Четырнадцатого марта 1879 года в городе Ульм родился человек, впоследствии перевернувший научный мир с ног на голову. Его работы лежат в основе понимания Вселенной — в частности, гравитации. В чем же вся гениальность трудов Альберта Эйнштейна и каково их место в XXI веке?

Когда юный Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности в 1915 году, вряд ли кто-то мог предположить, какое влияние она окажет на науку. Относительность изменила наше понимание Вселенной и предоставила новые способы изучения фундаментальной физики, которым подчиняется окружающий мир.

Несмотря на всю важность принципа относительности, с ней не все так просто, как хотелось бы. И пусть кому-то может показаться, что эта теория слишком абстрактна и оторвана от реальности, на самом деле она напрямую связана с нашим существованием на фундаментальном уровне. Она позволила изучить и исследовать космос, а на Земле она стоит за технологиями, связанными со множеством открытий: от GPS до ядерной энергии, от смартфонов до ускорителей частиц — множество инноваций, которые мы принимаем как должное, уходят корнями в теорию Эйнштейна.

Как работает относительность

Прежде всего стоит отметить, что Общая теория относительности состоит из двух отдельных теорий. Первая — Специальная теория относительности — опубликована в 1905 году и была принята научным сообществом со смешанными чувствами. В чем причина такой реакции? Дело в том, что Специальная теория относительности перевернула большую часть того, что — как казалось ученым — было известно о мире.

До публикации Эйнштейном своего научного откровения было принято считать, что время всегда и везде протекает с одинаковой скоростью. Вне зависимости от скорости движения объекта природа секунд, минут и часов считалась неизменной. Однако Эйнштейн считал, что время на самом деле непостоянно и изменяется в зависимости от того, насколько быстро движется объект.

Великий ученый утверждал, что настоящая неизменная величина — константа — это скорость света. Свет движется с постоянной скоростью 299 792 458 метров в секунду в вакууме, тогда как время течет по-разному — в зависимости от скорости, с которой объект движется через пространство. Для объектов, движущихся очень быстро, время замедляется.

Это откровение пошатнуло основы физики, но на этом все не закончилось. Спустя всего десять лет гениальный нонконформист из бернского патентного бюро дополнил теорию новой деталью — на этот раз речь шла о гравитации.

Гравитация как кривизна пространства-времени
Настоящим украшением идей Эйнштейна стала Общая теория относительности. Она отвечала на многовековой вопрос: как именно работает гравитация?

Когда в середине XVII века, как гласит популярная легенда, Исааку Ньютону на голову упало яблоко, родилась революционная теория гравитации. Ньютон определил, что гравитация существует, и постулировал ее воздействие, но не мог наверняка сказать, каковы ее истоки.

Ответ был найден спустя почти три века посредством Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Он считал, что, так как пространство и время «текучи» и изменчивы, их могут искривлять массивные объекты.

Представьте шар для боулинга посередине натянутого батута. Поскольку он тяжелый, то искривляет ткань, стягивая таким образом все объекты, находящиеся у краев батута, к центру. Гравитация работает похожим образом. Массивные объекты вроде Земли искривляют ткань пространства и времени, притягивая к себе материю, а также время и свет.

Доказательства относительности

Как и многие другие теории, относительность непросто доказать окончательно. Но все собранные более чем за 100 лет данные указывают на абсолютную правоту Эйнштейна в этом вопросе. Часы, установленные на небоскребах, отмеряют время несколько быстрее, чем часы, установленные у их оснований, так как первые находятся дальше от центра Земли, а значит, и пространство-время на такой высоте искривлено меньше.

Иногда на снимках далекого космоса, таких как Hubble Ultra-Deep Field, можно видеть некоторые объекты, которые выглядят искаженными и увеличенными на фоне галактических скоплений: это феномен гравитационного линзирования. Масса таких объектов искривляет пространство-время, из-за чего изображение получается искаженным.

Однако, пожалуй, самым значимым доказательством Общей теории относительности стало событие, о котором было объявлено в 2016 году — спустя более чем 100 лет после публикации работы. Этим доказательством стали гравитационные волны — рябь на ткани пространства-времени. Они были зарегистрированы посредством детекторов LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) в Ливингстоне и Хэгнфорде, разработкой которых с 1992 года занимался физик-теоретик Кип Торн.

Если пространство и время — это ткань, напоминающая поверхность батута, то такие масштабные и массивные события, как слияния черных дыр, будут создавать на ней рябь. Если теория Эйнштейна верна, то мы должны быть способны зарегистрировать эти волны, но до недавнего времени это было только теорией без экспериментальных доказательств.

В начале 2016 года ученые объявили, что применили детектор LIGO для регистрации гравитационных волн, точно определив субатомные расширения и сокращения, проходящие через пространство-время.

LIGO напоминает невероятно мощную линейку: он направляет лазерный луч между двумя зеркалами, расположенными в четырех километрах друг от друга, затем пускается лазерный луч и измеряется время, за которое лазер проходит этот путь. Из-за гравитационных волн все смещается, и если лазерный луч перестает двигаться синхронно, то для ученых это знак, что его путь пересекла гравитационная волна и вызвала субатомное смещение зеркала. Регистрацию гравитационных волн можно назвать самым главным преимуществом теории Эйнштейна. Помимо этого, относительность была применена для постулирования Большого взрыва и расширения Вселенной.

Наследие Эйнштейна и будущее науки

Относительность помогла нам предположить, что Вселенная на 95% состоит из темной энергии и темной материи. Эта же теория помогла разработать ускорители частиц, в которых электроны, протоны и другие элементарные частицы разгоняются до скоростей, близких к световой.

Теория относительности сделала для науки и нашего понимания устройства мира неописуемо много. А теперь, когда есть возможность регистрировать гравитационные волны, мы можем заглянуть еще глубже в устройство Вселенной, изучить такие объекты, как черные дыры и нейтронные звезды, опираясь на беспрецедентно точные предсказания теории.

Прошло чуть больше века с тех пор, как относительность Эйнштейна фундаментально перевернула наше понимание Вселенной. Но самое великое наследие ученого заключается не в его революционных теориях: его работа вдохновила тысячи ученых, которые в итоге последовали за ним в поисках истинной природы реальности.

Сегодня теория Эйнштейна регулярно подвергается различным проверкам, которые с достоинством проходит. Благодаря теории относительности и другим работам когда-то скромного работника бернского патентного бюро, у нас есть Стандартная модель, инфляционная модель Вселенной и новые гипотезы, рождающиеся в попытках понять самые глубинные принципы устройства вещей, которые помогли бы в исчерпывающей полноте описать Вселенную и реальность как таковую.

«Моя жизнь — простая вещь, которая никому не интересна», — писал создатель теории относительности, ставший одной из культовых фигур XX века. Впрочем, это оказалось совсем не так — о великом физике ходит много мифов. Разберемся, что правда, а что - миф.

За что Альберту Эйнштейну присудили Нобелевскую премию и в каком государстве он мог стать президентом

Эйнштейн украл теорию относительности у коллеги?

Нет

Эйнштейн заявил миру о ней в статье 1905 года «К электродинамике движущихся тел», но похожие идеи обсуждали и другие ученые. Француз Анри Пуанкаре сформулировал принцип относительности, согласно которому все физические законы должны быть одинаковы в системах, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

Его и Хендрика Лоренца называют настоящими первооткрывателями теории относительности. Но они оба не оспаривали приоритет Эйнштейна и даже не согласились с его теорией, поскольку учитывали существование эфира, тогда как его концепция обошлась без этого заблуждения.

Лоренц признавал: «Заслуга Эйнштейна в том, что он первый высказал принцип относительности в виде всеобщего строго и точно действующего закона». Как писал физик Луи де Бройль, «Пуанкаре так и не сделал решающего шага и предоставил Эйнштейну честь разглядеть все следствия из принципа относительности и, в частности, путем глубокого анализа измерений длины и времени выяснить подлинную физическую природу связи, устанавливаемой принципом относительности между пространством и временем».

Эйнштейн плохо учился в школе

Нет

Миф порожден прежде всего документами с оценками юного Эйнштейна за два семестра выпускного класса кантональной школы в Арау, в Швейцарии. Результаты за первый по шестибалльной шкале прямо противоположны таковым за второй, как будто сначала ученик был «двоечником», а потом подтянулся.

На самом деле в тот год в школе радикально изменился принцип оценки, и высшим баллом вместо единицы стала шестерка. Альберт в обоих случаях показывал лучшие результаты по физике, алгебре, геометрии и истории, оценки у него были выше среднего, за исключением французского языка.

Знаменитый физик участвовал в создании ядерного оружия

Нет

«Мое участие в создании ядерной бомбы состояло в одном-единственном поступке. Я подписал письмо президенту Рузвельту, в котором подчеркивал необходимость проведения крупных масштабах экспериментов по изучению возможности создания ядерной бомбы», — утверждал Эйнштейн.

Речь о послании американскому президенту, которое именитый ученый составил совместно с тремя коллегами в 1939 году, опасаясь, что Гитлер первым обзаведется страшным оружием. Впоследствии пацифист Эйнштейн жалел об этом письме. К практическим разработкам ядерного оружия его не привлекали: директор ФБР Эдгар Гувер считал ученого неблагонадежным.

Он присвоил достижения первой жены

Нет

В годы, когда Эйнштейн формулировал теорию относительности, он был женат на сербке Милеве Марич, которую встретил в Политехникуме: молодые люди учились в одной группе. Есть легенда, будто в первые годы брака научные статьи за Эйнштейна писала она, пока муж зарабатывал деньги, и даже что специальную теорию относительности на самом деле сформулировал не Альберт, а его жена.

Поводом для спекуляций стала, в частности, публикация советского физика Абрама Иоффе в журнале «Успехи физических наук» в 1955 году, в которой упомянуто, что автор знаменитых статей, напечатанных в 1905-м в «Анналах физики», носит фамилию Эйнштейн-Марити. На самом деле эти публикации подписаны только фамилией Эйнштейна.

Нет документальных подтверждений, что Милева внесла вклад в теории супруга. Сама она так и не смогла сдать выпускной экзамен из Политехникума, не опубликовала ни одной статьи и после развода никак не проявила себя в науке. По словам физика Джона Стэчела, редактора сборника писем Эйнштейна, «нет свидетельств, что она была одаренным математиком, зато есть некоторые доказательства, что не была».

Эйнштейн получил Нобелевскую премию за теорию относительности

Нет

Формулировка была: «За вклад в теоретическую физику и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта». Коллега и биограф Эйнштейна Абрахам Пейс объяснял это тем, что среди членов Шведской королевской академии наук, которые присуждали премию по физике за 1921 год, не было специалиста, способного компетентно оценить теорию относительности. Денежную награду Эйнштейн отдал бывшей жене Милеве, которую оставил с двумя детьми.

У Эйнштейна был роман с женой «русского Родена»

Да

Сергей Коненков и его супруга Маргарита уехали в США в 1923 году, а в 1935-м Принстонский университет заказал скульптору бюст Эйнштейна. Так пара познакомилась со знаменитым физиком.

Симпатия между Маргаритой и Эйнштейном постепенно переросла в роман, который закончился, когда Коненковы вернулись в 1945 году в СССР. Сохранилось несколько писем Эйнштейна к Маргарите и даже адресованные ей стихи. Если верить воспоминаниям функционера НКВД Павла Судоплатова, Коненкова была советским секретным агентом.

Ученый принципиально не носил носки

Да

«Даже по самым торжественным поводам я выхожу из дома без носков и скрываю этот недостаток цивилизованности с помощью высоких ботинок», — писал ученый супруге Эльзе. По собственному признанию, его еще в молодые годы раздражало, что большие пальцы ног все время проделывают дыры в носках, поэтому Эйнштейн предпочел обходиться без этого предмета одежды.

Эйнштейну предлагали стать президентом государства, но он отказался

Да

Когда в 1952-м скончался первый президент основанного четырьмя годами ранее государства Израиль, премьер-министр Давид Бен-Гурион предложил почетную должность Эйнштейну. Ученый в ответ позвонил послу этой страны в Вашингтоне.

«Я глубоко тронут предложением нашего государства Израиль, — сказал физик, — и я сразу опечалился и устыдился, что не могу принять его. Всю жизнь я имел дело с объективными предметами, следовательно, мне не хватает способностей и опыта для обращения с людьми и осуществления официальных функций…»

Он высунул язык перед камерой от усталости

Да

Самое знаменитое фото Эйнштейна сделал в 1951 году Артур Сасс. Уставший ученый с друзьями уходил с приема, посвященного его 72-летию. Эйнштейн уже сел в машину, но его продолжали осаждать фотожурналисты, не обращая внимания на просьбы: «Хватит! Хватит!» В ответ на очередное «Улыбочку!» раздраженный гений высунул язык — и Сасс успел запечатлеть момент.

Эйнштейну очень нравился вырезанный из этого группового снимка фотопортрет, который он даже рассылал друзьям в качестве открытки.

БИОГРАФИЯ

Альберт Эйнштейн

Источник: ZUMA Press, Inc. via Legion Media

1879 — родился в семье коммерсанта в немецком городе Ульм.
1896–1900 — учился в цюрихском Политехникуме на педагогическом факультете.
1902–1909 — работал в патентном бюро в Берне.
1903–1919 — был женат на сербке Милеве Марич. До свадьбы у пары родилась дочь Лизерль, но ее дальнейшая судьба неясна; в браке на свет появилось двое сыновей. Союз закончился разводом. 1905 — «Год чудес»: опубликовал статьи о специальной теории относительности, эквивалентности массы и энергии, фотоэлектрическом эффекте и броуновском движении с революционными для физики выводами.
1907–1915 — разработал общую теорию относительности.
1911 — получил место профессора в Пражском университете.
1912 — вернулся в Швейцарию.
1914 — перебрался в Берлин, получив должность профессора Берлинского университета.
1919 — женился на Эльзе Лёвенталь, разведенной кузине с двумя дочерьми.
1922 — получил Нобелевскую премию по физике. Начал разрабатывать единую теорию поля, которой будет заниматься всю жизнь.
1933 — переехал с семьей в США, получив должность профессора Института перспективных исследований в Принстоне.
1936 — овдовел.
1955 — умер в Принстоне от разрыва аневризмы аорты; тело кремировали.

Время — это одно из самых загадочных явлений, с которым когда-либо сталкивалось человечество. Несмотря на то, что оно является атрибутом любого действия в нашей жизни, вопрос «как работает время» может поставить в тупик любого ученого, ведь мы еще не приблизились к разгадке всех его аспектов.

Почитайте о тех фактах или предположениях, которые не вызывают сомнений в мире науке или хотя бы являются общепринятыми концепциями.

Время — это иллюзия, созданная человеческим разумом

Мы воспринимаем время как минимум в трех видах: прошлое, настоящее и будущее. Именно поэтому появились концепции машины времени, которая способна отправить назад или вперед по временной шкале. Однако ученые поспорили бы с такой концепцией.

Дело в том, что они считают время не тем, чем оно является для людей, далеких от науки. По сути саму концепцию времени придумало человечество, чтобы упорядочить структуру мира.

С точки зрения Вселенной, времени не существует. Есть лишь движение вперед, расширение, и поэтому ситуация, когда можно «отмотать» время назад, нереальна хотя бы потому, что это противоречит законам физики.

Время является измерением

Мы воспринимаем время как отдельную от остальных величину, которая является чуть ли не основополагающей. Но опять же, с точки зрения науки, это не так. Ученые считают время таким же измерением, как длина, ширина и высота. Пространство необязательно будет существовать только при условии наличия четвертого измерения в виде времени, так как по крайней мере сейчас в науке не существует закона, запрещающего отделение этих величин. И все же, говоря о времени, подразумевают его неразрывную связь с физическими величинами.

Время относительно

Многие слышали о Теории относительности Эйнштейна, но не осиливают изучение даже основных понятий. Это нормально, ведь нужно неплохо знать физику, чтобы понимать труды знаменитого ученого. И все же есть теория, которая понятна большинству, — относительность времени.

Эйнштейн предложил идею, что время прямо зависит от скорости, и намного позже это предположение было доказано. Согласно теории ученого, время замедляется для вещей, находящихся в движении, относительно других объектов вне его движения.

Это значит, что если ты будешь лететь на космическом корабле, двигающемся на околосветовой скорости, тебе покажется, будто время на твоих часах практически остановилось, а для стороннего наблюдателя оно будет идти как обычно. В теории считается, что для объекта, двигающегося со световой скоростью, время и вовсе останавливается.

Времени могло не существовать до Большого взрыва

Теория Большого взрыва — это тот случай, когда в краткой интерпретации все выглядит логично, но стоит копнуть поглубже — и мозги кипят. Как тебе такая мысль, что все, что есть в бесконечной Вселенной, за мгновения вылетело из бесконечно маленькой точки, называемой сингулярностью?

Согласно этой же теории, Большой взрыв стал катализатором пространства-времени, породив все сущее, в том числе и время. Это означает, что до этого грандиозного события не было ни материи, ни времени, по крайней мере в том виде, в котором мы можем это осознать.

Время может существовать в более экзотическом виде

Мы живем по физическим законам нашей Вселенной и не можем их нарушить на текущем уровне развития технологий. Это, тем более, касается времени. Однако есть теория о мультивселенных, которая предполагает наличие от одной до бесконечного количества версий Вселенной, существующих параллельно нашему миру. В одних физические законы могут быть идентичны нашим, и отличия будут заключаться, к примеру, в чуть большем содержании кислорода в атмосфере Земли.

В других различия могут быть колоссальными, в том числе и в природе времени, где оно может быть более экзотическим, например, течь с несколько другой скоростью или периодически откатываться к определенной точке, подобно замкнутой петле.

Настоящего времени не существует

Выше мы упомянули, что с точки зрения человеческого разума существует прошлое, настоящее и будущее. Однако концепция настоящего в рамках времени — это фикция. Дело в том, что ничто не происходит в этом мире в настоящем времени, по крайней мере для нас. Так, например, увиденный тобой свет от лампочки был произведен в прошлом, и твой глаз зафиксировал его через доли секунды после возникновения.

Все, что мы видим, ощущаем и мыслим — это продукты прошлого. То же самое можно сказать и о будущем, ведь мысли о нем — лишь предположение разума и только.

Время может быть смоделировано

Существует гипотеза симуляции, которая предполагает, что весь наш мир — не более чем компьютерная модель, построенная более высокоразвитой цивилизацией. Причем эта концепция весьма популярна, некоторые ученые проверяют ее реальность и приходят ко мнению, что это вполне возможный сценарий.

Те существа, что создали эту компьютерную симуляцию, могли ввести в искусственный мир случайно или намеренно величину, которую мы называем временем. Если это действительно так, то, выйдя из симуляции, человек вряд ли смог бы приспособиться к новой реальности.

Время может быть цикличным

С точки зрения приверженцев Циклической модели, материя Вселенной многократно претерпевает последовательные циклы расширения и сужения. Сначала происходит Большой взрыв, затем Вселенная проходит все стадии эволюции, а после случается Большое сжатие. В финале Вселенная вновь сжимается в бесконечно малую сингулярность, а затем снова коллапсирует, и происходит Большой взрыв.

Вместе с этим, циклично и время, которое как бы завязано в узел. Оно то ускоряется в самом начале Большого взрыва, то замедляется к Большому сжатию.