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.

---

Вы, похоже, считаете, что я, несчастный человек, открыв и опубликовав соотношение между массой и энергией, сделал тем самым важный вклад… Вы полагаете, что мне следовало… в 1905 году предвидеть возможность создания атомной бомбы. Однако это было решительно невозможным, поскольку осуществление «цепной реакции» основывалось на опытных данных, предвидеть которые в 1905 году было весьма затруднительно… Даже если бы такое знание уже существовало, попытка утаить некий частный вывод из специальной теории относительности выглядела бы смехотворной. Если теория существует, существуют и выводы из нее.

Распространенная уверенность насчет того, что его работа была связана с бомбой, основывается, я полагаю, на порождающей благоговейный трепет мысли о том, что, даже не желая создания бомбы, Эйнштейн, в определенном смысле, предсказал его. Цитаты взяты из книги «Einstein on Peace», ред. Otto Nathan и Heinz Norden (New York: Simon amp; Schuster, 1960), pp. 583 and 622-23.

Глава 14. Как сгорает Солнце

С. 97 «сбежал вниз по лестнице…»: Все цитаты взяты из книги «Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections»[122], ред. Katherine Haramundanis (Cambridge: Cambridge University Press, 2nd ed., 1996). «сбежал вниз по лестнице», сс. 119-20; «поехала на велосипеде», с.121; «с удобством разлегшись на полу», с.72. «с рядами выкрикивающих грубости студентов» это не прямая цитата, она взята из сноски на с. 118.

С. 97 …в плавающих по космосу облаках изначального газа…: Не все сжимавшиеся облака достигали плотности, достаточной для воспламенения — планета Юпитер дает нам один из примеров неторопливого облака, имевшего размеры в несколько раз меньшие тех, какие требуются для возникновения термоядерной реакции. Не исключено, что в нашей галактике носится огромное число свободных планет или еще больших не вспыхнувших небесных тел, так и не приставших ни к каким звездам.

С. 98 «задача эта преследовала меня днем и ночью» и «Я рассказала подруге о том, как мне нравится одна девушка»: Cecilia Payne-Gaposchkin, pp. 122 and 111.

С. 98 «Мне всегда хотелось заняться математическим анализом»: George Greenstein, «The Ladies of Observatory Hill,» in «Portraits of Discovery»[123] (New York: Wiley, 1998), p. 25.

С. 99 Ее работа была намного сложнее приведенного мной примера: Новая теория была обязана своим происхождением индийскому теоретику Мег Над Саба. История ее замечательно изложена в работе V. DeVorkin and R. Kenat «Quantum Physics and the Stars. 2: Henry Norris Russell and the Abundance of the Elements in the Atmospheres of the Sun and Stars»[124], Journal of the History of Asstronomy, 14 (1983), pp. 180–222. Более сжатые изложения присутствуют в Greenstein, pp. 15–16 и автобиографии Пэйн, с.20. Об удивительном появлении таких личностей, как Саба (а также Раман и Бозе) в Индии периода, последовавшего за 1920-ми, а затем и об удивительном отсутствии у них — после первых работ мирового уровня — каких-либо новых достижений см. замечания Чандрасекара в книге Kameshwar Wali, «Chandra: A Biography of S. Channdrasekhar»[125] (Chicago: University of Chicago Press, 1992), pp. 246-53. Их открытия, считал Чандра, были частью горделивого самовыражения, к которым призывали Ганди и антибританское сопротивление; а своим последующим крахом они были обязаны тем, что каждый обретавший внезапно известность ученый создавал собственную кичливую, раздражительно академичную империю — пагуба, от которой индийская наука страдает и по сей день.

С. 100 «Огромный избыток [водорода]…»: Cecilia Payne-Gaposchkin, p. 20.

С. 101 …каждую секунду перекачивает 4 миллиона тонн водорода, обращая его в чистую энергию: Как можно установить эту величину? Самая страшная жара, наступающая в полдень в Долине смерти, обязана своим происхождением примерно одной тысяче ватт солнечного излучения, падающего на квадратный ярд земной атмосферы, расположенный прямо над этой долиной; если пересчитать это применительно к размерам всей планеты, получится, что Земля получает от Солнца энергию в 150 квадрильонов ватт.

Для того, чтобы понять, какую массу теряет Солнце, обеспечивая Землю такой энергией, следует вспомнить о том, что с2 - множитель очень не маленький, а мы обитаем в столь крошечной нише вселенной, что приходящаяся на нашу долю масса-энергия оказывается попросту мизерной и «массовый» ее аспект почти теряется на фоне общей гигантской энергии, излучаемой Солнцем. Поскольку энергия это масса, умноженная на с2, постольку масса это энергия, деленная на ту же величину. Иными словами, m=E/c2. Если подставить в это выражение 150 квадрильонов ватт для Е и 1080 миллионов км/час для с, вы получите около 2 кг. Вот и все — свет и тепло, которые достаются Земле производятся всего-навсего из двух с небольшим килограммов водорода, которых лишается Солнце.

Кстати сказать, примерно таким же образом получена и та цифра, что была приведена в начале этой главы, где говорилось, что Солнце каждую секунду «взрывает» эквивалент множества бомб, взорванных над Хиросимой. Если Солнце находится в центре огромной сферы, а Земля представляет собой лишь крошечную точку на ее поверхности, то, разумеется, площадь этой поверхности во много раз больше, чем площадь Земли. Собственно говоря, она больше примерно в 2 миллиарда раз, а поскольку свет Солнца распространяется во всех направлениях и заливает всю поверхность этой воображаемой сферы, то и масса, которую Солнце «теряет» каждую секунду, тоже во много раз больше. Это масса в более чем три с половиной миллиарда килограмм. Бомба, взорвавшаяся в 1945 году над Хиросимой, причинила огромные разрушения, полностью обратив в энергию немногим больше 200 граммов своей массы, откуда и следует, что Солнце каждую секунду взрывает более 16 миллиардов таких бомб.

Глава 15. Сотворение Земли

С. 102 «Я получил удар…»: Fred Hoyle, «Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist’s Life»[126] (Oxford: Oxford University Press, 1997), p. 48.

С. 102 «Я сказал…»: Там же, р. 49.

С. 103 «Каждое утро я, позавтракав…»: Там же, р. 50.

С. 103 …однако имена, которые услышал здесь Хойл…: Одно из них принадлежало Нику Кеммеру, который работал в собственно британском атомном проекте, а потом вдруг куда-то исчез; другое — блестящему математику Морису Прайсу, также загадочным образом исчезнувшему из подразделения сигнализации Адмиралтейства — см. там же, рр. 227-28.

С. 104 Имплозия превосходно работает на Земле: Аналогии такого рода отражались и в привлечении людей к работе по созданию атомной бомбы. К примеру, главой теоретиков Лос-Аламоса был Ханс Бете, — тот самый Бете, который в 1938 году «завершил» работу Пэйн и других, усовершенствовав их уравнения, которые описывали происходящие на Солнце реакции синтеза.

С. 106 …потребовало сотен проводившихся годами наземных испытаний…: Вследствие чего немецкие боевые корабли времен Первой мировой войны — во всяком случае, некоторые их части — и оказались на Луне.

В 1919 году имперский военный флот Германии сдался Британии и попал на огромную якорную стоянку Королевского военно-морского флота в заливе Скапа-Флоу, что в Шотландии. После нескольких месяцев тревожного ожидания немецкий адмирал уверовал, ошибочно, впрочем, что Британия вот-вот поставит этот флот себе на службу. Адмирал послал обговоренный заранее шифрованный сигнал и немецкие моряки затопили свой флот прямо на стоянке. Однако Скапа-Флоу — залив не очень глубокий, почему его для стоянки и выбрали, и сотни тысяч тонн высококачественной стали оказались лежащими на глубине от нескольких метров до нескольких десятков таковых. В 1920-х и 1930-х некоторую часть этого флота подняли со дна: ныряльщики сверлили в бортах кораблей отверстия, затем к ним крепились огромные подушки, в которые накачивался воздух, в итоге, некоторые лишь наполовину затонувшие гиганты были отбуксированы в доки Россита, залив Ферт-оф-Форт.

После 1945 года то, что осталось под водой, обрело особое значение. Для литья стали требуется огромное количество воздуха и вся сталь, выплавлявшаяся после Хиросимы, стала отчасти радиоактивной по причине постоянно проводившихся наземных испытаний атомных бомб. А сталь, произведенная до 1945 года, осталась чистой. На дне Скапа-Флоу и поныне покоятся три линкора и четыре легких крейсера из могучего некогда кайзеровского флота (те читатели, что посмелее, могут понырять в этом заливе и увидеть их собственными глазами — добираться туда лучше всего из Стромнесса, что на Оркнейских островах). Использовать их для заурядных целей особого смысла нет — куда дешевле выплавить новую сталь, — однако для чрезвычайно чувствительных мониторов радиации, таких как используемые на космических кораблях, их сталь, предшественница Хиросимы, оказалась незаменимой. Оборудование, которое «Аполло» оставил на Луне, равно как и некоторые части достигшего Юпитера космического зонда «Галилей» и даже зонда «Пионер», который уже прошел на своем пути к далеким звездным системам орбиту Плутона, — все они несут остатки кайзеровского флота, а именно, стали, поднятой со дна Скапа-Флоу. Вся эта история хорошо описана в работе Dan van der Vat, сборник «The Grand Scuttle: The Sinking of the German Fleet at Scapa Flow in 1919»[127] (London: Hodder and Stoughton, 1982).