Профессиональный рост

Рассел, Пуанкаре, Планк, Гильберт и Эйнштейн – философские революции, связанные с этими прославленными именами, и были темой оживленных разговоров в венской кофейне на встречах Urkreis. Но вскоре компания распалась: Ганс Ган в 1911 году получил место в Черновцах, а Филипп Франк в 1912 году – в Праге. Рихард фон Мизес еще в 1909 году стал профессором в Страсбурге. Молодые ученые должны быть всегда готовы услышать зов издалека, иначе им не удастся сделать карьеру в академическом мире.

Разумеется, это относилось и к Альберту Эйнштейну. Первый шаг в его карьере был коротким: он привел из патентного бюро в Берне в Цюрихский университет, где Эйнштейн стал адъюнкт-профессором. Его ровесник, венский физик Фридрих Адлер, тоже мог претендовать на ту же должность, и цюрихские социал-демократы, несомненно, поддержали бы его, но Адлер предпочел не подавать заявления, поскольку прекрасно понимал масштабы таланта Эйнштейна, с которым вместе учился.

Вскоре молодые физики подружились. У них были квартиры в одном доме, и они часто проводили вместе вечера. “У нас выработалось много параллелей”, как писал Адлер отцу. И в самом деле, сходство было даже пугающим: они практически одновременно женились, причем оба – на необычайно умных и способных студентках из Восточной Европы, у них были дети примерно одного возраста, которые часто играли вместе, они писали диссертации у одного и того же руководителя, который обоих доводил до бешенства, вели похожий богемный образ жизни и придерживались близких взглядов и в политике, и в науке.

Фридрих Адлер, этот Doppelgänger – темный двойник – Эйнштейна, имел все основания войти в Urkreis; сходилось все – кроме того, что в те годы он жил не в Вене. Мало того, его отец Виктор Адлер, основатель Австрийской социал-демократической партии, настаивал, чтобы Фридрих поехал учиться за границу, поскольку опасался, что дома он отвлечется на политику. Юный Адлер, как и Эйнштейн, изучал математику и физику в Цюрихе и окончил Политехникум. После чего быстро завоевал признание как физик, однако его голова была забита идеями Маха. И подобно тому как Эрнст Мах отказывался верить в атомы, Фридрих Адлер скептически относился к недавно открытым электронам. Ведь эти новомодные гипотетические частицы еще меньше атомов, а значит, их даже труднее увидеть!

В 1911 году Эйнштейна переманили из Цюриха в Прагу – предложили должность штатного профессора теоретической физики в бывшем институте Эрнста Маха. На свое цюрихское место Эйнштейн предложил кандидатуру Адлера. Однако Адлер отказался, поскольку к тому времени переключился с физики на политику. Опасения его отца, увы, оправдались.

Фридрих Адлер вернулся в Вену и посвятил себя борьбе за социал-демократические идеи. Физику он отложил в долгий ящик, кисло отметив, что “мои идеи в этой области оказались недоступными для других физиков”. Но вскоре его новые коллеги начали сетовать, пусть на первых порах и в шутку, что его мышление излишне математично и что он пал жертвой “логической чумы”.

Эйнштейн тоже живо интересовался политикой, но в отличие от Адлера не мог отречься от первой любви – физики. Тем не менее, чтобы занять должность профессора в Австрии (в то время Прага находилась еще в Австрии), он должен был сообщить, какого он вероисповедания. Какое именно вероисповедание он укажет, было безразлично, но что-то нужно было написать – старый монарх Франц Иосиф настаивал на подобных вещах. Эйнштейн охотно подчинился и указал, что принадлежит к древнееврейской вере.

К этому времени он уже работал над радикальным обобщением теории относительности. Специальную теорию относительности потому и называют специальной, что она имеет ограничения – касается только наблюдателей, которые движутся равномерно друг относительно друга, – а общая теория относительности должна была быть гораздо шире и работать и для наблюдателей, которые движутся произвольно друг относительно друга. (Не все знают, что первую теорию относительности стали называть прилагательным “специальная” только после того, как была сформулирована общая теория: тем самым подчеркивалось, что первая теория “специальна”, поскольку ограничивается существенно меньшим классом ситуаций.)

Обобщение с систем отсчета, движущихся равномерно друг относительно друга, на системы отсчета, движущиеся произвольно, означало, что Эйнштейн переключился на системы отсчета, которые движутся друг относительно друга с ускорением. С характерной для него сверхъестественной интуицией Эйнштейн предположил, что гравитация и ускорение каким-то образом глубоко взаимосвязаны. На эту мысль его натолкнула одна особенность ньютонова закона всемирного тяготения. Эту особенность мог заметить кто угодно после Ньютона – наблюдение Эйнштейна было поразительно простым, – но почему-то никто не обратил на него внимания. Фантастически значимая идея, которая была у всех под носом триста лет, но осталась незамеченной. А Эйнштейн нашел эту прекрасную ракушку, когда сидел в одиночестве на берегу моря, и подобрал ее.

Вот что он заметил: каждое тело подвергается воздействию силы тяжести, пропорциональной его массе, однако его сопротивление гравитационному тяготению (как и любому тяготению) тоже пропорционально его массе (таков смысл третьего закона движения Ньютона). Это совпадение, если его можно так назвать, означает, что эти эффекты уравновешивают друг друга. А следовательно, если разные тела подвержены воздействию одного и того же гравитационного поля, они должны двигаться по идентичным траекториям, независимо от массы.

Хорошо, а что все это значит? Эйнштейн со студенческой скамьи в Цюрихе помнил, что то же утверждение применимо к телам в ускоряющейся системе отсчета – то есть, например, к ящику, который падает в сторону Земли со скоростью, растущей с каждым мгновением. Как ни удивительно, если наблюдатель, запертый внутри этого ящика, который несется навстречу неведомому, будет смотреть исключительно на тела внутри ящика, он не сможет сказать, движется ящик или покоится в пустом пространстве, поскольку все предметы будут парить, как будто гравитация отсутствует и на них не действуют никакие силы (сегодня это явление прекрасно известно как “невесомость”, и все мы видели его в фильмах об астронавтах на орбитальных космических станциях, но в те дни о нем, естественно, никто не слышал и не мог себе его представить – никто, кроме Эйнштейна).

А вот если тот же ящик утаскивает вверх волшебный ангел, который непрерывно ускоряется, то, с точки зрения наблюдателя, внутри предметы будут падать на пол, будто ящик стоит на земле. Короче говоря, картина внутри ящика, который несет ангел, поднимающийся в космос с ускорением, будет неотличимой от картины внутри ящика, который стоит на поверхности Земли (Луны, Венеры и пр.), подвергаясь ее притяжению.

Проделав эти два мысленных эксперимента на основании подмеченного совпадения, Эйнштейн пришел к важнейшему заключению: ускорение и гравитация глубоко аналогичны. А после этого он сделал отважный логический переход: они не просто аналогичны, а неотличимы друг от друга. Это озарение позволило провести неожиданную связь между двумя привычными явлениями, которые на первый взгляд не имеют между собой ничего общего. Эту радикально новую идею Эйнштейн назвал “принципом эквивалентности”, а в дальнейшем вспоминал момент открытия как “самую радостную мысль в моей жизни”.

Ускорение как явление относится к движению, а значит, к пространству и времени и, следовательно, к четырехмерной геометрии. Так Эйнштейн указал на фундаментальную, но до той поры не замеченную связь между геометрией и физикой (а точнее, силой тяготения). Но какова природа этой глубоко концептуальной связи, как она устроена? Эйнштейн бился с этой загадкой много лет в попытках выразить связь в виде точных формул. В какой-то момент он узнал, что над этим же вопросом бесплодно размышляет Давид Гильберт, а Гильберт, безусловно, был более сведущ в математике. Однако Эйнштейна эта новость ничуть не обескуражила, и он не опустил рук. Более того, он усердно следовал логике, подсказанной идеями Эрнста Маха – великого философа, которого Эйнштейн давно боготворил.

Мах утверждал, что инерция тела определяется неподвижными звездами в отдаленных уголках вселенной, а следовательно, зависит от распределения массы во всем пространстве. Это звучало несколько неопределенно, но, по мысли Эйнштейна, указывало в верном направлении. Эйнштейн назвал это “принципом Маха”.

Чтобы понять, что это за принцип, представьте себе, что вы находитесь на Северном полюсе и хотите измерить вращение Земли. Это можно сделать двумя разными способами: либо наблюдать, как точечка света от любой звезды, кроме Полярной, описывает полный круг у вас над головой, либо установить маятник и смотреть, как плоскость его качания медленно вращается, подобно маятнику Фуко в научном музее, пока не вернется в исходное положение. Интересно, что результаты этих двух измерений совпадут.

В сентябре 1910 года, когда Эйнштейн приехал в Вену, чтобы прийти в соответствующее учреждение и официально сообщить, какого вероисповедания придерживается, он воспользовался случаем и навестил Эрнста Маха в его скромной квартирке за городом. Это было за шесть лет до смерти Маха. Старый ученый, которого разбил инсульт, стремительно терял слух, однако юного отступника принял с радостью. Мах много лет мечтал познакомиться с первооткрывателем новомодной теории относительности. Он уже просил Филиппа Франка объяснить ему, что такое пространство-время. Беседа Эйнштейна и Маха, разумеется, коснулась и атомной гипотезы, и философии науки. Действительно ли общие законы физики – всего лишь экономный способ упорядочить данные наблюдений? Для Эйнштейна было большим облегчением узнать, что слово “экономный” Мах употребляет не в психологическом, а в логическом смысле. Это было гораздо ближе его собственным представлениям, чем формулировки в трудах Маха. Что касается идеи, что атомы существуют в действительности, то Мах признал, что она поистине экономна, а следовательно, научно правомерна, поскольку способна объединять набор наблюдений, которые в ином случае остались бы разрозненными. Эйнштейн понимал, что со стороны Маха это серьезная уступка, и из деликатности не стал развивать тему. В тот же день он нанес визит и знаменитому Виктору Адлеру, отцу своего друга Фридриха.

Прага показалась Эйнштейну очень красивой, но удержать надолго не смогла, хотя он добродушно замечал, что заседания кафедры в тамошнем университете были занимательнее любой постановки в местных театрах. Покинув этот великий город, Эйнштейн неоднократно публично заявлял, что вопреки слухам не столкнулся там с антисемитизмом. Это был его первый шаг к тому, чтобы стать выразителем мнений своего “племени”, как он выражался.

В 1912 году Эйнштейн вернулся в Цюрих, на сей раз уже как штатный профессор, однако вскоре непоседливый релятивист снова переехал, на сей раз в Институт кайзера Вильгельма в Берлине – предшественник современных институтов Макса Планка. Тем самым Эйнштейн автоматически вернул себе немецкое гражданство. Германский рейх обеспечивал идеальные условия для этой общепризнанной восходящей звезды физики. Венские журналисты кисло отметили, что ни один австрийский институт не в состоянии соперничать с теми возможностями, которые предоставлял своим исследователям Институт кайзера Вильгельма.

Преемником Эйнштейна в Праге по его рекомендации стал бывший ученик Больцмана Филипп Франк, этот столп Urkreis. Друг Франка Ганс Ган, математик, покинул Вену еще в 1911 году, чтобы стать профессором в Черновицком университете, который был основан в 1875 году в самом отдаленном уголке Габсбургской империи. В дальнейшие годы вопрос о принадлежности этого плавильного котла национальностей к Украине, Польше или Румынии стал предметом бурных споров. Но тогда, в 1911 году, Черновцы просто принадлежали Габсбургам. Это была столица одной из земель Короны – герцогства Буковинского. Тут уж все ясно как день! И теперь новоиспеченный профессор Ган мог жениться безо всяких сомнений. Его избранницей стала Лилли Минор, которая вместе с сестрой Гана Ольгой была одной из первых женщин в Вене, получивших докторскую степень по математике.

Назначение Гана в Императорский и Королевский университет Франца Иосифа в Черновцах было типичным первым шагом в обычном cursum honorum в далеких сельскохозяйственных провинциях, который еще называли Ochsentour – буквально “воловья тропа” – медленное и трудное продвижение по карьерной лестнице. В идеале такой окольный путь через провинцию должен был привести молодого ученого, если все пойдет по плану, в Венский университет с перевалочными станциями в Праге, Граце и тому подобных местах. Точно так же венские актеры вынуждены были прокладывать себе дорогу к вершинам – к вожделенному Burgtheater, главной сценической площадке города. Нет нужды говорить, что до конца добирались не все, как профессора, так и актеры.

Однако юный Ганс Ган, похоже, ни секунды не сомневался, что когда-нибудь вернется в Вену. Более того, накануне отбытия в Ochsentour он объявил своим приятелям по кофейне, что, как только вернется, они возобновят регулярные диспуты по четвергам вечером, но на сей раз “при поддержке университетского философа”.

Любопытно, что именно так и произошло – всего-то пятнадцать лет спустя.