Специальная теория относительности, перевернувшая в начале прошлого столетия общепринятые представления о мире, до сих пор продолжает будоражить умы и сердца людей. Сегодня мы попытаемся разобраться вместе, что это такое.
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности (СТО), которая объясняла, как интерпретировать движения между различными инерциальными системами отсчета – попросту говоря, объектами, которые движутся с постоянной скоростью по отношению друг к другу.
Эйнштейн объяснил, что когда два объекта двигаются с постоянной скоростью, следует рассматривать их движение друг относительно друга, вместо того чтобы принять один из них в качестве абсолютной системы отсчета.
Так что, если два космонавта, вы и, допустим, Олег, летите на двух космических кораблях и хотите сравнить ваши наблюдения, единственное, что вам нужно знать – это ваша скорость относительно друг друга.
Специальная теория относительности рассматривает лишь один специальный случай (отсюда и название), когда движение прямолинейно и равномерно. Если материальное тело ускоряется или сворачивает в сторону, законы СТО уже не действуют. Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае.
Теория Эйнштейна базируется на двух основных принципах:
1. Принцип относительности: физические законы сохраняются даже для тел, являющихся инерциальными системами отсчета, т. е. двигающимися на постоянной скорости относительно друг друга.
2. Принцип скорости света: скорость света остается неизменной для всех наблюдателей, независимо от их скорости по отношению к источнику света. (Физики обозначают скорость света буквой с).
Одна из причин успеха Альберта Эйнштейна состоит в том, что он ставил экспериментальные данные выше теоретических. Когда в ряде экспериментов обнаружились результаты, противоречащие общепринятой теории, многие физики решили, что эти эксперименты ошибочны.
В конце 19 века физики находились в поиске таинственного эфира – среды, в которой по общепринятым предположениям должны были распространяться световые волны, подобно акустическим, для распространения которых необходим воздух, или же другая среда – твердая, жидкая или газообразная. Вера в существование эфира привела к убеждению, что скорость света должна меняться в зависимости от скорости наблюдателя по отношению к эфиру.
Альберт Эйнштейн отказался от понятия эфира и предположил, что все физические законы, включая скорость света, остаются неизменными независимо от скорости наблюдателя – как это и показывали эксперименты.
Однородность пространства и времени
В Специальной теории относительности Эйнштейна постулируется фундаментальная связь между пространством и временем. Материальная Вселенная, как известно, имеет три пространственных измерения: вверх-вниз, направо-налево и вперед-назад. К нему добавляется еще одно измерение – временное. Вместе эти четыре измерения составляют пространственно-временной континуум.
Если вы двигаетесь с большой скоростью, ваши наблюдения относительно пространства и времени будут отличаться от наблюдений других людей, движущихся с меньшей скоростью.
На картинке ниже представлен мысленный эксперимент, который поможет понять эту идею. Представьте себе, что вы находитесь на космическом корабле, в руках у вас лазер, с помощью которого вы посылаете лучи света в потолок, на котором закреплено зеркало. Свет, отражаясь, падает на детектор, который их регистрирует.
Сверху – вы послали луч света в потолок, он отразился и вертикально упал на детектор. Снизу – для Олега ваш луч света двигается по диагонали к потолку, а затем – по диагонали к детектору
Допустим, ваш корабль двигается с постоянной скоростью, равной половине скорости света (0.5c). Согласно СТО Эйнштейна, для вас это не имеет значения, вы даже не замечаете своего движения.
Однако Олег, наблюдающий за вами с покоящегося звездолета, увидит совершенно другую картину. С его точки зрения, луч света пройдет по диагонали к зеркалу на потолке, отразится от него и по диагонали упадет на детектор.
Другими словами, траектория луча света для вас и для Олега будет выглядеть по-разному и длина его будет различной. А стало быть и длительность времени, которое требуется лазерному лучу для прохождения расстояния к зеркалу и к детектору, будет вам казаться различным.
Это явление называется замедлением времени: время на звездолете, движущимся с большой скоростью, с точки зрения наблюдателя на Земле течет значительно медленнее.
Этот пример, равно как и множество других, наглядно демонстрирует неразрывную связь между пространством и временем. Эта связь явно проявляется для наблюдателя, только когда речь идет о больших скоростях, близких к скорости света.
Эксперименты, проведенные со времени публикации Эйнштейном своей великой теории, подтвердили, что пространство и время действительно воспринимаются по-разному в зависимости от скорости движения объектов.
Объединение массы и энергии
В своей знаменитой статье, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн объединил массу и энергию в простой формуле, которая с тех пор известна каждому школьнику: E=mc^2.
Согласно теории великого физика, когда скорость материального тела увеличивается, приближаясь к скорости света, увеличивается и его масса. Т.е. чем быстрее движется объект, тем тяжелее он становится. В случае достижения скорости света, масса тела, равно как и его энергия, становятся бесконечными. Чем тяжелее тело, тем сложнее увеличить его скорость; для ускорения тела с бесконечной массой требуется бесконечное количество энергии, поэтому для материальных объектов достичь скорости света невозможно.
До Эйнштейна концепции массы и энергии в физике рассматривались по отдельности. Гениальный ученый доказал, что закон сохранения массы, как и закон сохранения энергии, являются частями более общего закона массы-энергии.
Благодаря фундаментальной связи между этими двумя понятиями, материю можно превратить в энергию, и наоборот – энергию в материю.
Теория струн. Приходила ли вам в голову мысль, что Вселенная похожа на виолончель? Правильно – не приходила. Потому что Вселенная не похожа на виолончель. Но это не означает, что у нее нет струн. Поговорим сегодня про Теорию струн.
Конечно, струны мироздания едва ли похожи на те, которые мы себе представляем. В теории струн ими называются невероятно малые вибрирующие нити энергии. Эти нити похожи, скорее, на крошечные «резинки», способные извиваться, растягиваться и сжиматься на все лады. Все это, однако, не означает, что на них нельзя «сыграть» симфонию Вселенной, ведь из этих «нитей», по мнению струнных теоретиков, состоит все сущее.
Противоречие физики
Во второй половине XIX века физикам казалось, что ничего серьезного в их науке открыть больше нельзя. Классическая физика считала, что серьезных проблем в ней не осталось, а все устройство мира выглядело идеально отлаженной и предсказуемой машиной. Беда, как и водится, случилась из-за ерунды – одного из мелких «облачков», еще остававшихся на чистом, понятном небе науки. А именно – при расчете энергии излучения абсолютно черного тела (гипотетическое тело, которое при любой температуре полностью поглощает падающее на него излучение, независимо от длины волны – NS).
Расчеты показывали, что общая энергия излучения любого абсолютно черного тела должна быть бесконечно большой. Чтобы уйти от столь явного абсурда, немецкий ученый Макс Планк в 1900 году предположил, что видимый свет, рентгеновские лучи и другие электромагнитные волны могут испускаться только некоторыми дискретными порциями энергии, которые он назвал квантами. С их помощью удалось решить частную проблему абсолютно черного тела. Однако последствия квантовой гипотезы для детерминизма тогда еще не осознавались. Пока в 1926 году другой немецкий ученый, Вернер Гейзенберг, не сформулировал знаменитый принцип неопределенности.
Суть его сводится к тому, что вопреки всем господствующим до того утверждениям, природа ограничивает нашу способность предсказывать будущее на основе физических законов. Речь, конечно, идет о будущем и настоящем субатомных частиц. Выяснилось, что они ведут себя совершенно не так, как это делают любые вещи в окружающем нас макромире. На субатомном уровне ткань пространства становится неровной и хаотичной. Мир крошечных частиц настолько бурный и непонятный, что это противоречит здравому смыслу. Пространство и время в нем настолько искривлены и переплетены, что там нет обычных понятий левого и правого, верха и низа, и даже до и после.
Не существует способа сказать наверняка, в какой именно точке пространства находится в данный момент та или иная частица, и каков при этом момент ее импульса. Существует лишь некая вероятность нахождения частицы во множестве областей пространства-времени. Частицы на субатомном уровне словно «размазаны» по пространству. Мало этого, не определен и сам «статус» частиц: в одних случаях они ведут себя как волны, в других – проявляют свойства частиц. Это то, что физики называют корпускулярно-волновым дуализмом квантовой механики.
Уровни строения мира: 1. Макроскопический уровень – вещество 2. Молекулярный уровень 3. Атомный уровень – протоны, нейтроны и электроны 4. Субатомный уровень – электрон 5. Субатомный уровень – кварки 6. Струнный уровень
В Общей теории относительности, словно в государстве с противоположными законами, дело обстоит принципиально иначе. Пространство представляется похожим на батут – гладкую ткань, которую могут изгибать и растягивать объекты, обладающие массой. Они создают деформации пространства-времени – то, что мы ощущаем как гравитацию. Стоит ли говорить, что стройная, правильная и предсказуемая Общая теория относительности находится в неразрешимом конфликте с «взбалмошной хулиганкой» – квантовой механикой, и, как следствие, макромир не может «помириться» с микромиром. Вот тут на помощь и приходит теория струн.
2D-Вселенная. Граф полиэдра E8
Теория струн воплощает мечту всех физиков по объединению двух, в корне противоречащих друг другу ОТО и квантовой механики, мечту, которая до конца дней не давала покоя величайшему «цыгану и бродяге» Альберту Эйнштейну.
Многие ученые уверены, что всё, от изысканного танца галактик до безумной пляски субатомных частиц, может в итоге объясняться всего одним фундаментальным физическим принципом. Может быть – даже единым законом, который объединяет все виды энергии, частиц и взаимодействий в какой-нибудь элегантной формуле.
ОТО описывает одну из самых известных сил Вселенной – гравитацию. Квантовая механика описывает три других силы: сильное ядерное взаимодействие, которое склеивает протоны и нейтроны в атомах, электромагнетизм и слабое взаимодействие, которое участвует в радиоактивном распаде. Любое событие в мироздании, от ионизации атома до рождения звезды, описывается взаимодействиями материи посредством этих четырех сил.
С помощью сложнейшей математики удалось показать, что электромагнитное и слабое взаимодействия имеют общую природу, объединив их в единое электрослабое. Впоследствии к ним добавилось и сильное ядерное взаимодействие – но вот гравитация к ним не присоединяется никак. Теория струн – одна из самых серьезных кандидаток на то, чтобы соединить все четыре силы, а, значит, объять все явления во Вселенной – недаром ее еще называют «Теорией Всего».
Вначале был миф
До сих пор далеко не все физики пребывают в восторге от теории струн. А на заре ее появления она и вовсе казалась бесконечно далекой от реальности. Само ее рождение – легенда.
График бета-функции Эйлера при вещественных аргументах
В конце 1960-х годов молодой итальянский физик-теоретик Габриэле Венециано искал уравнения, которые смогли бы объяснить сильные ядерные взаимодействия – чрезвычайно мощный «клей», который скрепляет ядра атомов, связывая воедино протоны и нейтроны. Согласно легенде, как-то он случайно наткнулся на пыльную книгу по истории математики, в которой нашел функцию двухсотлетней давности, впервые записанную швейцарским математиком Леонардом Эйлером. Каково же было удивление Венециано, когда он обнаружил, что функция Эйлера, которую долгое время считали не чем иным, как математической диковинкой, описывает это сильное взаимодействие.
Как же было на самом деле? Формула, вероятно, стала результатом долгих лет работы Венециано, а случай лишь помог сделать первый шаг к открытию теории струн. Функция Эйлера, чудесным образом объяснившая сильное взаимодействие, обрела новую жизнь.
В конце концов, она попалось на глаза молодому американскому физику-теоретику Леонарду Сасскинду, который увидел, что в первую очередь формула описывала частицы, которые не имели внутренней структуры и могли вибрировать. Эти частицы вели себя так, что не могли быть просто точечными частицами. Сасскинд понял – формула описывает нить, которая подобна упругой резинке. Она могла не только растягиваться и сжиматься, но и колебаться, извиваться. Описав свое открытие, Сасскинд представил революционную идею струн.
К сожалению, подавляющее большинство его коллег встретили теорию весьма прохладно.
Стандартная модель
В то время общепринятая наука представляла частицы точками, а не струнами. В течение многих лет физики исследовали поведение субатомных частиц, сталкивая их на высоких скоростях и изучая последствия этих столкновений. Выяснилось, что Вселенная намного богаче, чем это можно было себе представить. Это был настоящий «демографический взрыв» элементарных частиц. Аспиранты физических вузов бегали по коридорам с криками, что открыли новую частицу, – не хватало даже букв для их обозначения. Но, увы, в «родильном доме» новых частиц ученые так и не смогли отыскать ответ на вопрос – зачем их так много и откуда они берутся?
Это подтолкнуло физиков к необычному и потрясающему предсказанию – они поняли, что силы, действующие в природе, также можно объяснить с помощью частиц. То есть существуют частицы материи, а есть частицы-переносчики взаимодействий. Таковым, например, является фотон – частица света. Чем больше этих частиц-переносчиков – тех же фотонов, которыми обмениваются частицы материи, тем ярче свет. Ученые предсказывали, что именно этот обмен частицами-переносчиками – есть не что иное, как то, что мы воспринимаем как силу. Это подтвердилось экспериментами. Так физикам удалось приблизиться к мечте Эйнштейна по объединению сил.
Взаимодействия между различными частицами в Стандартной модели
Ученые считают, что если мы перенесемся к моменту сразу после Большого взрыва, когда Вселенная была на триллионы градусов горячее, частицы-переносчики электромагнетизма и слабого взаимодействия станут неразличимы и объединятся в одну-единственную силу, называемую электрослабой. А если вернуться во времени еще дальше, то электрослабое взаимодействие соединилось бы с сильным в одну суммарную «суперсилу».
Несмотря на то, что все это еще ждет своих доказательств, квантовая механика вдруг объяснила, как три из четырех сил взаимодействуют на субатомном уровне. Причем объяснила красиво и непротиворечиво. Эта стройная картина взаимодействий, в конечном счете, получила название Стандартной модели. Но, увы, и в этой совершенной теории была одна большая проблема – она не включала в себя самую известную силу макроуровня – гравитацию.
Для не успевшей «расцвести» теории струн наступила «осень», уж слишком много проблем она содержала с самого рождения. Например, выкладки теории предсказали существование частиц, которых, как точно установили вскоре, не существует. Это так называемый тахион – частица, которая движется в вакууме быстрее света. Помимо прочего выяснилось, что теория требует целых 10 измерений. Неудивительно, что это очень смущало физиков, ведь это очевидно больше, чем то, что мы видим.
К 1973 году только несколько молодых физиков все еще боролись с загадочными выкладками теории струн. Одним из них был американский физик-теоретик Джон Шварц. В течение четырех лет Шварц пытался приручить непослушные уравнения, но без толку. Помимо других проблем, одно из этих уравнений упорно описывало таинственную частицу, которая не имела массы и не наблюдалась в природе.
Ученый уже решил забросить свое гиблое дело, и тут его осенило – может быть, уравнения теории струн описывают, в том числе, и гравитацию? Впрочем, это подразумевало пересмотр размеров главных «героев» теории – струн. Предположив, что струны в миллиарды и миллиарды раз меньше атома, «струнщики» превратили недостаток теории в ее достоинство. Таинственная частица, от которой Джон Шварц так настойчиво пытался избавиться, теперь выступала в качестве гравитона – частицы, которую долго искали и которая позволила бы перенести гравитацию на квантовый уровень. Именно так теория струн дополнила пазл гравитацией, отсутствующей в Стандартной модели. Но, увы, даже на это открытие научное сообщество никак не отреагировало. Теория струн оставалась на грани выживания. Но Шварца это не остановило. Присоединиться к его поискам захотел только один ученый, готовый рискнуть своей карьерой ради таинственных струн – Майкл Грин.
Субатомные матрешки
Несмотря ни на что, в начале 1980?х годов теория струн все еще имела неразрешимые противоречия, называемые в науке аномалиями. Шварц и Грин принялись за их устранение. И усилия их не прошли даром: ученые сумели устранить некоторые противоречия теории. Каково же было изумление этих двоих, уже привыкших к тому, что их теорию пропускают мимо ушей, когда реакция ученого сообщества взорвала научный мир. Меньше чем за год число струнных теоретиков подпрыгнуло до сотен человек. Именно тогда теорию струн наградили титулом Теории Всего. Новая теория, казалось, способна описать все составляющие мироздания. И вот эти составляющие.
Каждый атом, как известно, состоит из еще меньших частиц – электронов, которые кружатся вокруг ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из еще меньших частиц – кварков. Но теория струн утверждает, что на кварках дело не заканчивается. Кварки состоят из крошечных извивающихся нитей энергии, которые напоминают струны. Каждая из таких струн невообразимо мала.
Мала настолько, что если бы атом был увеличен до размеров Солнечной системы, струна была бы размером с дерево. Так же, как различные колебания струны виолончели создают то, что мы слышим, как разные музыкальные ноты, различные способы (моды) вибрации струны придают частицам их уникальные свойства – массу, заряд и прочее. Знаете, чем, условно говоря, отличаются протоны в кончике вашего ногтя от пока не открытого гравитона? Только набором крошечных струн, которые их составляют, и тем, как эти струны колеблются.
Конечно, все это более чем удивительно. Еще со времен Древней Греции физики привыкли к тому, что все в этом мире состоит из чего-то вроде шаров, крошечных частиц. И вот, не успев привыкнуть к алогичному поведению этих шаров, вытекающему из квантовой механики, им предлагается вовсе оставить парадигму и оперировать какими-то обрезками спагетти…
Пятое измерение
Хотя многие ученые называют теорию струн триумфом математики, некоторые проблемы у нее все же остаются – прежде всего, отсутствие какой-либо возможности в ближайшее время проверить ее экспериментально. Ни один инструмент в мире, ни существующий, ни способный появиться в перспективе, «увидеть» струны неспособен. Поэтому некоторые ученые, кстати, даже задаются вопросом: теория струн – это теория физики или философии?.. Правда, видеть струны «воочию» вовсе не обязательно. Для доказательства теории струн требуется, скорее, другое – то, что звучит как научная фантастика – подтверждение существования дополнительных измерений пространства.
О чем идет речь? Все мы привыкли к трем измерениям пространства и одному – времени. Но теория струн предсказывает наличие и других – дополнительных – измерений. Но начнем по порядку.
На самом деле, идея о существовании других измерений возникла почти сто лет назад. Пришла она в голову никому не известному тогда немецкому математику Теодору Калуца в 1919 году. Он предположил возможность наличия в нашей Вселенной еще одного измерения, которое мы не видим. Об этой идее узнал Альберт Эйнштейн, и сначала она ему очень понравилась. Позже, однако, он засомневался в ее правильности, и задержал публикацию Калуцы на целых два года. В конечном счете, правда, статья все-таки была опубликована, а дополнительное измерение стало своеобразным увлечением гения физики.
Как известно, Эйнштейн показал, что гравитация есть не что иное, как деформация измерений пространства-времени. Калуца предположил, что электромагнетизм тоже может быть рябью. Почему же мы ее не наблюдаем? Калуца нашел ответ на этот вопрос – рябь электромагнетизма может существовать в дополнительном, скрытом измерении.
Но где оно?
Ответ на этот вопрос дал шведский физик Оскар Клейн, который предположил, что пятое измерение Калуцы свернуто в миллиарды раз сильнее, чем размеры одного атома, поэтому мы и не можем его видеть. Идея о существовании этого крошечного измерения, которое находится повсюду вокруг нас, и лежит в основе теории струн.
Одна из предполагаемых форм дополнительных закрученных измерений. Внутри каждой из таких форм вибрирует и движется струна – основной компонент Вселенной. Каждая форма шестимерна – по числу шести дополнительных измерений
Но на самом деле уравнения теории струн требуют даже не одного, а шести дополнительных измерений (итого, с известными нам четырьмя, их получается ровно 10). Все они имеют очень закрученную и искривленную сложную форму. И все – невообразимо малы.
Каким же образом эти крошечные измерения могут оказывать влияние на наш большой мир? Согласно теории струн, решающее: для нее все определяет форма. Когда на саксофоне вы нажимаете разные клавиши, вы получаете и разные звуки. Это происходит потому, что при нажатии той или иной клавиши или их комбинации, вы меняете форму пространства в музыкальном инструменте, где циркулирует воздух. Благодаря этому и рождаются разные звуки.
Теория струн полагает, что дополнительные искривленные и закрученные измерения пространства проявляются похожим образом. Формы этих дополнительных измерений сложны и разнообразны, и каждое заставляет вибрировать струну, находящуюся внутри таких измерений, по-разному именно благодаря своим формам. Ведь если предположить, например, что одна струна вибрирует внутри кувшина, а другая – внутри изогнутого почтового рожка, это будут совершенно разные вибрации. Впрочем, если верить теории струн, на деле формы дополнительных измерений выглядят куда сложнее кувшина.
Как устроен мир
Науке сегодня известен набор чисел, которые являются фундаментальными постоянными Вселенной. Именно они определяют свойства и характеристики всего вокруг нас. Среди таких констант, например, заряд электрона, гравитационная постоянная, скорость света в вакууме… И если мы изменим эти числа даже в незначительное число раз – последствия будут катастрофическими. Предположим, мы увеличили силу электромагнитного взаимодействия. Что же произошло? Мы можем вдруг обнаружить, что ионы стали сильнее отталкиваться друг от друга, и термоядерный синтез, который заставляет звезды светить и излучать тепло, вдруг дал сбой. Все звезды погаснут.
Но причем здесь теория струн с ее дополнительными измерениями? Дело в том, что, согласно ей, именно дополнительные измерения определяют точное значение фундаментальных констант. Одни формы измерений заставляют одну струну вибрировать определенным образом, и порождают то, что мы видим, как фотон. В других формах струны вибрируют по-другому, и порождают электрон. Воистину бог кроется в «мелочах» – именно эти крошечные формы определяют все основополагающие константы этого мира.
Теория суперструн
В середине 1980-х годов теория струн приобрела величественный и стройный вид, но внутри этого монумента царила путаница. Всего за несколько лет возникло целых пять версий теории струн. И хотя каждая из них построена на струнах и дополнительных измерениях (все пять версий объединены в общую теорию суперструн – NS), в деталях эти версии расходились значительно.
Так, в одних версиях струны имели открытые концы, в других – напоминали кольца. А в некоторых вариантах теория даже требовала не 10, а целых 26 измерений. Парадокс в том, что все пять версий на сегодняшний день можно назвать одинаково верными. Но какая из них действительно описывает нашу Вселенную? Это очередная загадка теории струн. Именно поэтому многие физики снова махнули рукой на «сумасбродную» теорию.
Но самая главная проблема струн, как уже было сказано, в невозможности (по крайней мере, пока) доказать их наличие экспериментальным путем.
Некоторые ученые, однако, все же поговаривают, что на следующем поколении ускорителей есть очень минимальная, но все же возможность проверить гипотезу о дополнительных измерениях. Хотя большинство, конечно, уверено, что если это и возможно, то произойти это, увы, должно еще очень нескоро – как минимум через десятилетия, как максимум – даже через сотню лет.
Но тут есть загвоздка: это абсолютная ложь. Эйнштейн не был двоечником. Напротив, он был одним из самых усидчивых, внимательных и умных детей во всей школе.
Откуда же взялся этот устойчивый миф, в который по сей день верят миллионы людей?
Четыре факта, исказивших историю
Молчаливый гений
Маленький Альберт поздно заговорил — до трех лет он молчал, предпочитая наблюдать за миром. Родители Герман и Паулина даже подозревали, что у них растет умственно отсталый наследник.
Но когда мальчик наконец открыл рот, то он сразу стал формулировать целые предложения. Просто до этого его мозг был занят более важными вещами, чем генерация детского лепета.
Путаница с оценками
В швейцарской школе Арау, где учился Эйнштейн, в то время действовала оценочная система, в корне отличавшаяся от той, к которой привыкли мы с вами. Там высшим баллом была единица, а не пятерка.
Поэтому, когда люди слышали, что у Эйнштейна были сплошные "единицы" по математике и физике, они воспринимали его как ни на что неспособного неуча. По факту же это были замечательные оценки — максимально возможные в той системе.
Конфликт с посредственностью
У Эйнштейна были сложные отношения с некоторыми преподавателями, и дело было не в его неуспеваемости. Наоборот — он все схватывал на лету и быстро разбирался в любой теме, но презрительно относился к педагогам, которые допускали ошибки или говорили глупости.
В порыве гнева один из учителей даже сказал, что Альберт "никогда ничего не достигнет". Ирония судьбы в том, что едва ли кто-нибудь вспомнит имя этого преподавателя, а вот Эйнштейн стал символом человеческой гениальности.
Провал... по французскому
Эйнштейн не смог поступить в Федеральную политехническую школу Цюриха с первого раза. Но завалил он не физику или математику — по этим предметам у него были как всегда блестящие результаты.
Проблемы возникли с гуманитарными дисциплинами, особенно с французским языком, который не был для него родным. Будущий ученый просто не желал тратить время на изучение того, что его не увлекало, предпочитая заниматься физикой, с которой уже тогда планировал связать свою жизнь.
Реальный Эйнштейн: гений, а не отстающий
В 12 лет Альберт самостоятельно изучил Евклидову геометрию, которую обычно проходят в старших классах.
В 15 лет будущий лауреат Нобелевской премии уже свободно владел дифференциальным и интегральным исчислением.
"Я никогда не делал ошибок в математике, а дифференциальное и интегральное исчисление освоил к 15 годам", — писал ученый в своем дневнике.
В подростковом возрасте он увлекся философией Канта — произведения, над которыми ломают голову студенты университетов и их седовласые наставники.
Разве это портрет двоечника? Скорее гения, который с детства интеллектуально опережал сверстников на годы (или десятилетия).
Стоит отдать дань уважения студенту медицинского вуза Максу Талмуду, который был наставником юного Эйнштейна, познакомившим его с чудесами науки, не связанными с сухой и скучной зубрежкой, принятой в школе.
Почему миф так живуч?
Люди обожают истории из серии "из грязи да в князи". Многим хочется верить, что великие достижения доступным каждому, даже двоечнику. Легенда про "неудачника Эйнштейна" дает надежду родителям плохо успевающих детей и оправдание тем, кто не желает учиться.
Но не стоит кормить двоечником мифами! Будущее поколение нужно учить тому, что успех требует адского труда и нечеловеческого упорства.
Альберт Эйнштейн — идеальный пример того, как выдающиеся способности, помноженные на страсть к познанию и трудолюбие, привели к революционным открытиям, перевернувшим наши представления об устройстве Вселенной.
Заметил недавно интересную вещь. Были мы с женой и дочкой в отпуске и в том же месте отдыхало несколько ее одноклассников, тоже с семьями. Соответственно мы пересеклись. Жена моложе меня на пару лет. И вот смотрю я на ее одноклассников, а это прям реально дяди и тёти. А я знаю что они все моложе меня, а я себя прям дядей то не ощущаю. Приходим домой, смотрю фотки своих друзей, говорю жене, "как так получается что твои одноклассники все стариканы какие то, а мои вон (показываю фотку с друзьями) молодняком держатся, хоть и старше все?" А ничего, говорит, что там двое седые, один лысый, а третий вообще выглядит как 50 летний? Я опять смотрю..., да нет же, пацаны все, всем по 20 максимум, ну может по 25.... да и седину почти не заметно, если не смотреть, а лысыму вообще норм, стиль вроде такой. Или взгляд у меня замылился..?
Биографию и пр. описывать я не буду, так как всё это есть в вики.
«Да улыбнитесь же, профессор!»: на самом деле Альберту надоело позировать, он хотел избавится от наглого фотографа испортив ему фотку (ну там целая история про приём дзюдо есть), но фотка "завирусилась".
И так. В первую очередь он известен тем, что перевернул "с ног на голову" или наоборот - всё зависит от точки отсчёта ? всю Ньютоновскую механику. Фактически это была "отмена" Ньютона для больших скоростей и масс. Да-да. Ньютоновской механикой мы не перестали пользоваться, для автомобиля и пешехода без GPS - самое то.
Что же он там такого сделал. Во первых ввёл ограничение на распространение на скорость распространения любого сигнала и, соответственно любого физического взаимодействия между объектами (к этому мы ещё вернёмся позже), ограничив скорость света в вакууме ведь до этого считалось, любое взаимодействие происходит мгновенно (Ньютон). Но накапливались "косяки" ньютоновской теории гравитации:
Максвелл со своими уравнениями электро-динамики, сам не зная того, ограничивал скорость света (это следствия его формул)
Необъяснимая задержка прохождения спутников Юпитера по его диску при наблюдении в обычный телескоп - никак не вязалась с моментальной скоростью распространения сигнала в ньютоновской механике. Причём первая оценка скорости света в вакууме именно из этих наблюдений, причём эта оценка ошиблась на ~10%
Меркурий со своим смещением перигелия ставл вообще всех в тупик, в том числе и Специальную Теорию Относительности Эйнштейна(СТО).
И многое-многое другое. Так сказать, в то время "новая физика" просто стучалась в двери. И он, Альберт, её создал. Сначала СТО связав воедино пространство и время, а потом и ОТО, добавив туда гравитацию (то самое смещение перигелия Меркурия, которое СТО объяснить не могла). Теперь, создав единую теорию пространства-времени-гравитации Эйнштейн окончательно порвал скепктиков его теорий относительности. (А вездесущий эфир до сих пор ищут).
Наша Земля, на самом деле всегда падает в "гравитационную яму" Солнца, но скорость движения по орбите позволяет ей держаться на плаву, примерно как в цирковых гонках на мотоцикле в цилиндре или шаре
И вот Альберт Эйнштейн получает "нобелевку". За что? За СТО или уже за ОТО?
А вот фиг вам. Он получает нобелевку за то, что дал дикий толчок для развития своим же оппонентам - квантовикам, решив проблему внешнего фотоэффекта (грубо говоря выбывание электронов из атомов внешними фотонами). Его работа в этой теме нехило продвинула квантовую механику (ту, которая работает с тем, что "измерить нельзя").
Тут я немного лукавлю, его неоднократно выдвигали на "нобелевку", но СТО и ОТО не имела большой экспериментальной доказанности, потому врубили в формулировку добавку "и за другие работы в области теоретической физики"....
Думаете это только некоторые его достижения?
Главные достижения великого физика-теоретика:
специальная теория относительности;
закон взаимосвязи энергии массы;
теория броуновского движения;
квантовые теории теплоемкости и фотоэффекта;
теория рассеяния света;
теория индуцированного излучения.
К тому же он и наизобретал нехило:
измеритель очень малых напряжений (совместно с братьями Габихт, Паулем и Конрадом);
устройство, автоматически определяющее время экспозиции при фотосъёмке;
Так почему же Эйнштейн оказался "врагом" тех "квантовиков" которым и помогал?
А вот теперь и вернёмся к тому самому - почему введение запрета на скорость распространения любого воздействия не вяжется с ОТО, и почему Эйнштейн проиграл это противостояние? Так это ЭПР-парадокс, названный по первым буквам его основных защитников: Эйнштейн, Подольский, Розен. Фишка в том, что уже экспериментально доказанная и уже эксплуатируемая "квантовая запутанность" умеет превосходить скорость света. Это очень не нравилось Альберту, да и вообще многим квантовикам (а Эйнштейн - он у истоков квантовой физики стоял, между прочим).
Вообще, я, лично, не дорос для понимания квантовой запутанности тех, кто победил, мне более понятна позиция Эйнштейна, но оппоненты, не только математически, но и экспериментально доказали свою правоту.
З.Ы. Как-то я своему отцу в старших классах хотел объяснить понятие "бесконечность" не только в математическом, а и физическом смысле (тогда я не знал в 93-94 годах обо всём, что сейчас написал выше), а он одно твердил - часы когда нибудь остановятся - не будет энергии стрелку двигать... А сейчас уже и сам об этом думаю - ведь когда-нибудь и последний протон во вселенной развалится...
К теории относительности можно относиться по-разному. Кто-то её критикует. Другие полностью поддерживают. Лично моё мнение - эта теория буквально перевернула мир физики, причём в хорошем смысле этого слова. Откуда же у Эйнштейна вообще появились такие мысли? Что сталоотправной точкой в формировании теории относительности?
Сам Эйнштейн говори, что эта мысль может быть самой счастливой мыслью всей его жизни. Он называл свою теорию "Принцип эквивалентности". Само собой, что вряд ли мы осознаем в полном объеме все предпосылки появления таких идей. Уж больно всё тут сложно. Сознание обычно штука запутанная и индивидуальная. Да и, скорее всего, это был сразу ряд факторов. Но попробуем сделать предположения, опираясь на рассказы самого маэстро и его современников.
Однажды Эйнштейн работал в офисе и смотрел на рабочих, которые находились на крыше. Он на долю секунды задумался: "А что бы почувствовал рабочий, если бы упал с крыши? Кроме страха..."
Затем он провелзнаменитый мысленный эксперимент с лифтом.Не сложно ощутить на себе, что если бы ты падал в лифте, то не чувствовал никакой гравитации, а точнее... веса. Это невесомость, так как нет ощущения реакции опоры.
А что бы почувствовал человек, если бы ускорялся в лифте противоположном падению направлении? Он почувствует некоторое давление со стороны пола. И вот тут самое интересное.
Поскольку наблюдатель внутри лифта не может видеть что именно находится за стенками кабины, то он не может быть уверен, ускоряется ли лифт при движении вверх или это планета «тянет» его гравитационным полем. По мнению наблюдателя, эти два эффекта будут одинаковы.
Тут и появилась на свет знаменитая фраза: ускорение и гравитация - это одно и то же.
Принцип эквивалентности стал в итоге фундаментальным принципом общей теории относительности. Стало ясно, что масса и ускорение являются фундаментальными физическими понятиями, которые определяют по сути одинаковые эффекты в гравитационных полях.
В современной физике принцип эквивалентности позволяетсвязать гравитацию с геометрией пространства-времени, что и легло в основу общей теории относительности Эйнштейна. Этот принцип позволяет описывать гравитационные явления как искривление пространства-времени под действием массы и энергии, а не как просто силу, действующую на объекты извне. Мы уже много раз разбирали эту логика. А базовая идея была одна - во всём виновато пространство, так как различить ускорение и гравитацию невозможно. Основа тут движение. Значит, и то, и другое может быть связано именно с результатами такого движения.
Принцип эквивалентности играет ключевую роль в понимании законов гравитации, предсказывании движения планет, изучении черных дыр, формировании космологических моделей и многих других аспектах физики и космологии.
Сложно представить, что простая мысль с лифтом имеет сейчас хоть какое-то практическое применение в современных технологиях, но это так. Например,спутники связи и навигационные системы учитывают гравитационные эффекты для точного функционирования.
Плохо учился в школе и присвоил достижения своей жены? Мог стать президентом Израиля и изобрел холодильник? Разбираемся, что из этого правда, а что нет.
Легенда 1. Эйнштейн плохо учился в школе
Вердикт: это не совсем правда.
Альберт Эйнштейн. 1893 год (Wikimedia Commons)
Правильнее сказать, не был круглым отличником и самым прилежным учеником, несмотря на очевидные выдающиеся способности. Эйнштейн очень много учился сам и умел заниматься самостоятельно, ради собственного любопытства, а не чтобы понравиться учителям. Вообще всю жизнь у него были проблемы с социализацией и конформизмом, соответствием ожиданиям, установкам и пожеланиям окружающего общества. В школе ему претила строгая дисциплина и подчинение приказам, немецкий Ordnung . Экзамены для него были не стимулом к учебе, а отвлекающим от нее ненужным раздражителем. Он мог преуспевать по одним предметам, запустив другие, мог провалить тесты и не поступил в университет с первого раза.
Если бы он думал о будущей академической карьере, возможно, в годы учебы вел бы себя по-другому. А он, не окончив гимназию, уехал из Германии, где тогда был главный центр научной жизни и большие ресурсы для исследований, в Италию и Швейцарию. В результате учился в довольно провинциальном университете — Цюрихском политехникуме — и не у самых знаменитых преподавателей, причем не старался угодить им, чтобы стать аспирантом или ассистентом профессора. Ну и те, соответственно, тоже не предложили ему ничего серьезного в качестве первой ступеньки академической лестницы. Правда, разрешили молодому человеку без какой-либо университетской должности защитить написанную самостоятельно, без научного руководителя, диссертацию. Так, в 1905-м Эйнштейн получил докторскую степень в Цюрихском университете .
Как еврею Эйнштейну в любом случае было бы труднее продвигаться в академической среде из-за широко распространенного тогда антисемитизма, но он и сам допустил несколько ошибок, которые не дали ему возможности остаться работать в науке после окончания учебы. Лишь после нескольких лет офисной службы в патентном бюро он опубликовал ряд важных статей, чем обратил на себя внимание влиятельных профессоров и благодаря их поддержке сумел с запозданием получить университетскую должность в Цюрихе, а потом в Праге. Дальнейшее продвижение оказалось стремительным: в 1914 году — самый престижный в немецком научном сообществе статус, статус члена Берлинской Академии наук.
Легенда 2. Он украл теорию относительности у коллег и сам ее не понимал
Авторство у теории относительности — по крайней мере, специальной теории относительности — коллективное. В развитие ее идей помимо Эйнштейна не менее важный вклад внесли голландец Хендрик Лоренц, француз Анри Пуанкаре и еврей Герман Минковский, родившийся в российской Польше, учившийся и работавший в Германии. В узком кругу специалистов их заслуги всегда признавали.
Другое дело — массовая культура и медиа, которым нужны кумиры и которые часто пренебрегают нюансами ради сенсационных преувеличений в ту или другую сторону. Широкой публике Эйнштейн стал известен на десятилетие позже, в конце 1919 года, благодаря астрономическим подтверждениям его теории гравитации. Известная как общая теория относительности, эта теория уже действительно была по преимуществу его личной заслугой. После этого имя Эйнштейна стало известно всей читающей публике и журналистам, а не только специалистам по теоретической физике. В средствах массовой информации термин «теория относительности Эйнштейна» стал общеупотребительным, включающим не только релятивистскую теорию гравитации, но и более раннюю специальную теорию относительности. Поскольку другие ее авторы не получили такого же всемирного признания, можно сказать, что в какой-то степени награда за специальную теорию относительности оказалась несправедливо поделенной, но не самим Эйнштейном, а риторикой медийного пространства.
Став предметом публичного дискурса, Эйнштейн и теория относительности приобрели статус культурного символа и объекта несдержанных споров — как восхвалений, так и гневных нападок со стороны научных и политических оппонентов. Так, например, в нацистской Германии, где Эйнштейн официально считался расовым и политическим врагом, некоторые физики предлагали преподавать в университетах теорию относительности, не упоминая Эйнштейна, и аргументируя это тем, что главная роль в ее создании принадлежала другим ученым. И много позже те, кто публично высказывал некоторые сомнения во вкладе Эйнштейна, часто получали обвинения в антисемитизме, даже если они считали, что основную заслугу стоит присвоить Минковскому.
Легенда 3. Он присвоил достижения своей жены
Вердикт: это неправда.
Альберт Эйнштейн и Милева Марич. 1912 год Wikimedia Commons
Первая жена Эйнштейна, Милева Марич из Сербии, училась вместе с ним в политехникуме и обладала нужными знаниями, чтобы обсуждать вопросы из области физики и математики. Разговоры, которые он вел с ней, а также с другими друзьями в неформальном кругу студентов, интересующих актуальными проблемами науки, конечно, были важны для Эйнштейна, особенно в ранний период его творчества, когда он еще не стал полноправным членом академического сообщества. По крайней мере, как возможность обсудить и услышать компетентную реакцию на свои формирующиеся идеи. В этих дискуссиях также могли рождаться новые повороты мысли и вопросы, которые возникают именно в диалогах, но что-либо более конкретное о роли Милевы сказать трудно.
Нужно понимать, что возможности для участия женщин в научных исследованиях тогда были очень ограниченными. Даже общепризнанного права на учебу в университетах еще не существовало, хотя довольно много молодых женщин уже добивались этого с помощью индивидуальных прошений. Получить же работу и сделать профессиональную карьеру в области науки они могли только в исключительно редких случаях. Наиболее распространенным способом был семейный — женщины помогали и участвовали в научных проектах своих мужей или отцов. Иногда их признавали как соавторов, а после смерти мужей или отцов женщины могли сами публиковать некоторые исследования. Самый знаменитый случай того времени — Нобелевская премия 1903 года для Пьера и Марии Кюри за открытия в области радиоактивности. Изначально Нобелевский комитет не хотел выдвигать Марию на премию, предполагая, согласно бытовавшему стереотипу, что жена стала соавтором статей, ассистируя мужу. Потребовались протесты и угрозы самого Пьера и нескольких других ученых, чтобы важность вклада Марии была официально признана комитетом.
Этот и несколько аналогичных примеров позволили некоторым биографам предположить, что и жена Эйнштейна могла внести существенный вклад в его ранние работы. Исключить этот сценарий полностью нельзя, но и доказать или сформулировать, в чем именно был ее вклад, тоже не получается. Их неформальные дискуссии о физике не оставили документальных следов, кроме нескольких кратких и не очень конкретных упоминаний в письмах. Информация, которой располагают историки, позволяет намного более уверенно утверждать, что в их недолгом браке Альберт оказался плохим мужем и отцом, а не то, что он поступил несправедливо по отношению к Милеве как к возможному научному соавтору.
Легенда 4. Эйнштейн получил Нобелевскую премию за теорию относительности
Официально — согласно объявленной формулировке — не за теорию относительности, а за открытие закона фотоэлектрического эффекта. А неофициально, конечно, все понимали, что теория относительности сыграла важную роль, но Нобелевский комитет не решился открыто назвать ее, присуждая в конце 1922 года премию за предыдущий 1921 год. Поосторожничал он, правда, не из-за сомнений в авторстве. С одной стороны, Эйнштейн уже был самым знаменитым во всем мире ученым, так что промедление с его награждением могло повредить репутации Нобелевского комитета в глазах публики. Но эта мегаизвестность была во многом медийным эффектом, а теория относительности все еще продолжала вызывать ожесточенные споры: научные, философские, политические, как в публичной сфере, так и среди специалистов — физиков, математиков и астрономов. Присуждение премии второпях, за результат, который потом, возможно, будет опровергнут, тоже могло повредить репутации Нобелевской премии, которая в тот ранний период еще не была такой авторитетной, как сейчас.
Вообще Нобелевский комитет в те годы предпочитал давать премии не за теории, а за что-то более материальное: экспериментальные открытия или изобретения, в буквальном соответствии с завещанием Нобеля. Теоретическая физика тогда была относительно новой и менее статусной дисциплиной (поэтому евреям, которые занимались теоретической физикой, было легче получить работу, чем тем, кто занимался физикой экспериментальной). Ее престиж правда рос, в частности благодаря примеру Эйнштейна, но во многих местах, в том числе в Стокгольме, все еще продолжали доминировать экспериментаторы, смотревшие на новомодные теории с некоторым подозрением. Во избежание риска возможной ошибки в случае с Эйнштейном Нобелевский комитет поступил хитроумно и осторожно, никак не упомянув ни относительность, ни кванты. Вместо этих спорных теорий номинаторы нашли в его ранних работах важную, но более частную математическую формулу, описывающую фотоэффект, которая к тому времени уже получила подтверждение в экспериментах. За нее и присудили премию.
Легенда 5. Он не понимал или не признавал квантовую механику
В отличие от ситуации с теорией относительности роль Эйнштейна в развитии квантовой теории, наоборот, долгое время несколько преуменьшалась. Хотя специалисты всегда признавали огромную ценность его ранних работ в этой области, довольно часто можно было услышать мнение, что Эйнштейн в итоге не понял или не принял квантовую механику и тем самым отстал от магистрального развития физики. На самом деле Эйнштейна наравне с Максом Планком можно было бы считать первооткрывателем квантов. Он, по-видимому, раньше всех осознал фундаментальность дискретности энергии в микромире, а также был одним из первых, кто столкнулся с неразрешимостью квантовых парадоксов. Суть в том, что образы и интуиции, которые считаются естественными и необходимыми для понимания макроскопических процессов, соизмеримых с нашим ежедневным опытом и размерами, приводят к противоречиям при попытке применить их к событиям в мире микроскопических атомов и электронов. Например, не удается понять, является ли квант света волной или частицей. Несколько десятилетий Эйнштейн пытался разными способами разрешить эти фундаментальные парадоксы, но так и не нашел удовлетворившего его объяснения.
Появившаяся в 1925 году квантовая механика помогла разобраться с большим числом как технических, так и концептуальных проблем в описании атомов, но и она не разрешила самые фундаментальные противоречия, которые так беспокоили Эйнштейна. Признавая значимость достигнутого прогресса, он отказывался считать эту теорию окончательной и продолжал задавать неудобные вопросы, на которые не было ответов, и находить новые, еще более глубинные парадоксы. Многим физикам, реально работавшим с квантовой механикой, это казалось бесполезной тратой времени. Ведь новая теория открыла для них так много интересных и решаемых проблем, возможностей для реальных открытий, вычислений и приложений.
Прошло несколько десятилетий, и уже в послевоенном поколении квантовых физиков проблемы фундаментальных и парадоксальных оснований квантовой теории вновь приобрели остроту, и опять началось копание вглубь, во многом на основе парадоксов, сформулированных Эйнштейном. Он не нашел на них ответа, но открыл направление, в котором возможен прорыв, способный вывести физику на новый, еще более глубокий уровень понимания природы.
В 1939 году Эйнштейн подписал написанное менее знаменитыми молодыми учеными письмо президенту Рузвельту о возможной опасности, которую принесет разработка ядерного оружия в гитлеровской Германии. На этом основании в популярной литературе Эйнштейну иногда приписывали важную роль (заслугу или вину, в зависимости от политических предпочтений) в создании американской атомной бомбы. Он сам, если верить свидетельствам коллег, после Хиросимы и начавшейся гонки вооружений сожалел об этом письме как о своей главной политической ошибке. Менее известно, что в действительности письмо Эйнштейна не произвело большого эффекта. Потребовались еще два года и другие, более важные события и открытия, которые и привели к политическому решению организовать Манхэттенский проект по созданию атомного оружия.
Сам же текст письма 1939 года свидетельствует скорее о том, что тогда никто в мире — ни Эйнштейн, который собственно ядерной физикой не занимался, ни другие ученые — еще не понимал, как может реально работать атомная бомба. Ученые рассуждали в терминах реактора, в котором цепное деление урана вышло из-под контроля. Такой реактор, конечно, может взорваться и саморазрушиться — опасно, как в Чернобыле, — но не может уничтожить огромный город. Для настоящей бомбы, которую взорвали в Хиросиме, нужно было другое понимание ядерных процессов, которое впервые появилось в 1940–1941 годах. Эйнштейн об этом, скорее всего, не знал и к участию в Манхэттенском проекте тоже не привлекался. Пацифистом он не был, точнее перестал быть после прихода к власти Гитлера, поняв, что войны не избежать. В годы войны он консультировал американское военно-морское ведомство по некоторым техническим вопросам. Позже, когда выяснилось, что у нацистской Германии атомной бомбы не появилось, стал открытым противником оружия массового уничтожения, милитаризма, антикоммунизма и холодной войны, а в знаменитом манифесте Рассела — Эйнштейна 1955 года призывал к политическому диалогу, разрядке и разоружению.
Легенда 7. Он был убежденным атеистом
Вердикт: это не совсем правда.
Альберт Эйнштейн. 1927 год Wikimedia Commons
Эйнштейн не был религиозен в обычном понимании этого слова. Еще в юном возрасте, пережив период острого интереса к религии и подросткового кризиса, он отверг идею антропоморфного Бога и пришел к убеждению, что традиционные культы, такие как иудаизм или христианство, являются массовыми суевериями. При этом атеистом он тоже себя не считал. Его научные поиски и устремления вдохновлялись другого рода сильной, но недоказуемой верой, верой в разумность мира. Эйнштейн верил, что мир создан на основе законов, которые человеческий ум и логика способны понять и сформулировать. Средневековые теологи называли этот подход «книгой природы» — дополнительным к Библии методом познания Бога через понимание законов его творения. Иногда это воззрение называют пантеизмом, но сам Эйнштейн скорее верил в бога Спинозы . При этом сам процесс открытия новых законов природы и момент внезапного понимания фундаментального смысла мира порождал в нем глубокие эмоциональные переживания и мотивации, схожие с религиозно-мистическим откровением.
Легенда 8. Он мог стать президентом Израиля, но отказался
На развитие политической идентичности Эйнштейна решающее влияние оказала Первая мировая война, которую он считал глупым самоубийством Европы. Подписав антивоенный манифест, Эйнштейн подвергся нападкам и угрозам со стороны немецких националистов. С его точки зрения, именно вышедший из берегов национализм европейских стран и стал главной причиной, толкнувшей человечество к трагедии мировых войн. А точнее, национальное государство как политическая форма, предоставляющая националистам такие могущественные методы контроля над населением, как всеобщее образование, государственный язык, школы, средства массовой информации, полиция, тюрьмы и армия. Большая часть его жизни пришлась на эпоху мировых войн, и Эйнштейну не раз приходилось по своей или чужой воле менять национальность, быть эмигрантом и лицом без гражданства. Себя он определял в первую очередь культурно (как европеец), но не национально. Он также впоследствии стал считать себя социалистом — без конкретной партийной принадлежности, но понимающим, что без государственного регулирования капитализм будет скатываться в кризисы и саморазрушение, как в период Великой депрессии.
Еврейская идентичность Эйнштейна тоже сформировалась во время Первой мировой войны. Он рос в нерелигиозной, полностью ассимилированной, относительно обеспеченной семье, довольно типичной для немецких евреев. В годы войны он столкнулся с совсем другими евреями — беженцами из Восточной Европы, необразованными нищими массами, говорящими на другом наречии, верующими в своего Бога, преследуемыми и дискриминируемыми в любой стране. Из чувства солидарности с попавшими в беду соплеменниками Эйнштейн стал объявлять себя евреем и использовать свою известность, чтобы привлечь внимание к их невзгодам. Не видя возможности решить проблему антисемитизма и преследований евреев в Европе, он поддержал сионистский проект переселения и поиска нового дома для них, в частности, в Палестине. Правда, с важным ограничением: Эйнштейн не приветствовал идею создания еврейского государства, а ратовал за совместное и равноправное сосуществование арабов и евреев под наднациональным или международным управлением. Он боялся, что возникновение еврейского национального государства приведет к проблемам с необузданным национализмом и милитаризмом, к массовому насилию и войнам, как до того произошло в связи с возникновением национальных государств в Европе.
Уже в первые послевоенные годы Эйнштейн публично выступил против фашиствующих партий в израильской политике. В 1952 году, после смерти первого президента Израиля, сионистского лидера Хаима Вейцмана, правительство предложило этот преимущественно церемониальный пост Эйнштейну как самому известному в мире еврею. Реалистично надеясь, что он это предложение тактично отклонит, что и произошло. Эйнштейн совсем не был аполитичным, витающим в облаках мудрецом не от мира сего. Практически всю жизнь он активно интересовался и участвовал в текущей политике, но его активизм выражался в открытом и смелом высказывании своих, как правило, очень радикальных и рискованных взглядов по разным вопросам. Совершенно невозможно представить его в официальной политической должности или властной структуре.
Холодильники были изобретены и пущены в промышленное производство еще до Эйнштейна. У него, правда, есть одно изобретение, придуманное в соавторстве, патент более безопасной конструкции холодильников, но оно в массовое производство не пошло.
За этим мифом стоит тот факт, что Эйнштейн действительно не был исключительно теоретиком, а на протяжении всей жизни, начиная со своей первой должности в патентном бюро, интересовался разными техническими устройствами, придумывал новые практические схемы для экспериментов и был автором ряда специальных изобретений и патентов. Лучше всего об этом написано в вышедшей на русском языке книге Виктора Френкеля и Бориса Явелова «Эйнштейн-изобретатель».
Легенда 10. Он сказал: «Есть две бесконечные вещи: Вселенная и глупость»
Эйнштейну приписывается очень много апокрифических глубокомысленных высказываний и афоризмов. Цитировать стоит только те, которые имеют документальное подтверждение. Вышеприведенная фраза к таким, насколько я знаю, не относится. Конечно, не исключено, что он в сердцах мог высказаться категорично о неограниченности человеческой глупости, особенно в ее массовых и политических проявлениях. Менее вероятно, что он с такой же категоричностью стал бы рассуждать о бесконечности Вселенной. Космологические модели, основанные на общей теории относительности, могли быть как конечными, так и бесконечными, и имеющиеся данные не позволяли сделать окончательный выбор между ними. По философским и эстетическим соображениям Эйнштейна можно судить, что он, скорее всего, предпочел бы вариант конечной Вселенной.
В шахматной школе, в которой я учился в далеком детстве, было принято поощрять и даже заставлять кадетов параллельно заниматься дополнительно активным видом спорта, например, бегом или футболом. Я занимался плаваньем. Спортивные показатели по плаванью у меня были довольно скромными, но однажды мне пришлось участвовать в местных соревнованиях.
Эта история случилась через несколько недель после событий, описанных в моем опусе "Как король спрятал ладью".
Главный тренер шахматной школы вызвал меня для индивидуальной беседы.
- Вот какое дело, Костик, - задумчиво сказал тренер, - самая большая проблема для детей твоего возраста – гиподинамия. В обычной школе почти все занятия проходят без физической активности учеников. Кроме, труда и физкультуры, но этого крайне мало. В нашей шахматной школе тоже почти все время сидим. Конечно, у нас был турнир в стиле "шахматный биатлон", когда за каждое поражение игрок должен был пробежать вокруг дома два штрафных круга, а затем сделать пять отжиманий от пола и десять приседаний.
- Я выиграл этот турнир, - гордо напомнил я тренеру.
- И это очень плохо, - покачал головой тренер, - нет, конечно, то, что выиграл, хорошо. Но то, что тебе не пришлось принять участие в физических упражнениях во время турнира, это очень плохо. В любом случае, разовые мероприятия проблему не решают. Нужна система. Мы тут посовещались, и я решил. Каждый кадет шахматной школы должен в обязательном порядке дополнительно заниматься активным в физическом смысле видом спорта. Ты какой вид спорта предпочитаешь в своем текущем возрасте?
- Бокс, - я ответил немедленно и решительно.
- Почему, бокс? – удивился тренер.
- Как это "почему"? – удивился я в ответ, - а что делать, если нападут хулиганы? Буду им рассказывать о тонкостях системы Паульсена в Сицилианской защите? Так они меня долго слушать не будут. Сделают ход конем по голове и отберут все деньги.
- Все-таки, бокс, не подойдет, - заявил тренер, - нужно подобрать что-то менее агрессивное. Пойми меня правильно. Хороший боксер из тебя не получится потому, что будешь слишком долго думать на ринге. А хороший шахматист из тебя не выйдет потому, что после двух или трех нокаутов мозг станет работать намного хуже при расчете вариантов.
- Тогда, настольный теннис,- предложил я с большой надеждой.
- Нет, настольный теннис тоже не подойдет. Слишком мало движения. Нужно что-то более динамическое.
И наше обсуждение продолжалось еще долгое время. Обычный бег я отверг по причине, что это очень скучно. Таким видом спорта я еще успею заняться на пенсии. Тренер предложил заняться велосипедным спортом и даже обещал подарить свой личный старый велосипед. Почти уже было сошлись на велосипедном спорте, но тренер вспомнил, что камеры в колесах его велосипеда были продырявлены. Купить же новые камеры было трудно. Велосипед был импортным, с колесами нестандартными для России.
В конце концов, сошлись на очень интересном и перспективном виде спорта, который устроил нас обоих. Это было плаванье в бассейне.
- Какой же ты трудный, Костик, - вздохнул тренер, - короче так, занятия по плаванью раз в неделю в течение часа. Каждое воскресенье, в девять утра. Бесплатно для тебя. Оплачивать будет наша школа. Занятия не пропускать! Буду проверять.
С одной стороны, я был рад такой довольно приятной халяве. С другой стороны, и так шесть рабочих дней в неделю для обычной школы. Плюс три дня в неделю для шахматной школы. Теперь и единственный выходной день в неделю переставал быть чисто выходным.
Впрочем, занятия в бассейне проходили в свободном режиме. Хочешь, просто плавай. Хочешь, ныряй с тумбочек или с вышек (две крайние по три метра и одна, между ними, пять метров). Иногда убирали канаты для разделения дорожек и играли в водное поло.
Каждый пловец должен быть пройти обследование в диспансере на предмет отсутствия разного рода кожных заболеваний. Кроме того, в воде не жалея растворяли хлорку. Так, что если даже кто-то из больных проникал в бассейн в обход диспансера, его вирусы и микробы уничтожались агрессивной водой бассейна.
Целых три месяца было спокойно и довольно интересно. За все время я пропустил плавательное занятие только один раз по уважительной причине. Проспал. Но это нарушение сошло мне с рук, тренер в этот день не проверял посещаемость.
Но вот все-таки пришла проблема, откуда не ждали. Руководство района решило проверить, насколько эффективно расходуются финансы на плавательные развлечения. С этой целью было объявлено первенство района среди детей, которые посещали эти воскресные занятия. К моему ужасу меня записали в шестерку лучших пловцов, которые должны принять участие в соревнованиях.
Конечно, плавать я умел. Но плавал я весьма посредственно, ни о каком профессионализме не было даже речи. Слегка успокаивала короткая длина дистанции, всего лишь 25 метров. Как раз полная длина этого небольшого любительского бассейна. Я был уверен, что эту небольшую дистанцию сумею проплыть, ни разу не утонув. В крайнем случае, всегда можно схватиться за канат, который разграничивает дорожки.
К моему удивлению, зрителей этого соревнования оказалось много. Почти все места для зрителей были заняты. Помимо членов ревизионной комиссии, присутствовали тренеры спортивных школ, родители и друзья участников, а также те пловцы, которым повезло не пройти отбор к этим соревнованиям.
Моя нервозность перед стартом достигла апогея. Больше всего я боялся двух вещей. Как бы не отбить себе при стартовом прыжке с тумбы самое важное, что есть у каждого мужчины, пусть даже и совсем молодого. Об этом нас предупреждал инструктор на вводной лекции. И еще я очень боялся, что не сумею проплыть дистанцию даже и на низкой скорости. Этому опасению были резоны. Еще до старта сердце от волнения билось с такой безумной частотой, как будто я отпахал целых 100 метров на высокой скорости.
Наконец-то, дан долгожданный старт. Прыгнул я аккуратно, ничего себе не отбил, проплыл метров пять под водой и вынырнул на поверхность. После этого не спеша, чтобы не истратить все силы раньше, чем нужно, проплыл метров 10 или 12. После этого с опасением посмотрел налево. Затем направо. Моему удивлению не было границ. Все мои ближайшие конкуренты отстали на два или три метра. Тут я уже включил максимальную скорость и без всяких проблем пришел к финишу первым.
Еще раз подчеркну. Я плавал и плаваю плохо, посредственно. Просто все в нашем мире относительно! И относительно меня мои конкуренты плавали еще хуже. С этого дня я полюбил теорию относительности. Ведь она прошла проверку на реальной практике.
Какая же мораль в этом рассказе.
Никогда не бойтесь конкуренции, ни в спортивных соревнованиях, ни при поступлении в учебные заведения, ни когда делаете предложение прекрасной даме.
Может быть, вам повезет, и ваши конкуренты окажутся еще хуже, чем вы.
На перемене ко мне подошел бывший ученик нашей школы Вовка Воронин. Он был на год старше меня и учился в ПТУ неподалеку. Ему, вероятно, было скучновато в этом своем ПТУ, поэтому Вовка часто посещал свою старую школу, проверяя, как тут дела и не нужна ли кому его помощь. На этот раз он решил почему-то заняться моим воспитанием. Он подошел ко мне и, приветливо улыбаясь, дружелюбно протянул правую руку. Я удивился и попытался ее пожать. Но он вдруг резко отдернул ее назад, а левой рукой неожиданно ударил меня в солнечное сплетение. От неожиданности я прохрипел что-то неразборчивое и согнулся в три погибели.
В настольный теннис я играл не очень хорошо, но безумно любил эту игру...
Общался со мной лично владелец софт компании, он же главный менеджер Виктор Сергеевич, русский гений в области разработки программного обеспечения и руководства разрабами. Говорил, в основном, мой будущий начальник. Я просто слушал, согласно поддакивая или напряженно хмуря брови, в зависимости от контекста.
- А любишь ли ты играть в настольный теннис? – неожиданно спросил Виктор Сергеевич.
Это было самое долгое затмение за 500 лет, оно длилось около 7 минут. Но известно оно в первую очередь тем, что благодаря наблюдению этого затмения и эксперименту Артура Эддингтона и его коллег, было получено доказательство Общей Теории Относительности Эйнштейна, согласно которой пространство-время - это не просто пустота, оно динамично, может изгибаться и искривляться, и это должно влиять на траекторию движения света через пространство.
Когда Луна закрыла Солнце, стали видны звезды, и оказалось, что положение звезд на небе около Солнца немного изменилось, по сравнению с тем когда Солнце находится в другом участке неба. Гравитация Солнца исказила пространство-время, оно сработало как “линза”, и из-за этого звезды визуально немного изменили положение на небе.
На почве известных событий, связанных с излишним религиозным рвением отдельных личностей, захотелось высказаться. Нет, не на политическую тему, нарушать правила сайта не собираюсь. Не тему известной всем теории Дарвина. То, что она перейдёт дорогу креационистам, думаю, догадывался и сам известный учёный.
Но вот в чём фишка: духовенство действительно оказалось право (сарказм) - как актуальную эволюционную теорию труд Дарвина действительно уже рассматривать не стоит, ведь по мнению ряда учёных она устарела. Это скорее дата в истории, отдельный шаг науки в познании мира. Этот шаг был сделан, но наука ушла вперёд. Поэтому я готов согласиться с указанными условными личностями в том, что теория Дарвина не актуальна. Нужно преподавать синтетическую теорию эволюции!
Также, как теория относительности дополнила ньютоновскую физику, синтетическая теория эволюции уточнила тезисы Дарвина, воспользовавшись современными научными достижениями. Если кому интересно, в чём суть: Дарвин ставил в основу естественный отбор. Современные учёные указывают на то, что в эволюции принимали участие различные процессы и текущее многообразие видов - это результат из совокупного влияния, включающего случайные мутации, роль отдельных популяций (а не вида в целом), случайные события и т.п.
Так что молодцы, ребята, что затрагивают такие важные темы в обществе. Пора уже сдвинуть Дарвина и дать возможность школьникам изучать более прогрессивные научные мысли!
Если что, я не биолог, если у кого-то есть более профессиональное мнение, готов к пинкам с их стороны.
Он разработал свою собственную теорию эволюции гоминид (человекообразных обезьян). Занимался он исследованием ардипитеков — древних приматов, предшественников австралопитеков.
Лавджой выдвинул гипотезу, которая бы объясняла такие человеческие особенности, как двуногость, скрытая овуляция и маленькие клыки. Это как раз те отличительные черты, которые предшествовали появлению большого мозга и активному созданию орудий труда. Что же, обо всем по порядку.
Существует две стратегии развития внутри вида: К и r (эти буквы в таком странном начертании происходят из уравнения популяционной динамики, где r — максимальная скорость роста популяции, а K — предельная численность популяции). При r-стратегии просто необходимо нарожать за единицу времени как можно больше детенышей, а они уж сами как-нибудь дальше справятся. Такое характерно, например, для некоторых лягушек, рыб, небольших грызунов и многих других.
Из их помета в несколько тысяч икринок кто-то непременно выживет (раз уж они дожили до наших дней с такой стратегией).
При К-стратегии важно не количество детей, а выживаемость каждого. Эта стратегия как раз характерна для человекообразных обезьян. Этим как раз и объясняется долгое детство.
На то, чтобы вырастить выносливое дитя, тратится огромное количество времени и сил родителя (обычно самки). И пока самка выкармливает ребенка, она не сможет зачать еще одного. В итоге свободных, не кормящих самок попросту не хватает.
Гориллы, шимпанзе и часть других приматов решают вопрос просто: они совершают рейды на чужие территории с целью захвата новых самок, да и части земель вместе с ними.
А что с ардипитеками? Они решили пойти необычным путем. Такой подход практикуют немногие, только 5% от всех известных млекопитающих. И это… Моногамия.
Да, образование устойчивых пар и участие самца в заботе о потомстве.
Они стали практиковать “взаимовыгодное сотрудничество”. Как это работало? Ардипитеки всеядны. И это говорит как раз об их избирательности, точно не о малотребовательности. Они любили поискать себе изысканное лакомство или еду вкуснее той, что находится недалеко от дома.
И для этого могли уходить на сотни метров или километров от дома, а там снуют хищники.
Но самкам же нужно растить ребенка. И в итоге пришли к практике под названием “секс в обмен на пищу”. Если самец систематически приносил еду, то самка предпочитала его всем остальным.
Самцу, в свою очередь, становилось выгодно приносить больше еды. Больше еды можно унести в руках, нежели в зубах.
Так, по мнению Оуэна Лавджоя, развилась двуногость. Также самцу было необходимо, чтобы самка ему не изменяла, а то выйдет грустно.
И с этим было сложно. Самкам было свойственно “рекламировать” себя во время овуляции, кричать, показывать жестами, при этом у самок менялся запах и многое другое.
Что же решила сделать эволюция? Она пошла интересным путем. У самцов редуцировалась часть обонятельных рецепторов.
Они перестали чувствовать запах овуляции. Такие самцы становились супер-партнерами. Они же не набросятся на другую, пока у своей не будет овуляции. У самок эти рецепторы, конечно, тоже сломались, но для них это прошло без явных последствий.
А у самок пропали все внешние признаки овуляции. Они больше не кричали, не “рекламировались”. И такие самки стали супер-партнершами. Более того, самки стали обладательницами постоянно увеличенной груди. Зачем?
Увеличенная грудь раньше — признак того, что самка кормит ребенка и не способна к зачатию. А если грудь постоянно увеличена? Не понятно, кормит самка или не кормит, готова или нет.
В общем, других самцов не привлечет случайно. Половой отбор сыграл свою роль. Теперь в группе ардипитеков появилось правило одному самцу — одна самочка. Никаких рейдов, войн и проявления доминирования.
Никаких “плохишей”. Только заботливые папаши. Нет лишних поводов для конкуренции внутри вида. Это значит, что и клыки, как признак внутривидовой агрессии у приматов, стал не нужен.
В 2015 году ученые впервые в истории "услышали", как сталкиваются черные дыры. Это стало возможным благодаря открытию гравитационных волн — колебаний самого пространства-времени, которые распространяются со скоростью света и разбегаются по Вселенной подобно ряби на воде.
Эти волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году в рамках его общей теории относительности, но понадобилось почти сто лет, чтобы ученые, вооружившись самыми точными и чувствительными приборами в истории человечества, смогли их наконец обнаружить.
Природа гравитационных волн
Чтобы понять природу гравитационных волн, представьте пространство-время как огромный натянутый батут. Массивные объекты, такие как звезды и планеты, создают в нем углубления. Когда эти объекты движутся, сталкиваются или взрываются, они вызывают колебания, которые распространяются во все стороны, искажая геометрию окружающего пространства. Эти искажения и есть гравитационные волны, несущие информацию о породивших их космических событиях.
Наиболее мощные гравитационные волны рождаются при грандиозных космических событиях — слиянии черных дыр, столкновении нейтронных звезд и взрывах сверхновых. Энергия этих процессов настолько колоссальна, что буквально заставляет пространство-время "дрожать".
Как мы их обнаруживаем?
Эффект от прохождения гравитационных волн настолько мал, что его можно сравнить с изменением расстояния между Землей и Солнцем на толщину человеческого волоса. Именно поэтому для их обнаружения необходимы невероятно чувствительные приборы.
Для первой в истории регистрации гравитационных волн ученые создали специальные детекторы – интерферометры LIGO в США и VIRGO в Италии. Это гигантские L-образные туннели длиной в несколько километров, внутри которых с помощью сложной системы лазеров и зеркал измеряются мельчайшие колебания пространства. Работая вместе, эти детекторы не только улавливают гравитационные волны, но и помогают определить, из какой области космоса они пришли.
Почему это важно?
Обнаружение гравитационных волн открыло новую эру в астрономии. Теперь мы можем "слышать" Вселенную! Если раньше мы могли только наблюдать космос с помощью различных видов излучения (свет, радиоволны, рентгеновские лучи и другие), то теперь у нас появился совершенно новый способ изучения космических явлений, происходящих на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли.
Первый зарегистрированный сигнал, получивший название GW150914, пришел от слияния двух черных дыр на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет. В этом грандиозном событии участвовали черные дыры массами 29 и 36 солнечных масс, которые, слившись воедино, образовали новую черную дыру и отправили по Вселенной мощную гравитационную волну. Этот исторический сигнал стал первым прямым доказательством существования и гравитационных волн, и двойных систем черных дыр.
Будущее исследований
Сейчас ученые планируют создавать еще более чувствительные детекторы гравитационных волн, в том числе космические. Это позволит нам "услышать" еще больше космических событий и лучше понять устройство Вселенной.
Представьте, что вы смотрите на песчинку через увеличительное стекло. Она кажется просто маленькой точкой. Но что если бы мы могли заглянуть внутрь этой песчинки, глубже, чем позволяет самый мощный микроскоп в мире? Именно здесь начинается удивительное путешествие в мир теории струн.
Согласно современной физике, наш мир состоит из крошечных частиц – электронов, кварков и других фундаментальных "кирпичиков". Это представление лежит в основе Стандартной модели – нашей самой успешной теории элементарных частиц. Однако теория струн предлагает альтернативный взгляд на устройство Вселенной. Согласно этой гипотезе (да, это именно гипотеза, несмотря на название), в основе всего лежат не частицы, а крошечные вибрирующие струны.
Эти струны настолько малы, что если бы мы увеличили атом до размеров Солнечной системы, одна струна была бы размером с небольшое дерево. Но несмотря на свои микроскопические размеры, именно эти струны создают все, что мы видим вокруг.
Каждая струна может колебаться по-разному, и характер этих колебаний определяет, какой именно частицей она проявит себя в нашем мире. Когда струна колеблется одним образом, мы наблюдаем электрон, другой тип колебаний создает фотон, третий – кварк. Получается, что вся Вселенная – это своеобразная космическая симфония, исполняемая на струнах невообразимо малого размера.
Как вообще появилась столь необычная концепция?
Дело в том, что современная физика столкнулась с серьезной проблемой. У нас есть две великие теории: общая теория относительности, которая описывает поведение больших объектов вроде планет и галактик, и квантовая механика, объясняющая мир мельчайших частиц. Но эти теории никак не хотят работать вместе. Это все равно что иметь два разных языка для описания одного мира, которые противоречат друг другу.
Теория струн пытается решить эту проблему, предлагая единый "язык" для описания всего во Вселенной. Она говорит, что все физические явления в нашей реальности – это просто разные проявления колебаний одних и тех же струн.
Правда, у этой красивой идеи есть один существенный недостаток – проверить ее экспериментально пока невозможно. Струны настолько малы, что современные технологии не позволяют их обнаружить. Поэтому многие физики относятся к теории струн скептически, считая ее скорее математическим трюком, чем реальным механизмом описания природы.
Но даже если теория струн окажется неверной, она уже подарила физикам множество полезных математических инструментов и заставила по-новому взглянуть на устройство Вселенной. Она напоминает нам, что реальность может быть гораздо удивительнее, чем мы можем себе представить.
Возможно, когда-нибудь мы создадим достаточно мощные и чувствительные приборы, чтобы проверить существование струн. А пока эта красивая гипотеза остается одной из самых элегантных попыток человечества разгадать глубочайшие тайны мироздания.
Общая теория относительности, сформулированная Альбертом Эйнштейном в 1915 году, предсказывала существование объектов, способных искривлять геометрию пространства-времени настолько, что ничто, упавшее в эту область, не способно вырваться наружу.
Однако сам Эйнштейн скептически относился к этой идее, считая, что столь аномальные объекты просто не должны существовать в нашей реальности. Он называл их математическим курьезом, артефактом теории, но никак не физическими объектами.
В 1939 году он даже опубликовал статью, в которой пытался доказать, что "черные дыры" не могут сформироваться во Вселенной. Для Эйнштейна эти гипотетические объекты были слишком экстремальными, слишком... абсурдными.
Но Вселенная оказалась смелее физика. В 1964 году рентгеновский телескоп, направленный в сторону созвездия Лебедя, выявил крайне мощный источник излучения неизвестной природы. Нечто, удаленное примерно на 7 000 световых лет от нас, получило название Лебедь X-1 (Cyg X-1).
Через шесть лет астрономы установили, что имеют дело с двойной системой, где видимая голубая сверхгигантская переменная звезда вращается вокруг невидимого компактного, но очень массивного объекта. Масса этого объекта (примерно в 21,2 раза больше массы Солнца) оказалась слишком большой, а размер при этом слишком малым, чтобы его можно было классифицировать как какую-либо "нормальную" звезду или любой другой вероятный объект, кроме черной дыры.
К 1990 году накопленный объем данных позволил ученым заключить, что Cyg X-1 — черная дыра. Теория перестала быть абстракцией на бумаге и превратилась в наблюдаемую реальность. Эйнштейн был прав в уравнениях — но ошибался в скепсисе.
Комментарии