(абсолютность пространства и времени), установлению новых
пространственно-временных представлений (относительность длины, времени,
одновременности событий). Минковский, создавший математическую основу
теории относительности, высказал мысль, что пространство и время должны
рассматриваться как единое целое (обобщение евклидова пространства, в
котором роль четвертого измерения играет время). Разным эквивалентным
системам отсчета соответствуют разные «срезы» пространства-времени.
Исходя из специальной теории относительности, Эйнштейн в том же 1905
открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Его математическим выражением
является знаменитая формула E = mc2. Из нее следует, что любой перенос
энергии связан с переносом массы. Эта формула трактуется также как
выражение, описывающее «превращение» массы в энергию. Именно на этом
представлении основано объяснение т.н. «дефекта массы». В механических,
тепловых и электрических процессах он слишком мал и потому остается
незамеченным. На микроуровне он проявляется в том, что сумма масс
составных частей атомного ядра может оказаться больше массы ядра в целом.
Недостаток массы превращается в энергию связи, необходимую для удержания
составных частей. Атомная энергия есть не что иное, как превратившаяся в
энергию масса. Принцип эквивалентности массы и энергии позволил упростить
законы сохранения. Оба закона, сохранения массы и сохранения энергии, до
этого существовавшие раздельно, превратились в один общий закон: для
замкнутой материальной системы сумма массы и энергии остается неизменной
при любых процессах. Закон Эйнштейна лежит в основе всей ядерной физики.
Между тем семейная жизнь у него не ладилась. Никто не может сказать, как
глубоко это повлияло на него. К тому времени, когда он переехал в Прагу,
семейный разлад все более углублялся. Вообще его пребывание в Праге было
не из самых приятных.
В 1907 Эйнштейн распространил идеи квантовой теории на физические
процессы, не связанные с излучением. Рассмотрев тепловые колебания атомов
в твердом теле и используя идеи квантовой теории, он объяснил уменьшение
теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую
квантовую теорию теплоемкости. Эта работа помогла В.Нернсту сформулировать
третье начало термодинамики.
Итак, в 1905 Эйнштейну было 26 лет, но его имя уже приобрело широкую
известность. В 1909 приглашенный в Пражский университет на должность
профессора, Эйнштейн становится чиновником империи Габсбургов. При
назначении на должность требовалось, чтобы он объявил о своей религиозной
принадлежности. Эйнштейн давно и окончательно порвал с еврейской общиной,
но в Австрии был силен антисемитизм, и это было достаточным основанием для
него, чтобы заявить о своем происхождении.
Эйнштейн не падал духом, и по-прежнему громко звучал его смех. До нас
дошли трогательные рассказы о его игре на скрипке в одном из литературных
салонов Праги, где велись споры о Kанте, Гегеле и Фихте и исполнялась
камерная музыка. Там часто бывал не известный еще в те времена Франц
Кафка, но вряд ли они когда-нибудь говорили друг с другом. Между ними было
мало общего.
Приглашённый в Прагу на, он преподавал только три здесь семестра, затем
последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики Немецкого
университета в Праге, где долгие годы работал Э.Мах. Через два года он уже
профессор Немецкого университета в Праге. Пражский период отмечен новыми
научными достижениями ученого. Исходя из своего принципа относительности,
он в 1911 в статье О влиянии силы тяжести на распространение света (ber
den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes) заложил
основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи,
испускаемые звездами и проходящие вблизи Солнца, должны изгибаться у его
поверхности. Таким образом, предполагалось, что свет обладает инерцией и в
поле тяготения Солнца должен испытывать сильное гравитационное
воздействие. Эйнштейн предложил проверить это теоретическое соображение с
помощью астрономических наблюдений и измерений во время ближайшего
солнечного затмения. Провести такую проверку удалось только в 1919. Это
сделала английская экспедиция под руководством астрофизика Эддингтона.
Полученные ею результаты полностью подтвердили выводы Эйнштейна.
Летом 1912 Эйнштейн возвратился в Цюрих, где в Высшей технической школе
была создана кафедра математической физики. Здесь он занялся разработкой
математического аппарата, необходимого для дальнейшего развития теории
относительности. В этом ему помогал его соученик Марсель Гросман. Плодом
их совместных усилий стал труд Проект обобщенной теории относительности и
теории тяготения (Entwurf einer verallgemeinerten Relativitatstheorie und
Theorie der Gravitation, 1913). Эта работа стала второй, после пражской,
вехой на пути к общей теории относительности и учению о гравитации,
которые были в основном закончены в Берлине в 1915.
Но уже в 1914 принял приглашение переехать на работу в Берлин в качестве
профессора Берлинского университета и одновременно директора Института
физики. Сюда Эйнштейн прибыл в апреле 1914, будучи уже членом Академии
наук (1913), и приступил к работе в созданном Гумбольдтом университете -
крупнейшем высшем учебном заведении Германии. Здесь он провел 19 лет -
читал лекции, вел семинары, регулярно участвовал в работе коллоквиума,
который во время учебного года раз в неделю проводился в Физическом
институте.
В 1915 Эйнштейн завершил создание общей теории относительности. Если
построенная в 1905 специальная теория относительности, справедливая для
всех физических явлений, за исключением тяготения, рассматривает системы,
движущиеся по отношению друг к другу прямолинейно и равномерно, то общая
имеет дело с произвольно движущимися системами. Ее уравнения справедливы
независимо от характера движения системы отсчета, а также для ускоренного
и вращательного движений. По своему содержанию, однако, она являтся в
основном учением о тяготении. Она примыкает к гауссовой теории кривизны
поверхностей и имеет целью геометризацию гравитационного поля и
действующих в нем сил. Эйнштейн утверждал, что пространство отнюдь не
однородно и что его геометрическая структура зависит от распределения
масс, от вещества и поля. Сущность тяготения объяснялась изменением
геометрических свойств, искривлением четырехмерного пространства-времени
вокруг тел, которые образуют поле. По аналогии с искривленными
поверхностями в неевклидовой геометрии используется представление об
«искривленном пространстве». Здесь нет прямых линий, как в «плоском»
пространстве Евклида; есть лишь «наиболее прямые» линии - геодезические,
представляющие собой кратчайшее расстояние между точками. Кривизной
пространства определяется геометрическая форма траекторий тел, движущихся
в поле тяготения. Орбиты планет определяются искривлением пространства,
задаваемым массой Солнца, и характеризуют это искривление. Закон тяготения
становится частным случаем закона инерции.
Для проверки общей теории относительности, которая основывалась на очень
небольшом числе эмпирических фактов и представляла собой продукт чисто
умозрительных рассуждений, Эйнштейн указал на три возможных эффекта.
Первый состоит в дополнительном вращении или смещении перигелия Меркурия.
Речь идет о давно известном явлении, в свое время открытом французским
астрономом Леверье. Оно заключается в том, что ближайшая к Солнцу точка
эллиптической орбиты Меркурия смещается за 1 тысячу лет на 43 дуговые
секунды. Эта цифра превышает значение, следующее из ньютоновского закона
тяготения. Теория Эйнштейна объясняет его как прямое следствие изменения
структуры пространства, вызванное Солнцем. Второй эффект состоит в
искривлении световых лучей в поле тяготения Солнца. Третий эффект -
релятивистское «красное смещение». Оно заключается в том, что спектральные
линии света, испускаемого очень плотными звездами, смещены в «красную»
сторону, т.е. в сторону больших длин волн, по сравнению с их положением в
спектрах тех же молекул, находящихся в земных условиях. Смещение
объясняется тем, что сильное гравитационное воздействие уменьшает частоту
колебаний световых лучей. Красное смещение было проверено на спутнике
Сириуса - звезды с очень большой плотностью, а затем и на других звездах -
белых карликах. Впоследствии оно было обнаружено и в поле земного
тяготения при измерениях частоты g -квантов с помощью эффекта Мёссбауэра.
Германское подданство Эйнштейна было восстановлено.
В атмосфере милитаристского угара ему удалось обрести покой и в личной
жизни, и в творчестве. Во всяком случае, он был счастлив, переехав в
Берлин, где он встретился со своим дядей и его дочерью Эльзой, которая
недавно развелась после неудачного замужества. Быть может, он полюбил ее,
но нам трудно судить об этом. Мы знаем лишь, что после развода с Милевой
Марич он женился на Эльзе. Нетребовательная, жизнерадостная, умеющая
распознавать людей, она всю жизнь ограждала его от житейских
неприятностей. В отличие от первой жены, которая изучала математику, Эльза
ничего не понимала в работах Эйнштейна. Это был один из тех браков, какие
нередко бывают у великих ученых: он давал Эйнштейну свободу и оставлял
наедине с самим собой. До встречи с Эльзой у него был период спада в
научной работе. Почти сразу после женитьбы он стал работать с особой
энергией и достиг небывалого творческого подъема.
В результате совместных усилий Эйнштейна и его бывшего студенческого
товарища М. Гроссмана в 1912 появилась статья «Набросок обобщенной теории
относительности», а окончательная формулировка теории датируется 1915.
