Глава 22. Другой Альберт относительности

Через несколько лет после того как юный Риман продемонстрировал острый интерес к польской истории, юная пара из этнически польской провинции Познань, тогда находившейся под прусским правлением, родила малыша по имени Альберт. Представляется, что героическая борьба польского самосознания – куда более притягательный материал для чтения, нежели переживание реальности. И если поляки были героями, они же были и антигероями, выказывавшими злобный антисемитизм, что позднее сделало Польшу излюбленным местом Гитлера – страной газовых камер. Как бы то ни было, в 1855-м, в год смерти Гаусса, семья Альберта, Михельзоны, эмигрировали в Нью-Йорк, а вскоре после этого – в Сан-Франциско. Польско-прусский еврей, первый «американец», получивший Нобелевскую премию, прибыл в страну трехлетним ребенком за полвека до появления Нобелевской премии как таковой.

В 1856 семья Майкельсонов переехала в Мёрфиз, удаленный шахтерский городок в округе Калаверас, что на полпути между Сан-Франциско и озером Тахо. Отец Альберта открыл галантерейную лавку, но семья так и не осела. Все более удаляясь от своих германо-еврейских корней, Майкельсоны в конце концов обосновались в новеньком городе в Неваде. Новый «город», чуть больше кемпинга по размерам, разместился на склонах горы Дэйвидсон в 1859 году. По легенде, пьяный шахтер разбил бутылку виски о камень и тем самым крестил новое поселение. Так возникло поселение, которое позднее станет одним из крупнейших городов Старого Запада: Вирджиния-сити. Однако название это – совсем не в честь штата, а сплошная транзитивность: шахтера звали Джеймс Финни, кличка его была «Старая Вирджинья», и город он поименовал в свою честь. Золото и серебро на горе Дэйвидсон быстро превратили селение Финни в один из первых промышленных городов Запада, сопоставимый по размерам с Сан-Франциско и столь же изобильный на оружие, азартные игры и, разумеется, салуны. Одна из младших сестер Альберта написала о тамошней жизни роман «Мэдиганы». Младший брат Чарлз, подвизавшийся журналистом-невидимкой при «Новом курсе» президента Франклина Рузвельта, также писал о новой родине в своей автобиографии «Разговоры призрака». Но после переезда маленькому Альберту не пришлось провести слишком много времени с семьей. Он выказал многообещающий ум, и его оставили у родственников в Сан-Франциско, где он поступил в Линкольновскую начальную школу, а затем – в школу Боя, где проживал в доме директора.

В 1869 году юноша Майкельсон включился в конкурс на поступление в Военно-морскую академию на другом конце страны – в Аннаполисе, штат Мэриленд. Он не прошел. И тут проверке подверглись не только его знания, но и настойчивость: шестнадцатилетка запрыгнул в поезд, шедший через весь континент по железной дороге, отстроенной всего за несколько месяцев до этого, и направился в Вашингтон на встречу с президентом Грантом. Тем временем один невадский конгрессмен написал Гранту поручительство за Альберта. В его сообщении значилось, что Альберт – всеобщий любимец среди евреев Вирджиния-сити, и если бы Грант помог ему, это добавило бы президенту голосов среди еврейства. Майкельсон все-таки встретился с Грантом. Свидетельств этой встречи не сохранилось. В народе репутация Гранта мало отличалась от таковой у Вирджиния-сити: истина – в виски. За исключением краткого периода его жизни, это не самая точная характеристика Гранта. Правда же, хоть о ней вспоминают нечасто, заключалась в том, что Грант был великолепным математиком. Может, Грант проникся к юному математическому гению, а может, сделал жест в сторону еврейского электората, но он совершил невероятное: выдал Майкельсону особое назначение в Академию, потребовав от заведения расширить в тот год квоту на новых кадетов. История рассудила так, что важнейшей заслугой президента Гранта, вероятно, стал эксперимент Майкельсона-Морли.

Майкельсон стал чемпионом Академии по боксу и имел репутацию задиры с Дикого Запада. В части образовательных успехов Майкельсон окончил академию девятым из двадцати девяти студентов. Но средние оценки никак не иллюстрируют подлинной динамики его карьеры: он лидировал в оптике и акустике, в мореходстве стал двадцать пятым, а по истории – распоследним. Таланты и интересы Майкельсона оказались кристально ясны – равно как и представления начальства о сфере его увлечений. Суперинтендант академии Джон Л. Уорден (который в 1862 году командовал броненосцем северян «Монитор» в сражении с паровым фрегатом южан «Мерримак») сказал Майкельсону: «Если бы вы уделяли меньше времени всякой науке и больше – морскому артиллерийскому делу, когда-нибудь, возможно, из вас вышел бы какой-то прок для страны». Несмотря на этот очевидный упор на стрельбу в противовес науке, курс физики в Аннаполисе был по тем временам одним из лучших в стране. Учебник по физике у Майкельсона был переводом французского издания 1860 года за авторством Адольфа Гано. В этом учебнике Гано описывает вещество, которое, по устоявшемуся на тот момент мнению, заполняло собой всю Вселенную: «…такая неуловимая, непостижимая и чрезвычайно эластичная жидкость, именуемая эфиром, распределенная во всей Вселенной; она насыщает собой массы всех тел, от плотнейших и самых непроницаемых до легчайших и прозрачнейших».

Гано далее придает эфиру фундаментальную роль в большинстве явлений, изученных в его время: «…движение особого рода, произведенное с эфиром, может порождать феномен тепла; движение того же рода, но с большей частотой, порождает свет; быть может, движение другого вида или свойства есть причина электричества».

Современные представления об эфире были предложены Кристианом Гюйгенсом [Хёхенс] в 1678 году. Само понятие назвал так Аристотель – это был его пятый элемент, материя, из которой состоят небеса. Согласно Гюйгенсу, господь сотворил пространство на манер громадного аквариума, нашу планету – как плавучую игрушку, какую бросают рыбкам на потеху. Разница лишь в том, что, в отличие от воды, эфир протекает не только вокруг, но сквозь нас. Это представление приходилось по сердцу всем, кому – как и Аристотелю – не нравилась мысль о «ничто» – или вакууме – в пространстве. Гюйгенс приспособил эфир Аристотеля в попытке объяснить открытие датского астронома Олафа Рёмера, обнаружившего, что свет от одной из лун Юпитера добирается до Земли не мгновенно, а какое-то время спустя. Этот факт – а также другой: свет, похоже, движется со скоростью, не зависящей от его источника, – указывали на то, что свет состоит из волн, перемещающихся в пространстве подобно звуку, распространяющемуся по воздуху. Однако звуковые волны, как и волны на воде или скакалке, считались упорядоченным движением среды – воздуха, воды или веревки. Если пространство пусто, по тогдашним представлениям, волна в нем распространяться не может. Пуанкаре в 1900 году писал: «Известно, откуда произрастает наша вера в эфир. Когда свет движется к нам от далекой звезды… он уже не в звезде, но пока и не на Земле. Неизбежно где-то он обретает, скажем так, материальную поддержку».

Как и большинство новых теорий, гюйгенсов эфир имел свои «хорошие, плохие и гадкие» стороны. Плохим и гадким в теории Гюйгенса оказалось малюсенькое допущение, что целая Вселенная и все, что в ней находится, пронизано этим предельно разреженным и, следовательно, не доступным к наблюдению веществом. Гюйгенсу много чего пришлось замести под ковер: одно дело – постулировать всеприсутствующую во Вселенной жидкость, и совсем другое – примирить ее существование с известными законами физики. Теорию Гюйгенса не приняли при его жизни – предпочли воззрения Ньютона на свет как на поток частиц.

В 1801 году был поставлен эксперимент, изменивший устоявшиеся взгляды. К тому же, благодаря ему возник важный новый инструмент XIX века для изучения света. Экспериментальная установка выглядела невинно – всего лишь вариация опытов, проводившихся из века в век: пропускание света через щель. Однако английский физик Томас Юнг [Янг] пропустил два луча света от одного источника через две отдельные щели и посмотрел, как эти лучи перекрываются на экране. Он обнаружил некий узор – чередование света и тени, т. е. интерференционную картину. Интерференция в терминах волн объясняется просто. Перекрывающиеся волны в некоторых участках суммируются, а в некоторых – гасят друг друга, подобно гребешкам и ложбинам, наблюдаемым при пересечении кругов на воде. Волновая теория света вернула к жизни теорию эфира.

Возражения к теории Гюйгенса за прошедшие века никуда не делись. Напротив – разгорелась битва нетерпимостей. В одном углу ринга был свет как волновое движение безо всякой среды. Он смахивал на волну на воде в отсутствие воды, и болельщиков у него оказалось немного. В другом углу – свет как волна в среде, которая есть везде, но ее нигде нельзя засечь. Эдакая вода, которая вроде бы всюду, но ее нигде не видно, и этому участнику тоже затруднительно симпатизировать. Быть (но без всякого видимого эффекта) иль не быть? Вот в чем состоял вопрос. Обывателю подобные различения – шило и мыло. Ученым того времени оказался однозначно мил эфир. Всяко лучше, чем «не быть». Незнание физиков, из чего этот эфир состоит, виделось им «несущественным», как писал Э. Г. Фишер в своей книге «Начала натурфилософии» (1827).

Но одному физику – французу Огюстену-Жану Френелю – природа эфира не казалась несущественной. В 1821 году он издал математический трактат о свете. Колебания волн могут быть двух принципиально разных видов: либо вдоль направления движения – как звуковые, например, или как у игрушки Слинки, или под прямым углом к нему, как волны по веревке. Френель показал, что световые волны скорее всего – второго рода. Но такие волны требуют от среды особой эластичности – грубо говоря, определенной плотности. А значит, решил Френель, эфир не есть газ или жидкость, пронизывающие Вселенную, а твердое вещество. То, что раньше было плохим и гадким, превратилось в почти невообразимое, но, тем не менее, до конца столетия осталось общепринятым.