Николай Надеждин - Альберт Эйнштейн

Работая в патентном бюро, Эйнштейн активно занимался изучением сил взаимодействия между молекулами и статической термодинамикой. Одна из его первых научных работ «Новое определение размеров молекул» в 1905 году была принята в качестве докторской диссертации Цюрихским университетом. Эйнштейн получил степень доктора наук и в том же 1905 году опубликовал в берлинском журнале «Анналы физики» серию научных работ, которые и стали величайшим научным открытием, обессмертившим его имя.

Одна из работ этой серии объясняла явление броуновского движения – хаотичного перемещения твёрдых частиц, взвешенных в жидкости, которое можно видеть в микроскоп. Эйнштейн приписывал броуновское движение частиц их столкновениям с невидимыми молекулами. Он предположил, что если причина броуновского движения именно в этом, то массу и число молекул, содержащихся в данном объёме жидкости, можно вычислить. Вроде бы ничего сверхъестественного – Эйнштейн лишь подтвердил существовавшую ранее теорию, что все тела состоят из молекул.

С Максом Планком.

В другой работе Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект – испускание поверхностью металла электронов под воздействием электромагнитного излучения. В 1900 году немецкий физик Макс Планк описал излучение, испускаемое горячими телами. Он предположил, что энергия испускается не непрерывно, а отдельными (дискретными) порциями – квантами. Величину кванта удалось вычислить (она равняется произведению частоты излучения и неизменного числа – постоянной Планка). Но физический смысл самого кванта оставался неясным.

Эйнштейн решил установить соответствие между квантом электромагнитной энергии (фотоном) и энергией выбитого из поверхности металла электрона. Энергия электрона равна энергии фотона с вычетом той её части, что была затрачена на выбивание электрона. Чем ярче свет, тем больше фотонов и выбитых ими электронов, но скорость электронов при этом остаётся неизменной. Увеличения скорости электронов можно добиться увеличением частоты излучения, направляемого на поверхность металла, так как фотоны высокочастотного излучения обладают большей энергией.

Тут же Эйнштейн высказывает предположение, что свет имеет двойственную природу – это и волна, и поток частиц одновременно. Позже, в 1924 году, французский физик Луи де Бройль выдвинет гипотезу, что двойственную природу имеет не только свет, но и материальные объекты – электроны, которые тоже обладают волновыми свойствами. Гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментами и стала основой квантовой механики…

Обратите внимание: все работы Эйнштейна – развитие ранее сделанных открытий. Он лишь объясняет суть уже открытых явлений. Но как объясняет! Вокруг явления тут же выстраивается стройная система, расширяющая границы познания. Броуновское движение – молекулярное строение вещества, фотонное излучение – двойственная природа света. От частного к общему, от малого ко всеобъемлющему. При этом главным инструментом Эйнштейна является, перо! И светлая голова, конечно.

Конрад Габихт, Морис Соловин и Альберт Эйнштейн. 1903 год.

Третья работа молодого учёного – его знаменитая специальная теория относительности. И опять Эйнштейн идёт от частного к общему. Он отвергает существование эфира – загадочного вещества, которое, по мнению учёных того времени, заполняет всю Вселенную и служит средой для распространения световых волн. Но эфир не удаётся обнаружить экспериментальным способом. В 1887 году американские физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли ставят эксперимент по обнаружению различия в скорости света, движущегося вдоль и поперек движения Земли, но результат оказывается отрицательным. Если бы эфир на самом деле существовал, то скорость движения самого эфира должна была бы складываться со скоростью наблюдаемого света при их попутном движении и вычитаться при противоположном. Точно также изменяется скорость вёсельной лодки, плывущей по и против течения – относительно стоящего на берегу наблюдателя.

И Эйнштейн выдвигает два гениальных предположения. Первое – все законы физики одинаково применимы для двух наблюдателей, независимо от того, как они движутся относительно друг друга. Второе – свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения его источника.