитации. Вместе с общей теорией относительности, впервые сформулированной в 1915 г., работы 1905 г. представляют собой основной результат научной жизни Эйнштейна.

До Эйнштейна среди физиков бытовало мнение, что существуют незыблемые системы координат, такие как абсолютное пространство и абсолютное время. Отправная точка исследований Эйнштейна заключалась в том, что все системы координат – все наблюдатели, каким бы ни было их расположение, скорость или ускорение, – видят фундаментальные законы природы одинаково. По-видимому, на точку зрения Эйнштейна на системы координат повлияли его социальные и политические установки и его сопротивление жесткому шовинизму, с которым он столкнулся в Германии в конце XIX в. И в самом деле, в этом смысле идея относительности стала антропологическим трюизмом, и социологи вывели идею культурного релятивизма, которая заключается в том, что существует много различных социальных контекстов и мировоззрений, этических и религиозных принципов, выраженных различными человеческими сообществами, и степень обоснованности большинства из них вполне сопоставима.

Специальная теория относительности поначалу не была принята. Попытавшись еще раз начать научную карьеру, Эйнштейн подал уже опубликованную работу по относительности в Бернский университет в качестве примера своих исследований. Очевидно, он считал ее значительным исследованием. Она была отклонена как невразумительная, и ему пришлось оставаться в патентном бюро до 1909 г. Но его опубликованная работа не осталась незамеченной, и постепенно некоторых ведущих европейских физиков осенило, что Эйнштейн может оказаться одним из величайших ученых своего времени. Все же его работа по относительности вызывала большие сомнения. В рекомендательном письме для Эйнштейна на должность в Берлинском университете один ведущий немецкий ученый утверждал, что теория относительности была гипотетическим сценарием, кратковременным заблуждением и что, несмотря на это, Эйнштейн действительно первоклассный мыслитель. (Нобелевская премия, о которой он узнал во время визита в Ориент в 1921 г., была присуждена ему за исследование фотоэлектрического эффекта и «другие вклады» в теоретическую физику. Теория относительности все еще считалась слишком спорной, чтобы ее упоминать отдельно.)

Взгляды Эйнштейна на религию и политику были взаимосвязаны. Его родители были евреями, но они не соблюдали религиозные ритуалы. Тем не менее Эйнштейн пришел к традиционной религиозности «под влиянием традиционного образовательного механизма, государства и школ». Но в 12 лет этому пришел конец: «Читая научно-популярные книги, я вскоре убедился, что большинство историй из Библии не могут быть правдивыми. В результате сформировалась фанатическая приверженность свободному мышлению в совокупности с ощущением, что государство намеренно обманывает молодежь; это было сокрушительное ощущение. Из этого опыта выросло подозрительное отношение к любому авторитету, скептическое отношение к убеждениям, которые имели место в любом социальном окружении – настрой, который никогда не покидал меня, даже позднее, хотя благодаря лучшему пониманию причинно-следственных связей он утратил некоторую первоначальную резкость».

Как раз перед тем, как разразилась Первая мировая война, Эйнштейн занял должность профессора в хорошо известном Институте кайзера Вильгельма в Берлине. Желание работать в ведущем центре теоретической физики было тогда сильнее, чем его антипатия к немецкому милитаризму. Начало Первой мировой войны застало жену Эйнштейна и двоих его сыновей в Швейцарии, возможности вернуться в Германию не было. Несколько лет спустя эта вынужденная разлука привела к разводу, но, получив Нобелевскую премию в 1921 г., Эйнштейн, хотя был уже вторично женат, отдал 30 000 долларов своей первой жене и их детям. Его старший сын позже стал значительной фигурой в строительной инженерии, заняв должность профессора в Калифорнийском университете, а его второй сын, который поклонялся отцу, позднее обвинил его – что причинило Эйнштейну сильные страдания – в том, что тот не уделял ему внимания в юности.

Эйнштейн, который раньше считал себя социалистом, пришел к выводу, что Первая мировая война по большому счету явилась результатом тайных планов и некомпетентности «правящих классов», с чем соглашаются многие современные историки. Он стал пацифистом. В то время как другие немецкие ученые с энтузиазмом поддерживали военные кампании своего государства, Эйнштейн публично осуждал войну как «повальное заблуждение». Только его швейцарское гражданство помешало его арестовать, как случилось с его другом философом Бертраном Расселом в Англии в то же время и по той же причине. Взгляды Эйнштейна на войну не увеличили его популярности в Германии.

Однако война косвенно сыграла роль в прославлении имени Эйнштейна. В своей общей теории относительности Эйнштейн исследовал предположение – идею, все еще поражающую своей простотой, красотой и мощью, – что гравитационное притяжение между двумя массами возникает вследствие искривления этими массами окружающего евклидова пространства. Количественная теория воспроизвела с точностью, с которой она была проверена, закон Ньютона о всемирном тяготении. Но с увеличением точности расчетов, так сказать, в следующем десятичном разряде, общая теория относительности показывала значительные отличия от взглядов Ньютона. Такова классическая традиция науки: новые теории сохраняют установленные результаты старых, но делают ряд новых прогнозов, которые позволяют провести четкую разделительную линию между двумя мировоззрениями.

Общую теорию относительности Эйнштейн предложил проверить, рассмотрев аномальное смещение орбиты планеты Меркурий, смещение спектральных линий света, испускаемого массивной звездой, в красную (длинноволновую) сторону и отклонение света звезд, проходящего рядом с Солнцем. Еще до подписания перемирия в 1919 г. в Бразилию и на остров Принсипи у берегов Западной Африки были направлены британские экспедиции для того, чтобы посредством наблюдений во время полного солнечного затмения проверить, соответствует ли отклонение света звезд прогнозам общей теории относительности. Оказалось, что соответствует. Взгляды Эйнштейна были доказаны, и символизм того, что британская экспедиция подтвердила работу немецкого ученого в то время, как две страны все еще находились в состоянии войны, воззвал к лучшим чувствам широкой публики.

Но в то же время в Германии была запущена хорошо профинансированная общественная кампания против Эйнштейна. В Берлине и других местах проводились массовые собрания с антисемитскими настроениями, на которых осуждалась теория относительности. Коллеги Эйнштейна были возмущены, но большинство из них, слишком робкие для политики, ничего не сделали, чтобы воспрепятствовать этому. С подъемом нацизма в 20-х и начале 30-х гг. ХХ в. Эйнштейн, несмотря на свою естественную склонность к спокойной жизни в размышлениях, стал выступать на публике – мужественно и часто. Он свидетельствовал в немецких судах в защиту ученых на процессах по их политическим взглядам. Он требовал амнистии для политических заключенных в Германии и за границей (включая Сакко и Ванцетти и «парней из Скоттсборо» в Соединенных Штатах). Когда Гитлер стал канцлером в 1933 г., Эйнштейн со своей второй женой покинули Германию.

Нацисты публично сожгли научные работы Эйнштейна вместе с другими книгами антифашистских авторов. Авторитет Эйнштейна как ученого стал подвергаться резким нападкам. Их инициатором оказался нобелевский лауреат, физик Филипп Ленард, который осуждал то, что он называл «математически недоделанными теориями Эйнштейна» и «азиатским духом в науке». Он продолжал: «Наш фюрер уничтожил этот дух в политике и национальной экономике, где он известен как марксизм. В естественной науке, однако, с прославлением Эйнштейна, он все еще сохраняется. Мы должны осознать, что немцу недостойно быть интеллектуальным последователем еврея. Естественная наука потому так названа, что она абсолютно арийского происхождения… Хайль Гитлер!»

Многие нацистские ученые присоединились к порицанию «еврейской» и «большевистской» физики Эйнштейна. Забавно, что в Советском Союзе в то же время ведущие интеллектуалы сталинского времени осуждали теорию относительности как «буржуазную физику». Была ли верной сама суть теории, которую критиковали, конечно, в подобных дебатах никогда не обсуждалось.

Самоидентификация Эйнштейна как еврея, несмотря на его глубокое отчуждение от традиционных религий, была полностью обусловлена ростом антисемитизма в Германии в 20-х гг. ХХ в. По этой причине он также стал сионистом. Но согласно его биографу Филиппу Франку, не все группы сионистов принимали его, потому что он требовал, чтобы евреи постарались поддерживать дружеские отношения с арабами и с пониманием относиться к их стилю жизни – приверженность культурному релятивизму, которая производила еще большее впечатление благодаря сложным эмоциональным вопросам, которые она затрагивала. Тем не менее он продолжал поддерживать сионизм, особенно когда стало известно об отчаянном положении европейских евреев в конце 30-х гг. ХХ в. (В 1948 г. Эйнштейну предложили пост президента Израиля, но он вежливо отклонил это предложение. Интересно порассуждать о том, какие различия в политике Ближнего Востока могло бы повлечь президентство Альберта Эйнштейна.)

Покинув Германию, Эйнштейн узнал, что нацисты установили цену за его голову в размере 20 000 марок. («Я не знал, что она стоит так много».) Он согласился на должность в недавно основанном Институте перспективных исследований в Принстоне, Нью-Джерси, где и проработал до конца своей жизни. Когда его спросили, какую зарплату он считает достаточной, он предложил 3000 долларов. Увидев удивление на лице представителя института, он подумал, что запросил слишком много, и назвал меньшую сумму. Ему назначили зарплату в размере 16 000 долларов, большую сумму для 30-х гг.

Престиж Эйнштейна был так высок, что вполне закономерно другие европейские физики, эмигрирующие в Соединенные Штаты, обратились к нему в 1939 г. с просьбой написать письмо президенту Франклину Рузвельту, предлагая разработать атомную бомбу, чтобы опередить немцев, которые, вероятно, захотят иметь ядерное оружие. Хотя Эйнштейн не работал в области ядерной физике и позже не участвовал в «Проекте Манхэттен», он написал письмо, которое привело к утверждению этого проекта. Однако, вполне вероятно, что бомба была бы разработана Соединенными Штатами и без ходатайства Эйнштейна. Даже без E = mc2 открытие радиоактивности, сделанное Антуаном Беккерелем, и исследование ядра атома, проведенное Эрнестом Резерфордом, – и то и другое совершенно независимо от Эйнштейна – скорее всего, привели бы к разработке ядерного оружия. Страх Эйнштейна перед нацистской Германией долго заставлял его отказываться, хотя и с большой болью, от своих пацифистских взглядов. Но, когда позже стало известно, что нацисты не способны разработать ядерное оружие, Эйнштейн выразил раскаяние: «Если бы я знал, что немцам не удастся разработать атомную бомбу, я бы ничего не сделал для ее разработки».

В 1945 г. Эйнштейн настаивал на том, чтобы Соединенные Штаты разорвали отношения с франкистской Испанией, которая поддерживала нацистов во Второй мировой войне. Джон Ранкин, конгрессмен от партии консерваторов из Миссисипи, подверг Эйнштейна критике в своей речи в палате представителей, заявив, что «этот иностранный агитатор вовлечет нас в другую войну, чтобы дальше распространить коммунизм по миру… Пора американскому народу разобраться, кто такой Эйнштейн».

Эйнштейн был активным защитником гражданских свобод в Соединенных Штатах во время самого мрачного периода маккартизма в конце 40-х и начале 50-х гг. ХХ в. Наблюдая поднимающуюся волну истерии, он чувствовал, что видел что-то подобное в Германии в 30-е гг. Он убедил защитников отказаться свидетельствовать перед Комитетом по расследованию антиамериканской деятельности, сказав, что каждый человек должен быть «готов к тюрьме и экономическому краху… и жертвовать своим личным благополучием в интересах… своей страны». Он утверждал, что человек «должен отказываться сотрудничать в любом предприятии, которое нарушает конституционные права человека. Это касается, в особенности, всех расследований, которые затрагивают частную жизнь и политическую принадлежность граждан…». За то, что Эйнштейн занял такую позицию, его подвергли жесткой критике в прессе. И сенатор Джозеф Маккарти заявил в 1953 г., что тот, кто дает такой совет, «сам враг Америки». Позже стало модным в некоторых кругах наряду с признанием научного гения Эйнштейна снисходительно отвергать его политические взгляды за их «наивность». Но времена изменились. Я думаю, не разумнее ли рассуждать в обратном направлении: в такой области, как физика, где идеи можно измерить и проверить с большой точностью, открытия Эйнштейна остаются непревзойденными, и мы удивляемся, что он так четко видел там, где другие пребывали в растерянности. Так не стоит ли подумать над тем, что в такой гораздо более туманной области, как политика, его идеи могли бы также быть обоснованными?

В годы работы в Принстоне страстью Эйнштейна осталась, как всегда, жизнь ума. Он работал много и усердно над теорией единого поля, которое соединило бы гравитацию, электричество и магнетизм на общей основе, но его попытка считается неудачной. Он стал свидетелем применения своей общей теории относительности для понимания крупномасштабной структуры[20] и эволюции Вселенной и был бы рад видеть активное применение общей теории относительности в астрофизике в наши дни. Он никогда не понимал благоговения, с которым к нему относились, и даже жаловался, что его коллеги и выпускники Принстона не заходят к нему, боясь побеспокоить.

Но он писал: «Мой страстный интерес к социальной справедливости и социальной ответственности всегда противоречил заметному отсутствию желания контактировать с людьми. Я – лошадь для одной упряжки, не предназначен для тандема или командной работы. Я никогда не принадлежал всецело стране или государству, моему кругу друзей или даже моей семье. Эти узы всегда сопровождались смутной отчужденностью, и желание углубиться в себя увеличивается с годами. Такая изоляция иногда горька, но я не жалею о том, что отрезан от понимания и сочувствия других людей. При этом я, безусловно, что-то теряю, но компенсацией мне служит независимость от обычаев, мнений и предрассудков других, и я не чувствую потребности полагаться в своих суждениях на такую изменчивую основу».

Его основным досугом были игра на скрипке и плавание под парусами. В те годы Эйнштейн выглядел и в каком-то отношении был стареющим хиппи. Он отрастил длинные седые волосы и предпочитал свитера и кожаную куртку костюму и галстуку, даже когда развлекал известных гостей. Он был полностью лишен притворства и без всякой манерности объяснял: «Я говорю со всеми одинаково, будь это мусорщик или ректор университета». Он был часто доступен для публики, иногда выражал желание помочь ученикам средней школы с проблемами в геометрии – не всегда успешно. В лучшей научной традиции он был открыт новым идеям, но требовал, чтобы они проходили строгие стандарты доказательства. Он придерживался широких взглядов, но скептически относился к заявлениям о катастрофизме в недавней истории Земли и экспериментам, подтверждающим экстрасенсорное восприятие; его сомнения по поводу последнего основаны на доводе, что предполагаемые телепатические способности не уменьшаются с увеличением расстояния между отправителем и получателем.

О вопросах религии Эйнштейн размышлял более глубоко, чем многие другие, и был опять же не понят. В первый визит Эйнштейна в Америку кардинал О’Коннелл из Бостона предупреждал, что теория относительности «скрывала ужасный призрак атеизма». Это встревожило нью-йоркского раввина, который телеграфировал Эйнштейну: «Вы верите в Бога?» Эйнштейн телеграфировал в ответ: «Я верю в Бога Спинозы, который открыл себя в гармонии всего сущего, а не в Бога, который управляет судьбой и действиями человека» – более тонкая религиозная точка зрения, которую разделяют сегодня многие теологи. Религиозные убеждения Эйнштейна были очень искренними. В 1920-х и 1930-х гг. он выражал серьезные сомнения по поводу основного принципа квантовой механики: что на самом фундаментальном уровне материи частицы ведут себя непредсказуемо, как гласит принцип неопределенности Гейзенберга. Эйнштейн говорил: «Бог не играет в кости с космосом». И в другом случае он утверждал: «Бог изощрен, но не злонамерен». Эйнштейн так любил повторять подобные афоризмы, что голландский физик Нильс Бор повернулся к нему однажды и с некоторым раздражением сказал: «Перестаньте, наконец, указывать Богу, что ему делать!» Но многие физики чувствовали, что если кто и знал намерения Бога, так это был Эйнштейн.

Один из основных принципов специальной теории относительности гласит: ни один материальный объект не может путешествовать быстрее скорости света. Этот световой барьер раздражал многих людей, которые бы хотели, чтобы не существовало никаких ограничений для того, что могут в конечном счете делать люди. Но световой барьер позволяет нам просто и изящно понять многое в мире, что ранее представлялось загадочным. Однако там, где Эйнштейн забирал, он также и давал. Некоторые последствия специальной теории относительности кажутся парадоксальными, противоречащими нашему повседневному опыту, но они проявляются, когда мы путешествуем со скоростью, близкой к скорости света, – с той скоростью, при которой здравый смысл служит слабой опорой (глава 2). Одно из этих последствий заключается в том, что, когда мы путешествуем со скоростью, достаточно близкой к скорости света, время замедляется – наручные часы, квантовые часы, биологическое старение. Таким образом, космический корабль, путешествующий со скоростью, очень близкой к скорости света, может достичь любого места, каким бы отдаленным оно ни было, за любой короткий промежуток времени – если мерить время на борту космического корабля, но не на планетах. Следовательно, мы можем однажды отправиться в путешествие к центру галактики Млечный Путь и вернуться за несколько десятилетий по бортовому времени корабля – хотя на Земле пройдет 60 000 лет и никого из друзей, которые нас провожали, не будет рядом, чтобы отметить наше возвращение. Подобное растяжение временно́го интервала фигурировало в фильме «Близкие контакты третьей степени», хотя и было высказано нелепое мнение, что Эйнштейн, вероятно, инопланетянин. Его идеи были ошеломляющими, безусловно, но он был очень человечным, и его жизнь служит примером того, чего могут достичь люди, если будут достаточно талантливыми и мужественными.

Последним публичным актом Эйнштейна совместно с Бертраном Расселом и многими другими учеными была неудачная попытка добиться запрета на разработку ядерного оружия. Он утверждал, что ядерное оружие изменило все, кроме нашего мышления. В мире, разделенном на враждебные государства, он считал ядерную энергию величайшим злом, ставящим под угрозу выживание человеческой расы. «У нас есть выбор, – говорил он, – запретить ядерное оружие или столкнуться с полным уничтожением человечества… Национализм – это детская болезнь. Это корь человечества… Наши учебники прославляют войну и скрывают ее ужасы. Они прививают детям ненависть. Я бы учил миру, а не войне. Я бы прививал любовь, а не ненависть»

В возрасте шестидесяти семи лет, за девять лет до своей смерти в 1955 г., Эйнштейн описал свой жизненный поиск: «Из ниоткуда возник этот огромный мир, который существует независимо от нас, людей, и который стоит перед нами как великая вечная загадка, по крайне мере отчасти доступная нашему исследованию и пониманию. Изучение этого мира манило, как освобождение… Путь к этому раю не был так удобен и привлекателен, как дорога к религиозному раю, но он оказался заслуживающим доверия, и я никогда не сожалел о том, что выбрал его».