Специальная теория относительности, изложенная в эссе 1905 года «Об электродинамике движущихся тел» (Zur Elektrodynamik bewegter Körper), нанесла удар по идеальному миру классической физики. Понятия пространства и времени, лежащие в основе всех теоретических рассуждений со времен Ньютона, вдруг оказались странным образом переплетенными. Это проявляется в так называемом замедлении времени, которое было экспериментально подтверждено: движущиеся часы идут медленнее. Также частью теории была формула E=mc^>2, о которой в то время никто не знал, что она предскажет взрывы ядерного оружия. Решающая идея, которую Эйнштейн развил в своей работе 1905 года, не имела никакого отношения к расчетам: он признал, что согласно уравнениям Максвелла, волна, то есть свет, распространяется в пустом пространстве без какой-либо связи с источником излучения. Поэтому скорость света должна быть независимой от движения такого источника или наблюдателя. Все уравнения вытекают из этого единственного принципа.

Общая теория относительности, которую Эйнштейн завершил десять лет спустя, также была основана на простом мысленном эксперименте, так называемом принципе эквивалентности. Согласно этому, нет разницы, воспринимает ли человек в комнате на Земле ее притяжение или его толкают к земле с соответствующей силой, поскольку он находится в ускоренной системе в невесомом пространстве, например, в ракете во время фазы движения. Поскольку инерция материи перед лицом ускорения отвечает за последнюю силу, а гравитация – за первую, этот принцип также называют равенством инерционной и тяжелой массы.

Упрямые натурфилософы

Удивительно, что современная физика, несмотря на все культовое почитание Эйнштейна, так мало ориентирована на метод работы, с которым он был успешен. Сегодня десятки тысяч физиков занимаются чрезмерными расчетами, которые Эйнштейн не смог бы выполнить, но за более чем сто лет не было открыто ни одного принципа, сравнимого по важности с принципом эквивалентности Эйнштейна.

Эйнштейн также отличался замкнутым стилем работы; он часто настаивал на своих идеях в абсолютно самоуверенной, а иногда и упрямой манере. В своей собственной самоуничижительной скромности он сказал об этом так:

Важным пионером общей теории относительности был венский физик и философ Эрнст Мах, которого Эйнштейн высоко ценил и который заслуживает особого упоминания здесь. Мах – прототип европейского натурфилософа80, который ищет конечные причины законов с неподкупной логикой, не делая особых расчетов. В своей главной работе «Историческая механика» (Die Mechanik historisch-kritisch dargestellt), вышедшей в 1883 году, Мах указал на слабое место в теории тяготения Ньютона, которое оставалось скрытым от физиков почти двести лет81.

Мыслитель из Вены бросает вызов Ньютону

Мах атаковал концепцию абсолютного пространства и времени, введенную Ньютоном. Ньютон хотел доказать существование абсолютного пространства с помощью мысленного эксперимента. Он представил себе ведро, наполненное водой, в котором поверхность воды естественно гладкая до тех пор, пока ведро находится в состоянии покоя. Но если вращать ведро вокруг вертикальной оси, то вращательное движение ведра медленно передается воде через трение. При вращении вода под действием возникающей центробежной силы поднимается по стенкам ковша, так что образуется изогнутая поверхность. И наоборот, из этой кривизны можно сделать вывод, что ведро вращается, даже если смотреть на него изолированно. Ньютон утверждал, что это доказывает, что не ускоренное, абсолютное пространство не вращается, и естественно предположил, что это верно независимо от распределения масс во Вселенной. Мах глубокомысленно возразил: