В 1905 году Эйнштейн, тогда еще никому не известный чиновник патентного бюро в Берне, не только обновил здание физики с помощью специальной теории относительности, но и внимательно осмотрел его фундамент – и, как вскоре выяснилось, – готовился хорошенько пошатнуть его. В публикации «Новое определение размеров молекул», которая позже была признана в Цюрихе докторской диссертацией, он сделал далекоидущие выводы из чего-то совершенно обыденного… а именно из свойств воды, в которой был растворен сахар. Он показал, что из измерений вязкости или внутреннего трения раствора можно кое-что узнать о размере и количестве молекул. (Кстати, эта статья имеет множество применений в нефтехимии, и поэтому она была самой цитируемой публикацией Эйнштейна в научной литературе до 1980-х годов.)
Во второй статье Эйнштейн упомянул хаотические движения взвешенных частиц в жидкости, которые впервые заметил ботаник Роберт Броун[116] в 1827 году. Эйнштейн нашел объяснение для этого: дело было в ударах быстро движущихся молекул самой жидкости.
Хаотическое движение взвешенных частиц в жидкости указывает на существование атомов и молекул.
Это была не новая идея, но Эйнштейн смог подтвердить, что движение атомов и молекул зависит от температуры. Таким образом, он установил связь между свойствами невидимых молекул и взвешенных частиц, движение которых можно наблюдать в микроскоп и узнать зависимости их движения от температуры и вязкости растворителя. (Предсказания Эйнштейна подтвердил Жан Батист Перрен[117] в Париже в 1908 году.) Благодаря этой работе Эйнштейн – вместе с физиком Марианом Смолуховским[118] – стал одним из основателей статистической механики.
В то время существование атомов и состоящих из них молекул все еще было предметом ожесточенных споров; ведущие физики, такие как Вильгельм Оствальд[119]и Эрнст Мах, решительно отвергали это. А работа Эйнштейна позволяла подтвердить атомную гипотезу с помощью экспериментов. Существование атомов и молекул было доказано. Таким образом оказались правдой гипотезы древнегреческих философов Левкиппа[120] и Демокрита[121], высказанные 2500 лет назад, а также более поздние рассуждения Джона Дальтона[122] и Людвига Больцмана[123].