Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Уолтер Айзексон

Альберт Эйнштейн: его жизнь и его Вселенная

© Walter Isaacson, 2007

© И. Каганова, перевод на русский язык (гл. 12–25), 2015

© Т. Лисовская, перевод на русский язык (гл.1–11), 2015

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2015

© ООО “Издательство Аст”, 2015

* * *

Моему отцу, самому умному, доброму и порядочному человеку из всех, кого я знаю

В Санта-Барбаре, 1933 г.

Жизнь – как езда на велосипеде. Чтобы сохранить равновесие, ты должен двигаться.[1][2]

Благодарности

В работе над книгой мне помогало множество людей.

Диана Кормос Бухвальд, главный составитель сборника “Документы Эйнштейна”, сделавшая развернутые комментарии и исправления в многочисленных черновиках этой книги. Благодаря ей я получил быстрый и полный доступ к множеству новых бесценных документов, открытых для читателей только в 2006 году. Она помогла мне в них сориентироваться, была моим куратором и радушной хозяйкой во время моих посещений Калтеха, где я работал с документами проекта “Документы Эйнштейна”. К своей работе она относится со страстью, у нее отменное чувство юмора, что понравилось бы герою ее исследований.

Двое ее помощников тоже очень помогли мне сориентироваться в ставших недавно доступными документах и огромной массе неизученных архивных материалов: Тильман Зауэр подробно проверил и снабдил примечаниями эту книгу, особенно разделы, посвященные проблемам вывода Эйнштейном уравнений общей теории относительности и борьбы по созданию единой теорией поля, а Зеэв Розенкранц, редактор по вопросам истории издания “Документы Эйнштейна”, разъяснил отношение Эйнштейна к Германии и своему еврейскому происхождению. Раньше он был куратором архива Эйнштейна в Еврейском университете в Иерусалиме.

Барбара Вольф, которая теперь ведает этими архивами в Еврейском университете и которая тщательно проверила факты, изложенные на всех страницах рукописи и сделала как крупные, так и мелкие исправления. Она с самого начала предупредила, что у нее репутация придиры, но я очень благодарен ей за каждую обнаруженную неточность. Я также высоко ценю поддержку, оказанную Рони Гроссом – куратором архива.

Брайан Грин – профессор Чикагского университета и автор книги “Ткань космоса”, который был незаменимым другом и редактором. Он предложил многочисленные исправления, уточнил формулировки в разных научных фрагментах и прочитал окончательную версию рукописи. Он мастерски владеет и языком, и научным материалом. Он не только проводит свои исследования в области теории струн, но и с женой Трейси Дэй организует ежегодные фестивали науки в Нью-Йорке, которые помогают пробудить интерес к занятиям физикой, столь явственно ощутимый в его работе и книгах.

Лоуренс Краусс – профессор физики в независимом университете Кейс-Вестерн-Резерв и автор книги “Скрытое в зеркале”, который тоже прочитал мою рукопись, проверил разделы, касающиеся специальной теории относительности и космологии, и сделал много дельных предложений и исправлений. Он тоже настолько увлечен физикой, что заражает энтузиазмом окружающих.

Краусс помог мне найти помощника, Крейга Дж. Копи, – своего подопечного из университета Кейс-Вестерн-Резерв, где тот читает курс теории относительности. Я нанял его, и он проверил все, что касается науки и математики, в рукописи, и я благодарен ему за тщательную редактуру.

Дуглас Стоун – профессор физики в Йельском университете, который тоже проверил научные разделы книги. Он занимается физикой твердого тела и сейчас пишет интересную книгу о вкладе Эйнштейна в квантовую механику. Кроме того что он проверил научные разделы, он помог мне написать главы о работе Эйнштейна 1905 года по световым квантам, квантовой теории, статистике Бозе – Эйнштейна и кинетической теории.

Мюррей Гелл-Манн, лауреат Нобелевской премии по физике 1969 года, который с начала и до конца написания книги был замечательным и неравнодушным советчиком. Он помог мне переделать первоначальный черновик книги и поправил главы о теории относительности и квантовой механике, а также внес изменения в черновики тех глав, где описываются возражения Эйнштейна по поводу неопределенности в квантовой механике. Благодаря сочетанию эрудиции и юмора в его характере, а также пониманию характеров героев книги общение с ним доставило огромную радость.

Артур И. Миллер – почетный профессор истории и философии науки из Университетского колледжа Лондона, автор книг “Эйнштейн, Пикассо” и “Империя звезд”. Он читал и перечитывал разные варианты моих научных глав и помог сделать многочисленные исправления, особенно в рассказе о создании Эйнштейном специальной теории относительности (тема, по которой он написал основополагающую работу), общей теории относительности и квантовой теории.

Сильвестр Джеймс Гейтс-младший – профессор физики в Мэрилендском университете, который согласился прочитать мою рукопись во время своего приезда в Аспен на конференцию по Эйнштейну. Он тщательно отредактировал рукопись, сделал глубокие замечания и переформулировал некоторые научные утверждения.

Джон Д. Нортон, профессор Университета Питтсбурга, специализирующийся на анализе хода мыслей Эйнштейна при создании им специальной и общей теорий относительности. Он прочитал соответствующие главы моей книги, отредактировал их и сделал полезные комментарии. Я благодарен также за советы двум его ученикам, также специализирующимся на работе Эйнштейна над этими теориями, – Юргену Ренну из Института Макса Планка в Берлине и Мишелю Яннсену из Университета Барселоны.

Джордж Странахан, основатель Физического центра в Аспене, который также согласился прочитать и проверить рукопись. Особенно полезна была его редактура разделов, посвященных световым квантам, броуновскому движению, истории создания и сущности специальной теории относительности.

Роберт Ринасиевич, философ науки из Университета Хопкинса, прочитавший многие научные разделы и сделавший полезные предложения по описанию проблем общей теории относительности.

Н. Дэвид Мермин – профессор теоретической физики из Корнельского университета, автор книги “О времени: постигая теорию относительности Эйнштейна”, который отредактировал и внес правку в окончательный вариант глав 1, 5 и 6, посвященных статьям Эйнштейна, вышедшим в 1905 году.

Джералд Холтон, профессор физики из Гарварда, который одним из первых начал изучать наследие Эйнштейна и до сих пор является в этой области авторитетом. Мне очень лестно, что он захотел прочитать эту книгу, сделал замечания и великодушно одобрил работу. Помог также и его коллега по Гарварду Дадли Хершбах, который сделал очень много для развития научного образования. И Холтон, и Хершбах внесли полезные замечания, прочитав черновик, и провели несколько часов со мной в кабинете Холтона, обсуждая предложения и уточняя описания исторических персонажей.

Эштон Картер, профессор международного права из Гарварда, который любезно прочитал и проверил первоначальный вариант книги. Фриц Штерн, автор сборника “Немецкий мир Эйнштейна”, который одобрил мою рукопись и дал советы в начале работы. То же самое сделал и Роберт Шульман, один из первых редакторов проекта “Документы Эйнштейна”. А Джереми Бернстайн, который написал множество прекрасных книг об Эйнштейне, предупредил меня о том, как сложно порой понять научные результаты. Он оказался прав, и я благодарен ему за это.

Кроме того, я попросил двух преподавателей физики старших классов порекомендовать мне книгу, понятную тем, кто в последний раз имел дело с физикой в старших классах школы, чтобы я ее мог внимательно прочитать и убедиться, что я правильно разобрался в полученных результатах. Одна из них – Нэнси Стравински Айзексон – преподавала физику в Новом Орлеане, до тех пор пока, к сожалению, из-за урагана Катрин у нее не появилось больше свободного времени. Второй преподаватель, Дэвид Дербес, преподает физику в экспериментальной школе при Чикагском университете. Их замечания были очень глубокими, и они окажутся полезными для непрофессионального читателя.

Известно некое следствие принципа неопределенности, которое гласит, что, сколько бы раз ни прочитывали книгу, все равно в ней останутся какие-то ошибки. Вина за эти оставшиеся ошибки лежит на мне.

Прочтение рукописи неучеными тоже было очень полезно, и они, будучи непрофессионалами, сделали очень полезные замечания как по отдельным главам, так и по всей рукописи. Это и Уильям Майер, и Орвилл Райт, и Дэниел Окрент, и Стив Вайсман, и Строб Тэлботт.

В течение двадцати пяти лет Алиса Мэйхью из издательства Simon&Schuster была моим редактором, а Аманда Урбан – моим агентом в ICM. Я не могу себе представить лучших партнеров, и на этот раз они опять охотно помогали и сделали полезные комментарии к книге. Я также высоко ценю помощь Кэролин Рейди, Дэвида Розенталя, Роджера Лэйбри, Виктории Мейер, Элизабет Майер, Серены Джонс, Мары Лурье, Джудит Гувер, Джеки Сиу и Дана Слоуна из издательства Simon&Schuster. Я также благодарен Эллиот Равец и Патрисии Зиндулке за их постоянную поддержку на протяжении многих лет, Наташа Хоффмейер и Джеймс Хоппес перевели для меня немецкую переписку Эйнштейна и его тексты, особенно новые материалы, которые до сих пор не были переведены, и я очень ценю их усердие. Творческую работу по отбору фотографий для этой книги проделал и Джей Колтон, бывший фоторедактором выпуска журнала Time, посвященного человеку столетия (Эйнштейну).

У меня было еще два с половиной читателя, которые для меня были самыми ценными. Первым был мой отец Ирвин Айзексон, инженер, который привил мне любовь к науке и был самым лучшим учителем, которого я когда-либо встречал. Я благодарен ему за атмосферу, которую он и моя покойная мать создали для меня, а также моей блестящей и мудрой мачехе Джулианне.

Другим очень важным читателем была моя жена Кэти, умная и любознательная, с бездной здравого смысла, прочитавшая каждую страницу книги. И половинкой читателя – очень ценной для меня – была моя дочь Бетси, которая, как обычно, прочитывала отдельные фрагменты моей книги. Хаотичность ее чтения компенсировалась уверенностью, с которой она делала свои заявления. Я люблю их обеих очень сильно.

Сольвеевский конгресс, 1911 г.

Основные действующие лица

Бессо, Мишель Анджело (1873–1955). Самый близкий друг Эйнштейна. Талантливый, но несобранный человек, инженер. Познакомился с Эйнштейном в Цюрихе, затем последовал за ним в Берн, поступив на работу в то же патентное бюро. Был резонатором идей Эйнштейна по специальной теории относительности, изложенных в статье 1905 года. Женился на Анне Винтелер, сестре первой возлюбленной Эйнштейна.

Бор, Нильс (1885–1962). Пионер квантовой теории родом из Дании.

На Сольвеевском конгрессе и последующих встречах интеллектуалов он оппонировал Эйнштейну, когда тот яростно возражал против его копенгагенской интерпретации квантовой механики.

Борн, Макс (1882–1970). Немецкий физик и математик. В течение сорока лет состоял в интереснейшей личной переписке с Эйнштейном. Пытался убедить Эйнштейна в правильности квантовой механики. Его жена Гедвига обсуждала с Эйнштейном личные вопросы.

Вайцман, Хаим (1874–1952). Химик, родившийся в России, эмигрировавший в Англию и ставший президентом Всемирной сионистской организации. В 1921 году он устроил первую поездку Эйнштейна в Америку, используя его как приманку для сбора средств. Стал первым президентом Израиля, и этот пост после его смерти был предложен Эйнштейну.

Винтелеры. Эйнштейн столовался у них во время учебы в швейцарской деревушке Арау. Йост Винтелер преподавал ему историю и греческий язык, его жена Роза заменила Альберту мать. Из их семерых детей дочь Мари стала первой девушкой Эйнштейна, ее сестра Анна вышла замуж за лучшего друга Эйнштейна Мишеля Бессо, а брат Пауль женился на сестре Эйнштейна Майе.

Габер, Фриц (1868–1934). Немецкий химик, первым изобрел и применил химическое оружие в Первой мировой войне. Помог уговорить Эйнштейна перебраться в Берлин и стал посредником в спорах между ним и Марич. Еврей, обратившийся в христианство в попытке стать добропорядочным немцем, он уверял Эйнштейна в преимуществах ассимиляции до тех пор, пока нацисты не пришли к власти.

Габихт, Конрад (1876–1958). Математик и изобретатель-любитель, член “Академии Олимпия”, образованной тремя друзьями-интеллектуалами в Берне. Получатель двух знаменитых писем 1905 года от Эйнштейна, в которых сообщалось о скором выходе его статей в журнале.

Гейзенберг, Вернер (1901–1976). Немецкий физик. Пионер квантовой механики, сформулировавший принцип неопределенности, который Эйнштейн многие годы оспаривал.

Гильберт, Давид (1862–1943). Немецкий математик, в 1915 году наперегонки с Эйнштейном выводивший математические уравнения общей теории относительности.

Гроссман, Марсель (1878–1936). Однокашник Эйнштейна по Цюрихскому политехникуму. Добросовестно посещал все занятия и делился конспектами математических лекций с Эйнштейном. Впоследствии помог ему получить работу в патентном бюро. Позже стал профессором начертательной геометрии в Политехникуме и консультировал Эйнштейна в тех областях математики, которые были ему необходимы для вывода уравнений общей теории относительности.

Дукас, Хелен (1896–1982). Преданная Эйнштейну секретарша, охранявшая его как цербер. Соседка по дому с 1928 года и до его смерти, а после смерти – попечительница его наследия и документов.

Ленард, Филипп (1862–1947). Венгерско-немецкий физик, чьи экспериментальные наблюдения фотоэффекта были объяснены Эйнштейном в его работе 1905 года по световым квантам. Впоследствии стал антисемитом, нацистом и врагом Эйнштейна.

Лоренц, Хендрик Антон (1853–1928). Гениальный и мудрый голландский физик, чьи теории проложили путь к созданию специальной теории относительности. Для Эйнштейна стал непререкаемым авторитетом. Марич, Милева (1875–1948). Сербская студентка-физик Цюрихского политехникума, ставшая первой женой Эйнштейна. Мать Ганса Альберта, Эдуарда и Лизерль. С одной стороны, натура страстная и целеустремленная, преодолевшая многие (хотя и не все) препятствия, с которыми тогда сталкивались женщины, стремящиеся стать физиками. А с другой стороны – скрытная, со временем становившаяся все более мрачной.

С 1914 года жила отдельно от Эйнштейна, а в 1919 году они развелись. Милликен, Роберт Эндрюс (1868–1953). Американский физик-экспериментатор, который подтвердил закон фотоэлектрического эффекта Эйнштейна и уговорил его стать приглашенным ученым в Калифорнийском технологическом институте.

Минковский, Герман (1864–1909). Преподавал математику Эйнштейну в Цюрихском политехникуме, назвал его “ленивым щенком” и сформулировал математический аппарат специальной теории относительности в терминах четырехмерного пространства – времени.

Николаи, Георг Фридрих, настоящая фамилия Левинштейн (1874–1964). Врач, пацифист, харизматичный авантюрист и бонвиван. Друг и доктор Эльзы Эйнштейн и, вероятно, любовник ее дочери Ильзы.

В соавторстве с Эйнштейном в 1915 году написал пацифистский трактат.

Пайс, Абрахам (1918–2000). Физик-теоретик голландского происхождения, работавший с Эйнштейном в Принстоне и написавший его научную биографию.

Планк, Макс (1858–1947). Прусский физик-теоретик, ставший одним из первых покровителей Эйнштейна и содействовавший его приглашению в Берлин. Его консервативные взгляды как в жизни, так и в физике были полной противоположностью взглядам Эйнштейна, но они находились в теплых отношениях и оставались уважающими друг друга коллегами до тех пор, пока нацисты не пришли к власти.

Соловин, Морис (1875–1958). Румынский студент-философ, который в Берне основал “Академию Олимпия” совместно с Эйнштейном и Габихтом. Стал издателем работ Эйнштейна во Франции и всю жизнь переписывался с ним.

Сциллард, Лео (1898–1964). Физик венгерского происхождения, обаятельный и эксцентричный, встречался с Эйнштейном в Берлине и запатентовал совместно с ним холодильник. Придумал ядерную цепную реакцию и был автором идеи письма, написанного Эйнштейном и отправленного им в 1939 году президенту Франклину Рузвельту, призывающего обратить внимание на возможность создания атомной бомбы.

Флекснер, Абрахам (1866–1959). Американский реформатор образования. Основал в Принстоне Институт перспективных исследований и пригласил туда на работу Эйнштейна.

Франк, Филипп (1884–1966). Австрийский физик. Преемник своего друга Эйнштейна в должности профессора в Немецком университете Праги. Позднее написал книгу о нем.

Хоффман, Банеш (1906–1986). Математик и физик, сотрудничавший с Эйнштейном в Принстоне, а затем написавший книгу о нем.

Цангер, Генрих (1874–1957). Профессор физиологии в Университете Цюриха. Сдружился с Эйнштейном и Марич и помогал им разрешать споры и вопросы с разводом.

Шредингер, Эрвин (1887–1961). Австрийский физик-теоретик, стоявший у истоков квантовой механики, но, как и Эйнштейн, испытывавший дискомфорт от того, что она базируется на неопределенностях и вероятностях.

Эддингтон, Артур Стэнли (1882–1944). Британский астрофизик и ярый пропагандист теории относительности, чьи наблюдения солнечного затмения 1919 года блестяще подтвердили предсказания Эйнштейна о том, насколько изгибается луч света под действием гравитации.

Эйнштейн, Ганс Альберт (1904–1973). Первый сын Милевы Марич и Эйнштейна. Ему досталась сложная роль, с которой он справлялся с изяществом. Учился на инженера в Цюрихском политехникуме. Женился в 1927 году на Фриде Кнехт (1895–1958). У них было два сына – Бернар (1930–2008) и Клаус (1932–1938) – и приемная дочь Эвелин (1941–2011). В 1938 году он переехал в США, впоследствии стал профессором гидравлики в Беркли. После смерти Фриды в 1959 году женился на Элизабет Робоз (1904–1995). У Бернара родилось пятеро детей, это единственные известные правнуки Альберта Эйнштейна.

Эйнштейн, Герман (1847–1902). Отец Эйнштейна, выходец из еврейской семьи, осевшей в сельской Швабии. Вместе со своим братом Якобом создал электрические компании в Мюнхене, а затем в Италии, дела компаний шли не очень успешно.

Эйнштейн, Ильза (1897–1934). Дочь Эльзы Эйнштейн от первого брака. Была в связи с предприимчивым врачом Георгом Николаи, а в 1924 году вышла замуж за литературного журналиста Рудольфа Кайзера, который позже под псевдонимом Антон Райзер опубликовал книгу о Эйнштейне.

Эйнштейн, Лизерль (1902–?). Добрачная дочь Эйнштейна и Милевы Марич. Эйнштейн, вероятно, никогда ее не видел. Скорее всего, она была оставлена в родном городе ее матери – Нови-Саде в Сербии – для удочерения и, возможно, умерла от скарлатины в конце 1903 года.

Эйнштейн, Марго (1899–1986). Дочь Эльзы Эйнштейн от первого брака.

Застенчивая девушка, ставшая скульптором. Вышла замуж в 1930 году за Дмитрия Марьянова, гражданина СССР, детей у них не было. Позже Марьянов написал книгу об Эйнштейне. Марго развелась с ним в 1937 году, переехала к Эйнштейну в Принстон и жила там до смерти на Мерсер-стрит, 112.

Эйнштейн, Мария (Майя) (1881–1951). Единственная сестра Эйнштейна, была одним из его ближайших друзей. Вышла замуж за Пауля Винтелера, детей не было, а в 1938-м уехала из Италии от мужа в Принстон и жила там со своим братом.

Эйнштейн, Паулина Кох (1858–1920). Волевая и практичная мать Эйнштейна. Дочь зажиточного еврейского торговца зерном из Вюртемберга. Вышла замуж за Германа Эйнштейна в 1876 году.

Эйнштейн, Эдуард (1910–1965). Второй сын Милевы Марич и Эйнштейна. Умный и артистичный, он увлекся Фрейдом и надеялся стать психиатром, но, когда ему было двадцать с небольшим, его собственной душой овладели демоны шизофрении, и он был помещен в специальную лечебницу в Швейцарии, где и провел большую часть жизни.

Эйнштейн, Эльза (1876–1936). Двоюродная сестра Эйнштейна и его вторая жена. Мать Марго и Ильзы Эйнштейн, родившихся в первом браке с торговцем текстилем Максом Левенталем. После развода в 1908 году она и ее дочери вернули ее девичью фамилию – Эйнштейн. Вышла замуж за Эйнштейна в 1919 году, сумела с ним ужиться. Умнее, чем старалась казаться.

Эренфест, Пауль (1880–1933). Физик, родившийся в Австрии, яркий и очень ранимый человек. Подружился с Эйнштейном во время своего визита в Прагу в 1912 году, стал профессором в Лейдене, где его часто навещал Эйнштейн.

Глава первая

Верхом на луче света

Однажды молодой патентный эксперт написал своему другу: “Я обещаю тебе написать четыре статьи”. В этом письме, как позже выяснилось, одни из самых важных за всю историю науки новости, но его историческое значение было замаскировано насмешливым тоном, характерным для автора письма. Например, обращался к своему другу он так: “Ты, замороженный кит…” И извинялся за то, что написал письмо, полное “несущественной болтовни”. Только когда он дошел до разбора статей, написанных им в свободное время, он намекнул, что понимает их значимость[3].

Он описал их так: “Первая посвящена излучению и энергии света и очень революционна”. И она была действительно революционна. В ней доказывалось, что свет можно рассматривать не только как волну, но и как поток маленьких частиц, называемых квантами. Из этой теории с неизбежностью следовало, что во Вселенной отсутствует строгая причинность и детерминированность, и этот вывод будет пугать его всю оставшуюся жизнь.

“Вторая работа касается определения истинных размеров атомов”. Хотя даже сама идея существования атомов все еще находилась в стадии обсуждения, эта статья была самой понятной из всех, и именно поэтому Эйнштейн, в последний раз предприняв попытку получить докторскую степень, посчитал, что она будет самым безопасной темой диссертационной работы. Он готовился совершить революцию в физике, но каждый раз терпел фиаско, когда пытался получить академическое место или просто защитить докторскую диссертацию, что, как он считал, помогло бы ему подняться в патентном бюро с должности клерка третьего разряда до клерка второго разряда.

В третьей статье объяснялось беспорядочное движение микроскопических частиц в жидкости с помощью статистического анализа случайных столкновений. В процессе работы им было доказано, что атомы и молекулы действительно существуют.

“Четвертая работа пока существует в виде черновика, она посвящена электродинамике движущихся тел, что потребовало пересмотра представлений о пространстве и времени”. Да, это, несомненно, было нечто большее, чем несущественная болтовня. Базируясь в основном на мысленных экспериментах, проведенных в голове, а не в лаборатории, он решил пересмотреть ньютоновские концепции абсолютного пространства и времени. Эта работа ляжет в основу знаменитой “специальной теории относительности”.

Он не написал своему другу, поскольку еще не знал, что это произойдет, что он в этом году напишет пятую статью, краткое дополнение к четвертой, в которой будет выведено соотношение между энергией и массой. Оно станет самым известным во всей физике уравнением: E = mc².

Оглядываясь назад на век, который запомнится своим стремлением скинуть оковы классической физики, и смотря вперед в эпоху, которая стремится воспитывать в ученых креативность, необходимую для научных инноваций, мы видим, что один человек выделяется на общем фоне как главный символ нашей эпохи. Добродушный политэмигрант, чей образ – растрепанная шевелюра, сияющие глаза, обаятельная доброта и необычайный блеск – сделал его лицо символом эпохи, а имя – синонимом гениальности. Альберт Эйнштейн был “слесарем”[4], наделенным воображением, ведомым верой в гармонию творений природы. Увлекательная история его жизни – это свидетельство взаимосвязи креативности и свободы, и в ней отразились как триумфы, так и смятение современной эпохи.

Теперь, когда его архивы полностью открыты, возможно проследить, как черты его характера – нонконформизм, бунтарство, любопытство, его страсти и отстраненность – переплетались с политическими пристрастиями и научными интересами. Узнав человека, начинаешь лучше понимать источники его научной мысли, и наоборот. Характер, воображение человека и его гениальные творческие способности – все это связано между собой, словно элементы некоего единого поля.