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

Одной из первых, кто исследовал это явление, была Мария Кюри — именно она в 1898 году придумала для описания загадочного излучения слово «радиоактивность». Но даже Кюри поначалу не понимала, что металлы, с которыми она работает, порождают энергию, расходуя неизмеримо малые доли собственной массы и обращая ее в огромную, по сравнению с этой массой, энергию излучения. Количества энергии выглядели невероятными: умещавшийся на ладони кусочек руды каждую секунду извергал триллионы высокоскоростных альфа-частиц, делая это часами, неделями, месяцами и не утрачивая веса — во всяком случае, сколько-нибудь измеримого.

Позже, когда Эйнштейн уже стал знаменитостью, он несколько раз встречался с Кюри, однако так ее и не понял — после одной совместной поездки в автомобиле Эйнштейн описал ее как женщину, холодную, точно селедка, и постоянно на что-то жалующуюся. На самом деле, она обладала страстной натурой и питала пылкую любовь к одному элегантному французскому ученому, женатому на другой. Причина же ее жалоб во время той поездки могла состоять в том, что она медленно умирала от рака. Одним из тех непонятных металлов был радий, а Кюри работала с ним уже не один год.

Микроскопические количества обращенного в пыль радия, которые она, сама того не ведая, носила на своей блузке и на руках, проходя по грязным мостовым Парижа 1890-х и времени более позднего, в течение тысяч лет излучали, в соответствии с уравнением, о котором тогда никто и не слышал, энергию, нисколько при этом не убывая. Они неустанно испускали ее, еще находясь глубоко под землей, в шахтах, которые бельгийцы вырыли в Конго, — и продолжали испускать во время многолетних опытов Кюри, в конечном счете наградив ее смертоносным раком. Более семидесяти лет спустя эта пыль еще оставалась активной и выстреливала убийственным излучением в музейных работников, которые изучали лабораторные журналы Кюри или хотя бы ее домашние поваренные книги.

Пыль, которую носила на себе Кюри, весила миллионные доли унции. Однако, согласно уравнению Эйнштейна, ее было достаточно, чтобы создавать радиоактивное излучение, ударившее по ДНК, находившимся в костях Кюри, и породившее лейкемию, от которой она умерла; еще меньшего количества этой пыли хватало на то, чтобы десятилетиями генерировать излучение, каковое счетчики Гейгера обнаруживали исходящим от уже упоминавшихся перепуганных до смерти музейных работников.

Уравнения Эйнштейна показывали, какой большой могла быть результирующая энергия. Чтобы понять, сколько ее может содержаться в некоторой массе, возьмите колоссальную скорость света и возведите ее в квадрат, что даст вам число еще более колоссальное. А затем умножьте на него интересующую вас массу — вы получите точное значение энергии, в которую она может обратиться.

Не заметить, насколько мощна эта идея, дело совсем не трудное. Ибо уравнение Е=mc2 ничего не говорит о том, какого рода масса должна в него подставляться! При определенных обстоятельствах любое вещество способно извергать энергию, сокрытую в его массе. Нас окружают могучие силы, прячущиеся в самых заурядных камнях, растениях и ручьях. Одна-единственная, весящая всего несколько грамм страница этой книги выглядит всего лишь безобидным стабильным соединением волокон целлюлозы и типографской краски. Однако если бы эту краску и эти волокна удалось преобразовать в чистую энергию, мы получили бы громовый выброс ее, гораздо больший того, что возникает при взрыве большой электростанции. Извлечь эту мощь из урана проще, как мы еще увидим, чем из обычной бумаги, но это объясняется всего лишь ограниченностью современной нам техники.

Чем больше преобразуемая масса, тем более пугающую энергию она свободна высвобождать. Опустите в щелку, помеченную буквой «m», тело весом всего в один фунт и после умножения этого веса на 90 000 000 000 000 000, то есть на c2, вы получите, обещает уравнение, больше 10 миллиардов киловатт-часов энергии. А это сравнимо с тем, что дает огромная электростанция. Именно поэтому маленькая атомная бомба, вся начинка которой уместилась бы в чаше ваших ладоней, способна выбрасывать энергию, достаточную для того, чтобы срывать с улиц мостовые и сжигать топливные линии, рушить кирпичные дома на одной улице за другой и разрывать на части десятки тысяч солдат, детей, учителей и водителей автобусов.

Урановая бомба срабатывает, когда внутри нее обращается в энергию менее 1 процента ее массы. Намного большее количество вещества, сжатого так, что образовалась космическая звезда, способно миллиарды лет согревать планету, просто уничтожая часть себя самой, преобразуя фрагменты этого вещества в энергию тепла и света.

В 1905 году, когда Эйнштейн впервые записал свое уравнение, он находился в такой изоляции, что не стал снабжать основную посвященную теории относительности статью никакими примечаниями. Дело в науке почти неслыханное. Он вставил в статью лишь благодарность своему верному другу Мишелю Бессо, инженеру-механику тридцати с чем-то лет, работавшему в том же патентном бюро, что и сам Эйнштейн. Физики жаловались на перегруженность работой даже в 1905 году. Статья Эйнштейна появилась в прославленном журнале, — относясь к своей будущей карьере достаточно серьезно, он поддерживал связь с ним, составляя для журнала обзорные статьи, — однако физики, читавшие журнал, один за другим либо бегло просматривали, либо просто игнорировали на редкость неудобную для них работу Эйнштейна.

В какой-то момент Эйнштейн попытался выбраться из патентного бюро и получить в Бернском университете должность младшего преподавателя. Вместе с прочими написанными им статьями он послал в университет и статью о теории относительности, которой очень гордился. И получил отказ. Несколько позже он подал заявление в среднюю школу, опять-таки предлагая себя в качестве учителя. С бумагами, которых требовали от претендентов на это место, в школу отправилось и его уравнение. На место претендовал двадцать один человек, троих вызвали в школу для собеседования. Эйнштейна среди них не оказалось.

Однако с ходом времени среди ученых понемногу пошли разговоры о его статье и почти сразу возникла ревнивая зависть. Анри Пуанкаре был одним из самых прославленных людей французской Третьей республики и — вместе с немцем Давидом Гильбертом — одним из величайших математиков мира. Еще совсем юным человеком Пуанкаре сформулировал первые из идей того, что стало впоследствии теорией хаоса; рассказывают также, что, будучи студентом, он однажды увидел на уличном углу занятую вязанием старуху, а затем, поразмыслив на ходу о геометрии движения ее спиц, вернулся назад и объяснил ей, что существует другой способ вязания, — так он независимым образом открыл метод вязания петлей наизнанку.

Однако теперь Пуанкаре было за пятьдесят и, хотя он еще мог рождать свежие идеи, энергии, необходимой для их развития, у него становилось все меньше и меньше. А может быть, дело было не в энергии. Пожилые ученые нередко говорят, что их проблема состоит не в отсутствии памяти или способности быстро думать, но скорее в страхе, который мешает им сделать шаг в неизвестное. А Пуанкаре представился однажды шанс подойти вплотную к тому, что делал теперь Эйнштейн.

В 1904-м он оказался в составе большой группы разочарованных европейских интеллектуалов, приглашенных на происходившую в Сент-Луисе Всемирную выставку. (Немецкий социолог Макс Вебер также входил в эту группу и был ошеломлен увиденной им в Америке грубой энергией, — он описал Чикаго, как «человека с содранной кожей», — энергией, которая помогла ему избавиться от депрессии, донимавшей его уже не один год.) На выставке Пуанкаре прочитал лекцию, тему которой обозначил словами «теория относительности», — впрочем, название это обманчиво, поскольку Пуанкаре лишь приблизился к границам того, чего вскоре достиг Эйнштейн. Возможно, будь Пуанкаре помоложе, он смог бы пойти дальше и получить результаты, которые в следующем году получил Эйнштейн, — включая и его поразительное уравнение. Однако после лекции, а затем и утомительных развлечений, предусмотренных для Пуанкаре теми, кто пригласил его в Сент-Луис, пожилой математик махнул на эти идеи рукой. А то обстоятельство, что многие французские ученые отступились от практического подхода Лавуазье, заменив его стерильными сверх-абстракциями, еще больше затрудняло для Пуанкаре занятия прикладной физикой.