Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

• Название: E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
• Автор: Дэвид Боданис
• Издательство: КоЛибри
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00499-3

В 1905 году, выведя свое знаменитое уравнение Е=mc², Альберт Эйнштейн подарил миру мощный источник энергии и открыл новые пути к познанию Вселенной. И теперь, более ста лет спустя, блестящий популяризатор науки Дэвид Боданис увлекательно и просто рассказывает об этом великом открытии. Герои его захватывающей, как детектив, книги — выдающиеся физики, среди которых Фарадей, Резерфорд, Ферми, Оппенгеймер, Гейзенберг и конечно же гениальный Эйнштейн.

---

Не всякий, возможно, сможет понять, в чем это «счастье» состояло. Опыты, которые ставил Лавуазье, нередко напоминали обычную его бухгалтерскую работу, разве что времени отнимали гораздо больше. И тем не менее, настал момент, когда Антуан с неразумным восторгом, которым славятся юные любовники, сказал своей молодой жене, что она может помочь ему в постановке опыта, по-настоящему важного. Он собирался последить за медленно сгорающим или просто ржавеющим куском металла и выяснить, станет ли тот в итоге весить меньше или же больше.

(Прежде, чем двигаться дальше, читателю стоило бы попробовать догадаться, что произойдет с ржавеющей железкой — представьте себе старое крыло или низ вашего автомобиля, — сколько он будет весить, когда проржавеет -

а) меньше,

б) столько же,

в) больше,

— чем прежде? Запомните ваш ответ.)

Большинство людей, наверное, скажет — даже сегодня, — что весить она будет меньше. Однако Лавуазье, будучи сухим бухгалтером, ничего на веру не принимал. Он построил полностью герметичный аппарат и установил его в особой гостиной своего дома. Молодая жена помогала ему — в техническом черчении она была сильнее мужа да и в английском языке тоже. (Что впоследствии, когда началось соперничество с учеными, работавшими по другую сторону «Канала», и пригодилось.)

Они помещали в занимавший всю гостиную аппарат самые разные металлы, по возможности герметично закрывали его и нагревали, а то и разжигали под ним огонь, чтобы ускорить коррозию. А когда аппарат остывал, доставали из него повредившийся, или заржавевший, или обгоревший металл и взвешивали, аккуратно промеряя также количество истекшего — возможно — из аппарата воздуха.

Всякий раз результат у них получался один и тот же. В современных понятиях, они обнаружили, что проржавевший образчик металла не теряет веса. Он даже не сохраняет вес прежний. Он становится тяжелее.

Результат получился неожиданный. Приращение веса происходило не за счет пыли или чешуек металла, осыпавшегося с самого аппарата, — Лавуазье и его жена ставили свои опыты очень тщательно. В происходившем участвовал, скорее, воздух: то, чем мы дышим, состоящее из различных газов. Некоторые из них, надо полагать, оседали на металл и впитывались им. Это и объясняло обнаруженное Лавуазье прибавление веса.

Что происходило на самом деле? Общее количество вещества оставалось прежним, однако кислород, бывший одним из овевавших металл газов, покидал воздух. Но при этом он не исчезал. Он просто связывался металлом. Измерьте вес воздуха, и вы обнаружите, что он уменьшился. Измерьте вес металла и вы увидите, что он возрос — ровно на столько же, насколько убавился вес воздуха.

С помощью своего скрупулезно-дотошного механизма взвешивания Лавуазье показал, что материя может переходить из одной формы в другую, но при этом она и не исчезает, и не возникает. То было одним из важнейших открытий 17 столетия, стоявшим на одном уровне с пониманием энергии, на полвека позже достигнутым Фарадеем в подвале «Королевского института». И в этом случае все выглядело так, точно Бог, создавая вселенную, сказал: я собираюсь снабдить царство мое определенным количеством массы, я позволю звездам расти и взрываться, я позволю горам зарождаться, и сталкиваться, и изнашиваться под воздействием ветра и льда, я позволю металлам ржаветь и рассыпаться. И все-таки, полное количество массы в моей вселенной никогда не изменится и на миллионную долю грамма, никогда, даже если вы прождете целую вечность. Если вы взвесите город, а после его разрушат осаждающие, и дома его сгорят в пожаре, и если затем вы соберете весь дым, и пепел, и обломки бастионов, и уцелевшие кирпичи и взвесите это, изменений начального веса не будет. Ничто не исчезнет по-настоящему, даже вес мельчайшей пылинки.

Заявление о том, что все физические объекты обладают свойством, которое именуется «массой» и непосредственно воздействует на характер их движения, произвело сильное впечатление, хоть Ньютон и говорил о том же еще под конец 1600-х. Однако собрать достаточное количество детальных данных, позволяющих точно показать, как могут комбинироваться и разделяться частицы этих объектов? Именно этот следующий шаг и сделал теперь Лавуазье.

Всякий раз, как ученые Франции совершали открытия подобного уровня, правительство приближало их к себе. Случилось это и с Лавуазье. Можно ли использовать кислород, природу которого он помог прояснить, для построения более производительных доменных печей? Лавуазье был членом Академии наук и теперь получил средства, которые позволяли выяснить это. Можно ли использовать водород, который он посредством тщательных измерений выделил из воздуха, для поддержки флотилии воздушных шаров, способной оспорить превосходство Британии в воздушном пространстве? Лавуазье получил субсидии и контракты и на это.

В любое другое время все это гарантировало бы супругам Лавуазье безбедную жизнь. Однако полученные им субсидии, почести и награды исходили от короля Людовика XVI, а уже через несколько лет Людовику предстояло погибнуть вместе с женой, многими его министрами и богатыми приверженцами.

Лавуазье мог бы и избежать участи прочих жертв. Наиболее беспощадный период Революции продлился всего несколько месяцев, и многие из ближайших приспешников Людовика просто пересидели его в тишине и покое. Однако Лавуазье не способен был отказаться от пристрастия к точным измерениям. Оно составляло часть его бухгалтерской натуры и суть совершенных им научных открытий.

Оно же его и сгубило.

Первая из совершенных им ошибок выглядела достаточно безобидно. Членов Академии наук вечно донимали люди, к числу их не принадлежавшие, и еще задолго до Революции один из таких людей, родившийся в Швейцарии доктор, настоял на том, что один лишь прославленный Лавуазье и наделен мудростью и познаниями, которые позволят ему здраво судить об изобретении доктора. Придуманное доктором устройство было чем-то вроде раннего инфраскопа и позволяло регистрировать колебания тепловых волн, которые поднимались над пламенем свечи, над пушечным ядром, а в одном памятном случае, представившемся доктору, когда он сумел заманить в свои покои посланца Америки, и над макушкой лысого Бенджамина Франклина. Так вот, Лавуазье и Академия изобретение это отвергли. По сведениям Лавуазье структура тепловых волн, которую выявлял доктор, не допускала точного измерения, а для Лавуазье неточность была анафемой. И этого многообещающий швейцарец — доктор Жан-Поль Марат — не забыл ему никогда.

Следующая ошибка была еще теснее связана с одержимостью Лавуазье точными измерениями. Людовик XVI помогал Америке средствами, необходимыми для ведения революционной войны с Британией, а центральной фигурой, способствовавшей поддержанию этого альянса, был все тот же Бенджамин Франклин. Однако рынка облигаций в ту пору не существовало, и Людовик обратился за деньгами к «Генеральному откупу». Но налоги и без того уже были высоки. Откуда же было «Генеральному откупу» взять новые деньги?

В каждый переживавшийся Францией период некомпетентного правления, — а преемники, появившиеся у Людовика в 1930-х, давали ему сто очков вперед, — почти всегда находилась небольшая группа технократов, решавшая, что, поскольку никто из официальных властей никакой ответственности брать на себя не желает, этим придется заняться им, технократам. Вот и у Лавуазье появилась идея. Вспомните об измерительном аппарате, стоявшем некогда в его гостиной, — том, с помощью которого он и Мари Анна смогли точно отслеживать все прибыли и убыли вещества. Почему бы не расширить его — все пуще и пуще, — пока он не охватит весь Париж? Если удастся отслеживать прибыли и расходы города, сообразил Лавуазье, можно будет обложить их налогом.

Когда-то Париж окружала самая настоящая стена, однако построили ее еще в средние века и для целей налогообложения она давно уже стала бесполезной. Заставы ее разваливались, а некоторые участки стены и вовсе обрушились, отчего контрабандисты просто-напросто переступали через нее без особых трудов.

Лавуазье решил построить новую стену, крепкую, позволявшую останавливать, обыскивать и принуждать к уплатите налога всякого, кто въезжает в Париж или выезжает из него. Обошлась она — по нынешним расценкам — в несколько сот миллионов долларов и стала Берлинской стеной своего времени. В два метра высотой, основательной каменной кладки, с дюжиной крепких застав и шедшей вдоль нее патрульной дорогой, по которой разъезжала вооруженная конная охрана.

Парижане эту стену попросту ненавидели и, когда началась Революция, она стала первым крупным сооружением, на которое они набросились — за два дня до штурма Бастилии: парижане крушили ее топорами, огнем и голыми руками и почти сравняли с землей. Главный же виновник был известен всем; как говорилось в антиправительственной прокламации: «Каждый подтвердит, что мсье Лавуазье из Академии наук это и есть тот «добрый патриот», которому мы обязаны… изобретением, обратившим французскую столицу в тюрьму…».