Альберт Эйнштейн – Колумб в физике
С. В. Гальперин

Великая поэзия… – это наука с удивительным расцветом своих открытий, своим завоеванием материи, окрыляющая человека, чтобы удесятерить его деятельность.

Э. Золя

Нынешний год мировое сообщество отмечает как год Эйнштейна, связывая его с событиями столетней давности – выходом в свет трёх статей молодого учёного, совершивших переворот в естествознании.

Сравнение гения ХХ в., совершившего прорыв к новому мировоззрению, с некогда проложившим путь к неизвестному континенту мореплавателем, безусловно, уже давно воспринимается как литературный штамп. Но именно теперь, по прошествии целого столетия с начала прорыва, назревает реальная возможность убедиться в том, что смысл этой исторической аналогии всё ещё не исчерпан.

Конечно, трудный путь создания физической теории может в чём-то напоминать полный приключений и неожиданностей поиск европейских мореплавателей в эпоху великих географических открытий. Сам Эйнштейн подобный путь считал вполне естественным, рассматривая физику как авантюру познания: именно так, по авторскому замыслу, должна была называться книга, популярно излагавшая историю развития фундаментальных проблем физики. К сожалению, при издании, осуществлённом Эйнштейном вместе с Леопольдом Инфельдом в 1938 г., она получила лишённое романтики название: «Эволюция физики» (нелишне отметить, что на родном Эйнштейну немецком «авантюра» и «приключение» обозначаются одинаково).

Если выдающихся покорителей морской стихии обычно изображают с подзорной трубой на капитанском мостике, то Эйнштейна иногда – стоящим у доски, исписанной уравнениями. Сам же он, отвечая однажды на вопрос, где находится его лаборатория, вынул из нагрудного кармана авторучку и сказал: «Вот здесь». Математическая стихия в определённой мере играла для него такую же роль, как для знаменитых капитанов водная; чувствовал он себя в ней достаточно комфортно, не только овладевая по мере надобности соответствующим инструментарием, но и внося попутно собственный вклад в развитие формальных математических методов. Ему даже принадлежит следующее определение: «Чистая математика – это своего рода поэзия логики идеи». Возможно, сам Эйнштейн впервые ощутил поэзию математики, когда в начале учебного года ему, двенадцатилетнему гимназисту, попал в руки обычный учебник, позже вспоминаемый им, как «священная книжечка по геометрии», и он, движимый «божественным любопытством», что называется, в один присест усвоил все премудрости евклидовой геометрии. Впрочем, основания для такого определения могли возникнуть у него и при первом погружении в глубины математической статистики, которое понадобилось при проведении ранних исследований в сфере молекулярной физики, или позже при разработке общей теории относительности (ОТО), потребовавшей от него не только усвоения, но и существенного развития тензорного исчисления.

Однако математический формализм, при всей его строгости и точности, по-видимому, не слишком ограничивал свободу мышления Эйнштейна, заявившего как-то: «Ни один учёный, не мыслит формулами». На проводимый по теме математических открытий опрос он ответил следующим образом: «Слова и язык, как письменный, так и разговорный, по-видимому, не играют никакой роли в процессе моего мышления. Физические понятия, которые служат элементами мышления, – это более или менее отчётливые знаки или образы, которые можно воспроизводить или комбинировать «по желанию». Существует, естественно, и определённая взаимосвязь между этими элементами и связанными с ними логическими понятиями»¹. То, что упоминаемые в ответе «знаки» и «образы» воспринимаются непосредственно очами ума, сомнению не подлежит, – именно такая интеллектуальная воззрительность оказывается для Эйнштейна первичной. Тем самым по отношению к нему подтверждается правота Э. Гуссерля, который считал основой мыслительного процесса созерцание сущности в «эйдосе» – мысленной предметности. К тому же всё это нисколько не затрагивало стержень незыблемой веры Эйнштейна: «причинный закон определяет все события».

Не будет преувеличением считать, что одним из весьма конкретных элементов мышления Эйнштейна являлась скорость – визуально воспринимаемый им образ, естественно, связанный непосредственно с соответствующим понятийным определением из механики. Обычно, приступая к популярному изложению специальной теории относительности (СТО), не упускают возможности сослаться на мысленный эксперимент, неоднократно воспроизводимый в ранней юности самим Эйнштейном: попытку погнаться за обладающим собственной неизменной скоростью световым лучом. Гораздо менее известно, что и в дальнейшем его продолжает волновать всё та же проблема скорости, причём в сфере, весьма далёкой от механики и оптики: он ставит перед известным детским психологом Ж. Пиаже вопрос о связи между восприятием расстояния, скорости и времени у детей, заодно желая выяснить, не является ли субъективное интуитивное понимание времени «прежде всего, интегралом со скоростью»². Столь неоправданный, на первый взгляд, разброс интересов углублённого в физические проблемы учёного оказывается вполне закономерным, если принять во внимание его приверженность взглядам Э. Маха, который был твёрдо убеждён: опираться в познании мира следует исключительно на чувственно обнаруживаемое. В данном случае Эйнштейн, скорее всего, и пытается выяснить, насколько объективным является отнесение к таковому скорости. Вообще своеобразие связи Мах – Эйнштейн давно вызывает пристальное внимание: признание самого факта её существования позволяет подойти достаточно близко к истокам важнейших решений Эйнштейна на пути познания мира. Возникла она, вне всяких сомнений, после того, как он, восемнадцатилетний студент Цюрихского политехникума, по совету давнего верного друга Мишеля Бессо взялся за чтение книги Маха: «Механика; историко-критический очерк её развития», автор которой, работая преимущественно в областях акустики и оптики, интересовался не только и даже не столько физическими процессами, характеризующими то или иное явление, относясь при этом весьма скептически к его физико-математической трактовке, сколько физиологическими и психологическими особенностями его восприятия. Свои выводы, сугубо критического характера, он распространял на всю сферу классической механики, что нашло отражение в названии книги, не говоря уже о её содержании. Глубокий скептицизм Маха по отношению к достижениям классического естествознания, противопоставление общепризнанным авторитетам своего мнения и безапелляционность собственных выводов, выражающих полную внутреннюю свободу, оказались настолько созвучны взглядам юного Эйнштейна, что он и через двенадцать лет в письме к Маху, нисколько не кривя душой, назвал себя «глубоко уважающим его учеником»³.

Было бы, однако, опрометчиво полагать, что, называя себя учеником Маха, Эйнштейн целиком разделял его взгляды. Посетив своего 75-летнего учителя (это была, кстати, их единственная встреча), он даже не думал скрывать своё собственное понимание объективности мира, никак не сводящегося к «комплексу ощущений», как утверждал Мах; своё ясное представление об атомистике, абсолютно отрицаемой Махом, и т. д. Впрочем, с наибольшей полнотой противоречивость связи Мах—Эйнштейн обнаружилась в беседе Эйнштейна с Вернером Гейзенбергом, которая состоялась через много лет после ухода Маха из жизни. В дословно воспроизведённой записи этой беседы налицо ничем не прикрытый прагматизм Эйнштейна по отношению к наследию Маха. Вот характерный пример: соглашаясь с тем, что при построении своей СТО он в полной мере использовал утверждения Маха о необходимости включения в теорию лишь наблюдаемых величин (речь здесь идёт о показаниях часов), Эйнштейн далее заявляет: «Возможно, я и пользовался философией этого рода, но она, тем не менее, чушь. Или, я сказал бы осторожнее, помнить о том, чтó мы действительно наблюдаем, а что нет, имеет, возможно, некоторую эвристическую ценность. Но с принципиальной точки зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности всё ведь обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно наблюдать…«⁴. И для Эйнштейна такой откровенный прагматизм вполне оправдан, поскольку он не только не препятствует, но, наоборот, благоприятствует достижению цели, а это – главное. К тому же он полностью вписывается в представления самого Эйнштейна об идеале человека науки, выраженный им следующим образом: «…Для учёного в принципе не существует научных авторитетов, утверждения и суждения которых могли бы сами по себе претендовать на «истинность». Это приводит к парадоксальному положению, когда человек, посвящающий все свои усилия вещам объективным, становится – с общественной точки зрения – крайним индивидуалистом, который, по крайней мере, в принципе – не верит ни во что, кроме своего собственного суждения»⁵.

Увы, как свидетельствует история, эта вера зачастую ведёт к заблуждениям в науке. Более того, заблуждения эти, не будучи осознанными, оказываются, до поры до времени, необычайно устойчивыми, закрепляются в общественном сознании, делая его совершенно невосприимчивым к выявляющим их очевидным фактам и убедительным аргументам, подтверждая, тем самым, общеизвестный вывод Гёте о том, что ложное учение не поддаётся опровержению, поскольку исходит из того, что ложь есть истина.

Нынешняя ортодоксальная наука, пытаясь обезопасить себя от проникновения в свою среду заблуждений, выработала некий обобщающий критерий истинности: узнать – значит измерить (многократно издававшаяся у нас в 70-х гг. прошлого века «Физика для всех» Ландау и Китайгородского начинается с обсуждения фундаментальных мер измерения и их бережно хранимых эталонов). Естественно, при этом совершеннейшей профанацией выглядит давнее утверждение недоверчивого и дотошного Маха, что, мол, физики совершают большую ошибку, «забрасывая ощущения, получаемые с помощью органов чувств, в три жестянки, на которых навешены этикетки: «масса, время и пространство»». Вполне возможно, однако, что Эйнштейн, обдумывая в своё время основы теории относительности, как раз принимал во внимание это предупреждение; по крайней мере, в своей автобиографии он сформулировал ближайшую цель своей работы следующим образом: «Необходимо было составить ясное представление о том, что означают в физике пространственные координаты и время некоторого события»⁶. Нетрудно заметить, что существенную помощь в достижении названной цели оказал ему именно первичный образ скорости, проявившей к тому же в качестве чисто физического явления массу достоинств. Прежде всего, она обнаружила свою неуничтожимость в самих основах СТО, стало быть, оказалась поистине абсолютным явлением, вне зависимости от того, была ли она различной по величине в той или иной инерциальной системе, или строго постоянной в мире электромагнетизма и оптических явлений. Последнее, кстати, переводило её в почётный ранг мировой феноменологической постоянной, то есть в повсеместно наблюдаемый во внешнем мире факт, нисколько не зависящий от восприятия его человеком (это и стало одним из постулатов СТО). Можно было даже предположить, что именно в скорости человеческому разуму наряду со временем явлена тайна текучести бытия в иной ипостаси – первичном отношении двух фундаментальных мер измерения (пути как пространственной мерности и длительности как меры времени), имеющем абсолютный характер и проявляющем прямую их взаимозависимость по величине. В свою очередь, это могло наводить на мысль, что попытки рассматривать эти меры при построении картины мироздания раздельно, либо в каких-то иных соотношениях, чреваты заблуждениями.

Впрочем, 26-летним старшим экспертом патентного бюро в Бёрне, готовившим к отправке в редакцию журнала «Анналы физики» свою статью «К электродинамике движущихся тел» владели, по всей вероятности, совершенно иные мысли. Используемые им математические преобразования ясно показывали, что при скорости больше световой составляющие её путь и время превращаются в мнимые величины. Для того же, чтобы математика совпала с физикой, следовало ввести запрещающий принцип, считая его объективно существующим законом природы: скоростей, выше световой, в мире просто не существует. С электродинамикой Максвелла этот принцип прекрасно согласуется, если отказаться заодно и от эфира, якобы заполняющего ньютоново абсолютное пространство, стало быть, и от представлений об этом пространстве. Новизна всего предлагаемого сама по себе требовала преодоления психологического барьера – явления неизбежного и вездесущего, с которым Эйнштейн и столкнулся. Однако барьер этот был на удивление сравнительно легко преодолён. Более того, стремительно ворвавшийся «со стороны» в круг избранных молодой учёный удостоился внимания не только ведущих физиков, но и не менее именитых математиков; вот, к примеру, «резюме» одного из обитателей математического Олимпа Германа Минковского, которым тот поделился со своими студентами: «Эйнштейн излагает свою глубокую теорию с математической точки зрения неуклюже – я имею право так говорить, поскольку своё математическое образование он получил в Цюрихе у меня»⁷.