Беседы с Альбертом Эйнштейном - [6]

* * *

Была ли полученная зависимость очень сложной?

Мои вычисления состояли из двух этапов и включали два довольно простых уравнения. Новым был сам метод: я впервые получил формулу, содержащую размер молекулы и число Авогадро. Число Авогадро необходимо, потому что с его помощью вы можете вычислить количество молекул в определенном количестве вещества.

* * *

Профессор, помогите понять, что такое число Авогадро.

Число Авогадро — постоянное число, связанное со свойствами атомов. Оно полезно тем, что позволяет использовать вес в расчетах. Например, если мы знаем, что дюжина апельсинов весит два килограмма, мы можем определить количество апельсинов в большом ящике, взвесив ящик. Если апельсины в ящике весят 2000 килограммов, значит, там 1000 дюжин апельсинов. Это же быстрее и легче, чем пересчитать 12 000 апельсинов. Если вам нужно подсчитать частицы пыли, вы не будете взвешивать дюжину крохотных частиц. Наверное, лучше начать с миллиона. Число Авогадро намного больше миллиона, потому что оно необходимо для подсчета молекул, которые в 10 000 раз меньше частичек пыли. Вместо взвешивания дюжины или миллиона молекул вы взвешиваете число Авогадро молекул. Но сначала нужно хорошо знать число Авогадро, а определить 24-значное число не так легко. Поэтому предыдущие результаты не были очень точными.

* * *

Итак, с помощью вашего метода вы не только определили размер молекулы воды, но и более точную величину числа Авогадро.

Правильно.

* * *

И определение размера молекул и величины числа Авогадро доказало, что атомы существуют.

Эти вычисления привели к появлению доказательства. Я нашел несколько других методов определения размера молекул и величины числа Авогадро. Именно согласование всех независимых методов измерения этих величин убедило несколько оставшихся упрямцев в существовании атомов и молекул.

* * *

А какие другие методы вы нашли?

Самыми важными являются те, что описаны в моих работах о броуновском движении. В 1828 году ботаник Роберт Броун наблюдал в микроскоп, как зерна пыльцы, плавающие в воде, совершают хаотичные движения. Я не знал об исследовании Броуна, пока не начал писать собственную работу, поэтому посмотрел на эту проблему под другим углом. Я знал, что молекулы при комнатной температуре обладают значительной энергией, и спросил себя, достаточно ли велика эта энергия, чтобы двигать мельчайшие частицы материи, видные под микроскопом. Тогда это послужит чем-то вроде молекулярного микроскопа, который позволит наглядно представить себе движение невидимых молекул, наблюдая движение гораздо более крупных зерен пыльцы. Движение отдельного зерна при столкновении с отдельной молекулой не может быть измерено, но в хаосе множества случайных столкновений зерно иногда становится объектом многочисленных толчков с одной стороны, и тогда движение можно наблюдать.

* * *

Если я правильно вас понимаю, молекулы сталкиваются с частицами пыльцы и толкают их во всех направлениях. Хаотичное движение частиц увеличивает движение молекул.

Правильно. Чтобы показать, что эти микроскопические, но видимые частицы двигаются благодаря столкновению молекул, я сделал несколько простых допущений, как и в моей ранней работе. Я получил уравнение, объединяющее время между столкновениями, расстояние, проходимое частицами, вязкость и радиус частиц. Экспериментатор мог легко использовать хронометр и микроскоп, чтобы измерить эти величины и найти число Авогадро. В сущности, теперь можно было считать атомы.

* * *

А много времени потребовалось, чтобы подтвердить ваши выводы?

Нет. Через три года после публикации в 1905 году моих основных работ о броуновском движении профессор Жан Перрен в Париже подтвердил все выводы моей теории.

«Год чудес»

В знаменитом письме к своему другу Конраду Хабихту Альберт Эйнштейн описал, что произойдет в 1905 году, который потом станет известен как его «год чудес», сравнимый по значимости только с 1666 годом, великом «годе чудес» Ньютона: «Я обещаю тебе четыре работы… первую из них вскоре вышлю тебе. Это работа об излучении свойств света, и она очень революционна, как ты увидишь»[11]. Именно в этот год Эйнштейн создал пять работ, которые взбудоражили весь научный мир и ознаменовали начало двух основных революций в физике. В их числе были две главные работы по теории относительности, а третья заложила основы квантовой физики.

* * *

Профессор Эйнштейн, большинство людей связывают ваше имя с теорией относительности и знаменитой формулой E = mc². Когда были сделаны эти открытия?

В 1905 году, когда я работал в Патентном бюро в Берне. Но эти открытия не были сделаны внезапно. Шаги на пути к ним были подсказаны законами физики, которым, в свою очередь, предшествовали наблюдения.

* * *

Но все-таки окончательно эти открытия были сделаны именно в этом году?

Да. Это был очень продуктивный год для меня, потому что я смог найти решения многих задач, которые не давали мне покоя. В течение этого года я написал первые пять работ о важнейших нерешенных проблемах физики в то время. Первая была об излучении и энергетических свойствах света, а вторая — о методе измерения размеров атомов, о чем мы уже говорили ранее. В третьей работе я смог показать, что движение атомов может быть обнаружено путем изучения движения мелких частиц размером в одну тысячную миллиметра, плавающих в жидкости. Четвертая была посвящена моей специальной теории относительности. А последняя работа этого года фактически просто дополняла работу о теории относительности, она была краткой и содержала вывод об эквивалентности массы и энергии.