«А вы верите, что существуют шарики, которые расплющиваются, когда движутся?» Иоффе ответил: «Да, я уверен, что они существуют, но мы не все о них знаем, а следовательно, надо их изучать». Достоинство великих людей не в их странностях, а в ' умении работать и признавать свою неправоту. Через два года в Мюнхенском физическом институте было снято «электронное ;табу». Более того, Рентген, словно желая искупить свою вину, пригласил на кафедру теоретической физики самого Лоренца — создателя электронной теории, хотя последний и не смог принять это предложение.
А дифракция рентгеновских лучей вскоре стала не просто достоянием физиков, а положила начало новому, очень сильному методу исследования структуры вещества — рентгеноструктурному анализу. В 1914 г. М. Лауэ за открытие дифракции рентгеновских лучей, а в 1915 г. отец и сын Брэгги за изучение структуры кристаллов с помощью этих лучей стали лауреатами Нобелевской премии по физике. В настоящее время мы знаем, что рентгеновские лучи — это коротковолновое электромагнитное излучение с большой проникающей способностью.
Закончить рассказ о Рентгене нам хотелось бы словами одного из создателей советской физики А. Ф. Иоффе, хорошо знавшего великого экспериментатора: «Рентген был большой и цельный человек в науке и жизни. Вся его личность, его деятельность и научная методология принадлежат прошлому. Но только на фундаменте, созданном физиками XIX в. и, в частности. Рентгеном, могла появиться современная физика».
"*" Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям. Их изучение привело к новым открытиям, одним из которых явилось открытие радиоактивности.
Предшественники А. Эйнштейна немало сделали для появления теории относительности. Однако, развивая электродинамику и стремясь объяснить опыты, они опирались на концепцию эфира. Подойдя к принципу относительности, они не смогли поставить вопрос о постоянстве и особенно о предельном значении скорости света. Это и было сделано А. Эйнштейном (1879—1955). Основополагающая работа Эйнштейна по теории относительности называлась «К электродинамике движущихся сред». Она поступила в редакцию журнала «Анналы физики» 30 июня 1905 г. Работа состояла из двух частей. В первой из них были изложены основы новой теории пространства и времени, во второй — применение этой теории к электродинамике движущихся сред. В основу своей теории Эйнштейн кладет два постулата:
1. Принцип относительности — в любых инерциальны.х системах все физические процессы — механические, оптические, электрические и другие — протекают одинаково.
2. Принцип постоянства скорости света — скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направлениях, во всех инерциальных системах и равна 3-108 м/с.
Исходя из этих постулатов, Эйнштейн получил формулы преобразования координат и
времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Он назвал их, как и Пуанкаре, преобразованиями Лоренца. Как известно, преобразования Галилея для случая равномерного движения вдоль оси ох подвижной системы относительно неподвижной имели такой вид:
х'=х—vt; (y'=y; z'=z; t¢=t. Преобразования же Лоренца выглядят так:
x – vt t – xv/c2 v
x¢ =----------- ; y´= y; z´= z ; t´= --------------, где β = ----
√ 1 – β2 √ 1 – β2 c
Но если у Лоренца эти преобразования скорее были математическим приемом, то у Эйнштейна они означали замену классических представлений о пространстве и времени новыми представлениями. Из этих преобразований можно получить длину тела в разных системах отсчета. Оказалось, что она будет различной. Эйнштейн не удивляется этому. Для него размер тела является величиной не абсолютной (одинаковой во всех системах отсчета), а относительной — зависящей от системы отсчета. Так же обстоит дело и со временем. Если до Эйнштейна считали, что время везде и всегда течет одинаково (t'=t), то в теории относительности время между двумя одними и теми же событиями будет различным в разных системах отсчета. Так в теории относительности пространство и время потеряли свой абсолютный характер.
Из второго постулата Эйнштейна следовало, что скорость света в вакууме является предельной величиной. А раз так, то преобразование Галилея для скоростей u==v+v', по которому могла получиться скорость, большая скорости света, тоже должно быть заменено новым. В теории относительности формула сложения скоростей выглядит так:
v+v'
u = ------------
1+ vv'/c2
В том же 1905 г. вслед за первой статьей была опубликована небольшая заметка Эйнштейна, где автор находит связь между массой и энергией. «Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии», — заключает Эйнштейн. Так появилось в науке знаменитое соотношение Е=тс2.
В 1907 г. выходит новая работа А. Эйнштейна «О принципе относительности и его следствиях». В ней автор вновь говорит о связи массы и энергии и для проверки этого соотношения обращается к радиоактивным процессам. Подсчеты показали, что для проверки формулы на известных в то время радиоактивных превращениях нужно знать атомные массы элементов с точностью до пятого знака. Эйнштейн писал: «Это, конечно, недостижимо. Однако не исключено, что будут открыты радиоактивные процессы, в которых в энергию радиоактивных излучений превращается большая часть массы исходного атома, чем в случае радия». Мы знаем, что предсказание великого ученого сбылось и его знаменитая формула получила подтверждение в ядерных реакциях.
Очень интересна последняя часть работы, где ставится вопрос о распространении принципа относительности на системы, движущиеся с ускорением. Именно здесь впервые появился принцип эквивалентности, согласно которому инертная масса тела равна его гравитационной массе или, что то же самое, силы гравитации физически эквивалентны силам инерции. На основе этого принципа Эйнштейн исследует влияние гравитации на ход часов и распространение света. Он делает вывод, что любой физический процесс протекает тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс, и что световые лучи искривляются в гравитационном поле. Итак, в 1907 г. Эйнштейн закладывает первые основы общей теории относительности (ОТО), над разработкой которой он неустанно работал 10 лет. Теория же, созданная им в 1905 г., в которой принцип относительности был сформулирован только для ннедциальных систем, получила название специальной (частной) теории относительности (СТО).
Период с 1905 по 1907 г. был для Эйнштейна исключительно плодотворным. Кроме теории относительности, он создает в этот период теорию броуновского движения, разрабатывает квантовую теорию света и на основе ее объясняет явление фотоэффекта, создает квантовую теорию теплоемкости. Любой из этих работ было бы достаточно, чтобы обессмертить имя автора, создавшего в 1916 г. еще одну из основополагающих теорий физики XX в.— общую теорию относительности.
Каков же жизненный и творческий путь этого выдающегося ученого и замечательного человека?
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 г. в небольшом немецком городке Ульме. Отец его, Герман Эйнштейн, окончил в свое время Штутгартскую гимназию, показав при этом хорошие математические способности. Но трудное материальное положение семьи не позволило ему поступить в университет. Он очень любил природу и сумел всей семье привить эту любовь. Мать Альберта прекрасно играла на пианино и пела. Музыка и немецкая классическая литература были постоянными спутниками жизни семьи Эйнштейнов. Альберт рос тихим, молчаливым ребенком, редко резвился с детьми. Среди товарищей он приобрел репутацию самого справедливого. Уже в детские годы он делал все основательно. В шесть лет Альберта стали обучать игре на скрипке. Однако довольно долго это занятие было почти безрезультатным. В течение семи лет он, как говорят, добросовестно тянул скучную лямку. Но взявшись за сонаты Моцарта и ощутив их гармонию и эмоциональность, он с громадным упорством принялся оттачивать технику игры. Наконец Моцарт зазвучал в его исполнении, и музыка стала для него наслаждением.
Начальное образование Эйнштейн получил в католической школе. Десяти лет он поступил в гимназию. Однако обстановка в школе и гимназии плохо вязалась со склонностями и характером подростка. Муштра, зубрежка и первые горькие уроки антисемитизма тяжело ранили душу будущего ученого.
Одним из любимых предметов Эйнштейна была математика. Интерес к ней у будущего ученого появился довольно рано (в 12 лет). Однажды перед началом учебного года Эйнштейн впервые приобрел учебник геометрии (с алгеброй он был уже знаком). И первая же страница настолько захватила его, что он не мог оторваться от книги, не прочитав ее до конца.
Говорят, будто в Мюнхене один из учителей сказал Альберту:
«Из Вас, Эйнштейн, никогда ничего путного не выйдет». Но уже в это время Эйнштейн становится первым учеником по точным наукам. В возрасте от 12 до 16 лет, как вспоминал сам Эйнштейн, он овладел основами математики, включая интегральное и дифференциальное исчисление. Когда у него, ставшего уже знаменитым, спросили, от кого из родителей он унаследовал свой научный талант, Эйнштейн скромно ответил: «У меня нет никакого таланта, а только страстное любопытство». Весной 1895 г. Эйнштейн покинул Мюнхенскую гимназию.