Во второй статье, опубликованной в 1905 г., Эйнштейн вывел уравнение E = mc2 – без сомнения, самое знаменитое уравнение в истории. Оно гласит, что энергия (Е) может быть преобразована в массу (m) и наоборот. Это неизбежное следствие относительности в рамках специальной теории, тесно связанное также со скоростью света (с). Кстати, мы живем благодаря истинности этого уравнения. В главе 5 будет показано, что Солнце светит, поскольку масса превращается в энергию – о чем Эйнштейн в то время не знал, – а никакая жизнь на Земле, включая нашу, не была бы возможна без энергии Солнца.
Две другие статьи 1905 г. посвящены иным темам: одна – движению молекул, вторая – существованию фотонов, или частиц света. Эта статья принесла Эйнштейну Нобелевскую премию по физике за 1921 г. В общем, 1905 г. стал для Эйнштейна «годом чудес» – он также получил степень доктора философии в Цюрихском университете. Ему было всего 26 лет.
Вторым этапом стала разработка ОТО. Под словом «общая» Эйнштейн понимал то, что она должна работать в любых условиях, а не только в особом случае равномерного прямолинейного движения. ОТО описывает движение с ускорением – в случае, если какая-либо сила (например, гравитация или реактивная сила струи из двигателя ракеты) вызывает изменение скорости или направления. Эйнштейн трудился над этой теорией 10 лет, в течение которых переехал из Берлина в Цюрих, из Цюриха в Прагу, из Праги вернулся в Цюрих, а оттуда снова в Берлин. В эти годы родился его второй сын (Эдуард, 1910 г.), а сам он написал душераздирающее любовное письмо первой возлюбленной Мари (пока Милева была беременна Эдуардом) и влюбился в кузину Эльзу. В 1914 г., когда разразилась Первая мировая война, Эйнштейн перебрался в Берлин, а Милева с сыновьями остались в Цюрихе. Альберт обосновался в Берлине с Эльзой и двумя ее дочерьми Илзе и Марго.
Эйнштейн уже был признанным физиком. В 1911 г., впервые приехав в Лейден, он наконец познакомился с Хендриком Лоренцем. Ему была предложена должность в Утрехтском университете, однако он предпочел Прагу, где в 1912 г. познакомился и подружился с физиком австрийского происхождения Паулем Эренфестом. Примерно тогда Эйнштейн начал пользоваться самопишущим пером Ватермана, которое мне довелось подержать в руках в запасниках Музея Бургаве. В Берлине он стал профессором теоретической физики Университета Гумбольдта, главой только что созданного кайзером Вильгельмом Института теоретической физики и (в 1916 г.) президентом Германского физического общества.
ОТО – новая теория гравитации. Это кажется странным, но лишь на первый взгляд. Все сводится к так называемому принципу эквивалентности Эйнштейна, впервые сформулированному в 1907 г., согласно которому в действительности нет никакой разницы между гравитацией и движением с ускорением.
Представьте, что вы вошли в помещение без окон. Гравитация Земли тут же притягивает вас к полу. Ваш друг входит в такое же помещение без окон в космическом корабле, разгоняющемся в безвоздушном пространстве. Рядом нет планеты, которая могла бы воздействовать на него своей гравитацией, но и его прижимает к полу. Это происходит потому, что все помещение с ускорением движется вперед, будучи частью корабля.
Принцип эквивалентности Эйнштейна гласит, что между этими двумя ситуациями нет принципиальной разницы. Иными словами, какие бы эксперименты ни поставили вы и ваш друг-астронавт, результаты будут одинаковыми. Следовательно, если время замедляется в ускоряющемся корабле, оно должно замедляться и в среде с сильной гравитацией. Как объяснил Эйнштейн Лоренцу во время визита 1911 г., часы идут чуть быстрее на втором этаже здания, чем в цокольном, поскольку на втором этаже гравитационное поле Земли чуть слабее.
В последующие несколько лет Эйнштейн много трудился над этой темой и в конце концов поручил своему другу и бывшему соученику по Цюриху Марселю Гроссману разработать сложный математический аппарат, без которого невозможно было двигаться дальше. Осенью 1915 г. он погрузился в размышления, почти не покидая мансарду в доме Эльзы по Хаберландштрассе, 5, обстановку которой составляли старомодный телефон (и самопишущее перо!) на письменном столе, вытертый ковер на полу и портрет Исаака Ньютона на стене. Думаю, он даже на время перестал обращать внимание на свою кузину.
В течение ноября Эйнштейн завершил четыре основополагающие статьи о разных аспектах ОТО. Это геометрия четырехмерного пространства; масса, энергия и искривление пространственно-временного континуума; знаменитое уравнение поля, ныне украшающее стену Музея Бургаве в Лейдене; наконец, верное предсказание избыточной прецессии перигелия орбиты Меркурия. Ее можно полностью объяснить искривлением пространственно-временного континуума вблизи массивного Солнца.