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.

---

Задуман опыт был вовсе не плохо, однако техника того времени была слишком скудна, чтобы с ее помощью удалось получить сколько-нибудь однозначные результаты. Галилей и при постановке других своих опытов понимал, что экспериментаторам надлежит дышать размеренно, поскольку для измерения коротких промежутков времени они использовали биения собственных пульсов. Однако в тот вечер добровольцы, расположившиеся, скорее всего, где-то в холмах под Флоренцией, обнаружили, что свет распространяется слишком быстро. Они наблюдали лишь мгновенно, как им казалось, следовавшие одна за другой вспышки. Опыт можно было счесть не удавшимся, многие увидели в его результате лишь очередное доказательство того, что свет распространяется с бесконечной скоростью. Однако флорентийцы не вывели из этого, что Галилея ошибся. Нет, Академия пришла к заключению, что следует дождаться будущих времен, когда найдется человек, который сумеет измерить скорость распространения столь быстрых импульсов света.

В 1670 году, через несколько десятилетий после случившейся в 1642 году кончины Галилея, в Париж приехал, чтобы занять пост директора только что созданной Парижской обсерватории Жан Доминик Кассини. Ему надлежало присматривать за возведением множества новых зданий обсерватории и его нередко видели на улицах, занимающимся именно этим — неподалеку от тени, отбрасываемой тюрьмой Порт-Либр, той самой, в которой в следующем веке Лавуазье предстояло дожидаться казни, — однако самая важная задача Кассини состояла в том, чтобы вдохнуть жизнь в науку Франции. Имелись у него и личные причины добиваться того, чтобы его новое учреждение преуспело, поскольку звали его, на самом-то деле, не Жаном Домиником, а Джованни-Доменико. И был он не французом, но итальянцем, недавно прибывшим в Париж со своей родины, и хоть король стоял на его стороне, а средства, необходимые для работы, были ему гарантированы, кто мог знать, как долго все это продлится?

Кассини направил своих посланцев в легендарную обсерваторию Уранибург, размешавшуюся на острове, который находится в Датском проливе, невдалеке от замка Эльсинор. Цель их состояла в точном определении координат Уранибурга, что помогло бы навигаторам правильно промерять расстояния, а кроме того, этим людям было получено поискать и завербовать искусных исследователей, работавших в других обсерваториях. Основатель обсерватории Уранибург Тихо Браге проводил некогда наблюдения, на которых основывали свои труды Кеплер и даже Ньютон. Браге создал обсерваторию невообразимо роскошную — центральный замок ее окружали парки с экзотическими деревьями, искусственными каналами и рыбными садками, все это было оборудовано системой внутренней связи, смахивающей на теперешний интерком, и вращавшимися автоматами, повергавшими в ужас местных крестьян, — ходили даже слухи о том, что в обсерватории установлены туалеты с автоматическими сливными бачками.

Правая рука Кассини, Жан Пикар, добрался до Уранибурга в 1671 году, приплыв туда по мглистым водам из Копенгагена. Сказочная эта твердыня поначалу восхитила его, а затем разочаровала, поскольку он обнаружил, что она — всего лишь руина былого величия. Основатель обсерватории был личностью по-настоящему сильной и, когда он умер, заменить его оказалось некем. При появлении здесь Пикара, все в обсерватории пребывало в состоянии разрухи — рыбные садки затянула ряска, астрономические инструменты и звездный глобус давным-давно украли, от главного здания осталось лишь несколько камней, из которых состоял некогда его фундамент.

Тем не менее, Пикар произвел измерения, а возвращаясь в Париж, прихватил с собой одаренного датчанина двадцати одного года — Оле Ремера. Другие, оказавшись на месте Ремера, возможно, стали бы заискивать перед великим Кассини, ибо тот был признанным мировым авторитетом во всем, что касалось планеты Юпитер и в особенности орбит, по которым вращались вокруг Юпитера его спутники. Однако, хоть мы и считаем сейчас Данию страной довольно маленькой, в то время она правила империей, в состав которой входила изрядная часть северной Европы, и Ремер был человеком самоуверенным и гордым в мере достаточной для того, чтобы попытаться создать себе имя.

Трудно поверить в то, что Кассини так уж обрадовало появление этого выскочки. На то, чтобы обратиться из Джованни-Доменико в Жана Доминико, у него ушло изрядное время. Он провел множество наблюдений за спутниками Юпитера и намеревался использовать их результаты для поддержания своей мировой известности. А что если Ремер воспользуется его открытиями и попробует, опираясь на них, доказать, что выводы, которые сделал из них Кассини, решительно не верны?

Причину, по которой это было возможным, составляла проблема, связанная с самым близким к Юпитеру спутником, называемым Ио. Предполагалось, что период его обращения составлял 42½ часа, однако Ио никак не желал честно придерживаться установленного для него расписания. Иногда он двигался немного быстрее, иногда немного медленнее. И сколько-нибудь понятный порядок в его поведении отсутствовал.

В чем тут было дело? Решить эту проблему, настаивал Кассини, можно, лишь проведя новые измерения и расчеты. Связанное с ними напряжение сил способно было вконец вымотать директора обсерватории и, разумеется, оно требовало увеличения числа ее сотрудников и оборудования, выделяемых ей средств, а к тому же, могло повлечь за собой повышенное и малоприятное внимание публики, однако при необходимости первого можно было добиться, а со вторым смириться. Что же касается Ремера, то ему представлялись необходимыми не сложные измерения, с которыми способны справиться лишь опытные, пожилые администраторы. Нет, для решения проблемы Ио требовались блестящий ум и вдохновение, и именно это он, молодой и новый здесь человек, способен был предоставить в распоряжение обсерватории.

Что, собственно, Ремер и сделал. Все — в том числе и Кассини, считали, что проблема связана с тем, как движется Ио. Возможно, орбита его неустойчива; возможно, окружающие Юпитер облака и иные помехи в разное время затмевают Ио по-разному. Ремер же подошел к проблеме с другого конца. Кассини провел наблюдения Ио и наблюдения его показали, что в орбите этого спутника Юпитера присутствует некая неправильность. Но зачем же предполагать, что неправильность эта возникает так далеко от нас, рядом с Юпитером? Вопрос, считал Ремер состоит не в том, как движется Ио.

Он состоит в том, как движется Земля.

Кассини полагал последнее несущественным. Разумеется, он мог когда-то размышлять о неких иных возможностях, как размышляли о них почти все прочие астрономы, однако при этом был убежден, что свет распространяется мгновенно. Это же и дураку понятно. Разве опыт, придуманный самим Галилеем, не показал, что свидетельства противоположного отсутствуют?

Эти доводы Ремер оставил без внимания. Предположим — только предположим, — что свету все же требуется некоторое время, чтобы пройти огромное расстояние, отделяющее Землю от Юпитера. Что это может означать? Ремер представил себе, как он стоит над солнечной системой, ожидая, когда Ио впервые засветится, выйдя из-за Юпитера, и свет его понесется к Земле. Летом, к примеру, когда Земля находится относительно близко к Юпитеру, путь, проходимый светом, будет короче, и на Земле Ио увидят несколько раньше. А вот зимой Земля уйдет на другую сторону солнечной системы. И времени, чтобы достичь ее, световому сигналу потребуется больше.

Ремер просмотрел накопившиеся за многие годы результаты наблюдений Кассини и к концу лета 1676 года у него уже имелось решение: не просто интуитивные представления, но точное число добавочных минут, которые требуются свету, чтобы пройти добавочное расстояние, возникающее, когда Земля удаляется от Юпитера.

Что мог он сделать с этой находкой? По протоколу Ремеру следовало позволить Кассини представить ее как результат собственных трудов — ну и скромно покивать, когда директор обсерватории сделает, докладывая о них, паузу, дабы отметить, что он не смог бы осуществить их без помощи вот этого молодого человека, дальнейшая карьера которого заслуживает пристального внимания.

Ремер этим путем не пошел. В августе он через посредство почтенного журнала, который читали все серьезные астрономы, бросил Кассини вызов. Астрономия наука точная и даже инструменты семнадцатого столетия были достаточно хороши, чтобы установить: Ио должен выйти из-за Юпитера под вечер 9 ноября текущего года. Из рассуждений Кассини следовало, что спутник можно будет увидеть в 5.27 пополудни. Предсказание это было получено экстраполяцией времени, в которое Ио был ясно виден в последний раз, что как раз в августе и случилось.

Ремер заявил, что предсказание Кассини ошибочно. В августе, объяснил он, Земля находилась к Юпитеру ближе, чем будет находиться в ноябре. В 5.27 Ио никто не увидит — свет, сколь бы быстро он ни распространялся, все еще будет находиться в пути, поскольку ему придется пройти большее, нежели в августе, расстояние. Ни к 5.30, ни даже к 5.35 он все еще не успеет пересечь солнечную систему. 9 ноября спутник станет виден лишь в 5.37.