Часть 1.

А. ЭЙНШТЕЙН, Л. ИНФЕЛЬД.

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ.

(Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - М., 1965. - С. 7-14, 47-50, 243-296)

РАЗВИТИЕ ИДЕИ ОТ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ПОНЯТИЙ ДО ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ И КВАНТОВ

I. РАСЦBET МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ВОЗЗРЕНИЯ.

Великая повесть о тайнах природы.— Первая руководящая идея.— Векторы.— Загадка движения.— Еще одна руководящая идея.—Является ли теплота субстанцией. — Увеселительная горка.— Мера превращения. — философские воззрения.— Кинетическая теория вещества.

ВЕЛИКАЯ ПОВЕСТЬ О ТАЙНАХ ПРИРОДЫ

В нашем воображении рисуется книга. Это искусно написанная повесть о событиях, обстоятельства которых скрыты от нас под покровом загадочных тайн. Повесть эта дает нам все существенные путеводные нити и заставляет нас создать свою собственную теорию происходящего. Если мы внимательно следуем замыслу повести, мы приходим к полному раскрытию всех обстоятельств еще раньше, чем автор раскрывает их в конце книги. Само это раскрытие, если речь идет не о плохой повести, не разочаровывает нас: оно появляется в тот самый момент, когда мы его ждем.

Можем ли мы уподобить читателя такой книги ученым, которые через все следующие друг за другом поколения продолжают добиваться раскрытия тайн в книге природы? Сравнение неверно и его нужно впоследствии отбросить, но оно имеет некоторое оправдание; его следует расширить и видоизменить, чтобы сделать более соответствующим попыткам науки разгадать тайну Вселенной.

Эта великая повесть о тайнах еще не окончена. Мы даже не можем быть уверены в том, что она имеет окончательное завершение. Но уже само чтение дало нам много. Оно научило нас основам языка природы. Оно позволило нам понять многие путеводные нити и было источником радости и духовного подъема в периоды усиленного продвижения науки. Но мы ясно представляем себе, что, несмотря на все прочитанные и разобранные тома, мы еще далеки от ее конца, если, конечно, такой конец вообще существует. В каждой стадии мы стремимся найти объяснение, находящееся в согласии с уже открытыми идеями.

Теории, принятые в качестве пробных, объяснили много фактов, но никакого общего решения, совместимого со всем тем, что нам известно, пока еще не достигнуто. Очень часто совершенная на вид теория оказывалась неверной. Появляются новые факты, которые противоречат теории или же не объясняются ею. Чем больше мы читаем, тем более полно и высоко оцениваем совершенную конструкцию книги, хотя полная разгадка ее тайн кажется все удаляющейся по мере того, как мы продвигаемся вперед.

Со времени великолепных рассказов Конан-Дойля почти в каждой детективной новелле наступает такой момент, когда исследователь собрал все факты, в которых он нуждается, по крайней мере, для некоторой фазы своей проблемы. Эти факты часто кажутся совершенно странными, непоследовательными и в целом не связанными. Однако великий детектив заключает, что в данный момент он не нуждается ни в каких дальнейших розысках и что только чистое мышление приведет его к установлению связи между собранными фактами. Он играет на скрипке, или, развалившись в кресле, наслаждается трубкой, как вдруг, о Юпитер, эта связь найдена! Он не только уже имеет в руках объяснение всех обстоятельств дела, но он знает, какие другие определенные события должны были случиться. Так как теперь он совершенно точно знает, где искать их, он может, если ему хочется, идти собирать дальнейшие подтверждения своей теории.

Ученый, читая книгу природы, если нам позволено будет повторить эту банальную фразу, должен сам найти разгадку, потому что он не может, как это часто делает нетерпеливый читатель других повестей, обратиться к концу книги. В нашем случае читатель — это тоже исследователь, который ищет, как объяснить, хотя бы отчасти, связь событий между собой. Чтобы получить даже частичное решение этой задачи, ученый должен собирать неупорядоченные факты и своим творческим мышлением делать их связанными и понятными.

Наша цель — в последующих страницах описать в общих чертах, какова работа физиков, соответствующая чистому мышлению исследователя. Мы будем, главным образом, касаться роли мыслей и идей в смелых исследованиях, имеющих целью познание физического мира.

ПЕРВАЯ РУКОВОДЯЩАЯ ИДЕЯ

Попытки прочитать великую повесть о тайнах природы так же стары, как н само человеческое мышление. Однако лишь немногим более трех столетий назад ученые начали понимать язык этой повести. С того времени, т. е. со времени Галилея и Ньютона, чтение продвигалось быстро. Развилась техника исследования, систематические методы отыскания и изучения руководящих идей. Были разрешены некоторые загадки природы, хотя многие решения в свете дальнейших исследований оказались временными и поверхностными.

Самая фундаментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за ее сложности,— это проблема движения. Все движения, которые мы встречает в природе,— движение камня, брошенного в воздух, движение плывущего в море корабля, движение повозки, тянущейся вдоль улицы,— в действительности очень сложны. Чтобы понять все эти явления, лучше всего начать с наиболее простых возможных случаев и постепенно продвигаться к более сложным. Рассмотрим тело, находящееся в покое. Чтобы изменить положение такого тела, необходимо оказать некоторое воздействие на него, толкнуть или поднять, или заставить действовать на него другие тела, например лошадь или паровую машину. Наша интуиция связывает движение с такими действиями, как толчок или тяга. Повторение опыта заставило бы нас отважиться на дальнейшее утверждение, что если мы хотим, чтобы тело двигалось быстрее, мы должны толкать его сильнее. Кажется естественным заключение, что чем сильнее действие, оказываемое на тело, тем больше будет его скорость. Карета, запряженная четверкой лошадей, движется быстрее, чем карета, запряженная парой. Таким образом, интуиция говорит нам, что скорость существенно связана с внешним воздействием.

Для читателей детективных выдумок привычно, что фальшивая нить запутывает повесть и отдаляет ее разрешение. Метод рассуждения, навязываемый интуицией, неверен и приводит к ложным идеям о движении, которые сохранялись в течение столетий. Может быть, главным основанием продолжительной веры в эту интуитивную идею повсюду в Европе был великий авторитет Аристотеля. В “Механике”, в продолжение двух тысяч лет приписываемой ему, мы читаем:

“Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие”.

Открытие, сделанное Галилеем, и применение им методов научного рассуждения были одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли, и оно отмечает действительное начало физики. Это открытие учит нас тому, что интуитивным выводам, базирующимся на непосредственном наблюдении, не всегда можно доверять, так как они иногда ведут по ложному следу.

Но где интуиция ведет к ошибкам? Правильно ли сказать, что карета, запряженная четверкой лошадей, должна двигаться быстрее, чем запряженная только двумя?

Проверим ближе основные факты движения, начиная с простых повседневных опытов, хорошо известных человечеству с начала цивилизации и полученных в жестокой борьбе за существование.

Предположим, что некто, идущий по горизонтальной дороге с багажной тележкой, внезапно перестает ее толкать. Тележка будет двигаться еще некоторое время, пройдя небольшое расстояние, а затем остановится. Мы спрашиваем: как можно увеличить это расстояние? Для этого имеются различные способы, например смазывание колес или устройство более гладкой дороги. Чем легче вращаются колеса и чем ровнее дорога, тем дальше будет двигаться тележка. А что же дает смазывание колес или сглаживание неровностей пути? Только одно: становится меньше внешнее влияние. Уменьшается эффект, называемый трением, как в колесах, так и между колесами и дорогой. Это уже теоретическое толкование наблюдаемых данных, толкование, которое пока еще произвольно. Один важный шаг дальше, и мы попадем на правильный след. Представим себе совершенно гладкий путь и колеса, вовсе не имеющие трения. Тогда ничто не остановит тележки и она будет катиться вечно. Этот вывод достигнут только размышлением об идеализированном эксперименте, который никогда не может быть осуществлен, так как невозможно исключить все внешние влияния. Идеализированный эксперимент указывает путь, на котором фактически были установлены основы механики движения.

Сравнивая оба метода подхода к проблеме, мы можем сказать, что интуитивная идея такова: чем больше воздействие, тем больше скорость. Таким образом, наличие скорости показывает, действуют ли на тело внешние силы. Новый же путь, указанный Галилеем, таков: если ничто не толкает и не тянет тело или если на тело ничто не действует каким-либо другим образом, короче говоря, если на тело не действуют никакие силы, оно покоится или движется прямолинейно и равномерно, т. е. всегда с одинаковой скоростью по прямой. Следовательно, скорость сама по себе не показывает, действуют ли на тело внешние силы или нет. Правильный вывод Галилея был сформулирован спустя поколение Ньютоном в виде закона инерции. Этот закон — обычно первое из физики, что мы выучиваем в школе наизусть, и многие из нас могут его вспомнить.

Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменять его под влиянием действующих сил.

Мы видели, что закон инерции нельзя вывести непосредственно из эксперимента, его можно вывести лишь умозрительно — мышлением, связанным с наблюдением. Этот идеализированный эксперимент никогда нельзя выполнить в действительности, хотя он ведет к глубокому пониманию действительных экспериментов

Из многообразия сложных движений в окружающем нас мире мы выбираем в качестве первого примера прямолинейное и равномерное движение. Это движение — простейшее, ибо при этом на движущееся тело не действуют никакие внешние силы. Однако прямолинейное и равномерное движение никогда нельзя реализовать; камень, брошенный с башни, или тележка, толкаемая вдоль дороги, никогда не могут двигаться абсолютно прямолинейно и равномерно, потому что мы не можем полностью исключить влияния внешних сил.

В хорошей повести о загадочных тайнах самые очевидные нити часто ведут к ложным подозрениям. В наших попытках понять законы природы мы подобным же образом находим, что самое очевидное интуитивное объяснение зачастую бывает ложным.

Человеческое мышление творит вечно изменяющуюся картину вселенной. Вклад Галилея в науку состоял в разрушении интуитивного воззрения и в замене его новым. В этом — значение открытия Галилея.

Но немедленно же возникают дальнейшие вопросы о движении. Если не скорость является показателем внешней силы, действующей на тело, то что же тогда? Ответ на этот фундаментальный вопрос был найден Галилеем, а вернее Ньютоном; он образует новую руководящую идею в наших исследованиях.

Чтобы найти правильный ответ, мы должны немного глубже вдуматься в опыт с тележкой на абсолютно гладкой дороге. Прямолинейность и равномерность движения в нашем идеализированном опыте были обязаны отсутствию всех внешних сил. Теперь представим себе, что прямолинейно и равномерно движущаяся тележка получает толчок в направлении движения. Что произойдет при этом? Очевидно, ее скорость увеличится. Так же очевидно, что толчок в направлении, противоположном направлению движения, должен уменьшить скорость. В первом случае движение тележки ускоряется толчком, во втором—замедляется. Вывод вытекает сразу же: действие внешней силы изменяет скорость. Таким образом, не сама скорость, а ее изменение есть следствие толчка или тяги. Сила либо увеличивает, либо уменьшает скорость, соответственно тому, действует ли она в направлении движения или в противоположном направлении. Галилей видел это ясно и написал в своем труде “Беседы о двух новых науках”;

“... скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления,— условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно, ибо, если скорость будет постоянной, движение не может быть уменьшено или ослаблено, а тем более уничтожено”.

Идя по этому верному пути, мы достигаем более глубокого понимания проблемы движения. Основой классической механики, как она сформулирована Ньютоном, является связь между силой и изменением скорости, а не между силой и самой скоростью, как мы думали, согласно интуиции.

Мы использовали два понятия, играющих принципиальную роль в классической механике: силу и изменение скорости. В дальнейшем развитии науки оба эти понятия расширяются и обобщаются. Поэтому они должны быть исследованы подробнее.

Что такое сила? Интуитивно мы чувствуем, что именно обозначается этим термином. Это понятие возникает из усилия, которое мы производим при толчке, броске или тяге, из того мускульного ощущения, которое сопровождает все эти действия. Но обобщение этих понятий выходит далеко за пределы столь простых примеров. Мы можем думать о силе, даже не воображая себе лошадь, тянущую повозку. Мы говорим о силе притяжения между Солнцем и Землей, Землей и Луной, и о таких силах, которые вызывают приливы и отливы. Мы говорим о силе, с которой Земля воздействует на все предметы вокруг нас, удерживая их в сфере своего влияния, и о силе ветра, производящей морские волны и приводящей в движение листья деревьев. Когда и где мы наблюдаем изменение скорости, тогда и там причиною этому является внешняя сила в самом общем смысле. Ньютон писал в своих “Принципах”:

“Воздействующая сила есть действие, оказываемое на тело, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Эта сила проявляется только в действии, она не сохраняется в теле, когда действие прекращается, ибо тело сохраняет всякое новое состояние, которое оно приобретает, исключительно благодаря его инерции. Воздействующие силы имеют различное происхождение: таковы силы удара, давления и центростремительные”.

Если камень падает с вершины башни, его движение неравномерно: его скорость возрастает с падением. Мы заключаем, что в направлении движения действует внешняя сила или, другими словами, что Земля притягивает камень. Возьмем другой пример. Что происходит, когда камень брошен прямо вверх? Скорость уменьшается до тех пор, пока камень не достигнет своей наивысшей точки, после чего он начинает падать на Землю. Это уменьшение скорости вызывается той же силой, что и ускорение падающего тела. В одном случае сила действует в направлении движения, в другом случае — в противоположном направлении. Сила одна и та же, но она вызывает или возрастание скорости или замедление, соответственно тому, падает ли камень или он брошен вверх.

ФИЛОСОФСКИЕ ВОЗЗРЕНИЯ

Результаты научного исследования очень часто вызывают изменения в философских взглядах на проблемы, которые распространяются далеко за пределы ограниченных областей самой науки. Какова цель науки? Что требуется от теории, которая стремится описать природу? Эти вопросы, хотя и выходят за пределы физики, близко связаны с ней, так как наука дает тот материал, из которого они вырастают. Философские обобщения должны основываться на научных результатах. Однако, раз возникнув и получив широкое распространение, они очень часто влияют на дальнейшее развитие научной мысли, указывая одну из многих возможных линий развития. Успешное восстание против принятого взгляда имеет своим результатом неожиданное и совершенно новое развитие, становясь источником новых философских воззрений. Эти замечания неизбежно звучат неопределенно и неостроумно до тех пор, пока они не иллюстрированы примерами, взятыми из истории физики.

Мы постараемся здесь описать первые философские идеи о целях науки. Эти первые идеи сильно влияли на развитие физики до тех пор, пока, около ста лет назад, они не были отброшены благодаря новым данным, новым фактам и теориям, которые в свою очередь образовали новую основу для науки.

Во всей истории науки от греческой философии до современной физики имелись постоянные попытки свести внешнюю сложность естественных явлений к некоторым простым фундаментальным идеям и отношениям. Это основной принцип всей натуральной философии. Он выражен уже в работе атомистов. Двадцать три столетия назад Демокрит писал:

“Условно сладкое, условно горькое, условно горячее, условно холодное, условен цвет. А в действительности существуют атомы и пустота. То есть объекты чувств предполагаются реальными и в порядке вещей — рассматривать их как таковые, но на самом деле они не существуют. Реальны только атомы и пустота”,

Эта идея остается в древней философии ни чем иным, как остроумным вымыслом воображения. Законы природы, устанавливающие связь следующих друг за другом событий, были неизвестны грекам. Наука, связывающая теорию и эксперимент, фактически началась с работ Галилея. Мы проследили за первыми шагами ее развития, приводящими к законам движения. На протяжении двухсот лет научного исследования сила и материя были основными понятиями во всех попытках понять природу. Невозможно представить себе одно без другого, ибо материя обнаруживает свое существование в качестве источника силы благодаря ее действию на другую материю.

Рассмотрим простейший пример: две частицы, между которыми действуют силы. Легче всего представить себе силы притяжения и отталкивания. В обоих случаях векторы сил лежат на линии, соединяющей материальные точки (рис. 21). Требование простоты приводит нас к картине частиц, притягивающих или отталкивающих друг друга; любое другое предположение о направлении действующих сил привело бы к гораздо более сложной картине. Можем ли мы сделать столь же простое предположение о длине векторов сил? Если мы пожелаем избежать слишком специальных предположений, мы можем высказать одно соображение: сила, действующая между двумя данными частицами, зависит только от расстояния между ними, подобно силам тяготения. Это предположение кажется довольно простым. Можно было бы представить гораздо более сложные силы, например зависящие не только от расстояния, но и от скоростей обеих частиц. С материей и силой в качестве основных понятий мы едва ли можем связать более простые предположения, чем те, что силы действуют вдоль линии, связывающей частицы, и зависят только от расстояния. Но возможно ли описать все физические явления с помощью сил только этого рода?

Огромные достижения механики во всех ее ветвях, ее поразительный успех в развитии астрономии, приложение ее идей к проблемам, по-видимому, отличным от механических по своему характеру,— все это способствовало развитию уверенности в том, что с помощью простых сил, Действующих между неизменными объектами, можно описать все явления природы. На протяжении двух столетий, последовавших за временем Галилея, такая попытка, сознательная или бессознательная, проявляется почти во всех научных трудах.

Особенно ясно ее сформулировал Гельмгольц около середины девятнадцатого столетия:

“Следовательно, конечную задачу физической науки мы видим в том, чтобы свести физические явления к неизменным силам притяжения или отталкивания, величина которых целиком зависит от расстояния. Разрешимость этой задачи есть условие полного понимания природы”.

Таким образом, линия развития науки согласно Гельмгольцу определена и следует строго установленному курсу:

“Ее призвание будет выполнено по мере того, как будет выполнено сведение явлений природы к простым силам и будет доказано, что это единственно возможное сведение, которое допускают явления”.

Физику двадцатого столетия это воззрение представляется недалеким и наивным. Ему страшно было бы подумать, что величайшие успехи исследования могли бы скоро закончиться, перестав возбуждать умы, если бы непогрешимая картина строения Вселенной была установлена на все времена.

Хотя эти догматы сводили бы описание всех событий к простым силам, они оставляли открытым вопрос о точной зависимости сил от расстояния. Возможно, что для различных явлений эта зависимость различна. Необходимость введения многих различных видов сил для различных событий, конечно, неудовлетворительна с философской точки зрения. Тем не менее, это так называемое механистическое воззрение, наиболее ясно сформулированное Гельмгольцем, сыграло в свое время важную роль. Развитие кинетической теории вещества есть одно из величайших достижений науки, непосредственно вызванное механистическим воззрением.

Прежде чем показать его упадок, временно станем на ту точку зрения, которой придерживались физики прошлого столетия, и посмотрим, какие заключения мы можем вывести из этой картины внешнего мира.

(…)

Приложение

С. Г. СУВОРОВ

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ В ПРЕДСТАВЛЕНИИ ЭЙНШТЕЙНА

/. Эйнштейн о популяризации науки. Эволюция физики как “драма uдей.—Вклад Эйнштейна в современную физику.—Отход от идей квантовой теории.

II. Какая же философия вела Эйнштейна?—Методологические выводы из разработки теории относительности. Отклонение позитивизма и one рационализма.—Проблема реформы классической физики под углом зрения ее целостности. Теория тяготения Эйнштейна.— Оценка дифференциального закона как единственной формы причинности.—Рациональные пути построения физической теории.—Рационализм и кантианство в гносеологии Эйнштейна.

IІІ. Гносеология Эйнштейна и реальный процесс познания. Опыт и теория у Эйнштейна.—Метод Эйнштейна в действии. Общая теория относительности или обобщенная теория тяготения?—Квантовая теория и гносеология Эйнштейна.—Единая теория поля как генеральная линия развития физики.—Заключение.

ЭЙНШТЕЙН О ПОПУЛЯРИЗАЦИИ НАУКИ.

ЭВОЛЮЦИЯ ФИЗИКИ КАК “ДРАМА ИДЕЙ”

Великий физик нашего времени Альберт Эйнштейн высоко ценил дело популяризации науки. В своей “Творческой автобиографии”, написанной им к 70-летию (1949), Эйнштейн рассказывал, какое огромное влияние оказала на него научно-популярная литература еще в детские и юношеские годы[1].

До 12 лет он был глубоко религиозным, но в эти же годы религия разочаровала его. Что же было тому причиной? “Чтение научно-популярных книжек,— писал он,— привело меня вскоре к убеждению, что в библейских рассказах многое не может быть верным. Следствием этого было прямо-таки фантастическое свободомыслие, соединенное с выводами, что молодежь умышленно обманывается государством; это был потрясающий вывод. Такие переживания породили недоверие ко всякого рода авторитетам и скептическое отношение к верованиям и убеждениям, жившим в окружавшей меня тогда социальной среде”.

В последующие годы научно-популярная литература ввела молодого Эйнштейна в круг физических и математических проблем и помогла сложиться устойчивым интересам в науке, определившим его судьбу на всю жизнь. С большой теплотой и благодарностью вспоминал он те книги, которые захватили и покорили его юношескую душу.

Поучительно отметить, какие качества он ценил в них. “На мое счастье,— писал он о книгах, познакомивших его с основами дифференциального и интегрального исчислений,— мне попались книги, в которых обращалось не слишком много внимания на логическую строгость, зато хорошо была выделена везде главная мысль. Все это занятие было поистине увлекательно... Мне посчастливилось также получить понятие о главнейших результатах и методах естественных наук по очень хорошему популярному изданию, в котором изложение почти везде ограничивалось качественной стороной вопроса (Бернштейновские естественно-научные книги для народа — труд в 5—6 томов); книги эти я читал, не переводя дыхания”.

Замечательны взгляды Эйнштейна на методы популяризации науки. Инфельд рассказывает в статье “Мои воспоминания об Эйнштейне”: “Мы ненавидели популяризацию, спекулирующую на чувствах читателя. Чтобы держать в напряжении внимание несчастного читателя, некоторые писатели жонглируют остроумием, не имеющим ничего общего с предметом; в результате в памяти читателя остаются остроты, но он забывает о цели, ради которой преподнес их автор... В таких книгах подчеркиваются те результаты, которые противоречат здравому рассудку простого человека, для того, чтобы показать, как мудры и просвещенны ученые... Хорошая популяризация может и должна возбуждать чувства не экскурсами в область метафизики, а вызываемым ею усилием постижения, мучительным и в то же время радостным усилием все более полного и глубокого постижения.

Однако, чтобы решиться на такого рода популяризацию, следует отказаться от внешних эффектов. Это значит, надо писать ясно и просто, убеждая читателя, что наука опирается на зрелый и развитой здравый рассудок, что ее целью является воссоздание картины окружающей нас действительности”.

Существенно также отметить, что Эйнштейн связывал дело популяризации науки не с удовлетворением праздного любопытства, а видел в нем средство обогащения духовной жизни народа. В предисловии к книге Линкольна Барнетта “Эйнштейн и Вселенная” (1950) он писал: “Недостаточно того, что отдельные результаты признаются, разрабатываются и применяются немногими специалистами. То обстоятельство, что научные знания являются достоянием лишь маленькой группы людей, снижает философский уровень народа, приводит к его духовному оскудению”.

Эта мысль Эйнштейна становится особенно весомой на нынешнем этапе развития физических наук, когда их содержание стало крайне абстрактным и не наглядным, когда они находят свое выражение только в форме, доступной лишь узкому кругу лиц, работающих по данной проблеме, и когда их философское значение сильно возросло.

Таковы глубокие мысли о значении и методах популяризации естественных наук, высказанные величайшим корифеем науки. Многим нашим ученым и популяризаторам полезно было бы их учитывать.

И тем не менее сам Эйнштейн самостоятельно не написал ни одной общедоступной книги, хотя всегда сожалел о том, что разработанная им теория относительности непонятна для неспециалистов. Свою попытку в 1916 году написать такую книгу он не считал удачной: книга получилась трудной, и он сам острил, что вопреки подзаголовку она скорее “общеНЕдоступна”. Других попыток не было, если не считать небольших газетных статей о теории относительности для широкой публики. Это, видимо, следует объяснить огромной целеустремленностью ученого и тем, что при любых результатах он всегда ощущал незавершенность своих больших идей и потребность отдать им все силы.

Тут, однако, помог Леопольд Инфельд, польский физик, состоявший в 1936—1938 годах ассистентом Эйнштейна в Институте высших исследований в Принстоне, в США. В своих воспоминаниях об Эйнштейне Инфельд рассказывает, по какому поводу появилась книга двух авторов “Эволюция физики”. Институт предоставил Инфельду стипендию только на один год. Надо было обеспечить ему материальную возможность продолжать научную работу. Прямую денежную помощь от Эйнштейна он отказался бы принять. Возникла идея написать совместно книгу о физике для широкой публики и тем заодно решить и финансовую проблему Инфельда. “Мысль о том, чему посвятить книгу, родилась в голове Эйнштейна,— вспоминает Инфельд.— Он намеревался написать популярную книгу, содержащую основные идеи физики в ее логическом развитии. По Эйнштейну, в физике имеется лишь несколько принципиальных идей, и они могут быть выражены словами.— Ни один ученый не мыслит формулами,—говорил он часто”.

Но первоначальный план — написать “просто популярную книгу” — в ходе работы над ней изменился. Авторы решили: “она должна представлять нечто большее! Это должна быть книга, из которой я (Инфельд.—С. С.) и другие физики смогут что-то извлечь — не конкретные факты, а новую точку зрения, идеи, расположенные в правильной перспективе; это должна быть научная книга, но в то же время написанная как можно проще”.

Эйнштейн был захвачен идеей изложить развитие физики как “драму идей”, в которой новое вечно приходит в столкновение со старым. “Наша книга,—говорил он,— должна быть интересной, захватывающей для каждого, кто любит науку”.

Так в 1938 году появилась эта книга, из которой, по замыслу ее авторов, не только широкие круги интеллигенции, но и специалисты-физики могут извлечь “новую точку зрения, идеи, расположенные в правильной перспективе”. Естественно, что “Эволюция физики” не представляет собой истории физики в обычном смысле, она не описывает все ее теоретические и технические достижения, не показывает связи физики с развитием производительных сил. В ней широкими штрихами нарисованы картина общего развития физических идей, логическая линия развития физики, смена физических воззрений от механической картины мира до “полевой”, сделана попытка нарисовать перспективы дальнейшего развития физики. В рамках поставленной задачи книга описывает только принципиальные научные открытия, которые явились поворотными пунктами в развитии физических теорий. Она показывает те активные силы, которые вынуждают науку создавать идеи, отражающие реальность нашего мира, дают “некоторые представления о вечной борьбе изобретательного человеческого разума за более полное понимание законов, управляющих физическими явлениями” (стр. 6).

Книга оказалась действительно общедоступной, а для тех, кто будет внимательно следить за логикой развития идей, прямо-таки захватывающей. Но главное достоинство ее состоит в том, что она является отражением физического мышления одного из крупнейших ученых современности, мышления глубокого и поразительно целеустремленного. Вот почему этой книге был обеспечен огромный интерес со стороны не только представителей смежных специальностей, но и физиков. Она многократно переиздавалась на языке оригинала (английском) и переводилась на многие языки мира. После двух изданий на русском языке можно сказать, что большой интерес к ней проявил и советский читатель.

Развитие физики действительно показано в книге как “драма идей”. Эта драма достигла наивысшего напряжения в годы жизни Эйнштейна и при его непосредственном участии. Более того, он сам до конца вскрывал все возможные коллизии в столкновении физических идей. На всех этапах исследований он стремился создать единую логическую систему, отображающую закономерности мира; вместе с тем он способствовал развитию идей, которые если не преграждали, как полагал позднее сам Эйнштейн, то, несомненно, усложняли путь к этой единой картине мира. При этом он сам пережил драму ученого, оставшись в своих взглядах почти в одиночестве, и это после того, как он уже был признанным знаменосцем и вождем современной физики.

Об этой персонифицированной драме в книге ничего не сказано, а между тем знакомство с ней очень поучительно.

ВКЛАД ЭЙНШТЕЙНА В СОВРЕМЕННУЮ ФИЗИКУ

Эйнштейн вступил на арену научной деятельности в самом начале XX века, в знаменательный и переломный для физики период. В истории физики этот период характеризуется не только известными открытиями электрона, радиоактивности, развитием кинетической теории газов, спектральных методов и т. п., но и мощным подъемом теоретической мысли. Среди физических теорий наряду с термодинамикой получила огромное значение теория электромагнитного поля Максвелла.

Еще незадолго до того, далекую от наглядных представлений теорию Максвелла многие физики встречали с явным скепсисом. Однако к началу XX века эта теория, казавшаяся крайне абстрактной и непонятной, уже показала глубокую связь с реальным миром, с техникой. Ее реальная познавательная ценность выразилась в подтверждении существования предсказанных ею электромагнитных волн (Г. Герц, 1887), в быстром развитии на этой основе радиотехники (А. Попов, 1895), в объединении всех электромагнитных излучений в единую по своей природе шкалу, включая в нее и свет, в раскрытии связи электромагнитных и оптических свойств вещества. В студенческие годы Эйнштейна теория Максвелла уже стала проникать в учебные планы европейских университетов.

Но в этот же период были обнаружены и существенные затруднения теории. Они были связаны с необходимостью применить электродинамику к движущимся заряженным телам. Этой проблемой занимались выдающиеся физики того времени: Лоренц, Пуанкаре, Абрагам, Ланжевен и другие. Занимала эта проблема и молодого Эйнштейна.

Трудности возникали в связи с тем, что теория Максвелла описывала взаимодействие проводника и магнита так, что различались два случая взаимодействия: первый — когда проводник покоится, а магнит движется, а второй — при обратной ситуации. В случае, когда движется магнит, картина представлялась такой: силовые линии возникающего при движении магнита электрического поля пересекают проводник и возбуждают в нем ток. Когда же магнит покоится, а движется проводник, то, с точки зрения теории Максвелла, электрическое поле не возникает, но в проводнике появляется электродвижущая сила, вызывающая точно такой же эффект. Таким образом, теория Максвелла рассматривала эти два случая как разные, хотя и не отличающиеся по их проявлениям.

Это обстоятельство, подмеченное Эйнштейном, было характеризовано им как несимметричность формы теории в отношении обоих случаев. Тем самым теория неявным образом допускала наличие в природе одной-единственной системы отсчета, по отношению к которой можно установить, что покоится, а что движется. Несимметричность формы теории была неадекватна самому явлению. В самом деле, известно, что для возбуждения тока в проводнике существенно перемещение магнита и проводника лишь относительно друг друга. Эта равноправность систем отсчета подтверждалась и тем фактом,— уже в то время широко использованным в технике,— что процессы в динамо, вырабатывающем ток, и в моторе, в котором ток преобразуется в энергию вращения ротора, обратимы.

Выявление существенной роли именно относительного движения означало, что и электродинамическую теорию следует формулировать так, чтобы ее уравнения были справедливыми для любых систем отсчета, для которых справедливы также и уравнения механики.

Наряду с этим надо было учесть и установленный экспериментально факт независимости скорости передачи электромагнитного сигнала (скорости света) от движения его источника.

Именно эти теоретические проблемы и рассматривает Эйнштейн в своей знаменитой работе “К электродинамике движущихся тел” (1905), в которой развиты основы теории относительности. Теория привела к формулировке условий инвариантности электродинамических законов в инерциальных системах. Эти условия состоят в том, что физические величины, которые ранее считались инвариантными (расстояния, время, масса, магнитная и электрическая напряженности и проч.), в действительности оказываются относительными: при переходе к новой инер-циальной системе они преобразуются по определенному закону, зависящему от относительной скорости движения системы.

Физическое и принципиальное значение теории относительности огромно. Пожалуй, до того ни одна теория еще не приносила столько новых обобщающих идей. Здесь мы только напомним о важнейших из них.

Оказалось несостоятельным метафизическое представление о наличии абсолютной системы отсчета, абсолютном пространстве и времени. Потерпела крах идея о мировой среде — эфире — специфическом носителе электромагнитных процессов, физические свойства которого физики тщетно пытались определить в XIX веке. Выявилась необоснованность трактовки ряда свойств тел как абсолютных, не зависящих от состояния движения их. Установлена связь массы и энергии.

Теория относительности положила начало представлению о пространственно-временном континууме, физические свойства (метрика) которого определяются находящимися в нем массами. Развивая эти идеи, Эйнштейн создал обобщенную теорию тяготения, показав, что поля тяготения естественно включаются в континуум через изменение его метрики. Теория тяготения Эйнштейна привела к предсказанию новых физических явлений, о чем будет подробнее сказано ниже.

Зародившись как абстрактная теория, которая должна была разрешить теоретические трудности, возникшие в электродинамике движущихся тел, теория относительности в наше время вошла в практику атомных исследований. Без учета ее выводов нельзя конструировать современные ускорители элементарных частиц, невозможно производить расчеты ядерных реакций. Даже человеку, далекому от современной ядерной техники, ясно, как велико должно быть практическое значение такой теории. Однако это еще не все.

Теория относительности наложила глубокий отпечаток на все другие, настоящие и будущие, физические теории: в предельной области высоких скоростей они должны отвечать ее формальным требованиям. Поэтому наряду с обычной квантовой механикой возникает релятивистская квантовая механика, наряду с классической космологией — релятивистская космология и т. д.

Теория относительности оказала огромное влияние на самое мышление физиков. Она показала важную роль обобщения и обобщающих наук. Вместе с ней в физике появился дух новаторства, смело ломающий закостенелые взгляды на физические понятия, всегда требующий обобщенного подхода к физическим явлениям.

Но вклад Эйнштейна в физику не ограничивается созданием теории относительности и обобщенной теории тяготения, вместе со всеми обновляющими идеями, которые они несли. Его заслуги огромны и в других областях физики, в которых надо было прокладывать первые тропы. О важнейших из них необходимо здесь рассказать и не только потому, что они меньше известны широким кругам, но и ввиду особой отрицательной позиции, какая выявилась у Эйнштейна позднее по отношению к тем направлениям в физике, мощный импульс к развитию которых он сам же дал.

Здесь надо прежде всего указать на преобразование, которое Эйнштейн произвел во взглядах на природу света.

Известно, что Планк, проанализировав условия, при которых так называемое излучение абсолютно черного тела должно находиться в равновесном состоянии, установил (1900) связь энергии (?) и частоты (v) света: ? = hv, где h = 2?Їh— планковская постоянная, которая равна 6,63?10-27 эрг?сек. Наличие такой связи удивляло физиков, поскольку она была необычной в аспекте классической физики, согласно которой энергия волны связана с ее амплитудой, а не частотой.