Текст книги "Думай, как Эйнштейн"

Скрипач-виртуоз

Не будь я физиком – скорей всего, я стал бы музыкантом.

Альберт Эйнштейн, 1929

Но сколь бы сильной ни была его привязанность к яхтам, величайшим пристрастием Эйнштейна всегда оставалась музыка. Эту любовь привила ему с детства мать, по чьей инициативе он стал брать уроки игры на скрипке, – и постепенно стал как преданным слушателем музыки, так и отменным ее исполнителем. «Я часто думаю в музыкальных терминах. Грежу о музыке наяву. И смотрю на свою жизнь как на музыкальное произведение… Основную радость от жизни я получаю благодаря музыке», – рассказывал он в интервью Джоджу Вьереку в 1929 году.

Величайшим его музыкальным кумиром был Моцарт. Эйнштейн обожал простоту (именно простота, в понимании ученого, и составляет основу всего прекрасного) и девственную чистоту композиций Вольфганга Амадея, считая их «отражением внутренней красоты самого космоса». Сразу за Моцартом в его шкале музыкальных ценностей следовал Бах; про обоих композиторов Эйнштейн говорил, что их музыка не сочинялась сознательно, а исходила из них естественно, целиком и сразу. Шуберта он одобрял за мощнейшее эмоциональное воздействие, тогда как Бетховен давил на него своей личностью «так, что делалось неуютно». Гораздо меньше ему нравились Гендель, Вагнер и Мендельсон, что говорит о необычайно высокой планке его музыкальных предпочтений.

Сам Эйнштейн был опытным скрипачом, хотя и не всегда охотно выступал перед публикой. За время жизни в Арау он несколько раз выступал в местной церкви, а с тех пор, как получил мировую известность, стал то и дело давать концерты для сбора средств на те или иные общественные нужды. Так, когда он дал очередной благотворительный концерт, исполнив Баха и Моцарта в Манхэттене, журнал «Times» написал, что он «был так поглощен игрой, что продолжал перебирать струны даже после того, как представление закончилось».

Кроме этого, он нередко выступал и на частных приемах, чему были свидетелями и члены «Академии Олимпия», и даже король с королевой Бельгии. Хотя восторг по поводу его исполнительского мастерства разделяли не все. Так, профессиональный музыкант Вальтер Фридрих в 1920 году заявил, что «Пиликанье Эйнштейна звучало так, будто пилой распиливают бревно». Другие, однако же, различали в его игре неподдельный талант. Взять, к примеру, любопытный отзыв одного из слушателей его выступления на заре 1920-х годов: «Игра Эйнштейна великолепна, хотя и не заслуживает всемирного признания; многие исполнители играют ничуть не хуже». Намек этот явно сводился к тому, что слава Эйнштейна как ученого все же неоспорима, а это при желании можно расценить и как завуалированный комплимент.

Эйнштейн часто брал скрипку в минуты, когда его мозг сталкивался с особенно замысловатой проблемой – примерно так же, как это делал Шерлок Холмс. По воспоминаниям его ближних, иногда он принимался мерять шагами кухню, задумчиво выводя на скрипке мелодию – до тех пор пока с его губ не слетал радостный крик, означавший, что задача наконец решена. В старости он уже обращался к скрипке нечасто и куда больше внимания уделял фортепьяно, на котором, впрочем, играл гораздо слабее. Но как бы там ни было, это лишь подтверждает важнейшую роль, которую играла музыка на протяжении всей его жизни. Как сам он заметил в 1982 году, «Музыка не влияет на исследовательскую работу, но и та и другая питаются одним и тем же страстным желанием – и дополняют друг друга в радости, которую они доставляют».

Питайся, как Эйнштейн

Иногда я поглощен работой так, что забываю пообедать.

Альберт Эйнштейн

Несмотря на то что во второй половине жизни Эйнштейна весь мир воздавал ему почести, в быту он оставался человеком весьма непритязательным. Ибо был убежден, что простая, неприхотливая жизнь куда лучше как для тела, так и для души.

Ужины, которыми открывались заседания «Академии Олимпия», из-за постоянной нехватки денег были довольно скромны. И состояли, в основном, из сосисок, швейцарского сыра (как правило, любимого всеми «грюйера») и фруктов, а пили обычно чай. Иногда Эйнштейн любил приготовить и макароны – сказывался его опыт жизни в Италии; известно также, что он обожал мороженое в рожках. А еще сохранилось описание очень простой трапезы, которую он разделил однажды с королем и королевой Бельгии – состояла она из шпината, яичницы и картошки.

При выборе меню Эйнштейн всякий раз был вынужден помнить о проблемах с желудком, которые начались у него в 1917 году, заставили его сильно похудеть и остались с ним до конца жизни. Врачи решили, что сей недуг явился результатом хронического недоедания в военное время, и прописали ему углеводную диету. Но в те годы он жил один, и долго следовать указаниям врачей, чтобы полностью излечиться, ему так и не удалось.

В разные периоды жизни он увлекался и вегетарианством, хотя полностью отказаться от мяса ему всегда было нелегко. «Плоть убитых животных я всегда поглощаю с легким чувством вины», – признался он в 1953-м. Хотя ранее он не раз говорил, что «согласен с постулатами вегетарианства из эстетических и нравственных побуждений», поскольку влияние сыроедения на физиологию и самочувствие «облегчает участь человечества». Когда в последний год его жизни врач посоветовал ему воздерживаться от употребления мяса, рыбы и жиров, он проворчал в ответ: «Можно подумать, будто человек не рожден плотоядным».

К алкоголю Эйнштейн большого интереса не питал, и на вопрос, что он думает о «сухом законе», действовавшем в США с 1920 по 1933 год, он, не задумываясь, ответил: «Сам я не пью, так что мне все равно». Впрочем, несмотря на проблемы со здоровьем, абсолютным трезвенником он не являлся и предпочитал всем остальным алкогольным напиткам вино и коньяк. Но учитывая бурную общественную деятельность, в которую он был вовлечен, привычка лишь слегка отпивать от каждого бокала, который ему предлагали, несомненно, сослужила ему добрую службу.

Мысли масштабно

Как и Сократ, он знал, что мы ничего не знаем.

Макс Борн после смерти Эйнштейна, 1955

Любому человеку меньшего масштаба с меньшим воображением хватило бы славы создателя Специальной теории относительности, чтобы купаться в ее лучах до конца жизни; однако сразу же после обнародования этой революционной теории мозг Эйнштейна на целых два года захватила проблема еще более сложного порядка. Одна из самых примечательных черт его натуры состояла в том, что он не признавал пределов человеческого познания и для своего разума раздвигал любые пределы до поистине безграничных масштабов.

И пока все остальное человечество только начинало свыкаться с откровениями Специальной теории, Эйнштейн уже разбирал ее главные недоработки. В особенности ему не нравилось то, что она рассматривала только обстоятельства движения тел с постоянной скоростью. Более того: теория вселенной Ньютона зиждилась на постулате о том, что сила гравитации распространяется моментально; однако Эйнштейн понимал, что это не так, поскольку доказал, что ничто не способно двигаться быстрее скорости света.

Как мы уже знаем, свой первый гигантский прорыв в сознании он совершил путем умозрительного эксперимента, представив, что испытывает человек, находящийся в свободно падающем лифте. Однако ему потребовалось еще восемь труднейших лет для завершения Общей теории, над которой он корпел, по его же словам, «до полного изнеможения».

Одна из главных проблем, с которой он столкнулся, заключалась в том, что его теория нуждалась в математике нового типа. Для начала ему понадобилась форма геометрии, которая выходила бы за рамки эвклидовой – той, что большинство из нас изучало в школе. Хотя и безупречная для описания трехмерного мира, геометрия Эвклида совершенно не подходила для работы, на которую замахнулся Эйнштейн. И он решил обратиться к своему старому однокашнику по Цюрихскому университету (а на тот момент – уже профессору описательной геометрии) Марселю Гроссману. «Ты просто обязан помочь мне, – взмолился перед другом Эйнштейн, – иначе я сойду с ума». И не прогадал. Гроссман превзошел самого себя, проведя его через дебри высшей математики к неэвклидовым вычислениям Бернхарда Римана, разработавшего систему определения расстояний между точками в пространстве вне зависимости от степени его искажения. А дифференциальное исчисление итальянца Греорио Риччи-Курбастро сыграло решающую роль в разработке новых тензоров (математических конструкций высокой сложности, которыми пользуются в многомерном пространстве).

К концу 1915 года Эйнштейн пришел к убеждению, что принципиально улучшил свою теорию и заполучил все математические инструменты для ее подтверждения. Уложив эти разработки в серию из четырех лекций, он вывел то, что сам же назвал «ценнейшим открытием своей жизни». Четыре года спустя было добыто первое поддающееся наблюдению доказательство его постулатов – и человек, уже известный среди современных ученых, в одночасье стал знаменитостью даже для тех, кто ничего в науке не смыслит.

Да, его имя теперь знали все, хотя подавляющее большинство населения планеты было не в состоянии понять даже общего смысла его открытия. Смущение от непонимания Общей теории относительно метко обобщил Хаим Вейцман во время их совместного турне по США в 1921 году: «Пока мы пересекали океан на пути к вам, – сухо заметил он, – Эйнштейн объяснял мне свою теорию каждый день, и теперь, когда мы здесь, я абсолютно уверен, что сам он ее понимает».

Но несмотря на то, что научно-математическая сторона теории была слишком сложной для большинства – основные выводы, к которым она приводила, оказались вполне доступны для обычного образованного человека. И Эйнштейн с его талантом популяризатора отлично это понимал. Вот что сообщил он в том же году об относительности журналу «Times»:

Человек практический может не беспокоиться, ибо ему это не пригодится… С философской же точки зрения относительность важна, поскольку изменяет концепцию пространства-времени, необходимую для умозрительных догадок и рассуждений.

Временами и сам Эйнштейн находил свою теорию (или, по крайней мере, бурю вопросов и повышенного внимания, которые она поднимала) – обременительной. Через шесть лет после ее публикации он написал жене Эльзе: «Я уже сыт по горло всей этой относительностью! Даже она может поистрепаться, если заниматься ею слишком усердно». Хотя было бы наивно надеяться, что столь грандиозное достижение не отразится на всей его дальнейшей жизни. В конце концов, никто никогда не утверждал, что мыслить масштабно – занятие безопасное.

Ведь что ни говори, а Эйнштейн захотел углубиться в «гармонию космоса» – и это ему удалось. В статье «Что такое относительность», опубликованной «Times» в 1919 году, говоря об этой теории и Исааке Ньютоне, он подвел некий итог: «Его яркие и масштабные идеи сохранят свою уникальную значимость навечно, послужив основой для всей новейшей структуры наших концепций в области натурфилософии». Слова, достойные самых громких аплодисментов.

Общая теория относительности

По сравнению с этой задачей исходная теория относительности – детская забава.

Альберт Эйнштейн, 1912

Когда очередной журналист попросил Эйнштейна выразить суть Общей теории в одном-единственном предложении (а подобной просьбой журналисты донимали его практически везде), он ответил: «Всю свою жизнь я пытаюсь сделать это в одной книге. А он хочет, чтобы я сделал это в одном предложении!» Однако его продолжали упрашивать, и он сформулировал это так: «С точки зрения физики, это теория пространства и времени, приводящая к теории гравитации». Неплохое, надо сказать, обобщение в столь вынужденных обстоятельствах.

К 1907 году Эйнштейн начал всерьез задумываться о недостатках Специальной теории. И теперь фокусировал все внимание на законных общих и универсальных, а не на тех, что применимы только при специальных условиях. Как уже упомянуто выше, он размышлял над ситуацией с человеком, который находится в свободно падающем лифте. И озарение наконец посетило его. Вот как он рассказал об этом на лекции в Японии в 1922 году:

Я сидел в патентном бюро в Берне и вдруг подумал: «Если человек находится в состоянии свободного падения, он не чувствует собственного веса». Я изумился. Эта простая мысль произвела на меня глубокое впечатление. И подтолкнула к разработке теории гравитации.

Представим человека в лифте, падающем на землю. Внутри лифта он должен парить свободно, и если снимет с руки часы – те точно так же воспарят рядом с ним. Человеку будет казаться, что он находится в невесомости. И наоборот: если бы лифт несся в космосе безо всякой земной гравитации, но с ускорением – человека внутри него прижимало бы к полу так, словно на него действует гравитация. Традиционно гравитация и ускорение считались не связанными друг с другом явлениями, хотя оба рассматривались относительно массы тела. Но гений Эйнштейна смог осознать, что гравитационная масса эквивалентна инертной массе – и эта идея получила название «принцип эквивалентности». Благодаря этому выводу Эйнштейн получил в распоряжение все инструменты для расширения своей Специальной теории таким образом, чтобы она распространялась и на системы ускорения, а не только на ситуации с постоянной скоростью.

Второе открытие, которым увенчался этот умозрительный эксперимент, заключалось в осознании того, что гравитация может искривлять свет. Если в стенке падающего лифта просверлить дырочку, луч света ударит в противоположную стенку – но несколько выше, чем была дырка, из которой он исходил. То есть его траектория будет искривлена. Следовательно, догадался Эйнштейн, свет не всегда распространяется прямыми лучами, как считалось ранее. Но для вычисления этой кривой траектории понадобится принципиально новая геометрическая система, поскольку геометрия Эвклида создана для измерения плоских поверхностей, но неприменима для искривленных.

Общая теория последовательно описывает, как гравитация искривляет пространство и время. Величайшей сложностью для Эйнштейна – почему он и потратил на это столько времени – было найти математические способы объяснения того, как гравитация ведет себя в царстве пространства-времени. Чтобы это понять, достаточно представить шар для боулинга, катящийся от края к центру батута. Ткань батута будет прогибаться под ним до тех пор, пока шар не придет в состояние покоя. Теперь покатим от края батута еще один шар. Он докатится до первого шара в центре и остановится. Разве первый шар какой-то особой силой притягивает к себе второй? Никак нет – оба шара лягут рядом друг с другом, искривив ткань батута еще сильнее. Для объяснения того же явления в искривленном пространстве-времени Общая теория и выводит уравнение поля. Проще простого, не так ли?

Выражаться совсем коротко – если Ньютон рассматривал вселенную, в которой яблоко падает с дерева на землю под действием земной гравитации, то Эйнштейн доработал понятие гравитации до искривленного пространства-времени. И вот как он объяснял успех «труда своей жизни» сыну Эдуарду: «Когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить то, чего не заметил жук».

В работе, вышедшей в 1917 году под названием «Космологические соображения к Общей теории относительности», Эйнштейн описал вселенную, которая однородна и изотропна (безгранична по всем направлениям) – условие, которое стало возможным благодаря представлению о том, как она бесконечно искривляется внутрь самой себя. Среди бесчисленного множества прочих выводов Общая теория позволила нам приблизиться к пониманию феномена черных дыр (хотя Эйнштейн в свое время даже не представлял об их существовании), пространственно-временных туннелей (т. н. «червоточин») – и даже строить предположения о механизме Большого взрыва.

Однако размышления подобного уровня иногда бывают весьма болезненны. «Природа прячет свои секреты в силу своего величия, а не хитрости», – заявил Эйнштейн в одной из своих самых философских дискуссий, но чем дальше, тем чаще стал замечать, что его высказывания вызывают всеобщее неприятие. Например, уже в 1911 году он предсказал, что притяжение солнца может искривлять лучи других звезд. Проблема заключалась в том, что доказать это или опровергнуть можно было только в условиях солнечного затмения. Будто по заказу, такое затмение случилось 21 августа 1914 года – но удача тут же отвернулась от него, так как началась Первая мировая война. Редчайший шанс проверить его гипотезу был отложен на целые пять лет. И только в 1919 году группа исследователей под началом британского астронома Артура Эддингтона отправилась на остров Принсипи в Западной Африке, чтобы в условиях очередного солнечного затмения доказать, что Эйнштейн был прав.

Свой титанический труд Эйнштейн продолжал, даже когда война уже бушевала вокруг него по всей Европе. В 1944 году, ломая голову над принципом эквивалентности, он признался Генриху Зангеру: «Природа показывает нам только хвост льва. Но я нисколько не сомневаюсь, что лев у нее тоже имеется, просто из-за своих огромных размеров он не может явить нам себя сразу весь целиком. Мы созерцаем его примерно настолько же, насколько его видит сидящая на нем блоха».

И вот наконец в 1915 году он разгадал все тайны Общей теории, распутав клубок взаимоотношений пространства, времени, энергии и материи. И сам назвал свое детище «теорией несравненной красоты». В ньютоновском мире пространство и время были неизменными, а сила гравитации неким мистическим образом существовала отдельно от них. В эйнштейновском мире, однако, и пространство, и время изменялись под действием гравитации и сами же влияли как на нее, так и на все объекты и события в пределах ее господства. Как писал Макс Борн, эта теория – «величайший подвиг человеческого мышления перед лицом природы, самое удивительное сочетание философского постижения, физической интуиции и математического мастерства».

Прикрывай спину

Нобелевская премия – если мы разведемся и если я ее получу – будет полностью передана тебе.

Альберт Эйнштейн, 1918

Упорство, с которым Эйнштейн формулировал Общую теорию относительности, – лишь очередное доказательство его способности потрясающе стойко переносить все трудности и препоны злодейки-судьбы. Инстинктивная вера в то, что он на верном пути в развитии своих идей, всегда оказывала ему неоценимую службу.

Непонятно, впрочем, сражался ли он с этими трудностями как-то осознанно. С ранней юности он с удовольствием пробирался по жизни своим, никем не проторенным путем, преследуя собственные интересы и не боясь громко заявлять миру о намерениях – как, например, в случае с его решением отказаться от немецкого гражданства, не дожив и до двадцати лет. Уже став взрослым, он заводил широчайший круг друзей и знакомых, где бы ни доводилось жить, и, как мы уже не раз замечали, не испытывал особых проблем в общении с противоположным полом.

Цитата, вынесенная в эпиграф этой главы, – возможно, самая яркая демонстрация его напускной храбрости в личной жизни. Обещание это он сделал Милеве в 1918 году – после того как уже несколько лет она не давала ему развода (что указывает на его страстное желание разойтись с нею официально). К февралю 1919 года их развод наконец состоялся, и в 1922 году вся оговоренная сумма оказалась у нее на счету. И хотя можно только гадать, каким гротеском обернулась бы ситуация, не получи он Нобелевской премии, – история насчитывает очень мало претендентов на эту награду (как до, так и после Эйнштейна), настолько уверенных в себе, чтобы так нагло распоряжаться деньгами еще до их получения.

И все-таки, раздвигая границы человеческого познания, Эйнштейн пережил немало страданий и сомнений. О своих метаниях в процессе работы – от агонии к восторгу и обратно – он поведал на лекции в университете Глазго в 1933 году:

Все тревожные попытки найти во тьме истину, которую чувствуешь, но не можешь выразить; все неодолимые желания, сомненья в себе и дурные предчувствия, преследующие тебя до тех пор, пока не достигнешь окончательной ясности, – всё это может быть понято лишь теми, кто это испытывал.

Его успех как физика-теоретика в огромной степени объясняется упорным нежеланием отступать даже там, где другие давно бы уже свернули с пути под гнетом неудач и разочарований. Хотя это вовсе не значит, что он продолжал слепо идти вперед, когда все указывало на необходимость смены курса. Эйнштейн понимал, что без ошибок не обойтись (ведь при битве на передовой человеческого познания они просто-напросто неизбежны), но что еще важнее, учился на этих ошибках – и либо вносил в свой маршрут коррективы, либо возвращался на старт и начинал все сначала.

Так случилось и с Общей теорией относительности, процесс создания которой от первоначального замысла до финальной публикации занял у Эйнштейна почти десять лет. За это время ему пришлось осваивать принципиально новые системы в математике (которая, как мы уже замечали, давалась ему не всегда легко) – и если один подход оказывался ложным, не опускать рук, а подбирать какой-то иной.

Когда было нужно, он без ложной гордости просил помощи у других. Полагают, будто Эйнштейн часто разрабатывал необычные идеи, от которых другие давно отказались, потому что работал один. Похоже, он мог особенно долго оставаться убежденным в верности своих предположений, поскольку не был окружен чужими сомнениями. И все же, если того требовали обстоятельства, он с удовольствием обращался к тем, кто мог бы помочь ему продвинуться вперед. Так, в 1915 году он убедился, что вычисления, которыми он пользовался, некорректны. «Боюсь, что сам я не смогу найти, где ошибка, – признался он тогда своему другу, инженеру Мишелю Бессо. – В этих вопросах мои мозги тонут, как в канаве».

Пока он сражался с демонами в собственной голове, растущая слава также вынуждала его обороняться от вопросов и огульной критики, с которой на него нападали публика и журналисты, слишком часто не понимавшие истинного смысла его работ. Так, в 1919 году газета «New York Times» (которая, по большому счету, долго поддерживала Эйнштейна) в своей редакторской колонке предположила, что его Общая теория способна подорвать основы человеческого мышления. Немало было и тех, кто искажал его идеи сознательно, из собственных идеологических побуждений. Не говоря уже о том, что ученые всего мира то и дело пытались проверить его теории на практике – кто из обычного научного любопытства, а кто из профессиональной ревности.

Пожалуй, самому серьезному испытанию постулаты Эйнштейна подвергались в период, когда вслед за Общей теорией относительности он предложил миру еще и Единую теорию поля – проект, которому явно недоставало согласованности с его предыдущими работами. Но несмотря на это, Эйнштейн упорно отстаивал важность этого исследования, которое, как он чувствовал интуитивно, готовило почву для новых открытий в науке ближайшего будущего[10]10
  Единая теория поля, предложенная Эйнштейном, до сих пор входит в список т. н. «нерешенных проблем современной физики» – наряду с такими новейшими разработками, как теория М-поля, теория суперсимметрии и теория струн.


[Закрыть].

Но как бы там ни было, Эйнштейн никогда не продавал себя слишком дешево. Хотя стремление к материальной выгоде не играло движущей роли в его карьере, он любил житейский комфорт и всегда претендовал на достойную оплату своих услуг – будь то месячное жалованье профессора или разовая лекция в университете. Зная, в какой нестабильности он пережил начальный период своей карьеры, кто мог бы винить его за стремление обеспечить себе должный уровень безопасности?

И все-таки однажды несокрушимая, казалось бы, самоуверенность Эйнштейна была поколеблена. В 1917 году, распространяя свою Общую теорию относительности на весь космос в целом, он вывел так называемую «космологическую постоянную», которая, насколько он верил, должна объяснить, почему вселенная под воздействием сил тяготения не схлопывается в одну точку. Позже он отрекся от этого хода мысли, назвав его «величайшей глупостью» всей своей жизни. Однако в сегодняшней науке космологическая постоянная вновь вошла в обиход – и рассматривается как серьезное оружие в битве за понимание феномена расширяющейся вселенной. Даже гению иногда свойственно колебаться, и эта история лишь в очередной раз доказывает, что иные ошибки бывают гораздо важнее чьих-то великих свершений.