Холодильник Эйнштейна

Желая жениться на Марич, Эйнштейн в поисках работы обращался ко многим европейским профессорам. Отвечали единицы, да и те отказом. “Скоро я предложу свои услуги всем физикам от Северного моря до южной оконечности Италии”, — жаловался Эйнштейн в письме Марич. Чтобы сводить концы с концами, он давал частные уроки и подменял школьных учителей. В конце концов его друг Марсель Гроссман сообщил, что в Швейцарском патентном бюро в Берне появилась вакансия “технического эксперта III класса”. Более того, отец Гроссмана, знакомый с директором Патентного бюро, написал Эйнштейну рекомендательное письмо. Работа была не слишком интересной и предполагала оценку патентных заявок по поручению старших сотрудников. Но Эйнштейну она сулила желанную регулярную зарплату, и он пришел в восторг. “Если дело выгорит, я сойду с ума от радости”, — написал он Марич.

Затем Марич забеременела. В начале 1902 года у нее родилась девочка, судьба которой остается загадкой, поскольку Эйнштейн и Марич не ничего не сказали о дочери друзьям и близким. Историки полагают, что девочку отдали на удочерение, потому что появление внебрачного ребенка разозлило бы родителей Эйнштейна и помешало бы ему найти работу в консервативной Швейцарии. Если последнее действительно сыграло свою роль в принятии решения, то это обернулось успехом, поскольку летом 1902 года Эйнштейн получил работу в Швейцарском патентном бюро в Берне. Марич приехала к нему в начале 1903 года, и в январе они поженились.

Работа в Патентном бюро была настолько непыльной, что, как писал Эйнштейн, он “справлялся с дневными задачами за два-три часа”. У него оставалось достаточно времени на другие дела, и его жизнь к 1904 году стала весьма активной. Он работал и самостоятельно занимался наукой, а Марич тем временем родила сына, Ганса Альберта. Он появился на свет в более подходящих обстоятельствах, и его родители были счастливы.

В 1903–1904 годах Эйнштейн не сомневался, что сделает важнейший вклад в свою область науки. Стремясь к этому, он отправил свои первые статьи в Annalen der Physik, самый престижный научный журнал немецкоязычного мира. Эти ранние работы демонстрируют увлеченность Эйнштейна термодинамикой. По сути, они представляют собой обобщение статистических идей, которые Больцман развивал на протяжении своей жизни. Опубликовав их, Эйнштейн стал одним из ведущих мировых экспертов по термодинамике и заложил фундамент для своего “года чудес”, наступившего в 1905-м.

Первая статья того года, которую Эйнштейн представил на рассмотрение 17 марта, называлась “Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света”. Именно ее Эйнштейн считал революционной для того времени, а Нобелевский комитет в 1921 году цитировал при вручении ему премии.

В некотором смысле эта статья стала подтверждением опубликованной в 1900 году работы Макса Планка, в которой больцмановский статистический анализ молекул газа был применен к свечению тел при нагревании. Как мы помним, Планк пришел к выводу, что молекулы горячих тел испускают и поглощают свет крошечными порциями. Однако Планк не думал, что свет всегда ведет себя именно так. Он считал, что обычно он представляет собой непрерывный поток электромагнитных волн.

В своей статье Эйнштейн, однако, идет гораздо дальше Планка, который, по собственному признанию, обратился к идеям Больцмана лишь от отчаяния. Эйнштейн, напротив, принимает эти идеи и превращает их в “эвристический” аргумент, что свет всегда существует в качестве потока дискретных частиц. “Эвристический” значит “выявленный”. По мнению Эйнштейна, полезно представлять, “что энергия света распространяется по пространству дискретно”[22], хотя это однозначно и не подтверждается данными. Ученый приходит к этому выводу, принимая больцмановское статистическое определение энтропии шире, чем рискнул Планк. Эйнштейн утверждает, что многие аспекты света можно понять, если его поведение “будет интерпретироваться на основе введенного в физику Больцманом принципа, согласно которому энтропия некоторой системы есть определенная функция вероятности состояния этой системы”.

Эйнштейн напоминает читателям о предложенном Больцманом статистическом объяснении энтропии газа. Предположив, что газ состоит из крошечных частиц, или молекул, которые пребывают в постоянном движении, Больцман продемонстрировал, что энтропия газа возрастает исключительно по воле случая. Эйнштейн использует эти аргументы, чтобы показать, что изменение энтропии света также получит объяснение, если допустить, что свет, как и газ, состоит из дискретных частиц. Дело в том, что из крошечных частиц состоит не только воздух в вашей комнате, но и входящий в нее свет. Установив корпускулярную природу света на базе рассуждений, аналогичных больцмановскому статистическому анализу газа, Эйнштейн в заключительной части статьи показывает, как эта идея помогает “лучше объяснить” оптические явления, которые не были поняты прежде.