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

То, что сделала Пэйн, можно продемонстрировать с помощью аналогии. Если астрономы убеждены в том, что Солнце содержит огромное количество железа (а это представляется разумным, поскольку железа очень много и на Земле, и в астероидах), тогда существует только один способ прочтения двусмысленных спектрограмм. Допустим, к примеру, что спектрограмма выглядит так:

невыгодножелезомторговадур

Вы проводите ее грамматический разбор и читаете:

невыгодноЖелезомторговадур

Странное «торговадур» вас особенно не волнует. Появление «дур» вместо «ть» могло оказаться результатом сбоя спектроскопа, или какой-то протекающей на Солнце странной реакции, или просто затесавшегося сюда осколка другого элемента. Чтобы все сходилось одно к одному — так вообще никогда не бывает. Однако Пэйн смотрела на результаты спектрографии без какой-либо предвзятости. Что если они, на самом деле, пытаются сказать нам следующее:

неВыгОДножелезОмтоРгОваДур

Она снова и снова просматривала спектрограммы, выискивая такого рода двусмысленности. Все остальные ученые поддерживали одно прочтение спектральных линий, позволявшее говорить о присутствии железа. Однако можно было без особых натяжек прочитывать спектрограммы и по-другому, обнаруживая в них не железо, а водород.

Еще до того, как Пэйн дописала диссертацию, среди астрофизиков поползли слухи о полученных ею результатах. Прежнее объяснение данных спектроскопии сводилось к тому, что Солнце на две трети, если не больше, состоит из железа, а согласно интерпретации этой молодой женщины, более 90 процентов его составляет водород, а все остальное — обладающий почти таким же малым весом гелий. Если она права, это изменит все представления о том, как горят звезды. Железо настолько стабильно, что никто и представить себе не может, каким образом его можно преобразовать с помощью формулы E=mc2, заставив генерировать всю тепловую энергию нашего Солнца. Но кто знает, на что способен водород?

Это знала старая гвардия. Ни на что он не способен. Его там нет и быть не может. Все карьеры этих людей — все их детальные расчеты, вся их власть и должности — зависели от того, что Солнце состоит из железа. В конце концов, разве эта женщина не оперирует спектральными линиями, полученными от внешней атмосферы Солнца, вглубь его не заглядывая? Может быть, ее интерпретация просто ошибочна, поскольку не учитывает происходящие в этой атмосфере сдвиги температуры, наличие в ней неких химических смесей. Научный руководитель Пэйн заявил, что она ошибается, — следом заявил то же самое и его прежний научный руководитель, высокомерный Генри Норрис Расселл, а с ним спорить было почти бессмысленно. Расселл обладал редкостным самомнением, он никогда не допускал и мысли о возможности своей неправоты, — к тому же, в астрономической науке Восточного побережья от него зависело как большинство грантов, так и любая возможность получения работы.

Какое-то время Пэйн все же пыталась бороться: повторяла свои доказательства, доказывала, что водородная интерпретация спектрограмм не менее правдоподобна, чем та, которая ведет к железу; более того, настаивала на том, что новейшие открытия, сделанные физиками-теоретиками Европы, показывают: водород действительно может питать энергию Солнца. Все было без толку. Она даже пыталась заручиться поддержкой Эддингтона, однако он ей в таковой отказал — возможно, из-за своих убеждений, возможно, из страха перед Расселлом, а возможно, просто из опасений, которые испытывает всякий пожилой холостяк, когда молодая женщина лезет к нему со своими эмоциями. Друг Пэйн по студенческим годам, проведенным ею в кембриджской Обсерватории физики Солнца, молодой, светловолосый Эдуард Милн, ставший теперь признанным астрофизиком, — вот он попытался помочь ей, однако ему не хватило для этого власти. Пэйн и Расселл обменивались письмами, однако для того, чтобы результаты ее исследований были приняты, ей следовало пойти на отступничество. Готовя диссертацию к опубликованию, Пэйн вынуждена была вставить в нее унизительную оговорку: «Огромный избыток [водорода]… почти наверняка является нереальным».

Впрочем, несколько лет спустя значение работы, проделанной Пэйн, стало ясным для всех, поскольку независимые исследования других ученых подтвердили правильность ее интерпретации спектрограмм. Она была оправдана, неправыми оказались ее профессора.

Несмотря на то, что прежние учителя Пэйн так перед ней и не извинились — напротив, они старались, пока могли, притормозить ее карьеру, — путь к использованию E=mc2 для объяснения того, как сгорает Солнце, был открыт. Пэйн показала, что нужное для этого топливо плавает в космосе, что Солнце и все прочие звезды суть, в действительности, огромные насосные станции, работающие по принципу E=mc2. Они перекачивают, уничтожая ее, всю массу водорода. Впрочем, на самом деле, они просто прокачивают ее через стоящий в уравнении знак равенства и то, что выглядело массой, вырывается из них в виде буйной взрывной энергии. Несколько ученых занялись подробностями этого процесса, однако основную работу выполнил Ханс Бете, тот самый человек, который стал впоследствии соавтором посвященного немецкой угрозе меморандума, представленного в 1943-м Оппенгеймеру.

Здесь, на Земле наполняющие атмосферу атомы водорода просто пролетают один мимо другого. Даже если их придавливает обрушившаяся гора, они друг к другу не прилипают. Однако, оказавшись вблизи центра Солнца, испытывая давление слоя вещества высотой в тысячи миль, ядра водорода могут притискиваться так близко одно к другому, что, в конце концов, они соединяются, образуя химический элемент, именуемый гелием.

Если бы происходило только это, ничего особо важного тут не было бы. Но Бете и другие исследователи показали, что каждый раз, как четыре ядра водорода прижимаются друг к другу, срабатывает могучая субатомная арифметика, подобная той, которую как-то под вечер, среди снегов Швеции, разработали Майтнер и ее племянник Фриш. Массу четырех ядер водорода можно записать как 1+1+1+1. Однако, когда они соединяются, образуя гелий, суммарная масса оказывается не равной 4! Тщательно измерьте массу ядра гелия, и вы увидите, что она на 0,7 процента меньше, то есть составляет 3,993 единиц массы четырех ядер водорода. Утраченные 0,7 процента обращаются в ревущую энергию.

Такая величина кажется незначительной, но ведь Солнце во много тысяч раз больше Земли и содержит колоссальное количество доступного в качестве топлива водорода. Взорванная над Японией бомба разрушила целый город, обратив в энергию всего лишь несколько унций урана. Причина мощи Солнца состоит в том, что оно каждую секунду перекачивает 4 миллиона тонн водорода, обращая его в чистую энергию. «Взрывы», происходящие на нашем Солнце, можно ясно наблюдать со звезды альфа Центавра, отделенной от нас 24 триллионами миль, — как и с недоступных воображению планет, которые обращаются вокруг звезд, разбросанных по спиральной ветви нашей галактики.

Солнце перекачивало массу в энергию вчера, — в тот момент, когда вы только-только проснулись, 4 миллиона тонн водорода «продавливались» сквозь знак равенства, стоящий в уравнении, которое Эйнштейн записал в 1905 году, со стороны массы на сторону энергии, умножаясь попутно на огромную величину c2, — оно проделывало тоже самое на заре, разгоравшейся над Парижем пять столетий назад, и в тот день, когда Магомет обрел пристанище в Медине, и когда в Китае утвердилась династия Хань. Энергия, полученная из миллионов исчезающих тонн, каждую секунду с ревом проносилась над головами динозавров — сама Земля пестовалась, согревалась и ограждалась этим яростным пламенем столько времени, сколько она провела на своей орбите.