Профессор Эйнштейн

Профессор Эйнштейн

Наконец в 1909 г. Эйнштейн стал профессором теоретической физики в университете Цюриха. Это был новый пост: с уходом Клаузиуса в 1867 г. не было профессора теоретической физики. Эйнштейна представил собранию факультета профессор А. Кляйнер, который очень хорошо говорил о нем. О его выступлении на фоне антисемитских выпадов коллег сохранилось такое свидетельство:

«Эти выражения нашего коллеги Кляйнера, основанные на многолетнем знакомстве, более ценны для комитета и факультета, чем то, что г. д-р. Эйнштейн является иудеем, так как иудеям, среди преподавателей присущи (во многих случаях, хотя и не всегда) все неприятные особенности такие, как назойливость, наглость и менталитет лавочника».

6 июля 1909 г. Эйнштейн получил отставку в Патентном Бюро и перешел в университет. Профессор Эйнштейн появился в классе в обычной одежде, часто носил слишком короткие брюки и приносил маленькую бумажку размером с визитную карточку, по которой читал свои лекции. Между 1907 и 1911 гг. Эйнштейн потерял интерес к теории гравитации. Вместо этого он был полностью поглощен квантовой теорией. Он писал в 1908 г. своему сотруднику Лаубу (1882—1962):

«Я целиком занят вопросом сущности излучения ... Эта квантовая проблема имеет настолько исключительно важную значимость и так сложна, что она должна интересовать каждого».

И в следующем году:

«Я еще не нашел решения вопроса о свете и квантах. В то же время я стараюсь понять, смогу ли я разработать эту мою любимую проблему».

Тем не менее, позднее он временно оставил свои усилия в отношении теории света, обратился снова к теории гравитации. В 1910 г. Эйнштейн принял кафедру в Немецком университете в Праге, куда он перебрался в марте 1911 г. Теперь он старался обобщить специальную теорию относительности, включив в нее гравитацию. Теория гравитации была его главным интересом до 1916 г. В то время как большинство физиков уже признали специальную теорию относительности, считая ее прочной частью основ физики, Эйнштейн был занят поиском пределов ее применимости и математическим представлением более глобальным и более применимым ко многим физическим явлениям.

В Праге в 1911 г. он выдвинул предположение, что световые волны искривляются гравитационными полями, но необходимо было ждать до 1914 г. когда экспедиции могли бы проверить это предсказание во время солнечного затмения. Первая мировая война прервала эти наблюдения, и первые измерения могли быть сделаны лишь в 1919 г.

В 1911 г. Эйнштейн был также занят написанием важной лекции по квантовой физике на Первом Сольвеевском Конгрессе (30 октябрь — 3 ноябрь 1911 г.). После 18 месяцев, проведенных в Праге, Эйнштейн возвратился в Цюрих в конце 1912 г. на должность полного профессора в Политехникуме, где он учился двенадцать лет назад. В Цюрихе, в соавторстве с Марселем Гроссманном, который стал профессором математики, Эйнштейн опубликовал в 1913 г. предварительную версию новой теории гравитации.

В конце 1913 г., по инициативе немецких физиков Макса Планка и Вальтера Нернста (1864-1941) (нобелевского лауреата по химии за 1920 г. «За признание его работ по термохимии») Эйнштейну было сделано почетное предложение стать членом Королевской Прусской Академии в Берлине, быть профессором Берлинского университета без обязанности преподавать и стать директором вновь создаваемого Физического института кайзера Вильгельма. Задачей Эйнштейна было организовать исследовательскую работу. Его не обязывали преподавать, но он мог это делать по своему желанию. Эйнштейн не любил формальное преподавание, а живая научная атмосфера в Берлине привлекала его. Так что он принял приглашение.

Во время визита Макса Планка и Вальтера Нернста в Цюрих с целью предложить Эйнштейну новое положение он по просьбе Планка описал состояние своей работы по общей теории относительности, и Планк, который первым распознал в нем гения, сказал: «Как более старший, должен предостеречь вас; сперва вы не добьетесь успеха, и даже если и добьетесь, никто не поверит вам».

Когда Планк и Нернст ушли, Эйнштейн так прокомментировал эту встречу своему ассистенту Отго Штерну: «Эти двое напоминают мне людей, гоняющихся за редкой почтовой маркой».

Вскоре после прибытия в Берлин Эйнштейн развелся со своей женой Милевой; ему было 34 года, и он был звездой первой величины на научном небосклоне.

В Берлине, несмотря на многие контакты с коллегами, в частности с Максом Планком, Максом фон Лауэ, Вальтером Нернстом и, позднее, с Эрвином Шрёдингером и многими другими, он чувствовал себя изолированным и чужим. Он не выступал с лекциями, но активно участвовал в обсуждениях, которые следовали за научными семинарами. Как пацифист и противник национализма, он чувствовал себя еще более изолированным во время Первой мировой войны. Он полностью сосредоточился на теории гравитации и, после значительных усилий, добился успеха к концу 1915 г. в формулировке, которая до сих пор рассматривается как замечательнейшая часть классической физики. Эта теория выдержала все экспериментальные проверки, выполненные до сих пор.

В 1915 г. он также заинтересовался экспериментом, проводимым вместе с голландским физиком Вандером Иоганном де Гаазом (1878—1960) (зятем Лоренца). В этом эксперименте использовался цилиндр (например, железа), подвешенный на упругой нити, и исследовалось закручивание при быстром намагничивании; сегодня это известно как эффект Эйнштейна—де Гааза.

Тяготы войны его не слишком затронули, эти годы были наиболее продуктивными и творческими в его карьере. Он опубликовал книгу и около 50 статей. В 1916 г. Эйнштейн написал десять научных работ, среди которых были наиболее важный синтез общей теории относительности, обсуждение теории излучения света с введением спонтанного и индуцированного излучения, первая работа по гравитационным волнам и другие, которые мы обсудим в дальнейшем. Он также закончил свою популярную книгу по теории относительности.

В этот год он вновь обратился к излучению черного тела и добился значительного прогресса. В ноябре 1916 г. он писал Бессо: «Чудесный свет пролился на меня в виде поглощения и испускания излучения». Его объяснения были изложены в трех статьях, две из которых появились в 1916 г., а третья в начале 1917 г. В этих работах, которые мы можем считать наиболее важным вкладом в квантовую теорию, Эйнштейн предложил статистическую теорию взаимодействия между атомами и фотонами, дал новую демонстрацию теории излучения Планка и ввел концепцию «индуцированного излучения», что обеспечило основу для открытия мазеров и лазеров, о чем мы будем говорить в следующей главе. В тот же год он обосновал современную космологию, науку о крупно масштабной структуре Вселенной, построив первую математически корректную модель Вселенной, содержащей однородно распределенное вещество, испытывающее гравитацию.