Первый самостоятельный вклад в науку Эйнштейн сделал сразу после окончания института. В то время благодаря работам английского химика и физика Джона Дальтона (1766–1844) существование атомов было принято всеми, хотя некоторые ученые все еще не хотели верить в их реальность. Однако все соглашались с тем, что если атомы и существуют, то они слишком малы и их невозможно увидеть. Только в 1950-х годах, после изобретения автоионного микроскопа, их стало возможно разглядеть. В своих ранних работах, созданных в 1902–1904 годах, Эйнштейн заложил основу для последующего открытия неоспоримых доказательств существования атомов.
Профессор, я хотел бы обсудить ваши первые открытия. О чем вы писали в своих первых опубликованных научных работах?
Мои первые две работы не заслуживают внимания. Первыми исследованиями, имеющими хоть какую-то ценность, были три работы, опубликованные между 1902 и 1904 годами. Они позволили мне развить идеи, на основе которых можно было с полной определенностью установить существование атомов. А окончательно эти идеи оформились в 1905 году.
В школе мы узнаем, что Джон Дальтон предложил свою атомную теорию в начале XIX века. И при этом в 1905 году еще оспаривалось существование атомов?
Небольшая группа авторитетных ученых не видела в них нужды. Дальтон был не одинок: другие ученые показали, как взаимодействие молекул, состоящих из атомов, успешно объясняет изменение веществ. Однако некоторые выдающиеся ученые, например Эрнст Мах, да и не он один, отрицали существование атомов. Вот наглядный пример того, что даже блестящие ученые, обладающие выдающимся интеллектом, могут отрицать факты, потому что держатся укоренившихся понятий.
Как вы доказали существование атомов?
Я использовал косвенное доказательство. Атомы слишком малы, чтобы видеть их невооруженным глазом, и даже самый лучший электронный микроскоп позволяет видеть объекты размером с миллионную долю миллиметра, то есть около 3000 атомов. Хотя в то время никто не знал их размеров, я понимал, что их можно обнаружить косвенным путем. Когда однажды я пил чай у одного из друзей, я вдруг задумался о движении молекул сахара, растворенного в воде, и придумал, как вычислить размер этих молекул.
Можете описать этот метод?
Я исходил из того, что, когда сахар попадает в воду, его вязкость увеличивается, то есть вода становится тяжелее и более плотной. Эту вязкость можно измерить. Я хотел понять, могу ли я получить математическую зависимость между размером молекул и этой измеримой вязкостью, и так вывести размер молекул. Я должен был сделать некоторые допущения о молекулах, чтобы вычислить эту зависимость.
Под допущениями вы подразумеваете попытку представить, на что похожа молекула?
Нет, этого я не мог представить. Мое допущение касалось формы и поведения молекул. В сущности, я стремился упростить задачу, чтобы было легче выполнить необходимые расчеты. Молекулы сахара в моих вычислениях — это идеальные сферы, которые двигаются в воде и не подвержены влиянию друг друга. Я знал, что реальные молекулы не могут быть совершенными сферами, но для моих расчетов это было несущественно. Это не повлияло бы на результат.
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.
