Альберт Эйнштейн: биография и научные достижения

Кто такой Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн (1879–1955) — великий физик-теоретик, один из основателей современной физики, лауреат Нобелевской премии 1921 года.

Он полностью изменил представления человечества о пространстве, времени, гравитации и свете. 

Его главные достижения — специальная и общая теория относительности, объяснение фотоэффекта (за что он получил Нобелевскую премию), предсказание индуцированного излучения и математическое обоснование реальности атомов и молекул через теорию броуновского движения. Его знаменитая формула E = mc² известна даже тем, кто далёк от физики. 

Помимо научных открытий, Эйнштейн запомнился как активный борец против ядерного оружия, а его имя стало нарицательным — синонимом гениальности. Он прожил жизнь, полную не только научных триумфов, но и личных драм, эмигрировал из нацистской Германии и боролся за свои убеждения.

Биография Альберта Эйнштейна

Ранние годы

Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в немецком городе Ульме в семье еврейского происхождения.

Отец, Герман Эйнштейн, занимался бизнесом: сначала был совладельцем небольшого предприятия по производству перьевой набивки для матрацев и перин, а позже вместе с братом открыл фирму по продаже электрического оборудования. Мать, Паулина, происходила из состоятельной семьи торговца кукурузой. Когда Альберту исполнился год, семья переехала в Мюнхен, где родилась его сестра Мария.

В детстве Эйнштейн ходил в католическую школу. Сначала он был очень религиозным, но в 12 лет всё изменилось, когда он начал читать научно-популярную литературу. Огромное влияние оказала книга Аарона Бернштейна, в которой было собрано множество научно-популярных очерков, и сборник «Народные книги по естествознанию». Альберт понял: религия не может дать ему ответы на все вопросы, которые его интересовали. С тех пор он стал скептически относиться к любым авторитетам.

Больше всего в детстве его поразили обычный компас, книга Евклида по геометрии «Начала» и труды философа Канта. А ещё мама учила его играть на скрипке с шести лет. Музыка осталась с ним навсегда. Например, в 1934 году, уже живя в США, он дал благотворительный концерт, чтобы собрать деньги для учёных, бежавших из нацистской Германии.

В гимназии Эйнштейн не был в числе лучших учеников. Математика и латынь ему давались легко, но отличником он не был. Ему было сложно встроиться в школьную систему: приходилось заучивать большие объёмы информации, так как учителя не стремились к тому, чтобы ученики понимали предмет. Ещё Эйнштейн не понимал, почему нужно уважать педагогов только за то, что они старше и опытнее, а не за их знания. Он часто спорил с ними, потому что считал, что механическое заучивание убивает интерес к учёбе.

В 1894 году его семья переехала в Италию, в город Павию. Альберт остался в Мюнхене, чтобы доучиться, но в итоге так и не получил школьный аттестат. Через год он уехал к родителям в Италию.

Осенью 1895 года Эйнштейн отправился в Швейцарию поступать в Высшее техническое училище в Цюрихе, чтобы стать учителем физики. Экзамен по математике он сдал блестяще, а вот ботанику и французский провалил, из-за чего его не приняли в Цюрихский политехникум. Директор посоветовал ему не отчаиваться, а пойти в школу в городке Арау, получить аттестат и попробовать снова.

В школе Арау у него было свободное время для самостоятельного изучения теории электромагнетизма и размышлений о физике. В 1896 году он наконец сдал выпускные экзамены (кроме французского) и поступил в Цюрихский политехникум.

Там он подружился с математиком Марселем Гроссманом и познакомился со студенткой-медиком Милевой Марич, которая позже стала женой Эйнштейна. Знакомство будущих супругов изначально казалось маловероятным: Милеве пришлось приложить усилия, чтобы получить право учиться на технической специальности и посещать лекции по физике.

В том же году Эйнштейн отказался от немецкого гражданства, чтобы избежать службы в армии, и решил получить швейцарское. Чтобы стать гражданином Швейцарии, нужно было заплатить 1000 франков, но у семьи денег не было, поэтому паспорт появился у Альберта только через пять лет. К тому времени фирма отца окончательно разорилась, и родители переехали в Милан.

Учиться в Политехникуме ему понравилось гораздо больше, чем в немецкой гимназии. Там преподавали учёные, которые внесли вклад в развитие разных областей математики, — математик Герман Минковский и аналитик Адольф Гурвиц. Правда, лекции Минковского Эйнштейн часто прогуливал, о чём позже очень жалел.

Начало научной деятельности

В 1900 году Эйнштейн окончил Политехникум и получил диплом учителя физики и математики. Экзамены он сдал хорошо, но не показал высоких результатов. Учителя знали, что молодой человек подаёт надежды, но никто не захотел помогать ему строить научную карьеру. Сам Эйнштейн позже вспоминал: профессорам не нравилась его независимость, и они просто закрыли перед ним двери в науку.

В 1901 году он наконец получил швейцарское гражданство, но работы всё не было. Целых два года он не мог устроиться даже обычным школьным учителем. Денег не хватало настолько, что будущий гений буквально голодал — иногда не ел по несколько дней. Это подорвало его здоровье: голод стал причиной болезни печени, которая мучила его всю жизнь. Но даже в таких тяжёлых условиях Эйнштейн не бросал физику. В 1901 году в серьёзном научном журнале «Анналы физики» вышла его первая статья «Следствия теории капиллярности».

Осенью того же года он попытался защитить докторскую диссертацию, посвящённую молекулярным силам в газах, чтобы стать учёным. Однако профессор Кляйнер, который должен был её оценить, отверг работу, и защита не состоялась.

В эти трудные времена руку помощи протянул старый приятель по учёбе — Марсель Гроссман. Он помог Эйнштейну устроиться на работу в Берне, в Бюро патентов. Там нужно было проверять заявки на новые изобретения. Платили 3500 франков в год — для сравнения, в студенчестве Эйнштейн тратил всего 100 франков в месяц. В патентном бюро Эйнштейн проработал с 1902 по 1909 год. Работа ему нравилась: она оставляла достаточно свободного времени, чтобы заниматься любимой теоретической физикой. В 1903 году его взяли уже на постоянную должность.

Осенью 1902 года случилась беда: заболел отец. Эйнштейн поехал к нему в Италию, но смог провести с отцом всего несколько дней — тот вскоре скончался.

В январе 1903 года Альберт женился на Милеве Марич — своей знакомой ещё по университету. У них родилось трое детей. Первая дочка, Лизерль, появилась на свет ещё до свадьбы, в 1902 году. Что с ней случилось дальше — точно неизвестно. Историки считают, что девочка умерла в младенчестве: в последнем письме, где Эйнштейн упоминает о ней, говорится, что она тяжело переболела скарлатиной.

С 1904 года Эйнштейн начал активно сотрудничать с «Анналами физики», одним из самых авторитетных научных журналов того времени. Он писал для него обзоры научных статей по термодинамике. Так Альберт приобрёл авторитет и уважение редакции, и именно это помогло ему позже напечатать свои знаменитые работы 1905 года.

«Год чудес»

1905 год физики называют «годом чудес». В этом году в журнале «Анналы физики» вышли три статьи Эйнштейна, которые перевернули науку:

1. «К электродинамике движущихся тел» — именно с неё начинается знаменитая теория относительности.
2. «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света» — эта работа заложила основы квантовой теории.
3. «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» — исследование броуновского движения, которое сильно продвинуло статистическую физику.

Эйнштейна часто спрашивали, как ему вообще пришло в голову создать теорию относительности. Он шутил, что дело в его медленном развитии: «Когда я задаю себе такой вопрос, мне кажется, что причина в следующем. Нормальный взрослый человек вообще не задумывается над проблемой пространства и времени. По его мнению, он уже думал об этой проблеме в детстве. Я же развивался интеллектуально так медленно, что пространство и время занимали мои мысли, когда я стал уже взрослым. Естественно, я мог глубже проникать в проблему, чем ребёнок с нормальными наклонностями».

Специальная теория относительности

До Эйнштейна физика опиралась на законы Ньютона. Считалось, что пространство и время — это нечто неизменное и абсолютное для всех. Эйнштейн доказал, что это не так.

В 1905 году он создал специальную теорию относительности. Она основана на двух простых идеях:

1. Законы физики одинаковы для всех, кто движется равномерно.
2.  Скорость света всегда постоянна, как бы ты ни двигался.

Из этого следовали удивительные выводы: время может замедляться, длина предметов — сокращаться, а масса — расти, если тело движется с огромной скоростью.

Самая знаменитая формула из этой теории — E = mc². Из неё следует, что масса и энергия — это одно и то же.

Позже, в 1915 году, Эйнштейн создал общую теорию относительности — новую теорию гравитации. Он объяснил, что тяжёлые предметы (например, звёзды и планеты) не просто притягивают другие тела, а искривляют пространство и время вокруг себя. Гравитация — это и есть проявление этого искривления. Например, Земля вращается вокруг Солнца не потому, что какая-то сила её тянет, а потому, что Солнце искривляет пространство и Земля «катится» по этому искривлению, как шарик по воронке.

Специальная теория относительности вызвала раскол в научном сообществе. Часть учёных сразу приняли новую теорию и начали развивать релятивистскую динамику и термодинамику. Однако многие физики встретили теорию в штыки, так как она рушила механику Ньютона, которая безупречно работала два столетия. Среди противников оказались крупные учёные: Лоренц, Томсон, Ленард, Лодж, Нернст, Вин.

Окончательно спор вокруг специальной теории относительности разрешился только в 1914–1916 годах в её пользу. Позже она получила множество практических подтверждений и стала фундаментом современной физики.

Квантовая теория

Эйнштейн объяснил загадку фотоэффекта. Учёные заметили, что свет может выбивать электроны из металла, но не могли понять, почему это зависит не от яркости света, а от его цвета (частоты). Эйнштейн предположил, что свет — это не просто непрерывная волна, а поток частиц — фотонов (или квантов). Каждый фотон несёт определённую порцию энергии. Если фотон достаточно энергичный, он выбивает электрон. Если нет — ничего не выйдет. За это открытие он позже получил Нобелевскую премию.

Эта работа стала одним из кирпичиков, на которых построена вся квантовая физика — наука о микромире (атомах и частицах).

Квантовая теория поначалу встретила непонимание большинства физиков. Даже Планк, который первым ввёл понятие квантов, считал их просто условным математическим приёмом, и Эйнштейну пришлось убеждать его в реальности фотонов. Однако постепенно накапливались опытные данные, подтверждавшие дискретность электромагнитной энергии. Окончательную точку в споре поставил эффект Комптона в 1923 году.

Броуновское движение

Эйнштейн математически описал броуновское движение — хаотичное дрожание мелких частиц в воде, которое открыли ещё в XIX веке. Он доказал, что это движение вызывается ударами невидимых атомов и молекул. Это стало первым серьёзным доказательством того, что атомы существуют на самом деле, а не просто являются удобной теорией. До этого многие учёные в этом сомневались.

Теория броуновского движения подтвердилась экспериментально быстрее всех. Уже в 1908 году измерения Перрена полностью доказали адекватность модели Эйнштейна. Это стало первым экспериментальным доказательством молекулярно-кинетической теории и реальности атомов и молекул, что подвергалось сомнению со стороны позитивистов. Как позже писал Макс Борн, именно эти исследования Эйнштейна больше, чем все другие работы, убедили физиков в реальности атомов и молекул.

Основные годы деятельности

Берн — Цюрих — Прага — Берлин (1905–1914)

Работы 1905 года принесли Эйнштейну всемирную славу, хотя и не сразу. В январе 1906 года он получил степень доктора наук по физике, защитив диссертацию о размерах молекул в Цюрихском университете. Он переписывался и встречался с ведущими физиками мира, а Макс Планк в Берлине включил теорию относительности в свои лекции. Несмотря на это, ещё четыре года Эйнштейн продолжал работать в патентном бюро в Берне, где его повысили до эксперта II класса. 

В 1909 году он получил первую оплачиваемую профессорскую должность в Цюрихском университете, а в 1911 году возглавил кафедру физики в Немецком университете в Праге. Тогда же Эйнштейн участвовал в Первом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе, где встретился с Пуанкаре.

В 1912 году учёный вернулся в Цюрих и стал профессором в своей альма-матер. А в конце 1913 года по рекомендации Планка и Нернста он получил приглашение в Берлин — возглавить физический исследовательский институт и стать профессором Прусской академии наук. Эта должность была привлекательна тем, что не требовала обязательного преподавания и оставляла время для исследований. Эйнштейн принял приглашение и в 1914 году переехал в Берлин. Его брак с Милевой Марич распался: жена с детьми осталась в Цюрихе, и в 1919 году они официально развелись.

Берлин (1915–1921)

В 1915 году Эйнштейн предложил схему опыта, который позже назвали эффектом Эйнштейна — де Хааза. Его результаты подтвердили, что в атомах существуют круговые электронные токи, что укрепило планетарную модель атома Нильса Бора.

В 1916 году Эйнштейн теоретически предсказал существование гравитационных волн (экспериментально их обнаружили только спустя сто лет, в 2015 году). В 1917 году он опубликовал первую статью по космологии.

После войны у Эйнштейна начались серьёзные проблемы со здоровьем, но он продолжал работать, даже лёжа в постели. В 1919 году он женился на двоюродной сестре Эльзе и удочерил её двух детей. В том же году скончалась его мать.

Осенью 1919 года английская экспедиция Артура Эддингтона подтвердила предсказанное Эйнштейном отклонение света в поле тяготения Солнца. Новость стала мировой сенсацией, а слава Эйнштейна достигла небывалых высот.

В мае 1920 года, будучи членом Берлинской академии наук, Эйнштейн был приведён к присяге как госслужащий и восстановил немецкое гражданство. Швейцарское гражданство же он сохранил на всю жизнь. В 1920-е годы он много путешествовал по Европе, США, посетил Индию, Китай и Японию.

Нобелевская премия (1922)

Эйнштейна номинировали на Нобелевскую премию ежегодно начиная с 1910 года. Крупнейшие физики мира (Лоренц, Планк, Бор и многие другие) рекомендовали его кандидатуру, но Нобелевский комитет долго не решался присудить премию автору столь революционных теорий. В конце концов нашли дипломатичный выход: премию за 1921 год присудили Эйнштейну в ноябре 1922 года за открытие закона фотоэлектрического эффекта — наиболее бесспорную и проверенную работу. В решении добавили нейтральную формулировку: «…и за другие работы в области теоретической физики». Саму теорию относительности в решении не упомянули, отметив, что она будет оценена после будущих подтверждений.

Из-за поездки в Японию Эйнштейн не смог получить премию лично. От его имени её принял германский посол в Швеции. Нобелевскую речь Эйнштейн прочитал позже, в 1923 году, и посвятил её, вопреки решению комитета, именно теории относительности.

Берлин (1922–1933)

В 1924 году индийский физик Ш. Бозе прислал Эйнштейну статью с новой идеей о статистике частиц. Эйнштейн помог её опубликовать и развил эту статистику применительно к атомам и молекулам. Так возникла статистика Бозе — Эйнштейна, которая описывает поведение определённого типа частиц (их позже назвали бозонами). На её основе учёные предсказали существование конденсата Бозе — Эйнштейна — особого состояния вещества, которое экспериментально доказали только в 1995 году.

Эйнштейн активно участвовал в политической жизни: выступал за социальную справедливость, интернационализм, разоружение и отмену воинской службы.

В 1920-е годы из-за роста антисемитских настроений теории Эйнштейна в Германии подвергались нападкам. В 1931 году вышла книга «Сто авторов против Эйнштейна», на что он остроумно ответил: «Будь я неправ, хватило бы и одного!»

Примерно с 1926 года Эйнштейн сосредоточился на двух главных проблемах: квантовой теории и создании единой теории поля, которая должна была объединить гравитацию и электромагнетизм. Он активно занимался и изобретательством: у него было около двадцати патентов, в том числе на холодильник, слуховой аппарат и гирокомпас.

Принстон (1933–1945). Борьба с нацизмом

С приходом нацистов к власти в Германии началась травля учёных-евреев. Труды Эйнштейна объявлялись «искажением истинной науки», а его самого открыто травили. В 1933 году он навсегда покинул Германию и с семьёй уехал в США, где получил должность профессора в Институте перспективных исследований в Принстоне. В знак протеста против нацизма он отказался от немецкого гражданства и членства в академиях наук.

В США Эйнштейн стал одним из самых известных и уважаемых людей. Он оставался скромным и приветливым человеком, отвечал на множество писем (даже детские). В 1936 году умерла его жена Эльза, а вскоре — его друг Марсель Гроссман. С ним остались сестра Мария, падчерица Марго и секретарь.

В августе 1939 года, обеспокоенный тем, что нацистская Германия может создать атомную бомбу, Эйнштейн подписал письмо президенту Рузвельту, написанное физиком Силардом. Оно подтолкнуло США к началу собственных ядерных разработок. Сам Эйнштейн в проекте не участвовал. Позже он глубоко сожалел о своём поступке, узнав о бомбардировках Хиросимы и Нагасаки, и до конца жизни активно выступал против ядерного оружия.

Принстон (1945–1955). Борьба за мир

После войны Эйнштейн стал одним из основателей Пагуошского движения учёных за мир. Вместе с Бертраном Расселом он написал знаменитый манифест, предупреждающий об опасности ядерной войны и гонки вооружений.

До конца жизни он продолжал работу над единой теорией поля, которая должна была объединить известные физические силы. Создать такую теорию ему не удалось, но он работал над ней до последних дней.

Последние годы жизни

В 1955 году здоровье Эйнштейна резко ухудшилось. Он написал завещание и сказал друзьям: «Свою задачу на Земле я выполнил». Последним его трудом стало незаконченное воззвание с призывом предотвратить ядерную войну.

Несмотря на близость смерти, Эйнштейн оставался самим собой. Историк Бернард Коэн, посетивший его в это время, вспоминал: «Я знал, что Эйнштейн — великий физик, но я не имел представления о теплоте его дружелюбной натуры, о его доброте и большом чувстве юмора. Ум Эйнштейна оставался живым, он был остроумен и казался очень весёлым».

Падчерица Марго рассказывала о последней встрече с ним в больнице: «Он говорил с глубоким спокойствием, о врачах даже с лёгким юмором, и ждал своей кончины, как предстоящего „явления природы“. Насколько бесстрашным он был при жизни, настолько тихим и умиротворённым он встретил смерть».

Альберт Эйнштейн умер в Принстоне 18 апреля 1955 года в 77 лет. Причиной смерти стала аневризма аорты. Перед концом он произнёс несколько слов по-немецки, но медсестра не смогла их потом воспроизвести.

Эйнштейн не воспринимал никаких форм культа личности и запретил пышное погребение. Он просил не разглашать место и время похорон. 19 апреля 1955 года всего 12 самых близких друзей проводили его в последний путь. Тело учёного было кремировано, а пепел развеян по ветру.

Вклад в науку Альберта Эйнштейна

Открытия Эйнштейна лежат в основе многих технологий, которыми люди пользуются ежедневно. Спутниковая навигация (GPS, ГЛОНАСС) работает благодаря учёту эффектов теории относительности: без поправок, предсказанных Эйнштейном, погрешность измерений нарастала бы с каждой секундой и навигаторы ошибались бы на километры.

Солнечные батареи преобразуют свет в электричество на основе фотоэффекта, который объяснил Эйнштейн. На том же принципе работают датчики света в камерах, автоматические двери и охранные сигнализации.

Предсказанное Эйнштейном индуцированное излучение сделало возможным создание лазеров. Лазеры используются в проигрывателях дисков, принтерах, медицине (коррекция зрения, хирургия), системах связи и сварке металлов.

Формула E = mc² стала основой ядерной энергетики. Атомные электростанции работают благодаря превращению массы в энергию — процессу, который объяснил Эйнштейн.

Работы Эйнштейна по броуновскому движению окончательно доказали реальность атомов и молекул, без чего невозможно было бы развитие современной химии, биологии и материаловедения.

Теории Эйнштейна стали фундаментом, на котором построена практически вся современная физика. Без них жизнь, какой мы её знаем сегодня, была бы невозможна.

Личная жизнь Альберта Эйнштейна

Альберт Эйнштейн был дважды женат. Его первой женой стала сербская студентка Милева Марич, которую он встретил во время учёбы в Цюрихском политехникуме. Они поженились в 1903 году. У пары родилось трое детей. Первая дочь, Лизерль, появилась на свет ещё до брака, в 1902 году, — её судьба точно неизвестна, историки предполагают, что она умерла в младенчестве. Позже родились два сына: Ганс Альберт (1904) и Эдуард (1910).

Однако брак с Милевой в итоге распался. После переезда Эйнштейна в Берлин в 1914 году семья осталась в Цюрихе, и они больше не жили вместе. В 1919 году они официально развелись. Старший сын, Ганс Альберт, позже последовал за отцом в США и стал профессором Калифорнийского университета, признанным специалистом по гидравлике. Младший сын, Эдуард, около 1930 года тяжело заболел шизофренией и провёл остаток жизни в психиатрической клинике в Цюрихе.

В 1919 году Эйнштейн женился на своей двоюродной сестре Эльзе Лёвенталь (урождённой Эйнштейн). Он удочерил двух её детей от первого брака — Марго и Ильзу. Жена была рядом с ним во время взлёта его славы и переезда в США. Она умерла в 1936 году от болезни сердца.

В США вместе с Эйнштейном жили его падчерица Марго, сестра Мария и секретарь Эллен Дюкас. Сестра после инсульта в 1946 году была частично парализована, и каждый вечер учёный читал ей книги.

Эйнштейн очень тяжело переживал потерю близких. Его мать Паулина умерла в 1920 году. Друг юности Марсель Гроссман скончался в 1936 году — в том же году, что и Эльза. Двоюродная сестра Эйнштейна Лина погибла в Освенциме, другая сестра, Берта Дрейфус, умерла в концлагере Терезиенштадт.

Несмотря на мировую славу, в быту Эйнштейн был скромным и нетребовательным человеком. Он не заводил автомобиль и телевизор, был дружелюбен в общении, отвечал на письма и обладал отличным чувством юмора. Друзья и близкие вспоминали его как доброго, тёплого и остроумного человека, который до конца сохранял спокойствие и даже лёгкость перед лицом смерти.

Интересные факты об Альберте Эйнштейне

Получил Нобелевскую премию не за теорию относительности

Многие думают, что Эйнштейну дали Нобелевку за теорию относительности. На самом деле комитет долго не решался вручать премию за столь революционные идеи. В итоге в 1922 году его наградили за объяснение фотоэффекта — работу, которая считалась наиболее бесспорной и проверенной на опытах.

Мозг украли через семь часов после смерти

Патологоанатом Томас Харви, проводивший вскрытие, забрал мозг Эйнштейна без разрешения семьи и хранил его в банке 40 лет, высылая кусочки учёным по всему миру. Исследования показали, что серого вещества у гения было выше нормы, а участки, отвечающие за обработку информации, увеличены. Глаза Эйнштейна тоже хранятся в безопасном месте в Нью-Йорке.

Терпеть не мог носки и чистку зубов

Эйнштейн ненавидел носки и не носил их даже на официальные мероприятия, маскируя их отсутствие высокими ботинками. Своё отношение он объяснял просто: «Когда я был молодым, я узнал, что большой палец всегда заканчивается дыркой в носке. Так что я перестал их носить». А ещё учёный долгое время не чистил зубы, считая, что щетина может просверлить эмаль, как алмаз, — приучила его к гигиене только первая жена.

Получил предложение стать президентом Израиля

В 1952 году после смерти первого президента Израиля Хаима Вейцмана Эйнштейну предложили занять этот пост. Но учёный вежливо отказался, объяснив, что у него нет опыта и способностей руководить страной — он учёный и работает с объективными фактами.

Дружил с Чарли Чаплином

Эйнштейн обожал фильмы Чаплина. Однажды он отправил ему телеграмму: «Ваш фильм „Золотая лихорадка“ понятен всем в мире, и я уверен, что вы станете великим человеком». Чаплин ответил: «Я вами восхищаюсь ещё больше. Вашу теорию относительности не понимает никто в мире, но вы всё-таки стали великим человеком».

Стал прообразом магистра Йоды

Художник по спецэффектам «Звёздных войн» Ник Мейли в интервью подтверждал, что при создании образа использовались черты лица Эйнштейна — морщинистый лоб, мудрый и одновременно озорной взгляд, хотя пропорции были изменены (голова уменьшена, уши увеличены).