Kitobni o'qish: «Альберт Эйнштейн без формул»

© Иллюстрации Виктор Орловский

© Дмитрий Кравчук

© Издательский дом Игоря Сазонова. 2024

* * *

…Давно ли темная Казань

Была приютом вдохновений

И колебал Эвклида грань

Наш Лобачевский, светлый гений!

Завеса вновь приподнята

Орлиным замыслом Эйнштейна,

Но все еще крепка плита

Четырехмерного бассейна.

Необратимы времена

Еще коснеющему телу,

И нам свобода не дана

К иному их стремить пределу.

Наш темный глаз печально слеп,

И только плоскость нам знакома.

Наш мир широкий – только склеп

В подвале творческого дома.

Но мы предчувствием живем.

Не лгут позывы и усилья.

Настанет срок, – и обретем

Несущие к свободе крылья.

Федор Сологуб

Предисловие

«В историческом развитии физической науки бывает так, что существующая фундаментальная теория не осмысливает некоторые ею принимаемые фундаментальные опытные факты; оказывается, что такое осмысление их выходит за пределы данной фундаментальной теории, и это в состоянии увидеть порой только гений. Именно таким путем возникла общая теория относительности… Эйнштейн, создав теорию относительности, впервые в истории физической науки положил начало пониманию оснований физики, до которого была далека физическая наука времени Ньютона вплоть до конца XIX в. Именно в теории относительности была разрушена догматическая идея о неизменности основополагающих принципов и понятий физической науки, казавшаяся до Эйнштейна не требующей размышлений». Так оценил значение открытий Эйнштейна исследователь философских вопросов естествознания академик М. Э. Омельяновский. Альберт Эйнштейн назван «человеком XX века» и «человеком 2-го тысячелетия». И тем не менее главное открытие его жизни, теория относительности, все еще остается как бы за кадром широкого общественного внимания.

Объясняется это многими предрассудками и мифами, окружающими великое имя. Одно из самых распространенных заблуждений: открытия Эйнштейна имеют отношение только к физике, которую простой смертный понять не в состоянии, и не содержат принципиально новых мировоззренческих идей. Конечно, мир, картина которого создается принципом относительности, есть мир естествоиспытателя, поэтому он у́же и меньше мира-вселенной философа; однако А. А. Фридман подчеркивал, что «не следует отрицать начисто для философии схемы мира, даваемой принципом относительности… Грандиозный и смелый размах мысли, характеризующий общие концепции и идеи принципа, затрагивающие такие объекты, как пространство и время, несомненно, должен произвести известное впечатление, если даже не влияние, на развитие идей современных философов, часто стоящих слишком выше “измеримой“ вселенной естествоиспытателя».

Еще один миф построен на том, что якобы Эйнштейн сам ничего не создал, а лишь обобщил ряд законов, открытых Лоренцем и Пуанкаре. Да, «…теория относительности, – писал М. Э. Омельяновский, – вышла из рук своего творца, так сказать, без экспериментального пролога, хотя в литературе чаще всего утверждается обратное. Это совсем не означает, что Эйнштейн не имел непосредственных предшественников – ими были прежде всего Лоренц, Пуанкаре, но предтечи теории – не творцы ее, и последнего забывать не следует».

Как бы то ни было, но до сих пор «опровержений» Эйнштейна в мире создается не меньше, чем проектов вечного двигателя. Можно было бы не обращать внимания на все эти заблуждения и домыслы, если бы открытия «великого преобразователя естествознания» (определение В. И. Ленина) были широко известны. Однако, как ни парадоксально, сегодня множество людей все еще живет доэйнштейновскими представлениями об окружающем мире. Подавляющее большинство убеждено, что теория относительности утверждает, что все относительно… Мало кому известно, что Эйнштейн открыл бессмысленность понятия «одновременность» для разных движущихся систем, что нет абсолютного физического пространства и абсолютного физического времени, что не существует отдельных пространства и времени, а есть четырехмерный пространственно-временной континуум, пространство-время. Весьма смутны представления о том, что такое линия мировых событий… Это все равно что знать имя Ньютона и не иметь ни малейшего представления о законе всемирного тяготения. А с теориями Эйнштейна, получившими полное научное подтверждение уже на экспериментальном уровне, дело обстоит именно так!

Альберт Эйнштейн был не только великим физиком, но и мыслителем. Правда, его философские и мировоззренческие высказывания часто скрыты в глубинах специальных научных работ и, пожалуй, по-настоящему до конца еще не прочитаны. Да и сами физические открытия ученого выходят далеко за пределы физической науки, поскольку Эйнштейн совершил прежде всего философский прорыв в область неведомого. Полагаем, что мировоззренческий прорыв к Эйнштейну еще предстоит нашему читателю.

В настоящую книгу вошли фрагменты трудов, публичных выступлений, а также писем великого ученого. Значительная часть переводов выполнена физиком и историком естествознания Ю. А. Даниловым, а размышления-комментарии принадлежат философу и поэту К. А. Кедрову.

«Я верю в интуицию и вдохновение»

Как бы то ни было, нам остаются в утешение слова Лессинга: «Стремление к истине ценнее, дороже уверенного обладания ею».

Альберт Эйнштейн

Нет ни малейшего сомнения в том, что природная гениальность позволяла Эйнштейну правильно ориентироваться в жизни. Проще говоря, он оказался на редкость удачлив благодаря природному уму. Как всякому человеку, ему много раз приходилось делать выбор. И этот выбор был всегда правильным.

Начнем с выбора образования и профессии. Ведь совсем не случайно Эйнштейн оказался студентом Цюрихского политехникума, где преподавал Герман Минковский. Два гения, один – преподаватель, другой – студент, конечно, не сразу узнали друг друга. Но факт остается фактом. Многие идеи Германа Минковского были усвоены и схвачены Эйнштейном еще во время обучения. Другое дело, что до трудов молодого Эйнштейна Минковский не мог сам для себя сформулировать главное открытие своей жизни. Нет времени, нет пространства, есть только их единое целое – пространство-время.

Работа Пуанкаре «О динамике электрона» была опубликована в 1906 г.

Как выяснилось, на чисто математическом и теоретическом уровне Пуанкаре, задолго до Эйнштейна, проиграл в уме весь сценарий теории относительности. Пуанкаре дожил до всемирной славы Эйнштейна, но, умирая, сказал, что решительно не согласен с его выводами. Почему? Да потому, что Пуанкаре не заметил собственного открытия. Для него это была всего лишь игра ума. Поиграл и забыл. Даже не забыл, а просто занялся другими проблемами.

Талант затрагивает многое. Гений попадает в яблочко, в самую суть. То, что для сверходаренного Пуанкаре было математической моделью, для Эйнштейна стало новой реальностью, в которую он поверил и заставил поверить научный мир. Прочитав труды Пуанкаре, Эйнштейн вроде бы о них «забыл», но разум продолжал прокручивать неожиданные идеи, и в конечном итоге только Эйнштейн нашел правильное истолкование идей Пуанкаре. Сам же Пуанкаре жил и умер во вселенной Ньютона.

Заметим, что в свое время великий Галилей отнюдь не сразу переселился во вселенную Коперника. А переселившись, вынужден был публично солгать, отрекшись от гениальной идеи.

Эйнштейн неслучайно, размышляя о Галилее, вернулся к легенде о том, что после отречения Галилей воскликнул: «А все-таки она вертится!» Эйнштейн заметил по этому поводу, что не может представить себе Галилея, «мечущего бисер перед свиньями». Истина не требует доказательств перед лицом глупцов. Незачем тратить время на пустое занятие. Если бы Эйнштейн знал русский язык и русскую поэзию, он обязательно вспомнил бы здесь Пушкина:

 
…Веленью божию, о муза, будь послушна.
Обиды не страшась, не требуя венца,
Хвалу и клевету приемли равнодушно,
И не оспоривай глупца.
 

Именно так поступал Эйнштейн, не тратя драгоценного времени на бессмысленную полемику со сталинскими и гитлеровскими академиками, критиковавшими его теорию. Он просто направил письмо, где объявил, что отказывается от академического титула Прусской Академии. Мы нигде не найдем статей, в которых Эйнштейн «с пеной у рта» доказывал бы свою правоту.

Но, отказываясь от полемики с невеждами и консерваторами, Эйнштейн сделал на редкость удачный и точный выбор, обратившись со своим открытием к Максу Планку. К тому самому Планку, который однажды с горечью сказал, что новые идеи никогда не побеждают старые. Просто представители старой идеи постепенно вымирают. И добавил: «Я вот, например, так и не смирился в душе с теорией относительности». Но, не смирившись в душе, Планк нашел в себе душевные силы услышать голос гениального разума и подчиниться ему. Планк, и только он, сделал все возможное для того, чтобы ученый мир узнал о великом открытии Эйнштейна.

Кроме прочитанной и «забытой» статьи Пуанкаре были еще знаменитые формулы Лоренца, на которые Эйнштейн постоянно ссылается и активно использует. Лоренцу удалось «спасти» абсолютное пространство и абсолютное время Ньютона ценой неожиданного предположения, что под воздействием больших скоростей тела сжимаются. Это было абсолютно неверное физическое истолкование собственного открытия: сжимались не тела, а само пространство-время. Но это понял только Эйнштейн. Он соединил великолепную догадку Пуанкаре с не менее великолепными формулами Лоренца, полностью отказался от ньютоновского абсолюта и перевернул мир. Сходство с Коперником здесь налицо. Коперник вывернул наизнанку вселенную Птолемея, и Солнце с периферии переместилось в центр сферы. Эйнштейн вывернул наизнанку воображаемое абсолютное время и воображаемое абсолютное пространство, в результате чего произошло ранее в принципе непредставимое. Пространство оказалось внутри времени, а время стало в процессе мысленного выворачивания растягиваемым и сжимаемым, как поверхность надувного шара.

Однако не следует думать, что все прояснилось. За пределами физики остается ответ на вопрос, влияет ли изменение пространства-времени под воздействием скорости на человека. Сегодня точно установлено, что на верхних этажах здания время течет медленнее, чем на нижних, но это столь минимальное преимущество, что оно не берется в расчет, хотя, с точки зрения жителя первого этажа, его воображаемый двойник с верхнего этажа будет всегда на долю секунды моложе. Много раз повторялось, что при черепашьих земных скоростях можно пользоваться ньютоновской физикой, этого вполне достаточно. Но такое утверждение носит слишком бытовой характер. Мы не знаем, сколь важна для человека даже лишняя доля секунды жизни. Ведь человек состоит из клеток, клетки из атомов, атомы из частиц, а вот для частиц, мчащихся со световыми скоростями, миллисекунда – это целая вечность! Похоже, открытие Эйнштейна все еще не вписалось в общую систему мироздания, вернее, человек еще не вписан в мироздание по Эйнштейну. Он живет во вселенной Эйнштейна, а прописка у него – во вселенной Ньютона.

Отсюда навязчивое желание «опровергать» Эйнштейна. Хотя опровергнуть его можно, лишь сделав равновеликое открытие, а не путем возвращения в ньютоновскую систему координат. Между тем все «опровержения» построены именно на этом страстном желании и потому остаются за пределами науки. Кроме того, существует множество нетрадиционных истолкований открытия Эйнштейна, которые хотя и не строго научны, но тем не менее заслуживают внимания, а правильнее, должны быть рассмотрены.

Богослов с математическим образованием Павел Флоренский написал труд «Мнимости в геометрии», где дал весьма нетрадиционное истолкование открытию Эйнштейна. Он предположил, что физический запрет на скорости большие, чем скорость света, вовсе не означает, что за световым барьером ничего нет. Там начинается мир математических мнимостей, мнимых чисел. Физически они не имеют смысла, а метафизически – не что иное, как описание Того света. Наиболее интересна у Флоренского модель момента преодоления скорости света. В это время тело вывернется во вселенную, станет ее частью, масса обретет бесконечность. А это означает, что вещь станет платоновским «эйдосом», обретя свою вселенскую сущность. Далее Флоренский спрашивает, обязательно ли мчаться со скоростью света, чтобы обрести эйдосную сущность. Ответа не дается, но само собой разумеется, что на духовном уровне это в принципе вполне доступно человеку. Ведь «тело», о котором говорит ученый, тоже воображаемое. Со скоростью света мчатся только фотоны. Если бы человек стал фотоном, для него время всегда равнялось бы нулю, а тело его, вывернувшись во вселенную, стало бы самой вселенной. Чисто гипотетически наука открыла такие частицы-вселенные: максимон (по имени математика Максимова), фридмон (космолога Фридмана) и планкион (Макса Планка). Так, вся наша вселенная видится изнутри как бесконечная сфера, но при выворачивании, снаружи, из другой вселенной может смотреться как микрочастица, мчащаяся со световой скоростью. Вспомним, что в конечном итоге тело человека состоит из таких частиц-квантов. Сегодня мы не знаем, что такое человек на квантовом уровне, наука еще не приступила к решению этой проблемы. Но, как сказал Марк Аврелий, «человек живет временной жизнью, но сущность ее – вечность». После открытия Эйнштейна стало ясно, что имя вечности – скорость света, а тело ее – пространство-время Минковского – Эйнштейна. Что же касается линии судьбы, то имя ей – Линия мировых событий.

И еще об одной области сверхсветовых скоростей, на которую нет физического запрета в теории относительности, – о скорости передачи информации. Никто не знает, с какой скоростью на квантовом уровне происходит переработка информации в мозгу. Но похоже, что скорость мысли больше скорости света, и благодаря теории относительности и квантовой физике мы можем сегодня моделировать уже не физические, а метафизические процессы…

Пока новая метареальность может быть описана только с помощью метаметафор, что и происходит в современном искусстве, разбуженном теорией относительности Эйнштейна. Причудливый мир футуристов, супрематистов, абстракционистов, сюрреалистов, опарта есть не что иное, как описание мира человеческого духа и релятивистских эффектов. Словесный алгоритм этого умещается в двух поэтических строках:

 
Человек – это изнанка неба,
Небо – это изнанка Человека.
 

К. Кедров¹

Пролог

Много разных людей посвящало себя науке, но не все посвящали себя науке ради самой науки. Некоторые входили в ее храм потому, что это давало им возможность проявить свое дарование. Для этой категории людей наука является своего рода спортом, занятие которым доставляет им радость подобно тому, как атлету доставляют удовольствие упражнения, развивающие силу и ловкость. Существует другая категория людей, вступающих в храм науки, с тем чтобы предоставить в ее распоряжение свой мозг, получить за это приличное вознаграждение. Такие люди становятся учеными лишь случайно, в силу обстоятельств, обусловивших выбор их жизненного пути. Если бы обстоятельства, сопутствовавшие этому выбору были иными, эти люди могли бы стать политическими деятелями или крупными дельцами. Если бы с небес спустился ангел и изгнал из храма науки всех, кто принадлежит к этим двум категориям, то боюсь, что в храме науки почти никого бы не осталось. Но все же несколько жрецов остались бы в храме – кое-кто от прошлых времен, а кое-кто и от нашего времени…

Я отдаю себе полный отчет в том, что при такой чистке были бы изгнаны многие из построивших значительную, может быть, даже большую часть храма науки. Но в то же время ясно, что если бы люди, посвятившие себя науке, относились только к тем двум категориям, о которых я говорил выше, то ее здание никогда бы не выросло до тех величественных размеров, которые оно имеет в настоящее время, точно так же как не смог бы подняться лес, состоящий из одних лишь ползучих растений.

Но забудем о них… Обратимся к тем, кто снискал расположение ангела. Большей частью это странные, молчаливые, одинокие люди. И все же, несмотря на то что они похожи друг на друга, различие между ними гораздо сильнее, чем различие между теми, кого наш гипотетический ангел изгнал из храма науки.

Что заставило их посвятить свою жизнь служению науке? На этот вопрос трудно ответить вообще и никогда нельзя было бы ответить просто и категорично. Лично я склонен думать вместе с Шопенгауэром, что одним из сильнейших мотивов, побуждающих людей посвящать себя искусству и науке, является стремление избежать повседневности с ее серостью и мертвящей скукой и сбросить с себя оковы своих собственных преходящих желаний, нескончаемой вереницей сменяющих друг друга, если все помыслы сосредоточены на различного рода будничных мелочах и ограничены только ими.

К этому негативному мотиву следует добавить и позитивный. Природа человека такова, что он всегда стремился составить для себя простой и не обремененный излишними подробностями образ окружающего его мира. При этом он пытался построить картину, которая дала бы до какой-то степени реальное отображение того, что человеческий разум видит в природе. Именно это делают и поэт, и художник, и философ, и естествоиспытатель, причем каждый по-своему. В созданную им картину мира человек помещает центр тяжести своей души и таким образом находит в ней тот покой и то равновесие, которые не может найти в тесном кругу повседневной жизни, требующем с его стороны непрестанных реакций.

Какое место среди различных картин мира, созданных художником, философом и поэтом, занимает картина мира, созданная физиком-теоретиком? Главной ее особенностью должна быть особая точность и внутренняя логическая непротиворечивость, которые можно выразить только на языке математики. С другой стороны, физик должен быть жестоким по отношению к материалу, который он использует. Ему приходится довольствоваться воспроизведением лишь наиболее простых процессов, доступных нашему чувственному восприятию, ибо более сложные процессы человеческий разум не может представить себе с той чрезвычайной точностью и логической последовательностью, которые столь высоко ценимы физиком-теоретиком.

Даже пожертвовав полнотой, мы должны обеспечивать простоту, ясность и точность соответствия между изображением и изображаемым предметом. Если отдавать себе отчет в том, насколько мала та часть природы, которую можно охватить и выразить с помощью точных формулировок, опуская все сколько-нибудь тонкое и сложное, то естественно задать вопрос: что же привлекательного может быть в подобной работе? Заслуживает ли результат подобного весьма ограничительного отбора громкого названия картины мира?

Я думаю, что заслуживает, ибо большинство общих законов, на которых зиждется логическая структура теоретической физики, надлежит учитывать при изучении даже наиболее простых явлений природы. Если бы эти законы были полностью известны, то теорию любого явления природы, включая теорию самой жизни, можно было бы вывести из них с помощью одних лишь абстрактных рассуждений. Я думаю, что теоретически такой вывод был бы возможен, но на практике такой процесс вывода лежит вне возможностей человеческого мышления. Поэтому тот факт, что в науке мы вынуждены довольствоваться неполной картиной физического мира, обусловлен не природой этого мира, а нашими собственными особенностями.

Таким образом, высшая задача физика состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира. Однако не существует логического пути открытия этих элементарных законов. Единственным способом их постижения является интуиция, которая помогает увидеть порядок, кроющийся за внешними проявлениями различных процессов. Эта способность к угадыванию развивается с практикой. Но можно ли утверждать, что разные физические теории могут быть в равной мере справедливыми и допустимыми? С теоретической точки зрения в этой идее нет ничего нелогичного. Но история науки показала, что на любом этапе развития физики одна из мыслимых теоретических структур доказывала свое превосходство над всеми остальными.

Для каждого опытного исследователя ясно, что теоретическое построение в физике зависит и определяется миром чувственного восприятия, хотя не существует логического пути, следуя по которому мы могли бы от чувственного восприятия прийти к принципам, лежащим в основе теоретической схемы. Кроме того, синтез понятий, являющийся отпечатком эмпирического мира, можно свести к нескольким фундаментальным законам, на которых логически строится весь синтез. При каждом существенном продвижении вперед физик обнаруживает, что фундаментальные законы все более и более упрощаются по мере того, как развиваются экспериментальные исследования. Он удивляется, когда замечает, сколь стройный порядок возникает из того, что прежде казалось хаосом. Этот порядок нельзя считать связанным с работой его собственного интеллекта; он обусловлен одним свойством, присущим миру восприятий. Лейбниц удачно назвал это свойство «изначальной гармонией».

Физики иногда упрекают философов, занимающихся теорией познания, за то, что те не вполне оценивают этот факт. И я думаю, что именно в этом состоит смысл дискуссии, в течение нескольких лет продолжавшейся между Эрнстом Махом и Максом Планком. Последний, по всей видимости, чувствовал, что Мах не вполне оценивал стремление физиков к восприятию этой «изначальной гармонии». Именно это стремление было неиссякаемым источником терпения и настойчивости, с которой Планк отдавался самым простым вопросам, связанным с физической наукой, в то время как он мог бы поддаться искушению и пойти иными путями, которые привели бы к более привлекательным результатам.

Я часто слышал, как коллеги Планка связывали его отношение к науке с его необычайными личными дарованиями, его энергией и пунктуальностью. Думаю, что они ошибаются. То состояние ума, которое служит движущей силой в этом случае, напоминает состояние фанатика или влюбленного. Усилия, затрачиваемые в течение длительного периода времени, стимулируются не каким-то составленным заранее планом или целью. Это вдохновение проистекает из душевной потребности.

Думаю, что Макс Планк посмеялся бы над тем, как по-детски я блуждаю здесь с фонарем Диогена. Но что я могу сказать о его величии? Величие Планка не нуждается в жалком подтверждении с моей стороны. Его труд дал один из самых мощных толчков прогрессу науки. Его идеи будут жить и работать до тех пор, пока существует физическая наука. И я надеюсь, что пример его личной жизни послужит не меньшим стимулом для последующих поколений ученых.

Из «Автобиографических заметок»

Вот я здесь сижу и пишу на 68-м году жизни что-то вроде собственного некролога. Делаю я это не только потому, что меня уговорили; я и сам думаю, что показать своим ищущим собратьям, какими представляются, в исторической перспективе, собственные стремления и искания, – дело хорошее. После некоторого размышления я, однако, почувствовал, как неполна и несовершенна должна оказаться такая попытка. Ведь как бы ни была коротка и ограниченна трудовая жизнь, как бы ни преобладали в ней ошибки и блуждания, все же отобрать и изложить то, что этого заслуживает, – задача нелегкая. Когда человеку 67 лет, то он не тот, каким был в 50, 30 и 20 лет. Всякое воспоминание подкрашено тем, что представляет человек сейчас, а нынешняя точка зрения может ввести в заблуждение. Это соображение могло бы отпугнуть. Но, с другой стороны, из собственных переживаний можно почерпнуть многое такое, что недоступно сознанию другого.

Еще будучи довольно скороспелым молодым человеком, я живо осознал ничтожество тех надежд и стремлений, которые гонят сквозь жизнь большинство людей, не давая им отдыха. Скоро я увидел и жестокость этой гонки, которая, впрочем, в то время прикрывалась тщательнее, чем теперь, лицемерием и красивыми словами. Каждый был вынужден участвовать в этой гонке ради своего желудка. Участие это могло удовлетворить желудок, по никак не всего человека как мыслящего и чувствующего существа. Выход отсюда указывался прежде всего религией, которая насаждается всем детям традиционной машиной воспитания. Таким путем я, хотя и был сыном совсем нерелигиозных (еврейских) родителей, пришел к глубокой религиозности, которая, однако, уже в возрасте 12 лет резко оборвалась. Чтение научно-популярных книжек привело меня вскоре к убеждению, что в библейских рассказах многое не может быть верным. Следствием этого было прямо-таки фанатическое свободомыслие, соединенное с выводами, что молодежь умышленно обманывается государством; это был потрясающий вывод. Такие переживания породили недоверие ко всякого рода авторитетам и скептическое отношение к верованиям и убеждениям, жившим в окружавшей меня тогда социальной среде. Этот скептицизм никогда меня уже не оставлял, хотя и потерял свою остроту впоследствии, когда я лучше разобрался в причинной связи явлений.