E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения в мире - Дэвид Боданис

Дю Шатле находила эти рассуждения не лишенными привлекательности, но также и понимала, почему за десятилетия, прошедшие с тех пор, как Лейбниц обнародовал их, они особого признания не получили. Воззрения Лейбница были слишком расплывчатыми, они отвечали собственным его предпочтениям, но не получили достаточных объективных подтверждений. Кроме того, как с великим удовольствием показал Вольтер в написанном им романе «Кандид», они были странно пассивными, наводившими на мысль, что какие бы то ни было фундаментальные изменения в нашем земном существовании попросту невозможны.

Дю Шатле славилась взрывной быстротой своих бесед, но лишь потому, что в Версале она была окружена дураками, а в Сирее только так и можно было вставить слово, разговаривая с Вольтером. Когда же дело доходило до осуществляемых ею работ, она оказывалась куда более методичной и неторопливой. Ознакомившись с исходной аргументацией Лейбница, а затем со стандартной их критикой, она — и разного рода специалисты, призванные ею на помощь, — не остановилась на этом, но приступила к широким поискам каких-либо практических свидетельств, которые помогли бы им сделать окончательный выбор. По мнению Вольтера, она просто «зря тратила» время, однако для дю Шатле это стало одним из важнейших моментов ее жизни: исследовательский механизм, созданный ею в Сирее, наконец заработал в полную силу.

Решающее доказательство дю Шатле и ее коллеги отыскали в недавней работе Виллема Гравезанда, голландского ученого, который ставил опыты, бросая с определенной высоты грузы на мягкий глиняный пол. Если формула Е=mv1 справедлива, груз, летящий вдвое быстрее, чем прежде, должен уйти в глину и на глубину вдвое большую. А повышая скорость втрое, получишь втрое большую глубину. Однако Гравезанд обнаружил, что этого не происходит. Маленький медный шар, летящий в два раза быстрее прежнего, уходил в глину на глубину, в четыре раза большую. Если же он летел быстрее в три раза, то глубина его погружения в глину оказывалась большей в девять раз.

Что, собственно, и предсказывалось формулой Е=mv2. Два в квадрате это четыре. Три в квадрате — девять.

Результаты Гравезанд получил серьезные, однако он не был теоретиком в мере, достаточной для того, чтобы свести их воедино. Лейбниц был теоретиком превосходным, но ему не хватало детальных опытных данных — его выбор mv2 был скорее догадкой. Вот эту брешь и заполнила работа дю Шатле. Она углубила теорию Лейбница, включив в нее результаты голландского ученого. Наконец-то появилось серьезное подтверждение справедливости определения энергии с помощью mv2.

Статьи ее наделали немало шума. Дю Шатле всегда была автором, умевшим ясно излагать свои мысли, ей помогало также и то, что Сирей считался одним из по-настоящему независимых исследовательских центров Европы. Большинство англоязычных ученых автоматически принимало сторону Ньютона, а германоязычные с не меньшим догматизмом выступали за Лейбница. Франция же стояла между ними, неизменно владея правом решающего голоса, вот голос дю Шатле и оказался главным в решении давнего спора.

Опубликовав результаты своей работы, она сделала паузу, — необходимо было заняться денежными делами семьи и подумать о следующем предмете исследований. Она и Вольтер путешествовали, в Версале дю Шатле забавлялась, наблюдая за новым поколением придворных, не имевших ни малейшего понятия ни о том, что она — один из ведущих в Европе интерпретаторов современной физики, ни о том, что она издает сделанные ею на досуге переводы Аристотеля и Вергилия. В конце концов, когда дю Шатле произвела обширные расчеты вероятностей выигрыша за карточным столом, кое-какие представления о ее дарованиях все же стали достоянием публики.

Время шло, они возвратились в Сирей. Там («в этом нашем упоительном прибежище» — писала она) уже разрослись липы, и дю Шатле даже позволила, наконец, Вольтеру разбить собственный огород. А затем произошло то, о чем она торопливо написала одной из подруг.

То было одним из тех событий, контролировать которые она не могла. Она уже рожала вскоре после замужества, но хоть и была в ту пору на двадцать лет моложе, даже тогда роды были делом опасным. Доктора тех времен не ведали, что им следует мыть руки или инструменты. Антибиотиков, способных остановить неизбежную в подобных условиях инфекцию, не существовало; не было и окситоцина, позволяющего справиться с маточным кровотечением. Дю Шатле не гневалась на очевидную бестолковость докторов своей эпохи, но лишь сказала Вольтеру о том, как грустно ей уходить из жизни, не успев приготовится к неизбежному концу. Сколько времени у нее осталось, она знала — роды ожидались в сентябре. Дю Шатле всегда работала подолгу и помногу, теперь же ей приходилось спешить, и свечи на ее письменном столе горели порою до утренней зари.

1 сентября 1749 года она написала директору королевской библиотеки, что в коробке, к которой прилагается ее письмо, он найдет законченный черновик написанных ею пространных комментариев к трудам Ньютона. Три дня спустя начались роды — их она пережила, однако ее поразила инфекция и спустя неделю дю Шатле скончалась.

Вольтер был сам не свой от горя: «Я потерял половину себя самого, душу, созданную для меня».

Постепенно мысль о том, что энергия пропорциональна mv2, обратилась во вторую натуру физиков. Немалую роль в этом сыграло полемическое искусство Вольтера, пропагандировавшего наследие своей возлюбленной. В следующем столетии Фарадей и другие, разрабатывая представления о сохранении энергии в целом, использовали именно mv2, как количество энергии, которое может претерпевать различные трансформации, но никогда не исчезает полностью. Анализ, произведенный дю Шатле, как и ее сочинения, были необходимым шагом вперед, хотя со временем о сыгранной ею роли забыли — отчасти потому, что каждому новому поколению ученых присуща тенденция смотреть на прошлое свысока; отчасти же потому, что ученым неприятно было думать, что именно женщина указала направление столь обширных научных исследований и помогла определить дальнейший ход научной мысли.

Впрочем, оставался еще один большой вопрос: «почему?». Почему именно квадрат скорости дает столь точную меру для описания того, что происходит в природе?

Одна из причин этого состоит в том, что сама геометрия нашего мира часто порождает квадраты чисел. Когда вы подходите к лампе, при свете которой читаете, на расстояние, вдвое меньшее прежнего, света на читаемую вами страницу попадает не вдвое больше. Точно так же, как в опытах Гравезанда, интенсивность света увеличивается в четыре раза.

Свет от лампы может заливать немалую площадь. А когда вы приближаетесь к ней, то же количества света концентрируется на площади много меньшей.

Интересно отметить следующее: рост почти всего, что способно устойчиво аккумулироваться, описывается с помощью простых квадратов чисел. Если вы разгоняете вашу машину с 32 до 128 км/час, скорость ее возрастает в четыре раза. Однако, когда вы жмете на тормоз, чтобы остановить ее, торможение занимает отнюдь не в четыре раза больше времени. Накопленная вами энергия возросла в шестнадцать раз (это четыре в квадрате). Настолько же более длинным окажется и ваш тормозной путь.