Автор: Интереснейшие статьи Евгения Берковича об Эйнштейне побудили меня прочитать переписку Эйнштейна и его будущей жены Милевы Марич за 1901 год. Об Эйнштейне много кто пишет, часто поверхностно. Но все что пишет Евгений Беркович, отличается точностью и обстоятельностью. Если у Берковича что-то написано, то можно не сомневаться, что так оно и есть.
Поражает, что речь ведь практически о детях, которым в 1901 году было 21-22 года, закончивших четырехлетний курс технического университета, готовившего школьных учителей. Да и диссертация в те годы, похоже, часто была небольшого объема, обычной научной статьей. В наше время, чтобы после четырех лет бакалавриата стать доктором, нужно потратить лет шесть, прослушать много курсов магистрского уровня, сдать разные аспирансткие или докторские экзамены и написать объемную PhD диссертацию, обычно из нескольких глав, каждая примерно равная научной статье.
А в начале ХХ века в Швейцарии, похоже, достаточно было после окончания четырехлетнего курса университета (то есть в 20-21 год) представить для защиты работу, примерно равную одной научной статье, примерно как магистрский диплом сейчас. Никаких аспирантских экзаменов, никаких PhD Qualls and PhD Prelims, никаких курсов и зачетов.
Самые известные свои открытия, включая специальную теорию относительности, Эйнштейн сделал в 1905 году, будучи клерком в патентном ведомстве. Ему в 1905 исполнилось 26 лет. СТО перевернула наши представления о пространстве и времени. Оказалось, что есть максимальная скорость (скорость света), которую достичь невозможно. Вообше, скорость неаддитивна, при сложении скоростей сумма определяется по сложной формуле.
Интересна история с диссертациями Эйнштейна, о которых пишет Беркович. Про содержание диссертации Эйнштейна 1905 г интересно пишет Norbert Straumann https://arxiv.org/pdf/physics/0504201.pdf
Из письма Эйнштейна Бессо 1903 года следует, что идею работы — использование коэффициентов диффузии для определения размеров молекул и числа Авогадро, он имел уже в 1903.
Сама же диссертационная работа 1905 г. (объемом с обычную статью) о размерах молекул содержит относительно сложные технически (я бы сказал, на уровне курсовой работы по матфизике для продвинутых третьекурсников) математические выкладки (решение уравнений Навье-Стокса в частных производных для рассматриваемой задачи), и когда Эйнштейн к ее решил, думаю, доподлинно неизвестно. Собственно, злополучная ошибка в коэффициенте (1 вместо 2/5) была исправлена только в 1908 г.
Речь о том, что сегодня мы назвали бы смазкой с наночастицами (влияние твердых частиц в суспензии на коэффициент вязкости). Но для Эйнштейна это вычисление вязкости раствора сахара в воде (молекулы сахара — частицы) и, зная плотность сахара, определение среднего размера молекул.
Ясно, что Эйнштейн думал в 1901-1905 об определении числа Авогадро и размеров атомов путем наведения «моста» между механикой на микромасштабе и термодинамикой на макромасштабе. Способов сделать это существует несколько. Это в общем обычная (хотя в те годы новая и важная) работа по сложности и внутренней логике, которую много кто мог бы сделать. По современным меркам она вряд ли потянула бы на PhD диссертацию просто потому что небольшая.
А электродинамика движущихся тел (СТО) все же стоит совсем особняком. Идея, что скорости не складываются аддитивно, и что скорость света достичь невозможно, и понимание, что в таком представлении нет внутреннего противоречия, явно требовали совсем другого уровня ясности ума. И тут уж действительно речь о гениальности Эйнштейна.
По поводу СТО и психологии научного открытия, интересно, насколько понимал тогда Эйнштейн, что его представление об электродинамике движущихся тел — что световую волну догнать невозможно, потому что скорости не аддитивны, а складываются с множителем sqr(1-v^2/c^2) — насколько он понимал, что такое предствление внутренне непротиворечиво? То, что подобное преобразование образует группу (Лоренца) и пространство с мнимой координатой (Минковского) стало известно позже. Понимал ли он это как-то интуитивно, благодаря своей гениальности? Или просто не боялся сделать ошибку и сказать глупость и потому наткнулся на правильное решение? Рискнуть высказать подобную идею должно быть попросту страшно (потому что легко ошибиться). Но никаких свидетельств о сомнениях и колебаниях Эйнштейна вроде бы нет.
Обратил внимание вот на это письмо от 19 декабря 1901 года:
«Сегодня всю вторую половину дня был у Кляйнера в Цюрихе и объяснил ему мою идею в электродинамике движущихся тел, поговорили и о других возможных физических вопросах…
Он посоветовал мне опубликовать мои идеи об электромагнитной теории света и движущихся тел вместе с эксперимeнтальным методoм. Он считает, что метод эксперимента, который я предложил — самый простой, подходящий и убедительный. Я был очень рад этому успеху. Я обязательно должен написать эту статью в ближайшие недели. »
Кажется, это говорит о том, что идея специальной теории относительности («мою идею в электродинамике движущихся тел») уже была у Эйнштейна в 1901 году. Возможно, пока еще в незрелом, незавершенном виде.
Ясно, что из этих идей, которые он обсуждал в тот день с проф. Кляйнером, а продумывал гораздо раньше, выросла статья 1905 в Annalen der Physik, которая так и называлась «К электродинамике движущихся тел» и положила начало ТО. Но три с половиной года потребовалось, чтобы идея созрела и была оформлена в виде научной статьи. Скорее всего, Эйнштейн обдумывал все это и раньше.
Все это интересно (по-моему), тем, что речь о молодом человеке. Эйнштейну было 22 года. Революционные идеи вряд ли придут в голову человеку сильно старше 20 лет.
Добавлю, что эти идеи, как и многие идеи, преведшие к ОТО, были сформулированы во многом в Цюрихе, а не только в Берне. Я специально ездил в Цюрих лет пять назад и прошел по эйнштейновским адресам, чтобы представить для себя «декорации», в которых могли формироваться такие интеллектуальные представления.
Это интеллектуальный триумф европейской цивилизации, и он, вероятно, отражает какой-то германо-швейцарский дух места. Озеро, старые улочки. Вот моя запись в блоге о той поездке https://sites.uwm.edu/nosonovs/2019/06/10/einstein-in-1910/
Во многом это поразительно. В те годы никто не знал ни о существовании галактик, ни почему светит Солнце. И вот на кончике пера, руководствуясь странными идеями о сложении скоростей, об абстрактном пространстве и времени с мнимыми координатами, об относительном движении и о том, что ускоренное движение тоже должно бы быть относительным (а оно не хочет, сопротивляется!), предсказаны на кончике пера, например, черные дыры или гравитационные волны, которые экспериментально открыты только в XXI веке. Все это очень далеко, на миллиарды световых лет, за пределами того, о чем можно было подумать в Цюрихе 1910 года. Удивительно, что такая теория почему-то работает.
Очень хорошая заметка, Михаил. И Ваши цюрихские путевые заметки интересны. В 1901 году у Эйнштейна была твердая уверенность в справедливости принципа относительности Галилея для всех физических (а не только механических) явлений. Но вот с невозможностью превысить скорость света возникало противоречие, которое он преодолел только в мае 1905 года после разговора с Бессо: он понял, что с уточнением понятия одновременности меняется правило сложения скоростей, и никакого противоречия тогда не получается. Поэтому две аксиомы — принцип относительности и предельность скорости света — дали возможность за полтора месяца оформить специальную теорию относительности. А думал о ней он аж десять лет — с 1895 года, когда возник первый мысленный эксперимент с полетом на солнечном луче.