Банеш Хофман - Альберт Эйнштейн. ТВОРЕЦ И БУНТАРЬ.

Особое значение приобрело число Авогадро. Зная это число, можно сразу же вычислить, например, массу любого атома. Кто же первый с достаточной точностью определил это число? Этим человеком был Планк. Причем контекст был самым, казалось бы, неподходящим: значение числа Авогадро было определено Планком при измерении излучения черного тела. Более того, Планк даже сделал это в 1900 г. в той самой статье, где была предложена квантовая гипотеза. И Планк, и Эйнштейн интуитивно считали этот факт фундаментальным достижением.

Но как вообще можно было вывести число Авогадро, занимаясь свечением черного тела? Кажется, между ними нет ничего общего.

Те принципы, на которые опирались физики в своей работе, теснейшим образом между собой связаны и применяются в самых отдаленных разделах физики. Передать это популярным образом непросто. Возьмем, к примеру, вероятностную формулу Больцмана для энтропии. Она исходит из молекулярной теории газов и содержит ключевую величину — так называемую газовую постоянную. При вычислении энтропии с позиций теории вероятностей эта постоянная должна была учитываться, даже если речь вовсе не шла о газах.

Наша задача — поспевать за все новыми открытиями Эйнштейна, так что придется ограничиться этим кратким примером. Не прошло и месяца после представления второй — «сахарной» — статьи, как Эйнштейн отослал в «Annalen der Physik» третью из четырех статей, упомянутых в письме к Габихту. И эта статья по праву знаменита.

Сестра Эйнштейна, Майя, описывая дни своей юности, рассказывала о том удовольствии, с каким молодой Эйнштейн курил длинную трубку, подаренную ему отцом. В своих воспоминаниях она писала, что «он любил наблюдать, как образовывались причудливые клубы дыма, изучать движения отдельных частиц дыма и их взаимодействие».

Возможно, это и послужило толчком для появления новой статьи Эйнштейна. Давайте, как и прежде, проследим за общей линией рассуждений и вновь поразимся выводам. Эйнштейн опять прибегнул к образу маленьких твердых сфер в жидкости, но на этот раз он допустил, что жидкость имеет молекулярную структуру, а сферы относительно огромны — размером с маленькую частицу дыма или подобную ей крупинку, которую можно разглядеть в микроскоп. Поскольку запас тепла есть энергия движения, то молекулы жидкости должны были бы постоянно сталкиваться и хаотично перемешиваться. Эйнштейн еще раньше пришел к такому же выводу, что и Больцман: энергия движения, в среднем одинаковая для всех молекул, составляющих эту смесь, независимо от массы, обусловлена столкновением частиц в смеси.

Но к чему ограничиваться молекулами? Эйнштейн понял, что в вопросе о распределении энергии молекулы и крупинки можно рассматривать единообразно. Конечно, различия есть. Кому же не известно, что, например, биллиардный шар не должен двигаться с такой же скоростью, как шарик для пинг- понга, чтобы приобрести энергию последнего. Крупинки должны были бы двигаться со значительно меньшей скоростью, чем молекулы жидкости. И действительно, скорость крупинки можно сравнить со скоростью пера авторучки при письме. Однако движение крупинок далеко не так просто. Возьмем, к примеру, единичную крупинку в состоянии покоя, окруженную со всех сторон молекулами. Так как в целом удары молекул с противоположных сторон более или менее уравновешивают друг друга, можно предположить, что крупинка остается в состоянии относительного покоя. Но такое предположение расходится с законами теории вероятностей. Эйнштейн показал, что статистические флуктуации — аналогичные выпадению счастливого числа при игре в кости — вызовут дисбаланс, и его будет достаточно для того, чтобы придать крупинке интенсивное зигзагообразное движение, которое можно увидеть в микроскоп.

Не имея конкретных количественных данных, Эйнштейн не мог с уверенностью утверждать, что предсказанное им движение представляет собой так называемое броуновское движение, которое впервые наблюдал шотландский ботаник Роберт Броун в 1828 г. Тем не менее Эйнштейн был убежден, что если молекулярная теория внутренней теплоты правильна, то должно иметь место аналогичное движение. В то время он не знал, что еще в 1888 г. французский физик М. Гу пришел к выводу, согласно которому броуновское движение — это форма теплоты. В 1906 г. к аналогичному заключению независимо от него пришел польский физик Мариан Смолуховски.　

Быстрое зигзагообразное движение крупинок затрудняет непосредственное измерение их скорости. Можно ли в таком случае проверить теоретические выводы количественными методами?