«Это драма, драма идей… Наша книга должна быть интересной, захватывающей для каждого, кто любит науку», – замечает Эйнштейн в своей записной книжке.
Но почему драма?
Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к самой книге.
Глава первая, «Расцвет механистического воззрения», начинается весьма неожиданно и даже парадоксально, но, впрочем, вполне в эйнштейновском стиле: «Со времени великолепных рассказов Артура Конан Дойла почти в каждой детективной новелле наступает такой момент, когда исследователь собрал все факты, в которых он нуждается, по крайней мере, для некоторой фазы решения своей проблемы. Эти факты часто кажутся чрезвычайно странными, непоследовательными и в целом несвязанными. Однако великий детектив заключает, что в данный момент ему не требуются никакие дальнейшие розыски и что только чистый разум приведет его к установлению связи между собранными фактами. Он играет на скрипке или, развалившись в кресле, с удовольствием покуривает трубку, как вдруг – о Юпитер! – эта связь найдена! У него на руках не только объяснения для всех обстоятельств дела, но он знает также, какие другие события должны были случиться. Так как теперь ему совершенно точно известно, где искать их, он может, если ему захочется, идти собирать новые подтверждения своей теории».
Шерлок оказывается Эйнштейном. Или наоборот! Прием, который не может не привлечь внимания читателя!
А меж тем герой «Эволюции физики» приступает к сбору научных фактов о мироздании. Задача не из простых, ведь исследователю предстоит погрузиться в хаос явлений, предметов, законов и вычленить из них самое главное, что впоследствии сложится в стройную и выверенную теорию. Конечно, на помощь приходит интуиция, которая сродни музыкальному слуху (вспомним умение играть на скрипке), способности безошибочно чувствовать, слышать и различать самые тонкие смысловые (музыкальные) оттенки.
Основополагающей проблемой, над которой уже на протяжении многих веков бьется человечество, Эйнштейн называет проблему движения и, как производную, – соотношение движущихся в пространстве тел. Подступив к этому вопросу, ученый приходит к выводу, что «до тех пор, пока мы имеем дело с прямолинейным движением, мы далеки от понимания движений, наблюдаемых в природе. Мы должны рассмотреть криволинейные движения. Наш следующий шаг – определить законы, управляющие такими движениями. Это нелегкая задача».
По мысли Эйнштейна, «определение законов», поиск и нахождение своего рода констант абсолютно не освобождает ученого-исследователя от попадания в самые неожиданные и непредсказуемые ситуации.
Читаем в книге: «У заново изучающих механику создается впечатление, что все в этой отрасли науки просто, основательно и сохраняется на все времена. Едва ли кто-нибудь подозревал о существовании новой важной руководящей идеи, которая никем не была замечена в течение трех столетий. Эта оставшаяся вне поля зрения идея связана с одним из фундаментальных понятий механики – с понятием массы».
Создается эффект «снежного кома»: чем больше узнаешь, тем перед большим количеством проблем оказываешься. Но подобное положение вещей не может не вдохновлять настоящего ученого, ведь чем больше фактов будет собрано в процессе исследования, тем глубже и многогранней будет сделанный им вывод.
Температура, теплота, энергия, вещество, электричество – список ключевых понятий, о которых мы даже не задумываемся в повседневной жизни, но из которых она (повседневная жизнь) складывается, вырастает. И каждому из них Альберт Эйнштейн дает детальное объяснение.
Во второй главе, «Упадок механистического воззрения», ученый приходит к выводу, что физика, являясь абсолютно живым организмом, не стоит на месте, она развивается вместе с человеческой мыслью. Следовательно, наука выдвигает все новые и новые проблемы, ответить на которые исходя из старых, классических понятий уже невозможно.
Эйнштейн пишет: «Современная физика атаковала все эти проблемы и разрешила их. Но в борьбе за эти решения возникли новые и более глубокие проблемы. Наши знания теперь шире и глубже, чем знания физика XIX столетия, но таковы же и наши сомнения, и трудности».
Классическая механика, берущая начало от Аристотеля, Галилея и Ньютона, оказывается заложницей механистических воззрений на мир, что значительно сужает поле ее деятельности и применения. Следовательно, утверждает ученый, «мы должны отказаться от этого пути, стало быть, должны отказаться и от механистических воззрений».
Пожалуй, именно третья глава книги «Эволюция физики» – «Поле и относительность» – становится ключевой. Это тот самый момент, когда воображаемый Шерлок Холмс приступает к окончательному выстраиванию своей теории, полностью подготовив для нее место.
«Во второй половине XIX столетия в физику были введены новые и революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механистического. Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину мира.
Наша задача сейчас – описать переворот, произведенный в науке этими новыми понятиями, и показать, как они постепенно приобрели ясность и силу. Мы постараемся построить линию развития логически, не очень заботясь о хронологическом порядке», – Эйнштейн сразу вводит читателя в курс дела, сразу предупреждает его, что выводы, сделанные на этих страницах, будут революционными и во многом обескураживающими.
Начиная разговор об эфире как о своеобразной дани, которую некоторые ученые нового времени отдают механистическому взгляду на мир, Альберт Эйнштейн выдвигает и развивает понятие поля.
«В физике появилось новое понятие, самое важное достижение со времени Ньютона – поле. Потребовалось большое научное воображение, чтобы уяснить себе, что не заряды и не частицы, а поле в пространстве между зарядами и частицами существенно для описания физических явлений. Понятие поля оказывается весьма удачным и приводит к формулированию уравнений Максвелла, описывающих структуру электромагнитного поля, управляющего электрическими, равно как и оптическими, явлениями.
Теория относительности возникает из проблемы поля. Противоречия и непоследовательность старых теорий вынуждают нас приписывать новые свойства пространственно-временному континууму, этой арене, на которой разыгрываются все события нашего физического мира.
Теория относительности развивается в два этапа. Первый этап приводит к так называемой специальной теории относительности, применяемой только к инерциальным системам координат, то есть к системам, в которых справедлив закон инерции, как он был сформулирован Ньютоном. Специальная теория относительности основывается на двух фундаментальных положениях: физические законы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга; скорость света всегда имеет одно и то же значение. Из этих положений, полностью подтвержденных экспериментом, выведены свойства движущихся масштабов и часов, изменения их длины и ритма, зависящие от скорости. Теория относительности изменяет законы механики. Старые законы несправедливы, если скорость движущейся частицы приближается к скорости света. Новые законы движения тела, сформулированные теорией относительности, блестяще подтверждаются экспериментом. Дальнейшее следствие теории относительности (специальной) есть связь между массой и энергией. Масса – это энергия, а энергия имеет массу. Оба закона сохранения – закон сохранения массы и закон сохранения энергии – объединяются теорией относительности в один закон, в закон сохранения массы-энергии.
