VIVOS VOCO: В.Я. Френкель, Б.Е. Явелов, "ЭЙНШТЕЙН: ИЗОБРЕТЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ"

Прощай, размах крыла расправленный...

Б. Пастернак

В широко известной биографии Эйнштейна, написанной К. Зелигом еще при жизни великого ученого, есть такое место (мы просим у читателя извинения за длинную выдержку, но она очень существенна для дальнейшего):

"Мало кому известно, что в то время (речь идет о 1915 г. - Авт.) Эйнштейн занимался конструированием самолетов. Германские военно-воздушные силы имели тогда на вооружении допотопные по сравнению с самолетами Антанты аэропланы *. Стремясь преодолеть это отставание, Общество воздушного транспорта (Luftverkehrgesellschaft, сокращенно LVG. - Авт.) в Берлин-Иоганништале обратилось к различным ученым с призывом принять участие в работе по техническому усовершенствованию воздушного флота. Одним из немногих, кто дал согласие, был Эйнштейн. Он взялся за проектирование нового самолета для серийного производства.
Испытать его детище в полете согласился главный летчик-испытатель Эберхард; в то время он был уже немолод и относился с явным недоверием к плоду творчества знаменитого теоретика. На аэродроме Иоганништаль, разговаривая с Эйнштейном, он проворчал: «Ладно, поглядим, как будет мигать этот заяц». Испытательный полет, начатый после длительного старта, не являл собой блистательного зрелища. В воздухе самолет переваливался, как утка, с боку на бок, а пилот был без памяти рад, когда очутился снова на земле цел и невредим. Однако из чувства справедливости он предложил повторить полет второму испытателю Ганушке, который и рассказал нам (т. е. Зелигу.-" Авт.) об этом эпизоде. Результат опять оказался не более обнадеживающим. Итак, в роли конструктора самолетов блестящий теоретик Эйнштейн потерпел окончательное поражение, а его проект был похоронен навсегда" [1, с. 138].
* Это утверждение неверно. В начале первой мировой войны германская военная авиация была значительно сильнее военно-воздушных сил Антанты. Так, в частности, вне всякой конкуренции находились немецкие истребители-монопланы А. Фоккера. Это положение изменилось только к концу 1916 г., далее соперничество в воздухе шло с переменным успехом. Кроме того, в изложении Зелига имеются еще две неточности. Во-первых, фамилия летчика не Эберхард, а Эрхардт. А во-вторых, едва ли верно, что пилот "был уже не молод": Эрхардту в это время было не более 26-27 лет.

Историю, рассказанную Зелигом, ставит под сомнение Ф, Гернек: "Сообщение одного из его (Эйнштейна. - Авт.) биографов о том, что Эйнштейн в 1916 г. (? - Авт.) безуспешно пытался усовершенствовать конструкцию несущих плоскостей военных (? - Авт.) самолетов, выглядит маловероятным" [2, с. 129].

У исследователей жизни и творчества Эйнштейна книга Зелига прочно приобрела репутацию вполне надежного и достоверного источника. Во всяком случае, в недобросовестности или заведомом искажении фактов этого швейцарского журналиста и писателя никто не упрекал. Более того, сам Эйнштейн, ознакомившись с его работой, написал: "Что касается Карла Зелига, то он честный человек" [3, с. 568]. И добавил еще, что на "некоторые вопросы" своего биографа он "по существу" ответил.

С другой стороны, заслуженной известностью и у себя на родине (в ГДР), и у нас в стране пользуется имя Гернека, видного историка науки, автора целого ряда подробных жизнеописаний великих физиков.

Так кто же прав - Зелиг или Гернек? Был ли в жизни Эйнштейна этот довольно забавный "авиаконструкторский" эпизод? Или это всего лишь один из огромного числа анекдотов, которые окружают имя знаменитого ученого?

Против зелиговского рассказа Гернек выдвигает два возражения: во-первых, "нет сведений", подтверждающих участие Эйнштейна в проектировании самолетов, а во-вторых, подобная деятельность ученого не соответствовала ла бы его последовательной пацифистской позиции.

Мы обсудим оба этих аргумента. Прежде всего, о "сведениях".

В 1955 г. в журнале "Interavia" была опубликовано статья [4] под названием "Professor Einsteins „Folly" * (согласно толковому словарю английского языка, folly по-английски - глупость, оплошность). В этой статье в сопровождении краткого комментария были воспроизведены письма, которыми обменялись в 1954 г. немецкий летчик П. Эрхардт и Эйнштейн.

* Мы благодарим проф. X. Мельхора (ГДР), любезно обратившего наше внимание на эту публикацию.

Несколько слов об эйнштейновском корреспонденте. Пауль Георг Эрхардт (1889-1961) - известный в прошлом немецкий пилот "героической эры" авиации. Свой первый полет он совершил в 1909 г. как пассажир знаменитого О. Райта (заплатив 500 золотых франков за удовольствие пробыть в воздухе две с половиной минуты). В 1912 г. Эрхардт стал профессиональным пилотом, а в 1917 г. был назначен техническим руководителем экспериментального отдела LVG. Небезынтересно, что с середины 20-х годов Эрхардт стал выступать на писательском поприще. Его первая книга - роман-утопия "Последняя власть" - в 1926 г. была переведена на русский язык. Летать Эрхардт продолжал до 1954 г. (когда попал в серьезную аварию), совмещая эту профессию с литературной деятельностью. Около десятка его книг (судя по названиям, по крайней мере, часть их прямо связана с авиационной тематикой) числятся в известном каталоге [5].

Вот письмо Эрхардта Эйнштейну, написанное в конце августа 1954 г.:

"Дорогой профессор,
Единственная цель моего письма - напомнить Вам о незабываемом для меня переживании, хотя, быть может, Вы и не сохранили в своей памяти этот эпизод... * Я весной 1917 г. вступил в должность технического руководителя экспериментального отдела LVG, в мои обязанности была включена неблагодарная задача рассмотрения предложений, поступавших от изобретателей... Поэтому я не испытал особого энтузиазма, когда в один прекрасный ленъ обнаружил у себя на столе такого рода документ на нескольких страницах, и к тому же написанный от руки... Но уже с первого взгляда на документ я понял, что его автор знаком с теоретической физикой гораздо лучше, чем я..."
* Отточия в тексте соответствуют отточиям публикации [4]. В "Interavia" письмо воспроизведено по-английски, но оригинал, видимо, все же был на немецком.

Далее текст письма в [4] прерывается, а в комментарии сообщается, что речь идет об эйнштейновском письме, в котором предлагался новый профиль самолетного крыла - то, что потом было названо крылом типа "кошачья спина" (горб на верхней части профиля). Эрхардт, ле считая себя достаточно компетентным, чтобы квалифицированно оценить эйнштейновскую идею, передал письмо специалистам LVG по анализу механических па-грузок. Было созвано специально совещание, на котором Эйнштейн выступил с пояснениями, почему крыло типа. "кошачья спина" позволит обеспечить максимальную подъемную силу при минимальной тяге движения и при нулевом угле атаки. Далее Эрхардт писал:

"Спустя несколько недель крылья типа "кошачья спина" были установлены на обычный фюзеляж биплана LVG и передо мной была поставлена задача испытать его в полете. В те времена каждый первый полет на машине нового типа был сопряжен с риском. Я осматривал сооружение с нарастающим скептицизмом и высказал опасение, что на отсутствие у крыла угла атаки машина отреагирует опусканием хвоста, так что взлет, вероятно, будет происходить в чрезвычайно неустойчивом режиме. К сожалению, мой скептицизм оказался обоснованным, так как, взлетев, я повис в воздухе, как беременная утка (pregnant duck), и вздохнул с облегчением лишь после того, как, тяжело спланировав прямо над летным полем, снова почувствовал под колесами твердую почву у самой ограды Адлерсхофа (аэродром. - Авт.). Второй пилот преуспел не больше, чем я. До тех пор пока крыло типа "кошачья спина" не было модифицировано так, чтобы придать ему угол атаки, мы не могли отважиться на то, чтобы сделать в полете вираж. Но даже после этого беременная утка просто превратилась в хромую (lame duck)".

В заключение Эрхардт указывает, что неудавшийся эксперимент благополучно закончился, как сказали бы сейчас, неформальной встречей Эйнштейна с руководством LVG, на которой ученый популярно рассказал о теории относительности.

Эйнштейн быстро откликнулся на письмо Эрхардта. В статье воспроизведены факсимиле ответного письма и его английский перевод. Вот этот текст *:

* Письмо переведено нами с немецкого факсимиле с учетом английского перевода (в трудноразбираемых местах рукописного текста).

"Принстон, 7.IX.54
Дорогой господин Эрхардт!
Я все еще живо помню события, о которых Вы с таким юмором рассказывали в Вашем письме. Вот что может случиться с человеком, который много думает, но мало читает. Достойно удивления, что физики не понимали сущности полета до тех пор, пока сами не научились летать, - и это несмотря на то, что они с незапамятных времен имели перед глазами полет птиц, и в частности парящий полет хищников. А ведь соответствующие теоретические принципы были хорошо известны еще с времен Эйлера.
Уравнение Берпулли, если пренебречь силой тяжести, имеет вид

(rv²)/2 + p = const

Отсюда видно, что внутри потока давление р уменьшается с ростом квадрата скорости v (r - плотность потока. - Авт.).
Мне пришло в голову, что несущей поверхности легко придать такую форму, при которой скорости потока с обеих сторон были бы различны, и за счет этого получить избыток давления. Таким образом, я пришел к следующей форме: сверху - большая локальная скорость (отрицательное давление), снизу - малая локальная скорость (положительное давление).
Хотя, вероятно, принцип полета может быть представлен наиболее понятным образом именно таким путем, отсюда отнюдь не следует, что несущей поверхности нужно придавать именно такую форму.
В Вашем письме Вы уже упомянули об одной из основных причин - чрезвычайно большой зависимости момента сил от наклона самолета (по отношению к набегающему воздушному потоку. - Авт.). Природа прекрасно знает, почему она делает крылья птиц закругленными спереди и заостренными сзади! Далее, совершенно не необходимо и даже сопряжено с большими потерями, когда несущая поверхность выходит за пределы находящегося в потоке горба.
Форма такого типа оказывается гораздо лучшей и также создает эффективный горб в потоке. Выпячивание потока в полете вызвано заострением задней кромки крыла.
Всего этого я не продумал в то время, а ограничился первой своей мыслью. Я также не прояснил для себя, что для того, чтобы избежать образования вихрей и потерь на трение, поверхности, находящиеся в контакте с движущимся воздухом, не должны быть больше того, что необходимо для получения горба в движущемся потоке. Я должен признаться, что часто стыдился своего тогдашнего легкомыслия, но это не помешало мне получить большое удовольствие от Вашего добродушного письма. С дружескими приветами и пожеланиями,
Ваш Эйнштейн".

Мы видим, что версия Зелига очень близка - даже текстуально - к рассказу Эрхардта. Неточности в датировке эпизода, в фамилии пилота и в его возрасте (Зелиг пишет, что испытатель был немолод, тогда как ему еще не перевалило за тридцать) вполне извинительны, если учесть, что биограф опирался на устное свидетельство, да и притом о событиях более чем 30-летней давности.

Правда, склонность Эрхардта к литературной деятельности - и к тому же к жанру фантастики - может вызвать некоторую настороженность: уж не мистификация ли эта статья, помещенная в журнале весьма далеком от канонов архивной строгости?!

Однако едва ли такое подозрение хоть сколько-нибудь основательно. Во-первых, трудно вообразить какие-либо мотивы для подобной тщательно сработанной (включая сюда подделку эйнштейновскою почерка) мистификации. Во-вторых, Зелиг сообщает, что об эпизоде он узнал не от Эрхардта, а от второго испытателя Ганушки. И наконец, в-третьих, анализ литературы об Эйнштейне и работ самого ученого убедительно показывает, что вопросы аэро- и гидродинамики неизменно вызывали у него интерес. Хотя, конечно, эти проблемы никогда не оказывались в центре внимания ученого и размышлял он над ними, так сказать, по-любительски (см. далее, с. 193).

Важное указание по интересующему нас вопросу приводит известный физик и историк физики Г.-Ю. Тредер (ГДР), Проанализировав архивы Берлинской академии наук, этот авторитетный исследователь жизни п творчества Эйнштейна приходит к выводу, что в первые годы после переезда Эйнштейна в Берлин (апрель 1914 г.) он работал в академии не как специалист в области теоретической физики, а скорее как эксперт по проблемам авиационной техники, который должен был анализировать поступавшие в это высокое научное учреждение предложения по новым конструкциям аэропланов. [6, с. 51].

Но, безусловно, наиболее убедительно об интересе Эйнштейна к проблемам аэро- и гидродинамики (и причем как раз в тот период, к которому относится его выступление в столь неожиданном амплуа авиаконструктора) свидетельствует его статья "Элементарная теория полета и волн на воде", опубликованная в выпуске берлинского общенаучного еженедельника "Naturwissenschaften" от 25 августа 1916 г. [7].

Статья эта (правильнее было бы назвать ее заметкой) очень небольшая, меньше двух журнальных страниц. Сначала, рассматривается движение потока несжимаемой повязкой жидкости (без учета силы тяжести) и поясняется физический смысл уравнения Бернулли (которое приведено выше). Затем, проиллюстрировав применение этого уравнения на двух простых примерах, Эйнштейн, исходя из него, дает очень простое и красивое объяснение процесса возникновения волн на воде. И наконец, аналогичные соображения привлекаются для "объяснения причин, обусловливающих появление подъемной силы крыла". Это объяснение сопровождается рисунком (рис. 9), схематически изображающим поток жидкости, омывающей перпендикулярную плоскости чертежа пластинку W с выпуклостью в середине. Локальное сечение потока под пластинкой больше, чем над ней. Поэтому, согласно уравнению Бернулли, давление в точке U больше, чем в точке О. Разность этих давлений и вызывает появление действующей на пластинку W подъемной силы.

Примечательно, что в августе 1916 г. возникновение подъемной силы Эйнштейн трактует точно так же, как и в сентябре 1954 г. в письме Эрхардту. Даже пояснительные рисунки, по существу, идентичны.

Эйнштейновская статья начинается с вопроса: "Откуда берется подъемная сила крыла наших самолетов и птиц, парящих в воздухе?" А рассмотрение действия потока на выгнутую пластинку резюмирует фраза: "Мы получаем несущее крыло самолета или птицы (не машущей крыльями в полете)". Представляется вполне очевидным (собственно, так и говорится в письме Эрхардту), что в ходе размышлений над физикой полета у Эйнштейна п возникла "лихая" идея простого способа увеличения подъемной силы самолетного крыла путем придания его поперечному сечению формы спины рассерженной кошка.

Тем самым все "сведения", касающиеся "авиаконструкторского" эпизода жизни Эйнштейна, оказываются, так сказать, самосогласованными и сомнения в достоверности зелиговской истории практически отпадают. Что же касается "неувязки" самолетной истории с общеизвестной пацифистской позицией Эйнштейна, то едва ли к этому эпизоду его биографии оправданно подходить столь серьезно. То, что Эйнштейн адресовал свою идею фирме LVG, скорее всего, действительно связано с ее обращением к ученым. Однако Зелиг наверняка преувеличивает, говоря, что Эйнштейн "взялся за проектирование нового самолета для серийного производства". Ясно, что "о проектировании самолета" - уже в те времена подобные задачи решали коллективы инженеров - ученый и не помышлял. Ему просто пришла в голову показавшаяся ему привлекательной идея... и он, не долго думая, написал о ней авиаторам. Эйнштейн даже не дал перепечатать текст машинистке. И это - "проектирование нового самолета для серийного производства"!

Нужно также сказать, что в те годы о самолетах как о страшном средстве массового уничтожения еще не думали. Да и ниоткуда не следует, что Эйнштейн задумал усовершенствовать именно военный самолет. И еще, может быть, уместно добавить, что фирма LVG отнюдь не определяла германский военно-воздушный потенциал [81. О том, что Эйнштейн по меньшей мере не столь уж серьезно относился к своей идее относительно формы крыла, свидетельствует и та сентенция из его письма Эрхардту, которую мы вынесли в заглавие этой главы:

"Вот что может случиться с человеком, который много думает, но мало читает".

"Мало читает..." в данном контексте, несомненно, может означать лишь одно: ученый не стал тщательно выверять, сколь обоснованным выглядит его предположение в свете трудов специалистов по воздухоплаванию. Однако такому заключению как будто противоречит начало эйнштейновской статьи 1916 г. Первая фраза уже приводилась: "Откуда берется подъемная сила крыла наших самолетов и птиц, парящих в воздухе?" Но вот две следующие фразы: "В этих вопросах царит полная неясность. Должен признаться, что и в специальной литературе я не мог найти на них даже простейшего ответа".

Хорошо известно, что Эйнштейн ни в коей мере не принадлежал к "виртуозам библиографического поиска", и едва ли можно сомневаться в том, что его работа со "специальной литературой" ограничилась просмотром нескольких более или менее произвольно выбранных книг и статей. Если бы это было не так, то ученый наверняка бы выяснил, что проблема подъемной силы крыла уже решена.

Ведь еще в 1906 г. была опубликована основополагающая статья Н. Е. Жуковского "О присоединенных вихрях" [9] со знаменитой теоремой о подъемной силе. Конечно, нечего и думать, что Эйнштейн смог бы познакомиться с этой статьей, опубликованной на русском языке, да еще в таком "экзотическом" издании, как "Труды Отделения физических наук Московского общества любителей естествознания, антропологии и этнографии". Но фундаментальные результаты Жуковского по теории полета были изложены в его статье "О контурах несущих плоскостей аэропланов", напечатанной в 1910 г. в ведущем немецком журнале по воздухоплаванию "Zeitschrift fur Flugtechnik und Motorschiffahrt" [10]. А в 1916 г. "Аэродинамика" Жуковского была издана в Париже (в переводе С. К. Джевецкого - в свое время известного аэродинамика) на французском языке [11], в котором Эйнштейн, как известно, никаких трудностей не испытывал.

Необходимо также сказать, что практически одновременно с Жуковским и независимо от него к аналогичной теории подъемной силы пришел и немецкий математик М. Кутта, в полном объеме опубликовавший свои результаты в 1910 г. в таком респектабельном печатном органе германской науки, как мюнхенские "Труды Баварской академии наук" [12].

Ясно, что до "специальной литературы" подобного рода Эйнштейн "не добрался". Почти очевидно также, что он даже не полистал "Zeitschrift fur Flugtechnik und Motorschiffahrt", редкий номер которого обходился без ссылок на Жуковского и Кутту и в котором публиковал свои статьи крупнейший специалист по гидро- и аэродинамике (и в том числе по теории воздухоплавания), профессор Гёттингенского университета и шеф гёттингенской аэродинамической лаборатории Л. Прандтль.

Впрочем, надо сказать, что квалифицированных работ по теории полета в те времена было очень немного, и они фактически тонули в море как совершенно любительских, так и более или менее наукообразных, но, как правило, произвольных построений, которыми в эпоху воздухоплавательного бума были переполнены и популярные и серьезные издания. Множество авторов пытались "вывести" физику полета из наблюдений над птицами. При этом дело лишь запутывалось, поскольку в качестве авторитетов выступали биологи, физиологи и орнитологи, почти незнакомые с методами точных наук. Так, в том же журнале "Naturwissenschaften", в котором в 1916 г. появилась заметка Эйнштейна, в 1914 г. были помещены четыре статьи по аналогии аэроплан-птица, причем три из них принадлежали перу боннского профессора физиологии А. Пюттера * [13-15], да и четвертая тоже была "биологическая" [16].

* Пюттер был одним из двух редакторов "Naturwissenschaften" (другим был физик А. Берлинер, с которым Эйнштейн состоял в приятельских отношениях) и, возможно, имел прямое отношение к появлению эйнштейновской заметки.

В общем довольно понятно, что ознакомление с литературой привело Эйнштейна лишь к выводу о "полной неясности", царящей в вопросах, связанных с возникновением подъемной силы. Видимо, поразило его и то, что нигде не встретилось ему простейшее и совершенно очевидное объяснение подъемной силы из уравнения Бернулли. Можно полагать (и об этом как будто свидетельствует письмо Эрхардту 1954 г.), что именно это "открытие" ясного и не лишенного элегантности объяснения и побудило его предложить авиаторам новый профиль крыла.

Надо сказать, что трактовка Эйнштейна вполне правильна: так и теперь часто объясняют возникновение подъемной силы в популярной литературе и в элементарных учебниках (см., например, [17, с. 102; 18, с. 82]). Однако это всего лишь самое элементарное объяснение, то, что называется объяснением "на пальцах", и исходить из него при проектировании самолета, конечно, в высшей степени легкомысленно.

Как справедливо заметил сам Эйнштейн в письме Эрхардту, "хотя, вероятно, принцип полета может быть представлен наиболее понятным образом именно таким путем, отсюда не следует, что несущей поверхности нужно придавать именно такую форму", И еще он написал, что потом "часто стыдился своего тогдашнего легкомыслия".

Но, по сути дела, стыдиться скорее следовало бы конструкторам фирмы LVG. Эйнштейн выдвинул свое предложение как частное лицо, как изобретатель-дилетант. А они все-таки были профессионалы и должны были хоть немного ориентироваться в аэродинамике, быть в курсе работ специалистов. Но профессионалы обнаружили полную некомпетентность. Так, Эрхардт, носивший важный титул "технического руководителя экспериментального отдела LVG", видимо, только в эйнштейновском письме впервые увидел уравнение Бернулли. Это столкновение с "высотами" теоретической физики привело авиатора в замешательство. Вероятно, он даже не понял толком, о чем идет речь, и переправил послание "специалистам по анализу механических напряжений" (!).

Из того факта, что в конце концов для разъяснения элементарных выкладок сообща было решено вызвать самого автора предложения, вполне очевидно, что и "специалисты по механическим напряжениям" едва ли имели хоть какое-нибудь представление о теории воздухоплавания.

Литература

1. Зелиг К. Альберт Эйнштейн. М.: Атомиздат, 1966.

2. Гернек Ф. Альберт Эйнштейн. М.: Прогресс, 1966.

3. Эйнштейн А. Письма к Морису Соловину // Собр. науч. тр. М.: Наука, 1967. Т. 4. С. 547-575.

4. Professor Einstein's "Folly" // Interavia. 1955. Vol. 10. P. 684-685.

5. Deutsches Literatur-Lexikon. Bern; Mirnchen: Haupt, 1971.

6. Treder H-Ju. Albert Einstein an der Berliner Akademie der Wissenschaften // Albert Einstein in Berlin 1913-1933. В.: Akad.-VerI., 1979. Bd. 1. S. 7-78.

7. Эйнштейн А. Элементарная теория полета и волн на воде // Собр. науч. тр. М.: Наука, 1967. Т. 4. С. 22-26.

8. Moedebeck Taschenbuch ftir Flugtechniker und Luftschiffer. B., 1923.

9. Жуковский Н. Е. О присоединенных вихрях // Собр. соч. М.; Л.; Гостехтеоретиздат, 1949. Т. 4. С. 66-91.

10. Joukowsky N. Ober die Konturen der Tragflachen der Drachenflieger // Ztschr. Flugtechnik und Motorschiffahrt. 1910. S. 281.

11. Joukowsky N. Aerodynamique. P.: Gauthier-Villars, 1916.

12. Kutta W. М. Uber eine mit den Grundlagen des Flugproblems in Bezieung stehende Zweidimensionale Stormung // S.-Ber. math. - naturwiss. Abt. Bayer. Akad. Wiss. 1910. S. 92-105.

13. Putter A. Vogel und Flugzeug // Naturwissenschaften. 1914. Н. 37, S. 858-865.

14. Putter A. Die Leistung der Vogel im Fluge//lbid. Н. 29. S. 701-705.

15. Putter A. Die Leistung der Vogel im Fluge. 2 // lbid. Н. 30. S. 725-739.

16. Erhard H. Der Fluge der Tiere // Ibid. Н. 5. S. 357-363.

17. Арлазоров М. Жуковский. М.: Машиностроение, 1964.

18. Кнойбюль Ф, К. Пособие для повторения физики. М.: Энергоиздат, 1981.

Оглавление

Глава 4. Молекулярные токи Ампера

Глава 6. Абсорбционные холодильники и тепловые насосы