Глава 24. Технический эксперт-стажер третьего класса

Проезжая в 1805 году мимо дома Гаусса в Гёттингене, Наполеон возвращался после убедительной победы при Ульме. Император пощадил Гёттинген из уважения к Гауссу, однако и место его победы вскоре станет столь же почитаемым: там родится один из, быть может, величайших физиков в истории человечества – Альберт Эйнштейн. Случилось это в 1879-м – в год смерти Максвелла.

В отличие от Гаусса, Эйнштейн вундеркиндом не был. Заговорил он поздно – утверждают, в три года. В общем, тихий и замкнутый ребенок. Его учили на дому – до того дня, когда он вдруг закатил истерику и швырнул в учителя стулом. В начальной школе успехи его были так себе. Временами все получалось, но некоторые учителя держали его за бестолочь или даже за умственно отсталого. К сожалению – и тогда, и ныне – зубрежку считали ключевой частью школьных занятий, а зубрить Эйнштейн никогда не умел. Учителя всегда с готовностью поощряли детей, которые мгновенно кричали с места: «Север!» – в ответ на вопрос, куда указывает стрелка компаса, но не ценили ребенка, который задумывается над вопросом – как это бывало с пятилетним Эйнштейном, – какие такие силы заставляют стрелку двигаться. Нельзя сказать, что немецкие школы никак не развились со времен Бюттнера и Гаусса. В наказание за неправильный ответ детей больше не пороли – современные технологии предписывали резко бить по костяшкам пальцев. Скрытый за эйнштейновыми небыстрыми ответами гений был всего лишь стратегией испуганного ребенка: боясь наказания, он всегда по нескольку раз проверял ответ в уме, прежде чем выпаливать вслух.

На школьных собраниях родители девятилетнего Альберта, вероятно, выслушивали что-нибудь вроде: юный Альберт хорош в математике и латыни, но сильно отстает по всем остальным предметам. Легко представить сомнения его учителей и беспокойство родителей. Выйдет ли когда-нибудь толк из этого четвероклашки? К тринадцати годам Эйнштейн уже демонстрировал небывалые способности к математике. Он взялся за более сложные математические знания вместе с другом постарше и с дядей. Кроме того – изучал работы Канта, особенно его воззрения на время и пространство. Кант, может, и ошибался насчет роли интуиции в математических доказательствах, однако его соображения о том, что время и пространство суть плоды нашего восприятия, заинтересовали Эйнштейна еще подростком. И хотя человеческая психология тут не при чем, субъективность измерения пространства и времени и дали относительности ее название.

К 1895 году молодой Эйнштейн уже знал об эксперименте Майкельсона-Морли, о работах Физо и Лоренца. И хотя тогда Эйнштейн еще принимал концепцию эфира, он понял: независимо от того, с какой скоростью движешься, догнать световую волну не удастся. Относительность уже была на подходе.

Внеклассные интеллектуальные увлечения Эйнштейна никак не упрощали ему школьной жизни. Пятнадцатилетнему Альберту учитель греческого – очевидно, не слишком нежный тип – сказал при всем классе, что мальчик интеллектуально безнадежен, тратит попусту общее время и должен покинуть школу немедленно. Он предусмотрительно произнес это по-немецки, а не по-гречески, потому что в противном случае Альберт его бы не понял. Немедленно класс он не покинул, однако вскоре принял учительский совет. Он добыл у семейного врача справку о том, что у него намечается нервный срыв, и еще одну – у своего учителя математики; в ней говорилось, что всю математику, какая есть по программе, Альберт уже освоил. Он отнес оба документа директору школы, и ему разрешили бросить учебу.

В то время Альберт жил в общежитии – его родители переехали в Италию. Теперь он мог к ним туда приехать. И хотя из школы его, может, выперли за здорово живешь, его такая жизнь вполне устраивала. Следующие полгода будущий гуру физики и соперник Исаака Ньютона гарцевал по Милану и его окрестностям. Когда его спрашивали, какие у него планы на трудоустройство, он говорил, что настоящую работу даже обсуждать не желает. Он готов рассмотреть приглашение стать преподавателем философии в колледже. К сожалению, философские факультеты университетов не рвались нанимать школьников-недоучек. Даже преподавание в школе требовало университетского диплома. Тут не надо быть Эйнштейном, чтобы понять: единственный оставшийся вариант – получать удовольствие.

Однако отец Альберта Герман тоже был Эйнштейн, между прочим, и этот Эйнштейн такое спускать сыну не собирался. Признавая за чадом математический дар, он нудил, улещивал и, в выражениях родного для этой семьи идиша, «капал на мо́зги», покуда Альберт не согласился вернуться в школу и выучиться на инженера-электромеханика. Герман сам электромехаником не был, но пару раз начинал свое дело по продаже электрического оборудования (оба раза погорел). Альберт решил поступать в одну из лучших школ – «Eidgenoessische Technische Hochschule» (ETH) в Цюрихе, известную под множеством разных названий, например, «Политехникум». Университет этот имел международную славу, а также – один из немногих – не требовал диплома гимназии. От абитуриента ожидалось одно – сдать вступительный экзамен. Альберт попробовал. Провалился.

Как обычно, с математической частью экзамена у Альберта проблем не возникло, но кроме нее в экзаменационные тесты входили и дурацкие предметы. Он засыпался на французском, химии и биологии. Поскольку, вероятно, Альберт не горел желанием писать статьи по биохимии на французском, попытка отказать ему в обучении показалась Эйнштейну бессмысленной. Другие тоже так считали. Альберт метил высоко, и на той высоте его математическое дарование не прошло незамеченным.

Хайнрих Вебер, математик и физик, занимавший должность преподавателя физики в той школе, пригласил Альберта вольнослушателем на свои лекции. Директор школы Альбин Херцог организовал Эйнштейну год подготовительного обучения в соседнем заведении. На следующий год Эйнштейн с гимназическим дипломом в руках был допущен к занятиям в ЕТН без пересдачи вступительных экзаменов. Эйнштейн вознаградил доверие Вебера и директора школы, доказав соответствие результатов своих вступительных экзаменов правде жизни: как и ожидалось, учился он плохо. А как иначе? Программа имела ту же дефектную образовательную философию, что и экзамен. Эйнштейн отзывался о ней так: «Приходилось запихивать все это в голову ради экзаменов, нравится тебе оно или нет. Это принуждение так меня подкосило, что, стоило сдать последний экзамен, как мне целый год даже и думать о каких-либо научных задачах было отвратительно».

Эйнштейн продирался сквозь учебную программу по конспектам друга – Марселя Гроссманна, который в дальнейшем сыграет ключевую роль в математической судьбе Эйнштейна. Вебер поведением своего протеже не был доволен, считал его высокомерным. Возможно, все дело в том, что Альберт считал лекции Вебера устаревшими и не достойными посещения. Подобные чарующие манеры Эйнштейна превратили Вебера из наставника в недруга. Летом 1900 года, за три дня до выпускного экзамена, Вебер решил отыграться: он потребовал от Эйнштейна переписать поданную работу, потому что она-де написана не на форменных бланках. Специально для тех, кто родился после 1980 года: в докомпьютерные времена этот трюк невозможно было проделать путем загрузки файла в принтер и нажатием кнопки. Эта работа требовала некоторых утомительных манипуляций, известных под названием «письмо от руки», и оно поглотило то немногое время, что осталось у Альберта для подготовки к экзаменам.

По результатам Эйнштейн оказался третьим из четверых экзаменуемых, но все-таки сдал. Сокурсники получили университетские должности, но ему Вебер дал дурные рекомендации и преградил эту стезю. Эйнштейн тянул лямку, подменяя преподавателей на занятиях, потом давал частные уроки, а 23 июня 1902 года оказался в том самом – теперь уже знаменитом – Швейцарском патентном бюро. Его шикарная должность называлась «технический эксперт-стажер третьего класса». Работая в патентном бюро, Эйнштейн попутно получил докторскую степень в Цюрихском университете. Позднее он вспоминал, как его диссертацию поначалу не взяли, сочтя слишком короткой. Он дописал одну-единственную фразу и подал работу снова. На сей раз ее приняли. Трудно сказать, правдива эта история или просто дурной сон после ночных коньячных возлияний, поскольку никаких свидетельств этому не сохранилось. Тем не менее, она заключает в себе суть научной жизни Эйнштейна в те поры.

Оставив «образование» в прошлом, в 1905 году мозг Эйнштейна взорвался революционными идеями, которых хватило бы на три или четыре Нобелевские премии, если б их давали по каким-нибудь объективным критериям. Этот год оказался самым плодотворным из всех, что когда-либо вообще выпадали ученым, – по крайней мере, со времен Ньютона и его визита к матери на ферму в 1665–1666 году. Кроме того, Эйнштейну недосуг было сидеть и смотреть, как падают яблоки: он добился всех своих результатов, трудясь в патентном бюро. Урожай его состоял из шести статей (пять из них опубликовали в тот же год). Одна основывалась на его докторской диссертации – материях геометрии, вернее – на геометрии материи, а не пространства. Эйнштейн издал свою диссертацию в «Annalen der Physik» под названием «Новое определение размеров молекул», в котором представил новый теоретический метод определения этих самых размеров. Эта работа позднее нашла применение в широком диапазоне научных областей: от движения песчинок в цементных смесях до мицелл казеина (частиц белка) в коровьем молоке. Согласно исследованию, проведенному Абрахамом Пайсом в 1970-х, между 1961 и 1975 годами на эту работу ссылались чаще, чем на любую другую, написанную до 1912 года, включая и работы самого Эйнштейна по теории относительности. Эйнштейн в 1905 году тоже написал две статьи по броуновскому движению – неупорядоченному перемещению крошечных частиц, взвешенных в жидкости, впервые замеченному шотландским ботаником Робертом Броуном [Браун]. Рассуждение Эйнштейна, основанное на представлении о том, что движение происходит за счет случайного бомбардирования молекулами жидкости частиц взвеси, привело к подтверждению новой молекулярной теории материи французским экспериментатором Жаном Батистом Перреном. Перрен за свою работу получил в 1926 году Нобелевскую премию.

В другой статье, написанной в том же 1905-м, Эйнштейн дал объяснение, почему некоторые металлы под воздействием света испускают электроны. Это явление получило название фотоэлектрического эффекта. Вот что в этом феномене требовалось объяснить: для данного металла существует некий порог частоты, ниже которого эффект не наблюдается, независимо от интенсивности облучения. Эйнштейн для объяснения существования этого порога применил квантовую гипотезу Макса Планка: если свет состоит из частиц (позднее их назвали фотонами), чья энергия зависит от частоты излучения, то лишь выше определенной частоты у фотона, сталкивающегося с поверхностью металла, достанет энергии, чтобы выбить из металла электрон.

Эйнштейн включил в свои рассуждения гипотезу Планка с такой дерзостью, будто это мировой физический закон. По тем временам к этой концепции относились как дурно понятому аспекту взаимодействия излучения с материей, и она никого не волновала: в этой области науки и так с лихвой хватало вопросительных знаков. И уж конечно никто – в отличие от Эйнштейна – помыслить не мог, что квантовая гипотеза приложима к излучению: такой подход противоречил хорошо понятой и опробованной теории Максвелла. Как и другая революционная работа Эйнштейна, эта поначалу мало кому показалась убедительной. Лоренц и даже сам Планк возражали доводам Эйнштейна. Ныне мы воспринимаем эту статью как поворотную в истории квантовой теории – наравне с открытием Планком самого кванта. За эту работу Эйнштейн получил в 1921 году Нобелевскую премию по физике. Однако и сейчас – чуть ли не сто лет спустя – он памятен двумя другими публикациями 1905-го. Они заявили начало одиннадцатилетней одиссеи, приведшей ученых в странную новую вселенную искривленного пространства, чью математическую возможность доказали Гаусс и Риман.