E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

Читатель, возможно, гадает, когда же мы доберемся до теории относительности. Отвечаем: мы уже вовсю пользуемся ею! Все наши разговоры об ускоряющемся космическом корабле и возрастающей массе представляют собой центральные моменты статьи, опубликованной Эйнштейном в 1905 году.

Работа Эйнштейна изменила две отдельных системы взглядов, которые ученые построили на основе посвященных законам сохранения трудов девятнадцатого столетия. Энергия не сохраняется, масса тоже — однако это не означает, что вокруг нас царит хаос. Нет, просто существует единство более высокого порядка, ибо имеет место связь между тем, что происходит в царстве энергии, и тем, что происходит в отдельном на первый взгляд царстве массы. Количество приобретаемой массы всегда уравновешивается эквивалентным количеством теряемой энергии.

Лавуазье и Фарадей увидели только часть истины. Энергия не стоит особняком, точно так же, как масса. Неизменно постоянной оказывается сумма энергии и массы.

И это стало окончательным расширением отдельных законов сохранения, которые полагали установленными ученые восемнадцатого и девятнадцатого столетий. Причина того, что эффект, о котором мы говорим, оставался незамеченным, что до Эйнштейна никто о его существовании не подозревал, состоит в том, что скорость света слишком уж превосходит скорость любого привычного нам движения. Для пешехода этот эффект остается очень слабым да, собственно, для локомотива или реактивного самолета тоже, однако он существует и для них. И, как мы еще увидим, связь энергии и массы пронизывает весь наш современный мир: в большинстве самых обычных веществ кроется подрагивающая, готовая к употреблению энергия.

Установление связи энергии и массы через посредство скорости света было открытием великого значения — осталось, однако, прояснить еще одну деталь. Известная карикатура изображает Эйнштейна стоящим у доски и перебирающим одну возможность за другой: Е=mc ¹, Е=mc ², Е=mc ³… На самом-то деле, заниматься этим ему не пришлось и на квадрат «с» он напал вовсе не случайно.

Так почему же коэффициент преобразования оказался равным с ²?

Глава 6. 2 — это «в квадрате»

Возведение числа в «квадрат» — процедура древняя. Чтобы устлать каменными плитами участок земли, вдоль одной стороны которого их умещаются четыре, а вдоль другой тоже четыре, требуется вовсе на не восемь плит. Их требуется 16.

Значок, обозначающий это действие — умножение числа на него же, — претерпел с ходом времени едва ли не столько же изменений, сколько их выпало в западном книгопечатании на долю знака равенства. Но по какой причине этот значок появляется в физических уравнениях? История представляющего энергию движущегося тела уравнения, для которого из всех прочих возможностей был выбран именно «квадрат», заставляет нас снова вернуться во Францию начала 1700-х — во время, лежащее где-то посередке между эпохами Ремера и Лавуазье.

К февралю 1726-го драматург Франсуа-Мари Аруэ, которому исполнился уже тридцать один год, окончательно уверовал в то, что ему удалось пробиться в самые высокие круги Франции. Провинциал по происхождению, он удостаивался денежных подарков короля, был вхож в дома аристократов, а в один прекрасный вечер даже получил приглашение отобедать в поместье герцога де Сюлли. Во время этого обеда вошедший в залу слуга объявил, что у ворот поместья мсье Аруэ ожидает некий господин.

Аруэ вышел за ворота и, надо полагать, еще успел узнать карету шевалье де Рогана, — неприятного, но фантастически богатого дворянина, которого он несколько дней назад публично высмеял, когда они вместе присутствовали на представлении в «Комеди Франсез», — однако тут лакеи де Рогана, принялись избивать Аруэ, а сам де Роган, сидя в карете, с наслаждением «наблюдал, — как он впоследствии писал, — за их трудами». Аруэ каким-то образом удалось вырваться, убежать в ворота и вернуться в дом де Сюлли. Однако вместо сочувствия, а то и возмущения содеянным его встретили там лишь насмешки. Де Сюлли и его гости были позабавлены: человек, имеющий в обществе подлинный вес, указал нелепому борзописцу его место. Аруэ поклялся отомстить: он вызовет де Рогана на дуэль и убьет его.

А вот это было уже делом серьезным. Семейство де Рогана перемолвилось с властями, полиция начала охоту на Аруэ и вскоре его арестовали и посадили в Бастилию.

Выйдя на свободу, он пересек Ла-Манш и влюбился в Англию, — в особенности (агенты по недвижимости, внимание!) в буколическую страну чудес, Уондзуорт [3], лежавший вдали от грязи и копоти большого города. К тому же, в воздухе Англии носились новые, приведшие его в восторг, концепции, излагавшиеся в сочинениях Ньютона и представлявшие собой противоположность замшелой косной системе, которую Аруэ знал по Франции.

Ньютон создал совокупность законов, которая, казалось, подробно и с великолепной точностью описывала движение всего, что образует нашу вселенную. Планеты неслись в пространстве со скоростями и в направлениях, кои предписывались им законами Ньютона; летевшее по воздуху пушечное ядро приземлялось именно в том месте, которое предсказывали ньютоновские расчеты его траектории.

Выглядело все это так, точно люди жили внутри огромных заводных часов, а законы Ньютона были просто шестернями и винтиками, приводившими эти часы в движение. Но, размышлял Аруэ, если мы вправе требовать рациональных объяснений того, что происходит в облекающей нашу планету огромной вселенной, почему бы не потребовать их же и здесь, на Земле? Францией правил король, коему надлежало повиноваться на том основании, что он — представитель Бога на земле. Аристократы получали власть от короля и подвергать ее сомнению означало прослыть нечестивцем. Но что будет, если мы применим использованный Ньютоном в науке анализ, для выяснения роли денег, тщеславия и иных скрытых сил мира политики?

Возвратившись через три года в Париж, Аруэ принялся распространять свои новые идеи посредством частных писем и печатных памфлетов. В мире, основанном на ясном, уравновешенном анализе подлинных сил, унижение, которое он претерпел у ворот де Сюлли было бы попросту невозможным. Аруэ предстояло на всю его долгую жизнь остаться приверженцем нового мировоззрения Ньютона. А приверженцем он оказался очень полезным, поскольку «Аруэ» было всего лишь именем, полученным им при рождении. И имя это уже к тому времени заместил псевдоним, под которым Аруэ знали повсеместно: Вольтер.

Однако и самый искусный писатель не может, как бы ни старался он насадить идеи определенного мыслителя, сдвинуть нацию с места в одиночку. Вольтеру необходимо было найти для своих дарований нечто вроде трансляционного центра, который мог бы многократно усилить их воздействие. Королевская Академия наук была слишком консервативной, слишком увязнувшей в замшелом от старости образе мыслей. Парижские салоны тоже мало на что годились. Хозяйки их были, как правило, достаточно богатыми, чтобы прикармливать одного-двух ручных поэтов («Если вы не позаботились о том, чтобы попасть в списки куртизанов, — заметил однажды Вольтер, — от вас… ничего не останется»), однако настоящему мыслителю развернуться в них было негде. Ему требовалась серьезная помощь. И он такую помощь нашел.

На самом деле, он познакомился с этой женщиной — и не обратил на нее внимания — еще пятнадцать лет назад, гостя у ее отца. Из родового замка Эмилии де Бретейль открывался вид на парижский парк Тюильри, в замке было тридцать комнат и семнадцать слуг. Однако Эмилия росла не похожей на своих вполне заурядных братьев и сестер — отец ее писал: «Моя младшая дочь щеголяет своим умом, отпугивая претендентов на ее руку… Мы не знаем, что нам с ней делать».

Когда ей исполнилось шестнадцать, Эмилию привезли в Версаль, однако она и там стояла особняком. Представьте себе попавшую в начало восемнадцатого столетия актрису Джину Дэвис, состоящую в обществе «Менса» [4]и бывшую некогда звездой фильмов «экшн». У Эмилии были длинные черные волосы и обличие вечно испуганной невинности, но в то время, как большинство дебютанток высшего света стремилось лишь к одному — использовать свою красоту для того, чтобы найти мужа, — она читала труды Декарта по аналитической геометрии и предпочитала держать потенциальных искателей ее руки на расстоянии.