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

У Оппенгеймера и Гроувза имелись заборы из колючей проволоки, вооруженная охрана и офицеры службы безопасности — все это плотным кольцом окружало ученых, занимавшихся в Лос-Аламосе проблемой детонации плутония. Однако ни те, ни другие, ни третьи не смогли послужить защитой от человека, которому удалось когда-то перехитрить строгую администрацию йоркширской системы образования. Ко времени, когда Хойлу удалось, наконец, вылететь на родину, он уже в общих чертах представлял себе, чего смогли добиться сотни специалистов Оппенгеймера. Такое вещество, как плутоний, просто так не взрывается, однако если его достаточно быстро сдавить до большой плотности, оно определенно само раздавит свои атомы. Имплозия повысит в нем и давление, и температуру в достаточной для этого мере.

Все, кто участвовал в создании бомбы, считали имплозию явлением чисто локальным, работающим лишь применительно к плутониевым сферам диаметром в несколько дюймов. Но почему же его масштабы должны оставаться столь малыми? Имплозия превосходно работает на Земле. А Хойл привык не ограничивать свою мысль какими-либо пределами. Почему не применить идею имплозии и к звездам?

Если подвергнуть имплозии звезду, она тоже разогреется. Температура в ее центре уже не будет составлять, — как быстро подсчитал Хойл, — 20, примерно, миллионов градусов, но приблизится к 100 миллионам. А этого хватит, чтобы слепить крупные ядра элементов более массивных. При высоком давлении из гелия можно получить углерод. Если же имплозия будет развиваться и дальше, звезда разогреется еще сильнее и возникнут ядра еще более тяжелых элементов: кислорода, кремния, серы и прочих.

Все зависело от того, может ли звезда и вправду переживать такое внутреннее «схлопывание», однако Хойл понимал — для этого существует вполне вероятная причина. Пока звезда остается относительно холодной, пока температура в ее центре не превышает 20 миллионов градусов, она способна лишь пережигать водород, порождая гелий, который накапливается примерно так же, как пепел в камине. Когда же весь водород выгорит, пепел сам по себе гореть уже не сможет. Верхние слои звезды не будут больше подпираться, выталкиваться наружу ее внутренним горением. Они начнут стягиваться внутрь — точь-в-точь как у сконструированной в Лос-Аламосе бомбы.

Когда же звезда сжимается, температура в ней поднимается до 100 миллионов градусов, достаточных, чтобы воспламенить состоящий из гелия «пепел». После того как выгорит и гелий, накопится новый пепел и начнется новый этап. Углерод при 100 миллионах градусов гореть не может, а значит звезда начнет сжиматься снова. Температура ее еще возрастет, наступит новый цикл развития процесса. Все это похоже на то, как обваливается внутрь себя многоэтажное здание, на то, как гнутся и ломаются опоры одного его этажа за другим. И центральную роль играет на каждом этапе горения формула E=mc2- сначала выжигается водород, затем гелий, затем углерод, — необходимая для этого энергетическая подпитка получается преобразованием массы в энергию.

В дальнейшем процесс этот разрабатывался все в больших подробностях, многие из которых выявил сам Хойл, однако главной для решения проблемы в целом стала первоначальная идея, полученная им из рассмотрения атомной бомбы. Хойл просто перенес весь процесс с нескольких фунтов плутония, ценой большого труда полученных на Земле, на шары из бурно кипящего газа — звезды, имеющие диаметры в сотни тысяч километров и удаленные от нас в космосе на колоссальные расстояния. Он понял, как могут звезды создавать жизненно необходимые элементы. Он понял также, что, когда те звезды, что покрупнее, исчерпывают свое последнее топливо, они должны распадаться. И после этого все, что было ими создано, извергается в космос.

Мы привыкли считать нашу планету старой, однако, когда она формировалась, небеса уже были древними, полными миллионов взрывающихся гигантов. Их взрывы выбрасывали в космос кремний, железо и даже кислород — все что было необходимым для образования вещества, из которого состоит Земля.

При взрывах древних звезд создавались в больших количествах и неустойчивые элементы, такие как уран и торий, — и оказавшись глубоко под поверхностью Земли, они продолжали взрываться, обстреливая высокоскоростными фрагментами своих ядер окружавшие их скальные породы. Эти радиоактивные выбросы, создаваемые ураном и иными тяжелыми элементами, плюс изначальное тепло, сохранившееся со времени сотворения Земли, не давали недрам нашей планеты остывать. Такие последовательные и множественные проявления E=mc2 помогали поддерживать под земной поверхностью температуру, которой хватало на то, чтобы обеспечивать сдвиги в тонкой пленке континентов, — так формировалась поверхность Земли.

В некоторых местах участки этой пленки сталкивались, сминая друг друга, отчего возникало подобие ряби, которую мы называем ныне Альпами, Гималаями или Андами. В других внутренний жар планеты выжигал ямы, получившие теперь такие названия, как залив Сан-Франциско, Красное море и Атлантический океан. Эти ямы превосходно подходили для накопления также падавшего из космоса водорода, который, соединяясь с кислородом, образовал океаны плещущейся воды. В глубинах планеты плескалось — пусть и на более степенный манер — железо, движимое ее вращением вокруг своей оси. Оно создавало над собой невидимые линии магнитного поля, те самые, которые 4 миллиарда лет спустя описывал и воспроизводил в подвалах лондонского «Королевского института» Майкл Фарадей. В итоге далеко вверху возникла целая сеть таких линий, которая помогала защитить сами собой собиравшиеся на поверхности молекулы углерода от потоков наиболее опасного космического излучения.

Извергались, питаемые постоянно работавшей в глубине планеты формулой E=mc2, вулканы, и это создавало подобие конвейерной ленты непрерывного действия, поднимавшей из недр Земли химические элементы. Ключевые микроэлементы выбрасывались в воздух, помогая образованию плодородной почвы; огромные облака двуокиси углерода поднимались вверх, создавая на молодой планете парниковый эффект, который давал дополнительное тепло, необходимое для зарождения жизни. Там, где возникала особенно высокая концентрация фрикционного тепла, которое порождалось атомами, расщеплявшимися в соответствии с E=mc2, срабатывали подводные вулканы, чьи извержения пробивались даже сквозь тысячи метров холодной океанской воды — именно так и возникли поднявшиеся над волнами Тихого океана Гавайские острова.

Пропустим несколько миллиардов лет и мы увидим, как появляются первые самодвижущиеся скопления атомов углерода (то есть мы с вами), как они бредут сквозь низкие облака созданного звездами кислорода, как помешивают насыщенные кофеином жидкости, образованные при участии возникших во время «большого взрыва» атомов водорода, и читают книжку о том, каким образом они появились на свет. Ибо мы живем на такой планете, где постоянная работа уравнения E=mc2 окружает нас со всех сторон.

Атомные бомбы были примером первого прямого его применения. Поначалу в лабораториях «Манхэттенского проекта» удалось, ценой огромных усилий, изготовить лишь горстку таких бомб, однако после Хиросимы возникла колоссальная инфраструктура, состоявшая из заводов, ученых и научно-исследовательских институтов, — и бомб стало больше. К концу 1950-х атомные и водородные бомбы насчитывались уже сотнями и даже сейчас, после завершения Холодной войны, количество их исчисляется многими тысячами. Создание этих бомб потребовало сотен проводившихся годами наземных испытаний, при которых в атмосферу выбрасывались мощные потоки радиоактивных частиц, разлетавшихся затем по всей планете — и ныне их носит в своем теле каждый, какой только живет на Земле, человек.