илликен доложил о продолжении систематических исследований фотоэлектрического эффекта, которые позднее принесли ему Нобелевскую премию.
Фундаментальный вклад в обоснование квантовой теории был сделан Альбертом Эйнштейном еще во время войны. Он показал, как планковская теория излучения может быть просто выведена на основе того же самого предположения, которое оказалось весьма плодотворным для объяснения спектральных закономерностей и нашло убедительное подтверждение в опытах Франка и Герца по возбуждению атомов электронной бомбардировкой. Остроумные формулировки Эйнштейна общих вероятностных законов для спонтанных радиационных переходов между стационарными состояниями, а также для переходов, индуцированных излучением, и в равной мере – его анализ сохранения энергии и импульса в процессах испускания и поглощения оказались основными для будущего развития квантовой теории.
В Берлине
Эйнштейн продолжал работу над обобщением теории относительности, но пока безуспешно. В 1913 г. Макс Планк и Вальтер Нернст делали все, чтобы переманить талантливого физика в Берлин, где ему предложили должность профессора университета. Он согласился не сразу: ему не хотелось покидать мирную атмосферу гостеприимного Цюриха и погружаться в берлинский мир раздора и высокомерия. После второго визита Планка и Нернста в Цюрих Эйнштейн наконец решился и в апреле 1914 г. переехал с семьей в Германию. Работа в Берлине позволяла с комфортом заниматься теоретической физикой, поскольку не требовала обязательного преподавания, тогда как, напротив, семейная жизнь Эйнштейнов дала трещину, а вскоре супруги и вовсе расстались – Милева с детьми вернулась в Цюрих.
Через полгода началась война. Швейцарское гражданство позволяло Эйнштейну находиться в стороне от милитаристской истерии, но он написал в автобиографическом эссе «Мое мировоззрение»: «Я глубоко презираю тех, кто может с удовольствием маршировать в строю под музыку, эти люди получили мозги по ошибке – им хватило бы и спинного мозга. Нужно, чтобы исчез этот позор цивилизации. Командный героизм, пути оглупления, отвратительный дух национализма – как я ненавижу все это. Какой гнусной и презренной представляется мне война. Я бы скорее дал разрезать себя на куски, чем участвовать в таком подлом деле. Вопреки всему я верю в человечество и убежден: все эти призраки исчезли бы давно, если бы школа и пресса не извращали здравый смысл народов в интересах политического и делового мира» [1, с. 52].
В августе он писал австрийскому физику Паулю Эренфесту: «В обезумевшей Европе творится нечто невероятное. Такое время показывает, к какой жалкой породе животных мы принадлежим. Я тихо продолжаю мирные исследования и размышления, но охвачен жалостью и отвращением» [1, с. 52].
Весь 1915 г. Эйнштейн интенсивно работал над обобщением теории относительности и наконец 25 ноября опубликовал окончательные уравнения гравитационного поля, а уже в следующем году появилась его статья о гравитационных волнах, которая легла в основу современной космологии.
Из общей теории относительности вытекает новое представление о Вселенной – новая космология. Эйнштейн рассматривал гравитационные поля различных тел как искривления пространства-времени в областях, окружающих эти тела. Тела, находящиеся на земной поверхности, вызывают небольшие искривления. Земля, искривляя пространство-время, заставляет Луну двигаться с ускорением. Солнце искривляет пространство-время, так что мировые линии планет кривые. Но помимо этого, быть может, мировое пространство в целом отличается определенной кривизной?
Смысл понятия общей кривизны пространства можно пояснить аналогией с общей кривизной некоторого двумерного пространства, например с поверхностью нашей Земли. Путешествуя по этой поверхности, мы встречаем отдельные искривления – пригорки, холмы, горы; но наряду с ними мы знаем о кривизне поверхности Земли в целом, о том, что все это двумерное пространство является сферической поверхностью. Теперь возьмем четырехмерное пространство-время, т. е. совокупность мировых линий всех тел природы. Эти мировые линии сильнее искривляются вблизи центров тяготения. Но не обладают ли они в целом некоторой общей кривизной? Предпримем, по аналогии с путешествием по поверхности земного шара, путешествие по всему мировому пространству. Мировая линия, изображающая наше путешествие, будет кривой на некоторых участках, там, где мы пересекаем гравитационные поля планет, звезд и т. д. Планета вызывает небольшое искривление мировой линии, звезда – большое. Путешествуя в мировом пространстве, мы попадаем в межгалактическую область, где тяготение незначительно и мировая линия выпрямляется. Затем она снова проходит через ряд четырехмерных пригорков и гор – новую галактику. Но существует ли здесь общая кривизна Вселенной в целом, аналогичная общей кривизне двумерной поверхности Земли? Двигаясь по кратчайшему пути между двумя точками поверхности Земли, т. е. по дуге меридиана или экватора, мы в конце концов опишем окружность и попадем в исходную точку. Соответственно, если мир в целом обладает кривизной, то мы вернемся в исходную мировую точку.
Параллельно Эйнштейн продолжил работу над квантовой теорией. В 1916 г. он открыл еще одну корпускулярную составляющую света (импульсное излучение кванта) и предсказал существование явления вынужденного излучения – физической основы работы любого лазера, созданного 40 лет спустя. В том же году Эйнштейн сменил Планка на посту председателя Немецкого физического общества. Император Вильгельм II назначил талантливого ученого в совет директоров Физико-технического института немецкого рейха.
В научных кругах Альберт Эйнштейн стал известен с 1914 г. Всемирное признание и слава пришли к нему в 1919 г., когда были представлены первые доказательства его теории отклонения света под воздействием гравитационного поля солнца. Это доказывало его общую теорию относительности и самое удивительное ее положение – искривление пространства-времени.
В 1919 г. состоялась специальная экспедиция Лондонского королевского общества. Целью было исследование предсказанного Эйнштейном искривления световых лучей солнечной массой и подтверждение общей теории относительности. 7 ноября того же года лондонская газета Times жирным шрифтом напечатала заголовок: «Научная революция. Новая теория Вселенной. Ньютон низложен». Революция, тем более удивительная для публики, что никто не знал толком, что же такое «общая теория относительности».
В этом же году Эйнштейн официально развелся с Милевой Марич, которой письменно обещал отдать все деньги за Нобелевскую премию. И действительно, он отдал ей 32 000 долларов, когда получил Нобелевскую премию в 1922 г. Милева очень тяжело переживала развод, длительное время находилась в депрессии и даже лечилась у психоаналитиков.
Через несколько месяцев после развода Эйнштейн женился на своей кузине Эльзе Левенталь, в девичестве Эйнштейн. Многие биографы утверждают, что связь Эйнштейна и его кузины началась с переписки еще в 1912 г., а спустя несколько лет, в 1917 г., когда из-за плохого питания в воюющей Германии Эйнштейн захворал и врачи диагностировали у него острую болезнь печени, Эльза решительно взяла на себя уход за ним.
Эльза была весьма привлекательная, еще довольно молодая женщина с мягкими манерами и большим чувством юмора, к тому же имевшая много общего с Альбертом по части мировоззрения и некоторых склонностей характера. У нее было две дочери от первого брака – Ильза и Марго. Эйнштейн их удочерил и находился с падчерицами в прекрасных отношениях.
В начале 1920-х гг. Эйнштейн уже пользовался такой широкой известностью, какой не имел ни один его коллега. Польский физик-теоретик Леопольд Инфельд высказал некоторые интересные соображения о причинах беспрецедентного роста популярности автора теории относительности: «Это произошло после окончания Первой мировой войны. Людям опротивели ненависть, убийства и международные интриги. Окопы, бомбы, убийства оставили горький привкус. Книг о войне не покупали и не читали. Каждый ждал эры мира и хотел забыть о войне. А это явление способно было захватить человеческую фантазию. С земли, покрытой могилами, взоры устремлялись к небу, усеянному звездами. Абстрактная мысль уводила человека вдаль от горестей повседневной жизни. Мистерия затмения Солнца и сила человеческого разума, романтическая декорация, несколько минут темноты, а затем картина изгибающихся лучей – все так отличалось от угнетающей действительности» [1, с. 62].
В те годы в берлинскую квартиру Эйнштейна постоянно приезжали гости со всего мира. Они хотели обсудить физические, математические, философские, моральные, религиозные вопросы или просто получить помощь. Эйнштейны – Альберт, Эльза, Ильза и Марго – занимали квартиру из девяти комнат. С ними жила и мать Эйнштейна Паулина, скончавшаяся впоследствии в 1920 г. Дом был расположен в сравнительно новом районе западной части Берлина. Этот район назывался Баварским кварталом по наименованию улиц, носивших баварские названия. Широкие, прямые перспективы, тенистые деревья и новые дома привлекали сюда зажиточные семьи. Дом, в котором жил Эйнштейн, был похож на тысячи других в Берлине. Здесь был маленький сад со статуей святого Георгия, попирающего дракона. Квартира изнутри представляла собой типичный уголок мелкобуржуазной Германии и была обставлена в соответствии со вкусами Эльзы. У Альберта была большая библиотека и кабинет, в котором он работал. В дальнейшем в 1929 г. Эйнштейны построили летний дом в Капуте около Потсдама, где и проживали до отъезда из Германии.
Научное турне по миру
Еще в 1919 г. Эренфест усиленно уговаривал Эйнштейна переехать в Лейден, на что тот отвечал: «Я обещал Планку не покидать Берлин, пока обстановка здесь не ухудшится настолько, что сам Планк признает мой отъезд естественным и правильным. Было бы неблагодарностью, если бы я, не будучи вынужден, частично из-за материальных выгод покинул страну, в которой осуществляются мои политические чаяния, покинул людей, которые окружали меня любовью и дружбой и для которых мой отъезд в период начавшегося упадка показался бы вдвойне тяжелым… Я смогу уехать, если развитие событий сделает невозможным дальнейшее пребывание в Германии. Если дела пойдут иначе, мой отъезд будет грубым нарушением слова, данного Планку. За такое нарушение я бы упрекал себя впоследствии» [1, с. 58].