Глава 2. Е — это энергия

Слово «энергия» на удивление молодо, проследить происхождение нынешнего его смысла удается лишь до середины 1800 годов. И дело вовсе не в том, что до той поры никто не осознавал, что вокруг нас существуют самые разные силы — потрескивание статического электричества, буйные ветра, срывающие паруса с мачт. Просто всем казалось, что эти силы никак одна с другой не связаны. Не существовало понятия «энергии», которое охватывало бы их все.

Одним из людей, сыгравших важнейшую роль в изменении этого понятия, был Майкл Фарадей, очень толковый подмастерье переплетчика, которому однако же не хотелось заниматься всю жизнь одним лишь переплетным делом. Впрочем, в Лондоне 1810-х это занятие не только позволяло избежать бедности, но и обладало еще одним редкостным преимуществом: «Там было столько книг, — годы спустя говорил Фарадей другу, — и я их читал». Впрочем, чтение это было, что сознавал и сам Фарадей, фрагментарным — несколько страниц из одной книги, несколько из другой. Но иногда, оставаясь вечерами в одиночестве, он прочитывал при свече или лампе целые тетрадки из шестнадцати, а то и тридцати двух ожидавших переплета страниц.

Он мог так и остаться переплетчиком, однако в георгианской Англии существовала хоть и малая, но все же не нулевая социальная мобильность. Когда Фарадею было двадцать лет, один из посетителей мастерской предложил ему билеты на лекции, читавшиеся в «Королевском институте». Сэр Гемфри Дэви рассказывал там об электричестве, о скрытых силах, которые должны существовать под внешней оболочкой видимого мира. Фарадей отправился на лекции и понял, что ему выпала удача увидеть жизнь намного лучшую, чем та, какую он вел, работая в мастерской. Но как в эту жизнь войти? Ни в Оксфорде, ни в Кембридже он не учился, да и того, что мы именуем теперь средней школой, тоже почти не посещал. Денег у Фарадея было ровно столько, сколько мог дать ему работавший кузнецом отец, — то есть не было никаких, — а в друзьях у него состояли такие же бедняки, как он.

Зато он умел красиво переплетать книги. У Фарадея издавна завелась привычка делать, если выпадала такая возможность, заметки, вот он и принес в мастерскую свои записи лекций Дэви. Там он переписал их заново, присоединив к ним зарисовки демонстрационных приборов, которыми пользовался Дэви. Затем переписал получившуюся рукопись еще раз — все эти черновики хранятся ныне, как святые реликвии, в подвальном архиве лондонского «Королевского института», — взял кожу, шило, гравировальные инструменты и переплел все в роскошную книгу, которую и послал сэру Гемфри Дэви.

Дэви написал Фарадею, что хочет увидеться с ним. Молодой человек понравился ученому, и тот после нескольких приводивших Фарадея в уныния неудачных попыток все же нашел для него место лабораторного ассистента.

На старых товарищей Фарадея по мастерской это могло произвести сильное впечатление, однако новое его положение было вовсе не тем идеалом, к которому он стремился. Временами Дэви обращался с ним как дружелюбный наставник, временами же, — Фарадей писал об этом друзьям, — впадал в раздражение и отталкивал его. И это особенно огорчало Фарадея, ибо в науку он пришел благодаря доброму участию Дэви, его словам о том, что, если человек достаточно искусен и способен видеть то, что было доселе скрыто, он может связать весь наш опыт в единое целое.

Дэви понадобилось несколько лет, чтобы проникнуться к Фарадею окончательной симпатией, и как раз в эту пору молодого ученого попросили разобраться в удивительном открытии, сделанном в Дании. До того времени все знали, что между электричеством и магнетизмом нет и не может быть никакой связи. Электричество было чем-то таким шипящим и потрескивающим, исходящим из батарей. Магнетизм — невидимой силой совсем иного рода, притягивавшей стрелки навигаторских компасов или заставлявшей куски железа липнуть к магнитному железняку. Никакого отношения к батареям и электрическим контурам магнетизм не имел. И тем не менее, некий копенгагенский лектор обнаружил ныне, что если пропустить по проводу электрический ток, стрелка лежащего поверх провода компаса слегка сдвинется в сторону.

Объяснить это явление никому не удавалось. Как может сила скрытого в металле электричества выскочить наружу и повернуть стрелку магнитного компаса? И вот, когда к Фарадею, которому шел уже третий десяток лет, обратились с просьбой — попробовать выяснить, как это происходит, в письмах его немедленно зазвучали гораздо более веселые нотки.

Он начал ухаживать за девушкой («Вы знаете меня хорошо или даже лучше, чем я сам, — писал он ей. — Знаете мои прежние предубеждения, нынешние мысли — знаете мои слабости, мое тщеславие, весь мой ум»), и девушке его ухаживание понравилось: в середине 1821 года, когда Фарадею уже исполнилось двадцать девять лет, они вступили в брак. Он стал официальным членом церкви, к которой многие годы принадлежали его родные. То была мирная, буквалистская секта, именовавшаяся «зандеманианцами» — по имени Роберта Зандемана, который перевез ее в Англию. И самое главное, у Фарадея появилась возможность произвести впечатление на сэра Гемфри Дэви: отплатить ему за изначальную веру в малообразованного молодого переплетчика и пробиться, наконец, сквозь необъяснимые барьеры, которые Дэви воздвиг между ними.

Как это ни странно, ограниченность формального образования Фарадея сильно сыграла ему на руку. Такое случается не часто, потому что, когда некая научная проблема достигает достаточно высокого уровня разработки, отсутствие образования не позволяет людям со стороны даже подступиться к ней. Двери закрываются, статьи становятся непонятными. Однако в те ранние дни понимания сути энергии все было иначе. Большинству студентов, будущих ученых, втолковывали, что любое сложное движение раскладывается на сочетание толчков и притяжений, которые распространяются по прямым линиям. Поэтому для них были лишь естественными попытки отыскать какие-то направленные по прямой притяжения между магнитами и электричеством. Однако этот подход не показывал, каким образом электрическая сила воздействует, пронизывая пространство, на магнетизм.

А поскольку Фарадею мысли о прямых линиях никто не внушал, он обратился, как к источнику вдохновения, к Библии. Зандеманианцы веровали в совсем иную геометрическую фигуру: в круг. Люди святы, говорили они, и каждый из нас имеет обязательства перед другими, на святости нашей природы и основанные. Я помогу тебе, ты поможешь еще кому-то и так оно будет продолжаться, пока не замкнется круг. И этот круг — понятие вовсе не отвлеченное. Фарадей в течение многих лет проводил значительную часть своего свободного времени либо в церкви, рассуждая об этих круговых отношениях, либо в работе, посвященной благотворительности и взаимопомощи.

К исследованиям взаимосвязи электричества и магнетизма он приступил в конце лета 1821 года — за двадцать лет до того, как родился изобретатель телефона Александер Грэхем Белл; за пятьдесят до рождения Эйнштейна. Фарадей вертикально установил на столе магнит. Вера, в которой он был воспитан, внушала ему мысль о вихре завивающихся вокруг магнита незримых круговых линий. Если он прав, свободно подвешенный проводник будет втянут в эти таинственные круги, как лодчонка в водоворот. Фарадей подключил проводник к батарее.

И сразу же совершил величайшее открытие своего века.

Впоследствии, как уверяет апокрифическая история, — после всех его докладов, после того, как Фарадей стал членом «Королевского общества», — тогдашний премьер-министр спросил у него, какая от его открытия может быть польза, и Фарадей ответил:

— Ну как же, премьер-министр, настанет день и вы сможете облагать его налогом.

То, что открыл в своей подвальной лаборатории Фарадей, стало основой электрического двигателя. Вращающийся по кругу свободно свисающий проводник особо на этот двигатель не похож. Однако у Фарадея имелся всего лишь маленький магнит да и энергия в провод подавалась очень малая. Увеличьте ее и проводник будет все с тем же усердием описывать все те же круги, которые Фарадей навоображал в пустом на взгляд воздухе. В конце концов, вы сможете прицепить к такому проводу какой-нибудь тяжелый предмет и провод потащит его за собой — вот, собственно, так электродвигатель и устроен. И не важно, вращает ли он весящий не больше пера компьютерный диск или накачивает в реактивный двигатель тонны топлива.

Шурин Фарадея, Джордж Барнард, запомнил, каким тот был в миг открытия: «Когда провод начал вращаться, он вдруг вскричал: “Ты видишь, Джордж, видишь, видишь?…” Я никогда не забуду восторга на его лице и блеска в глазах!».

Глаза Фарадея блестели потому, что ему было лишь двадцать с небольшим лет, а он уже совершил великое открытие, которое, казалось, подтверждало истинность глубочайших идей его веры. Потрескивание электричества и безмолвная сила магнитного поля, — а теперь еще и быстрое кружение медного провода, — все они были связаны. С ростом количества электричества, наличный магнетизм убывает. Незримые вихри Фарадея представляли собой туннель, канал, по которому магнетизм может перетекать в электричество и наоборот. Полная концепция «энергии» пока еще сформулирована не была, однако открытие Фарадея, связавшее два разных вида энергии, приблизило ее создание.

То был наивысший взлет его жизни, — и именно тогда сэр Гемфри Дэви обвинил Фарадея в том, что идею тот украл у него.

Дэви начал рассказывать о том, как он лично обсуждал сей предмет с разными учеными, которые занимались исследованиями этого явления, — с людьми, получившими настоящее образование, — а Фарадей, надо полагать, просто подслушал их разговоры.

Россказни эти были лживыми, Фарадей пытался протестовать, просил — именем прежней дружбы — позволить ему объясниться, однако Дэви был непреклонен. Последовали намеки еще более грубые, пусть и высказывались они уже другими людьми, не самим Дэви: чего же еще и ожидать от столь молодого, лишенного основательного образования человека, низкого, к тому же, происхождения, как не попыток обманным путем выбиться из подмастерьев в люди? Прошло несколько месяцев и Дэви отступился, однако извинений он так и не принес и клевета осталась висеть в воздухе.

В своих заметках и личном дневнике Дэви часто писал о том, сколь важно помогать молодым людям. Беда состояла в том, что сам он попросту не мог подвигнуть себя на это. Вся эта история сводится к обычному противостоянию людей молодых и старых. Дэви был старше Фарадея всего-то лет на десять с небольшим. Однако Дэви нравилось, когда его изображали главой британской науки, а время, которое он проводил вне лаборатории, упиваясь вместе с своей весьма чувствительной к положению в свете женой хвалами лондонского высшего общества, лишь делало эти хвалы более лживыми. Он отнюдь не возглавлял новейшие исследования. Переписываясь с континентальными мыслителями, он сознавал, что получение письма от столь видного члена «Королевского института» должно производить на них внушительное впечатление, однако от предложения каких-либо свежих идей воздерживался.

Этого не замечал почти никто, но Фарадей замечал. Он походил на Дэви больше, чем кто-либо другой. Обоим пришлось начинать свой путь в науку со ступени, находившейся на уровень ниже, чем у их ученых современников. Фарадей не считал нужным просить за это прощения, а вот Дэви изо всех сил старался скрыть свое прошлое. И тихое присутствие рядом Фарадея, служило постоянным напоминанием о том, что пришлось пережить им обоим.

Фарадей никогда не сказал о Дэви ни одного дурного слова. Однако в течение нескольких лет после того, как были произнесены обвинения в плагиате, отзвуки которых долго еще носились в воздухе, он осмотрительно воздерживался от исследований, относившихся к переднему краю науки. И вернулся к работе лишь после смерти Дэви, последовавшей в 1829 году.

Фарадей дожил до преклонных лет, став со временем очень видным членом «Королевского института». Его восхождение было типичным для перехода науки из рук джентльменов в руки профессионалов. Клевета Дэви была давно забыта. Фарадей совершил еще несколько открытий, приобрел огромную славу, к нему часто обращались с письменными просьбами, подобными вот такой, например:

28 мая 1850

Дорогой сэр!

Мне пришла в голову мысль, что очень многим людям было бы весьма полезно иметь на столах, за которыми они завтракают, некий отчет о Ваших последних лекциях… Я был бы чрезвычайно рад возможности… отпечатать его в моем новом предприятии…

С великим уважением и почтительностью остаюсь, дорогой сэр, Вашим верным слугой

Чарльзом Диккенсом.

Впрочем, в последнее десятилетие своей жизни Фарадей, подобно Дэви, лишился возможности следить за новейшими результатами исследований. Однако концепция энергии уже вела собственную жизнь. Все на первый взгляд раздельные мировые силы медленно и величаво соединялись, дабы создать шедевр Века Виктории: огромное, единое царство Энергии. С тех пор, как Фарадей показал, что связаны даже электричество и магнетизм — два элемента, считавшиеся совершенно различными, — сообщество ученых проникалось все большей уверенностью в том, что и для всех прочих форм энергии может быть подобным же образом установлено существование глубоких связей. Существовала энергия химическая, выделявшаяся при взрыве пороха, существовала тепловая энергия трения, которая высвобождается, когда шаркаешь подошвой по земле, — и между ними тоже имелась связь. Когда порох взрывается, высвобождаемая при этом энергия, которая порождает взрывную волну и заставляет камни лететь по воздуху, должна быть в точности той, какая покоилась в химическом обличии внутри заряда.

Совсем не трудно проглядеть всю необычность концепции энергии, которую помогли создать труды Фарадея. Все выглядело так, точно Бог, творя вселенную, сказал: я собираюсь разместить в моей вселенной количество энергии, равное Х. Я позволю звездам расти и взрываться, планетам кружить по их орбитам, пусть люди строят огромные города, пусть сражаются и эти города разрушают, и пусть затем уцелевшие создают новые цивилизации. Пусть будут пожары, и кони, и волы, тянущие за собой телеги; пусть будет уголь и паровые машины, и фабрики, и даже мощные локомотивы. И все же, во всей этой последовательности событий, даже при том, что типы энергии, наблюдаемые людьми, будут меняться, даже при том, что энергия будет иногда выглядеть как тепло, согревающее мышцу человека или животного, а иногда, как сила водопада или извержение вулкана: несмотря на все это разнообразие, полное количество энергии останется тем же, что и в начале. То количество, которое я сотворил изначально, не изменится. Оно не станет меньшим и на одну миллионную долю.

В таком изложении все это выглядит чистой воды тарабарщиной — религиозными представлениями Фарадея о единой вселенной, в которой распространяется лишь одна единственная сила. Чем-то вроде слов Оби-Ван Кеноби из «Звездных войн»: «Сила это энергетическое поле, создаваемое всем живым; она связует галактику воедино».

И все же это правда! Когда вы в тишине ночного дома захлопываете дверцу буфета, энергия проявляется в скользящем движении дверцы, но точно такое же количество энергии уходит из ваших мышц. А когда дверца, наконец, закрывается, энергия ее движения не исчезает, она просто переходит в подрагивание буфета, возникающее после удара дверцы, в тепло, порождаемое трением ее скрипучих петель. И если вам приходится слегка упереться ногами в пол, чтобы не поскользнуться, захлопывая дверцу, Земля чуть сходит с орбиты, подпрыгивая вверх ровно настолько, насколько это необходимо, чтобы уравновесить ваше движение.

Равновесие во всем. Измерьте химическую энергию, скрытую в груде угля, потом спалите его в паровозной топке и измерьте энергию ревущего пламени и летящего вперед паровоза. Ясно, что форма энергии изменяется, разные системы и выглядят очень по-разному. Однако полное ее количество остается в точности тем же самым.

Работа Фарадея была частью самой успешной исследовательской программы, какую знал девятнадцатый век. Каждое количественное преобразование энергии, обнаруженное Фарадеем и другими учеными, теперь можно было просчитать и промерить. И когда это делалось, результаты всякий раз подтверждали, что полное количество энергии осталось не измененным — оно «сохранилось». Что и получило название Закона сохранения энергии.

Все было связанным, все опрятно уравновешенным. В последнее десятилетие жизни Фарадея Дарвину, похоже, удалось доказать, что Богу вовсе не требовалось создавать живые виды, населяющие нашу планету. Представления же Фарадея о неизменности энергии часто воспринималась как удовлетворительная альтернатива: доказательство того, что длань Господня действительно коснулась нашего мира и все еще остается в нем действующей силой.

Вот эта концепция сохранения энергии и преподавалась в кантональной школе города Аарау, что в северной Швейцарии, когда в 1895 году, через двадцать лет после смерти Фарадея, Эйнштейн поступил в нее, чтобы подготовиться к университетским экзаменам. Эйнштейн оказался в ней не по собственному почину, — он уже бросил в Германии вполне достойную среднюю школу и торжественно заявил себе, что школьной учебы с него хватит, — просто он провалился на вступительных экзаменах в Федеральную высшую техническую школу Цюриха, единственного университета, в который принимали людей без свидетельства о среднем образовании. Один из тамошних дружелюбных преподавателей счел Эйнштейна обладающим кое-какими достоинствами, и ректор, вместо того, чтобы сразу указать ему на дверь, посоветовал Эйнштейну поучиться в этой тихой северной школе, — обучение там велось неформально и индивидуально.

Когда Эйнштейн, наконец, поступил в Высшую техническую, — после первого упоительного романа с восемнадцатилетней дочерью его домохозяина в Аарау, — лекции по физике все еще читались там, как викторианское евангелие, главным в котором была всеохватывающая энергия. Однако Эйнштейну казалось, что его учителя не понимают сути того, о чем говорят. Энергия не была для них живой темой, требующей попыток понять, что она означает, прочувствовать те основные религиозные идеи, которыми руководствовались Фарадей и другие. Нет, для большинства их энергия и ее сохранение были просто формализмом, установленным набором правил. В то время бóльшая часть Западной Европы купалась в самодовольстве. Европейские армии были самыми мощными в мире; европейские идеи «явственно» превосходили идеи всех прочих цивилизаций. И если европейские мыслители объявили сохранение энергии истиной, так нечего было и лезть к ним с вопросами.

Эйнштейн же при всей покладистости, какую он проявлял во множестве иных отношений, самодовольства не переносил. Он перестал посещать многие университетские курсы — учителя, так относившиеся к делу, ничему его научить не могли. Ему требовалось нечто более глубокое и обширное. Тот же Фарадей и иные викторианцы, смогли ведь расширить концепцию энергии настолько, что она охватила, как им тогда казалось, все возможные силы.

Другое дело, что тут-то они и ошиблись.

В то время Эйнштейн этого еще не сознавал, однако он уже вышел на правильный путь. В Цюрихе было множество кофеен, и он проводил в них послеполуденные часы, попивая кофе со льдом, читая газеты, валяя дурака с друзьями. Однако потом наступали тихие минуты, в которые Эйнштейн, размышляя о физике, энергии и многом ином, начинал улавливать намеки на то, чем не ладны воззрения, которые ему преподают. Все те типы энергии, которые различили установившие их взаимную связь викторианцы, — химическая, энергия огня, электрических искр и пороховых зарядов, — это лишь крошечная часть того, что, возможно, существует на самом деле. В девятнадцатом столетии царство энергии считалось огромным, однако пройдет лишь несколько лет, и Эйнштейн обнаружит источник энергии, в сравнении с которым даже самые лучшие, самые востребованные источники, открытые викторианскими учеными, покажутся карликами.

Он обнаружит место, в котором кроется гигантская энергия и в которое никто до него даже не думал заглядывать. И прежние уравнения для поддержания мира в равновесии уже не понадобятся. Количество энергии, которое Бог дал нашей вселенной, окажется не зафиксированным раз и навсегда. Энергии может быть и побольше.

 

Глава 3. =

Большинство основных типографских символов, какие мы используем, утвердились под конец Средневековья. В Библии четырнадцатого столетия нередко можно было увидеть текст, походивший на телеграмму:

В НАЧАЛЕ СОТВОРИЛ БОГ НЕБО И ЗЕМЛЮ ЗЕМЛЯ ЖЕ БЫЛА БЕЗВИДНА И ПУСТА И ТЬМА НАД БЕЗДНОЮ

В разное время происходили изменения, обращавшие большинство букв из прописных в строчные:

В начале сотворил Бог небо и землю земля же была безвидна и пуста и тьма над бездною

Другое изменение сводилось к тому, что в тексте появлялись кружочки, обозначавшие главные места, на которых можно было переводить дыхание:

В начале сотворил Бог небо и землю. Земля же была безвидна и пуста и тьма над бездною.

Использовались также и закорючки помельче — для обозначения таких же мест, но уже не главных:

Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною.

Когда по конец 1400-х появилось книгопечатание, основные символы довольно быстро заняли свои места. Тексты начали наполняться странными символами? и совсем новыми значками!. Все это немного походило на то, как стандарт Windows вытеснял в персональных компьютерах прочие операционные системы.

Утверждение символов менее значимых потребовало несколько большего времени. Сейчас мы воспринимаем их как нечто само собой разумеющееся, — настолько, что, к примеру, смаргиваем на каждой точке, какая стоит в конце предложения. (Присмотритесь к любому читающему что-то человеку и вы сами увидите это.) А между тем, это реакция целиком и полностью заученная.

(א)

Более тысячи лет в одном из главных населенных пунктов мира в качестве знака сложения использовался символ, показывавший приближающегося к вам человека (который тем самым «добавлялся» к вам), а в качестве значка вычитания —. Эти египетские символы вполне могли получить широкое распространение и утвердиться, как то случилось с арабскими. Те же финикийские символы стали основой еврейских א и ב — «алеф» и «бет», — как и греческих α и β, — «альфа» и «бета», образовавших основу нашего «алфавита».

Во всю середину 1500-х у предприимчивых людей еще сохранялась возможность установить собственные значки для оставшихся неоформленными символов менее значительных. В 1453-м Роберт Рекорде, ретивый автор английских учебников, попытался ввести новый значок «+», приобретший некоторую популярность на Континенте. Книга, которую он по этому поводу написал, не принесла ему состояния, и в следующем десятилетии он предпринял новую попытку, на сей раз с символом, имевшем некоторые корни в старых текстах по логике и способном, как он был уверен, взять верх над другими. Рекорде попробовал даже — в лучшем стиле беззастенчивой рекламы — указать на его экономическую целесообразность: «…и дабы избегнуть утомительного повторения одних и тех же словес: это равно тому, я устанавливаю две параллели, или линии равной длинны, а именно ========, поелику никои две вещи не могут быть более уравнены…».

Судя по всему, и это новшество Рекорде особенно не обогатило, поелику ему пришлось яро соперничать со столь же вразумительным // и даже с причудливым символом “[;”, каковой отстаивали могучие немецкие печатни. Полный набор предлагавшихся возможностей, если представить их внедренными в наше уравнение, выглядит так:

e || mc 2

e->mc 2

e.æqus. mc 2

e][mc 2

И наконец, мое любимое

е============ mc 2

Победа Рекорде оставалась отнюдь не явственной до наступивших поколение спустя времен Шекспира. Только тогда педанты и школьные учителя начали все чаще использовать знак равенства для обозначения того, что разумеется само собой, однако еще оставались мыслители, у которых имелись идеи получше. Если я говорю 15+20=35, это не так уж и интересно. А вот представьте, что я говорю вам:

(сместитесь на 15 градусов на запад)

+

(на 20 градусов на юг)

=

(и вы найдете пассаты, которые за 35 дней донесут вас через Атлантику до нового континента)

А теперь я сообщу вам некую новость. Хорошее уравнение это не просто вычислительная формула. И не весы, показывающие, что два элемента, которые вы полагали почти равными, и вправду равны. Нет, ученые начали использовать знак = как некий телескоп, позволяющий усматривать новые идеи, устройство, привлекающее внимание к новым, неожиданным областям. Дело попросту в том, что уравнения писались символами, а не словами.

Именно так Эйнштейн и использовал «=» в его написанном в 1905 году уравнении. Викторианцы полагали, что им удалось обнаружить все возможные источники энергии: химическую, тепловую, магнитную и так далее. А в 1905-м Эйнштейн сказал: Нет, существует еще одно место, в которое вы не заглядывали, там ее куда больше. Его уравнение было подобно телескопу, наставленному на это укромное место, находившееся отнюдь не в далеком космосе. Оно находилось рядышком — под самым носом всех его профессоров.

Эйнштейн обнаружил источник энергии там, где никто его попросту не искал. Источник, скрытый в самом веществе.

 

Глава 4. m — это масса

В течение долгого времени с концепцией массы происходило примерно то же, что и с концепцией энергии до того, как Фарадей и иные ученые девятнадцатого столетия завершили свою работу. Людей окружало вещество самое разное — лед, камень, ржавое железо, — однако оставалось неясным, как они связаны друг с другом, если связаны вообще.

В наличие некой великой связи между ними ученым помогало верить то, что в 1600-е годы Исаак Ньютон сумел доказать: все планеты, луны и кометы, какие мы наблюдаем, можно описать как детали некоей созданной Богом огромной машины. Единственная проблема состояла в том, что это величественное видение представлялось далеко отстоящим от заурядного, пыльного и плотного вещества, с каким нам приходится иметь дело здесь, на Земле.

Для того, чтобы установить применимость начертанной Ньютоном великой картины к нашей грешной Земле, — то есть показать, что различные типы вещества, нас окружающего, воистину взаимосвязаны и весьма основательно, потребовался человек, обладавший приверженностью к дотошной точности, готовый тратить время на промеры даже крошечных изменений весов и размеров. К тому же, он должен был обладать романтичностью, достаточной для того, чтобы вдохновиться грандиозной картиной Ньютона, — иначе с чего бы он стал изыскивать лишь смутно подозреваемые связи между любыми видами материи?

Вот это странное сочетание — откупщик с душой, способной воспарять в небеса, — можно считать точным портретом Антуана Лорана Лавуазье. Именно он, и никто иной, был человеком, впервые показавшим, что все по-видимому различные куски дерева, камня и железа, какие только есть на земле — все обладатели «массы» — являются, на самом деле, частями единого целого.

Присущий ему романтизм Лавуазье продемонстрировал в 1771 году, когда спас тринадцатилетнюю дочь своего старого друга Жака Польза от вынужденного брака с неотесанным, угрюмым, но при этом устрашающе богатым человеком. Причина, по которой он знал Польза достаточно хорошо для того, чтобы прийти на помощь его дочери, Мари Анне, состояла в том, что Польза был его начальником. А спас он Мари Анну способом довольно простым — взял да и женился на ней сам.

Брак их оказался очень удачным, несмотря на разницу в возрасте и на то, что вскоре после того, как красивый двадцативосьмилетний Лавуазье спас Мари Анну, ему пришлось с головой уйти в ошеломительно скучную финансовую работу, которую он исполнял для Польза в организации, именовавшейся «Генеральным откупом».

Откупаться там ни от кого особенно не приходилось, организация эта занималась, почти монопольно, сбором налогов для правительства Людовика XVI. Суммы, которые откупщики собирали сверх требуемых правительством, они могли оставлять себе. Занятие это было исключительно прибыльным, но так же и исключительно безнравственным, в течение многих лет привлекавшим стариков, достаточно богатых, чтобы купить соответственную должность, но не способных к сколько-нибудь дотошному ведению учета или наведению организационного порядка. Работа Лавуазье как раз и состояла в том, чтобы поддерживать в рабочем состоянии эту огромную систему, в которой перемешивались, словно мутовкой, налоги.

Этим он и занимался в течение примерно двадцати следующих лет, понуро сгибаясь над письменным столом все долгие рабочие часы по шесть дней в неделю. Только в остававшееся свободным время — два часа поутру, а затем весь выходной, — и мог он предаваться научным занятиям. И этот единственный день недели он называл «jour de bonheur» — «днем счастья».

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…».

Впрочем, он мог пережить и это. Страсти толпы недолговечны, а Лавуазье поспешил показать, что стоит на ее стороне. Ведь это он управлял пороховыми заводами, осуществлявшими снабжение Революционной армии; он постарался убедить Академию наук дать доказательство ее нового, реформистского настроения, избавившись от роскошных гобеленов, которые украшали отведенные ей в Лувре покои. И казалось, что все ему удалось, — пока не появился человек из его прошлого, ничего прощать не склонный.

К 1793 году Жан-Поль Марат стал главой ведущей фракции Национальной Ассамблеи. Отказ, полученный от Лавуазье, заставил его пережить годы нищеты: кожа Марата иссохла от незалеченной вовремя болезни, подбородок был небрит, волосы запущены. Лавуазье же, напротив, был все еще хорош собой — и кожа у него была гладкая, и тело крепкое.

Марат не стал убивать его сразу. Вместо этого он постарался, чтобы гражданам Парижа постоянно напоминали о стене, этом живом, масштабном, суммарном символе всего, что было ненавистно Марату в высокомерной Академии. Он был великолепным оратором — подобным Дантону и, в недавней истории, Пьеру Мендес-Франсу, — одним из лучших среди рожденных Францией («Я — гнев, чистый гнев народа и потому он слушает меня и верит мне»). Единственным проявлением владевшей им нервозности, почти не замечаемым слушателями, которые видели лишь его самоуверенную позу — правая рука упирается в бедро, левая небрежно выброшена вперед и лежит на столе перед ним, — было легкое постукивание одной ступни об пол. Обвиняя Лавуазье, Марат обратился в воплощение того самого принципа, который Лавуазье же и продемонстрировал. Ибо, разве не верно то, что все пребывает в равновесии? Если вы уничтожаете, как вам представляется, нечто в одном месте, оно, на самом-то деле, не уничтожается. Оно просто возникает где-то еще.

В ноябре 1793 года Лавуазье дали знать, что его ожидает арест. Он попытался укрыться в заброшенной части Лувра, бродил там по пустым кабинетам Академии, однако спустя четыре дня сдался и отправился — вместе с отцом Мари Анны — в тюрьму Порт-Либр.

Выглядывая в окно тюрьмы («Наш адрес: коридор первого этажа, номер 23, камера в самом конце»), он мог видеть огромный классический купол Обсерватории, архитектурного памятника более чем столетней давности, ныне закрытого по приказу революционеров. И, по крайней мере, ночами, когда стража приказывала задуть в камере Лавуазье свечи, над этим куполом различались звезды.

Его переводили из одной тюрьмы в другую, окончательный суд состоялся 8 мая. Несколько подсудимых просили дать им слово, однако судья лишь смеялся над ними. В зале суда стоял на полке, глядя на обвиняемых сверху вниз, бюст Марата. После полудня двадцать восемь прежних миллионеров из «Генерального откупа» отвезли на место, которое называется ныне площадью Согласия. Руки их были связаны за спинами. К помосту, на котором возвышалось орудие доктора Гильотена, вела крутая лесенка. Большинство осужденных вело себя спокойно, хотя одного старика «взвели на эшафот в состоянии самом плачевном». Польза был казнен третьим, Лавуазье четвертым. Одно обезглавливание отделялось от другого примерно минутой, уходившей не на то, чтобы очистить лезвие гильотины, но на уборку уже безголового трупа.

Труды Лавуазье дали возможность сформулировать закон сохранения массы. Лавуазье сыграл центральную роль в демонстрации того обстоятельства, что нас окружает огромный, взаимосвязанный мир физических объектов. Субстанции, которые заполняют нашу вселенную, можно сжигать, сдавливать, резать на лоскуты и разбивать молотком в мелкие дребезги, однако они не исчезают. Разные их виды, окружающие нас, просто комбинируются или рекомбинируются. Но при этом полное количество массы остается все тем же самым. И это в совершенстве отвечало тому, что позже обнаружил Фарадей: аналогичному преобразованию энергии. Точное взвешивание и химический анализ Лавуазье позволили ученым начать отслеживать, как эти преобразования совершаются на практике, — примерно в той же манере, в какой он выяснил, каким образом молекулы кислорода выпадают из воздуха и оседают в железе. Само дыхание — процесс во многом схожий, оно представляет собой механизм переноса кислорода из внешней среды внутрь тела.

К середине 1800-х ученые приняли представления об энергии и массе как о двух отдельных накрытых куполами городах. Один был образован из огня, соединяющих батареи потрескивающих проводов и вспышек света — и представлял собой царство энергии. Другой состоял из деревьев, скал, людей, планет и был царством массы.

Каждое из них выглядело чудесным, волшебно уравновешенным миром; каждое непостижимым образом гарантировал, что полное количество того, из чего он состоит, останется неизменным, даже при том, что формы, в коих являло себя его содержимое, варьировались почти безгранично. Если вы пытались избавиться в любом из царств от чего-то, ему на смену неизменно являлось — в этом же царстве — что-то другое.

Но при этом все считали, что два царства никак не связаны. Не было ни туннелей, ни проломов в замкнутых куполах, позволявших связать одно царство с другим. Именно этому и учили Эйнштейна в 1890-х: энергия и масса суть вещи разные, никакого отношения одна к другой не имеющие.

Впоследствии Эйнштейн показал, что учителя его ошибались, однако показал не так, как можно было бы ожидать. Принято думать, что наука строится постепенно, на основе того, что уже известно. Повозился человек с телеграфом и получил телефон; изобрел другой человек аэроплан с пропеллером, его изучили как следует, и построили самолеты более совершенные. Однако в случае по-настоящему глубоких проблем такой пошаговый подход не работает. Эйнштейн установил, что между двумя царствами существует связь, однако сделал это без изучения экспериментов, в которых взвешивалась масса и выяснялось, что какая-то малая часть подевалась невесть куда — может, удрала, чтобы обратиться в энергию. Вместо этого он пошел путем, казавшимся несусветно окольным. Он, вроде бы, просто махнул рукой и на энергию, и на массу, и сосредоточился на том, что было по всей видимости никак с ними не связано.

Он начал присматриваться к скорости света.

 

Глава 5. с — это celeritas

«с» отличается от того, что мы рассматривали до этой минуты. «Е» это огромная область энергии. «m» — материальная начинка вселенной. А «с» — всего лишь скорость света.

Эта непритязательная, использованная для ее поименования буква обязана, по-видимому, своим происхождением периоду, предшествовавшему середине 1600-х, времени, когда Италия была центром мировой науки, а латынь — ее, науки, языком. Латинское слово «celeritas» означало попросту быстроту, проворство.

Настоящая глава посвящена рассмотрению того, почему «с» стала играть столь важную роль в формуле Е=mc2, того, как именно эта скорость, выбор которой может показаться произвольным, оказалась способной управлять связью между всей массой и всей энергией, какая только есть во вселенной.

Долгое время даже измерение скорости света считалось делом невозможным. Почти все были убеждены, что свет распространяется с бесконечной скоростью. А если так, никакое использование скорости его распространения в имеющих практическое применение уравнениях было невозможным. Прежде чем ее удалось хоть как-то использовать, прежде чем Эйнштейн смог додуматься до возможности использования «с», кто-то должен был установить, что свет распространяется с конечной скоростью, а сделать это было отнюдь не легко.

Первым человеком, ясно понявшим, как можно измерить скорость света, был Галилей — это произошло задолго до того, как его, престарелого и почти ослепшего, определили под домашний арест. Впрочем, ко времени, в которое он опубликовал свои соображения на этот счет, Галилей был уже слишком стар, чтобы ставить опыты самостоятельно, да к тому же и у Инквизиции имелся строжайший приказ следить за каждым его шагом. А это создавало для него и его друзей помехи далеко не малые. Когда через несколько лет после кончины Галилея, члены Флорентийской академии получили, наконец, возможность ознакомиться с его трудами, им дали понять, что они могут поставить придуманный Галилеем опыт.

Сама идея опыта была проста, как и все, что делал Галилей. Двум добровольцам с фонарями надлежало встать летним вечером на холмах в миле друг от друга. Они должны были открывать один за другим заслонки своих фонарей и измерять время, которое понадобится свету, чтобы пересечь разделявшую их долину.

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.

Порадовать астрономов можно разными способами. Открытие суперновой, к примеру, вещь хорошая, продление правительственного субсидирования — тоже, получение пожизненной должности и того лучше. Однако яростная свара двух выдающихся коллег? Это источник просто-напросто райского наслаждения. Ремер бросил свой вызов отчасти из гордости, но отчасти и потому, что знал: как политик, Кассини значительно превосходит его. Ремер мог добиться признания своих заслуг, только сделав предсказание настолько внятное и недвусмысленное, что Кассини и его приспешникам не удастся, когда станет ясной их неправота, отвертеться от этого факта.

Предсказание было обнародовано в августе. 9 ноября обсерватории Франции да и всей Европы нацелили телескопы на Юпитер. Часы показали 5.27 пополудни. Ио видно не было.

5.30 — Ио все еще нет как нет.

5.35.

А затем спутник появился — если быть точным, в 5 часов, 37 минут и 49 секунд.

И Кассини заявил, что ошибка его отнюдь не доказана! (Изображать свои оплошности, как достижения люди научились задолго до эпохи телевидения.) У Кассини имелось множество сторонников, — и они, как то и положено, приняли его сторону. Кто и когда говорил, что Ио ожидается в 5.25? Один только Ремер, заявили сторонники. А кроме того, всем же известно, что указать точное время появления Ио не удавалось никогда. Расстояние до него огромное, толком разглядеть его трудно, — возможно, потому, что облака, плавающие в верхних слоях атмосферы Юпитера создают дымку, которая искажает точную картину, а возможно, по той причине, что сколько-нибудь определенные наблюдения затруднены большим углом наклона его орбиты. Сказать трудно.

В обычных рассказах из истории науки предполагается, что такого просто не может быть. Ремер поставил безупречный опыт, сделал ясное предсказание, и тем не менее, астрономы Европы не пожелали признать, что свет распространяется с конечной скоростью. Сторонники Кассини победили, официальная точка зрения, согласно которой скорость света есть величина загадочная, неизмеримая и никакого воздействия на астрономические измерения не оказывает, устояла.

Ремер сдался, вернулся в Данию и провел там многие годы на посту директора копенгагенского порта. Новые эксперименты, убедившие астрономов в его правоте, были поставлены лишь пятьдесят лет спустя — после того, как миновали два поколения, а Жан Доминик Кассини скончался. Полученное в них значение скорости света было близким к лучшим из современных его оценок, дающих примерно 300000000 м/сек. (На самом деле, скорость света несколько меньше, однако для удобства мы будем использовать на протяжении всей этой книги значение округленное — 300 миллионов метров в секунду.)

Чтобы продемонстрировать, насколько велика эта скорость, довольно сказать, что, развив ее, вы можете добраться от Лондона до Лос-Анджелеса за 1/20 секунды. Это и объясняет, почему в эксперименте Галилея не удалось установить время, за которое свет пересекает долину под Флоренцией, — слишком мало было расстояние.

А вот еще одно сравнение: Мах 1 это скорость звука, составляющая около 300 м/с. Реактивный «Боинг 747» развивает скорость немного меньшую, чем Мах 1. Космический шаттл может набирать после первого включения двигателей больше Мах 20. Астероид или комета, которая пробила океанское дно и погубила динозавров, имела в момент столкновения скорость, равную Мах 70.

«с» равна Мах 900000.

Столь огромная скорость приводит к возникновению множества любопытных эффектов. Если человек, сидящий ресторане за несколько столиков от вас, ссорится с кем-то по телефону, вам кажется, что вы слышите произносимые им слова в тот самый миг, в какой они срываются с его губ. Однако звук распространяется в воздухе всего лишь с малой скоростью, равной Мах 1, тогда как радиосигналы, которые генерирует сотовый телефон, летят со скоростью света. Женщина, с которой разговаривает этот человек, — даже если она находится в сотнях километров от вас, — услышит его слова до того, как они проковыляют по воздуху несколько метров и доберутся до ваших ушей.

Чтобы понять, почему Эйнштейн включил в свое уравнение именно скорость света, нам необходимо повнимательнее приглядеться к внутренним свойствам самого света. Мы оставляем позади эпоху Кассини и Ремера и перебираемся в конец 1850-х, в период, предшествующий Гражданской войне в Америке, — в то время, когда пожилой уже Майкл Фарадей вступил в переписку с Джеймсом Клерком Максвеллом, худощавым шотландцем, которому не исполнилось еще и тридцати лет.

Для Фарадея эта пора была трудной. Память его слабела, нередко ему приходилось начинать день с чтения пространных записей, посвященных тому, что он должен сделать сегодня. Хуже того, Фарадей сознавал, что великие физики мира, почти каждый из которых закончил элитарный университет, так и продолжают смотреть на него сверху вниз. Они принимали его практические лабораторные открытия, но и не более того. Для среднего физика электричество, протекающее по проводнику, мало чем отличалось от текущей по трубе воды: все считали, что после того, как была разработана, наконец, математика, лежащая в основе этого процесса, он перестал отличаться от того, что описывали Ньютон и множество его владеющих математическими методами последователей.

Фарадей, между тем, продолжал размышлять о странных кругах и линиях, исходя из воспринятых им в юности религиозных представлений. Пространство, окружающее любое проявление электромагнетизма, считал он, пронизано загадочным «полем», порождающим то, что интерпретируется нами как электрический ток и его подобия. Фарадей настаивал на том, что временами эту сущность можно едва ли не увидеть, — к примеру, в узорах, которые образуют насыпанные вокруг электромагнита металлические опилки. Однако никто Фарадея не слушал — за недавно появившимся исключением: молодым шотландцем по фамилии Максвелл.

На первый взгляд, эти двое были людьми совершенно разными. За годы исследований у Фарадея накопилось 3000 датированных сжатых заметок, посвященных его опытам, которые начинались каждый день в ранние утренние часы. О Максвелле же рассказывают следующее: когда его уведомили, что каждый студент Кембриджского университета обязан являться на церковную службу, начинавшуюся в 6 утра, он, вздохнув, сказал: «Да, наверное, я смогу не ложиться спать до столь позднего часа». Кроме того, Максвелл был лучшим, вероятно, математиком из всех теоретических физиков девятнадцатого столетия, а Фарадей с трудом справлялся с любыми математическими выкладками, выходившими за пределы обычного сложения и вычитания.

Однако на уровне более глубоком они обладали немалым сходством. Несмотря на то, что Максвелл вырос в большом баронском поместье, находившемся в сельской местности северной Шотландии, родовым именем его было до недавнего времени самое заурядное «Клерк» и только наследство родственника с материнской стороны позволило его семье присоединить к этому имени отдающее гораздо большим благородством «Максвелл». Когда юного Джеймса отправили на учебу в одну из закрытых школ Эдинбурга, другие ее ученики, те, что были покрепче и кичились своим городским происхождением, измывались над ним — неделю за неделей и год за годом. Джеймс никогда не выражал по этому поводу никаких гневных чувств — он лишь однажды спокойно заметил: «Они никогда не понимали меня, зато я их понимал». В душе Фарадея также сохранились раны, нанесенные ей в 1820-х сэром Гемфри Дэви, а закончив день блестящей по ораторскому мастерству публичной лекцией в «Королевском институте», он неизменно погружался в тихое, созерцательное одиночество.

Пока молодой шотландец и пожилой обитатель Лондона переписывались — и позже, когда они, наконец, встретились, — им удалось установить отношения, которые ни того, ни другого почти ни с кем больше не связывали. И дело тут было не только в сходстве их личностей — Максвелл оказался математиком настолько великим, что ему удалось проникнуть взглядом под внешнюю простоту неуклюжих рисунков Фарадея. Детская их неловкость, над которой посмеивались ученые менее одаренные, Максвелла не остановила. («Продолжая исследования Фарадея, я проникался его методом… который также был математическим, хоть и не получил выражения в общепринятых математических символах».) Максвелл отнесся к сделанным Фарадеем грубым наброскам силовых линий со всей серьезностью. И он, и Фарадей были людьми глубоко религиозными, оба видели в этих рисунках возможное проявление имманентного присутствия Бога в нашем мире.

Еще в 1821 году да и во многих последующих его исследованиях Фарадей показывал пути, которыми электричество может обращаться в магнетизм — и наоборот. В конце 1850-х Максвелл развил эту идею, впервые полностью объяснив то, чего так никогда и не поняли ни Ремер, ни Галилей.

Максвелл сумел понять: то, что происходит внутри светового луча, есть разновидность возвратно-поступательного движения. Когда луч света отправляется в путь, можно говорить о том, что в нем порождается некоторое количество электричества, которое, распространяясь, создает некоторое количество магнетизма, а оно, опять-таки распространяясь, порождает новый всплеск электричества — и так далее, словно развертывается некий плетеный кнут. Электричество и магнетизм как будто совершают крошечные стремительные скачки, перекувыркиваясь друг через друга, пребывая, по словам Максвелла, «во взаимных объятиях». Свет, который Ремер видел несущимся через солнечную систему, а Максвелл — ударяющим в каменные башни Кембриджа, представляет собой просто последовательность таких вот быстрых, напоминающих чехарду прыжков.

То был высший взлет науки девятнадцатого столетия — уравнения Максвелла, содержавшие резюме его проникновения в сущность электромагнетизма, стали одним из величайших теоретических достижений всех времен. И все же, сам Максвелл всегда оставался не вполне довольным тем, что он создал. Потому что — как, собственно говоря, переплетаются в волне света эти странные, отдающие чехардой скачки? Этого Максвелл не знал. Как не знал и Фарадей. Никто не мог объяснить это явление раз и навсегда.

Гениальность Эйнштейна состояла в том, что он сумел повнимательнее приглядеться к играющим в чехарду волнам света — даже при том, что делать это ему пришлось практически в одиночку. Впрочем, уверенности в своих силах ему было не занимать: проведенная им в Аарау окончательная подготовка к учебе в высшей школе дала блестящие результаты, к тому же и воспитание, полученное Эйнштейном в семье, подталкивало его к тому, чтобы с сомнением относиться к любому авторитету. К 1890-м, студенческим годам Эйнштейна, уравнения Максвелла уже преподносились в качестве общепринятой истины. Однако ведущий профессор Высшей технической школы Цюриха, в которой учился Эйнштейн, к теоретической физике относился пренебрежительно и теорию Максвелла преподавать своим студентам попросту отказывался. (Именно негодование, порожденное этим обстоятельством в Эйнштейне, и привело к тому, что он с издевкой именовал профессора «герром Вебером», а не «герром профессором Вебером», как то было положено, — непочтительность, за которую Вебер отомстил, отказавшись выдать Эйнштейну надлежащее рекомендательное письмо, что привело к нескольким годам его изоляции в патентном бюро.)

Когда Эйнштейн прогуливал занятия, отправляясь вместо школы в кофейню, он нередко прихватывал с собой работы Максвелла. Так начинались его исследования, посвященные открытому Максвеллом удивительному поведению световых волн. Если свет, размышлял Эйнштейн, представляет собой такую же волну, как и все прочие, то, наверное, можно, устремившись следом за ним, его нагнать.

Проиллюстрировать эту проблему можно примером из сёрфинга. Когда вы только оказываетесь в воде и стараетесь, чтобы никто на берегу не заметил, до чего вы перепуганы, волны просто прокатываются мимо вас. Однако, стоит вам заставить себя встать на доску, и вы начинаете скользить с ней к берегу, а несущая вас волна представляется вам неподвижно стоящей под вами и вокруг вас. Если же вы достаточно храбры — или безрассудны — для того, чтобы проделать подобный фокус в огромных приливных волнах Гавайев, вся свертывающаяся в трубу волна кажется вам просто покоящейся за вашей спиной, над головой и повсюду вокруг вас.

Полное понимание проблемы пришло к Эйнштейну лишь в 1905 году. Световые волны отличаются от всех прочих. Водяная волна, которую оседлывает серфер, может казаться ему неподвижной, поскольку все ее составляющие занимают относительно друг друга устойчивое положение. Именно поэтому вы можете, стоя на доске, оглянуться и увидеть нависшую над вами пелену воды. А вот свет ведет себя иначе. Световая волна поддерживает себя в состоянии движения только благодаря тому, что одна ее составляющая, двигаясь вперед, подпитывает своей энергией другую. (Электрическая составляющая, устремляясь вперед, «выдавливает» из себя магнитную, затем магнитная составляющая расходует энергию на создание нового «всплеска» электрической, после чего весь цикл повторяется.) Если вам начинает казаться, что вы развили скорость, достаточную для того, чтобы удерживаться вровень со световым потоком, приглядитесь повнимательнее и вы увидите: та составляющая, которую вы, по вашему мнению, того и гляди нагоните, питает своей энергией другую, все еще уносящуюся от вас.

Попытка нагнать луч света и увидеть его словно бы неподвижно стоящим на месте, равносильна заявлению: «Желаю увидеть размытые дуги, которые описываются мячами жонглера, но чтобы сами мячи при этом не двигались». Так не бывает. Увидеть размытые очертания жонглерских мячей можно лишь тогда, когда они летят по воздуху, и летят быстро.

Эйнштейн пришел к выводу, что свет может существовать, лишь как стремительное движение световой волны. Мысль эта таилась в работах Максвелла более сорока лет, однако никто ее там не обнаружил.

Это новое понимание природы света изменило все, ибо скорость света стала фундаментальным пределом любой скорости, какую можно развить в нашей вселенной — быстрее не способно двигаться ничто.

Тут легко впасть в заблуждение. Если вы уже движетесь со скоростью 299999999 м/с, разве не можете вы добавить в двигатель топлива и развить скорость чуть большую — 300000000, а там и 300000001 м/с — и обогнать свет? Ответ состоит в том, что нет, не можете, и нынешнее состояние земной техники тут решительно ни при чем.

Чтобы понять это, следует помнить, что скорость света есть не просто число, она связана с физическим процессом. Если я скажу вам, что -273 (отрицательное 273) это самое малое из существующих чисел, вы ответите мне, что я заблуждаюсь, и будете совершенно правы: число -274 меньше, — 275 еще меньше и так можно продвигаться до бесконечности. Но предположим, что мы говорим о температуре. Температура вещества это показатель активности движения частиц, из которых оно состоит, и существует некая точка, при достижении которой, частицы эти вибрировать перестают вообще. Это происходит примерно при -273 градусов по Цельсию, и по этой причине -273 и называют «абсолютным нулем», — если речь идет о температуре. Чистые числа могут быть и меньшими, а вот физические показатели не могут: ни монета, ни снегоход, ни гора не способны вибрировать еще слабее, если они уже полностью перестали вибрировать.

То же и со светом. 300000000 м/с, число, измеренное Ремером для, распространявшегося от Юпитера света, представляет собой еще и утверждение о том, на что похож сам свет. То есть о физическом «явлении». Свет всегда будет подобием чехарды — электричество «выскакивает» из магнетизма, затем магнетизм из электричества, и оба они стремительно улетают от всего, что пытается их нагнать. Именно поэтому скорость света и составляет высший предел любых скоростей.

Мысль интересная, может сказать циник, но даже если верхний предел скорости существует, нам-то что с того? Как может влиять его существование на движение тел во вселенной? Ну поставьте на шоссе щит с надписью: «Внимание: скорость, превышающая 300000000 м/с достигнута быть не может!» — машины все равно будут проноситься мимо него так, точно его там нет.

Ой ли? Именно здесь вся аргументация Эйнштейна делает полный круг и возвращается к своему истоку: здесь он показывает, что удивительные свойства света — то обстоятельство, что он по самой природе своей неизменно ускользает от нас и потому его скорость представляет собой верхний предел любой другой, — наконец-то, по-настоящему соотносится с природой энергии и массы. Чтобы понять, как это происходит, давайте рассмотрим пример, являющийся производным от того, которой приводил сам Эйнштейн.

Предположим, что некий космический корабль летит со скоростью, очень близкой к скорости света. При нормальных обстоятельствах, когда он движется медленно, подкачка энергии в двигатели корабля позволяет увеличить его скорость. Однако, когда скорость эта почти достигает скорости света, все изменяется. Лететь еще быстрее корабль попросту не может.

Пилот корабля не желает смириться с этим и начинает лихорадочно щелкать переключателями на пульте управления двигателем, стараясь разогнать корабль посильнее. И, разумеется, видит, как любой луч света, замеченный им впереди корабля, уносится от него на полной скорости «с». Что, собственно говоря, видит и любой другой наблюдатель. Как ни старается пилот, догнать свет его кораблю не удается. Но что же происходит?

Представьте себе компанию студентов, забившуюся в телефонную будку, представьте их лица, приплющенные к ее стеклянным стенкам. Представьте парад с вьющимся над ним надувным шаром, соединенным с насосом, отключение которого по какой-то причине оказывается невозможным. Шар начинает раздуваться и приобретает размеры намного большие тех, какие для него были задуманы. Примерно то же происходит и с космическим кораблем. Двигатели его ревут, перекачивая энергию, однако скорость корабля от этого не возрастает, поскольку ничто не может перемещаться быстрее света. Но ведь и энергия попросту исчезнуть тоже не может.

В результате, энергия, накачиваемая в двигатель, «сжимается» и обращается в добавочную массу. Сторонний наблюдатель видит, как начинает расти масса корабля. Поначалу совсем немного, однако по мере того, как продолжается подкачка энергии, масса все увеличивается и увеличивается. Корабль словно бы «раздувается».

Звучит довольно нелепо, и тем не менее, у сказанного имеются экспериментальные подтверждения. Если начать разгонять протоны, обладающие в неподвижном состоянии «единицей» массы, то поначалу они будут, как вы и ожидаете, набирать скорость. Однако затем, когда эта скорость приблизится к световой, наблюдатель обнаружит изменения, происходящие с самими протонами. Это явление наблюдается в ускорителях, расположенных под Чикаго, в ЦЕРНе (европейском центре ядерных исследований), который находится неподалеку от Женевы, — да, собственно, и везде, где работают физики. Сначала протоны, «раздуваясь», приобретают массу, равную двум единицам, — становятся в два раза тяжелее, чем были в начале эксперимента, — затем равную трем и так далее, — масса продолжает расти, пока в протоны накачивается энергия. При скорости, составляющей 99,9997 процентов «с», протоны становятся в 430 раз тяжелее, чем были. (При этом из окрестных электростанций забирается такая энергия, что эксперименты подобного рода приходится назначать на поздние ночные часы, — дабы от местных жителей не посыпались жалобы на перебои со светом.)

А происходит следующее: той энергии, которая накачивается в протоны или в наш воображаемый космический корабль, приходится обращаться в добавочную массу. Как и утверждает уравнение: «Е» может превращаться в «m», а «m» в «Е».

Это и объясняет присутствие «с» в уравнении. В нашем примере, в котором вы пытаетесь подобраться к скорости света, связь между массой и энергией становится особенно ясной. Число «с» есть просто-напросто коэффициент преобразования, показывающий, как работает эта связь.

Всякий раз, как вы связываете две развивавшихся независимо одна от другой системы, возникает необходимость в некотором коэффициенте преобразования. Чтобы перевести температуру из градусов Цельсия в градусы Фаренгейта, вы умножаете ее величину по Цельсию на 9/5 и затем прибавляете 32. Для перехода от сантиметров к дюймам используется другое правило: сантиметры умножаются на 0,3937.

Коэффициенты преобразования выглядят произвольными, но лишь потому, что они связывают друг с другом отдельно развивавшиеся системы. Дюймы, к примеру, появились в средневековой Англии и имели своей основой длину большого пальца человека. Большие пальцы это превосходная портативная мерка, поскольку даже от наибеднейшего бедняка можно ожидать, что он принесет их с собой на рынок. Сантиметр же приобрел популярность столетия спустя, во время Французской революции, его определили как одну миллиардную расстояния от экватора до северного полюса, измеренного вдоль проходящего через Париж меридиана. Нет ничего удивительного в том, что согласование двух этих систем сопряжено с некоторыми затруднениями.

Энергия и масса также рассматривались в течение веков как вещи совершенно различные. Представления о них развивались, не соприкасаясь друг с другом. Энергия мыслилась в лошадиных силах или в киловатт-часах; массу измеряли в фунтах, килограммах, тоннах. Связывать эти единицы никому в голову не приходило. Никто и в мыслях не имел того, до чего додумался Эйнштейн: энергия и масса могут «естественным» образом переходить одна в другую, как мы уже видели на примере космического корабля, а связывающим их коэффициентом преобразования является «с».

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=mc1, Е=mc2, Е=mc3… 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 с2?

 

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, 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» 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.

В детстве она была любившей лазать по деревьям девочкой-сорванцом, к тому же и рост у нее был выше среднего, а поскольку ее родители опасались, что дочь вырастет нескладехой, они — и это самое замечательное — наняли для нее учителя фехтования. Эмилия вызвала Жака де Брен, занимавшего пост, который можно примерно описать как пост начальника королевских телохранителей, на показательную дуэль, состоявшуюся при большом стечении публики на паркетном полу огромного Гербового зала, и ее выпады и парирования показали, насколько она проворна и сильна, — этого хватило, чтобы испуганные поклонники сочли разумным обходить ее стороной.

Ум привел Эмилию к тому, что в Версале она оказалась изолированной, поскольку делиться восторгами по поводу чудесных прозрений, которые она находила в трудах Декарта и других ученых, ей было здесь не с кем. (Хотя одно, по крайней мере, преимущество увлечение математикой ей давало, — садясь за игорный стол, она с легкостью запоминала все карты.)

В девятнадцать лет Эмилия все же выбрала себе мужа из числа наименее неприятных придворных. Им стал богатый военный по фамилии до Шатле, удобный уж тем, что большую часть времени он проводил в далеких кампаниях. Супружество их было чисто формальным, — муж, в духе того времени, не имел ничего против любовных романов жены, происходивших в его отсутствие. Любовников у Эмилии насчитывалось немало и одним из наиболее близких ей оказался бывший офицер гвардии Пьер Луи Мопертюи, который, уйдя в отставку, понемногу обращался в одного из первейших физиков своего времени. Дружба их началась с совместного изучения математического анализа и иных научных штудий, однако Мопертюи собирался отправиться в полярную экспедицию, а во Франции 1730-х любой двадцати с чем-то летней молодой женщине, — как бы умна и спортивна она ни была, — оставаться одинокой было непозволительно.

Эмилия же оказалась «не пристроенной». К кому было ей обратиться за человеческим теплом? Пока Мопертюи производил последние приготовления к экспедиции, Эмилия завела несколько ни к ему не обязывающих интрижек, но кто во всей Франции мог заменить ей Мопертюи? И тут появился Вольтер.

«Я устал от праздной, полной вздорных свар парижской жизни, — вспоминал он впоследствии, — …от даруемых королем привилегий, от партийных интриг ученых людей… В 1733 году я встретил молодую женщину, которая, как оказалось, разделяла едва ли не все мои мысли и взгляды…»

Она познакомилась с Вольтером в опере, и хотя Мопертюи еще не уехал, никаких проблем это не составило. Вольтер посвятил ему восторженные стихи, в которых называл его современным аргонавтом и превозносил за отвагу, с коей Мопертюи устремлялся для блага науки на далекий север; за этим последовала поэма в честь дю Шатле — ее Вольтер сравнивал со звездой и отмечал, что он-то, по крайней мере, не настолько вероломен, чтобы обменять ее на какую-то там арктическую экспедицию. По отношению к Мопертюи это было решительно несправедливо, однако дю Шатле возражать не стала. Да и что иное мог бы сказать и сделать Вольтер? Он был влюблен.

Влюбилась, в конце концов, и Эмилия. И на этот раз расставаться со своей любовью не пожелала. У нее и Вольтера имелось много общего: глубокий интерес к политическим реформам; удовольствие, которое оба получали от стремительных, искрометных бесед («она говорит с великой быстротой, — писал один из ее прежних любовников, — …слова ее подобны ангелам»); и прежде всего, желание продвинуть науку так далеко, как удастся. Муж Эмилии владел замком в Сирее, на северо-востоке Франции. Замок принадлежал семье еще с того времени, как Колумб отправился открывать Америку, ныне он стоял заброшенным и по большей части разрушенным. Почему было не использовать его для постановки во Франции подлинно научных опытов? Они вдвоем принялись за дело и вскоре Вольтер уже писал другу, что мадам дю Шатле

…превращает лестничные колодцы в дымоходы, а дымоходы в лестничные колодцы. Если я говорю рабочим: вот здесь следует построить библиотеку, — она распоряжается заменить ее салоном… Она сажает липы там, где я задумал посадить вязы, а когда я высаживаю где-нибудь травы и овощи… она не успокаивается до тех пор, пока не разобьет на этом месте цветочную клумбу.

Все было закончено за два года. В замке появилась библиотека, сравнимая с той, какой располагала парижская Академия наук, из Лондона в него доставили новейшее лабораторное оборудование, у дома имелись крылья, предназначенные для гостей, и что-то вроде аудиторий для проведения семинаров, и вскоре в него стали приезжать погостить лучшие ученые Европы. Дю Шатле располагала собственной профессиональной лабораторией, но при этом стены ее читальни были украшены подлинными полотнами Ватто. Вольтер обосновался в личном крыле, спальня которого была связана со спальней дю Шатле очень удобным и укромным проходом. (Однажды, явившись к ней без предуведомления, он застал ее с другим любовником, и дю Шатле попыталась успокоить Вольтера, сказав, что поступила так лишь потому, что знала — ему нездоровится — и не хотела беспокоить его, нуждающегося в отдыхе.)

Появлявшиеся время от времени, чтобы посмеяться над ними, визитеры из Версаля обнаруживали в замке прекрасную женщину, которая по собственной воле сидела в четырех стенах, до позднего вечера работая за письменным столом, — два десятка свечей окружали ее, озаряя стопки бумаг с вычислениями и переводами, в огромном зале было тесно от научного оборудования. Время от времени, сюда заходил и Вольтер — не просто ради того, чтобы ознакомиться с последними дворцовыми сплетнями, хотя, будучи Вольтером, оставаться к ним совсем равнодушным он не мог, — но также чтобы сравнить латинские тексты Ньютона с некоторыми из новейших голландских комментариев к ним.

Несколько раз дю Шатле вплотную подходила к ошеломляющим открытиям будущего. Она поставила собственную версию опытов Лавуазье с ржавчиной, и если бы количество чешуек, которые удалось собрать дю Шатле, было чуть более полным, она могла бы открыть закон сохранения массы еще до рождения Лавуазье.

«Сирейская группа» поддерживала переписку с другими учеными нового склада, снабжая их результатами экспериментов, чертежами и расчетами. Здесь неделями, а то и месяцами гостили такие ученые, как Кениг и Бернулли. Вольтера радовало, что благодаря их усилиям, новейшая, ньютоновского склада наука получает все большее распространение. Однако когда он и дю Шатле затевали насмешливые, пародийные перепалки, Вольтер вовсе не попадал в положении знающего жизнь, широко начитанного человека, который сам решает, в каком случае его молодая любовница выйдет победительницей. Дю Шатле была настоящей исследовательницей физического мира, и именно она в какой-то момент решила, что ключевой вопрос, коим теперь надлежит заняться, выглядит так: что есть энергия?

Она знала — в большинстве своем люди считают, что с энергией и так уже все ясно. Тот же Вольтер в его посвященных популяризации Ньютона сочинениях описывал представлявшиеся всем несомненными истины: главное, что необходимо знать для анализа того, как сталкиваются материальные объекты, это простые произведения их масс на их же скорости, то есть mv1. Если шар весом в 5 фунтов движется со скоростью 10 м/час, он будет обладать 50 единицами энергии.

Однако дю Шатле знала и о том, что некогда были довольно широко распространены воззрения, соперничавшие с ньютоновскими и сформулированные Готфридом Лейбницем, выдающимся немецким дипломатом и естествоиспытателем. Лейбниц считал, что главным показателем энергии является mv2. Если шар весом в 5 фунтов движется со скоростью 10 м/час, он будет обладать 5х102, или 500 единицами энергии.

Кто из них был прав? Все это могло выглядеть простым спором об определениях, однако за ним крылось нечто гораздо более глубокое. Мы привыкли к тому, что наука отделена от религии, но в семнадцатом и восемнадцатом веках дело обстояло иначе.

Ньютон считал, что, выдвигая на первый план mv1, можно доказать необходимость существования Бога. Если происходит лобовое столкновение двух пивных фургонов, слышится громовый удар и, возможно, скрежет, с которым вдавливаются друг в друга их бамперы, однако затем наступает тишина. Перед самым столкновением в мире присутствовало изрядное количество mv1 - его создавали две быстро двигавшихся, сильно нагруженных повозки. Допустим, к примеру, что одна на полной скорости катила строго на восток, а другая строго на запад. Однако после того, как они столкнулись и обратились к груды дерева и металла, обе v1 исчезли. Та, что «двигалась на восток», в точности отменила ту, что «двигалась на запад».

На взгляд Ньютона, это означало, что энергия, которой обладали повозки, просто исчезла. Образовалась дыра, ведущая за пределы нашей наблюдаемой вселенной. А поскольку подобные столкновения происходят сплошь и рядом, огромным механическим часам, в которых мы проживаем, требуется постоянная подзаводка. Однако давайте оглядимся вокруг. Мы же не видим, что с ходом годов способность к движению сохраняет все меньшее число физических тел. Вот вам и доказательство. вселенная продолжает «работать» и это, по мнению Ньютона, является знаком того, что ободряющая десница Господня простирается через нее, дабы питать и поддерживать нас, снабжать нас всеми движущими силами, которые мы без нее потеряли бы.

Вольтеру этого было достаточно. Ньютон высказался, а кто может спорить с Ньютоном? К тому же, картина, им созданная, выглядит так величественно и подкреплена столь пугающе сложной геометрией и математическим анализом, что самое разумное для нас — просто кивать и принимать ее. А между тем, дю Шатле проводила долгие часы в своей увешанной картинами Ватто комнате, а затем и за уставленным свечами письменным столом, разбираясь, собственного интереса ради, в возражениях Лейбница.

Лейбниц не только приводил разного рода отвлеченные геометрические доводы, он еще и указывал на прореху, которую подход Ньютона оставляет в мире. Дипломаты порою склонны к сарказму. Лейбниц писал: «Согласно учению [Ньютона], всемогущему Богу угодно время от времени заводить свои часы — иначе они встанут. Похоже, Он оказался недостаточно предусмотрительным для того, чтобы создать вечное движение».

Однако, если использовать для энергии формулу mv2, этой проблемы можно избежать. Допустим, что для повозки, едущей строго на запад, mv2 дает 100 единиц энергии, а энергия второй, движущейся навстречу и ей, и скорому столкновению, тоже составляет 100 единиц. По мнению Ньютона, при столкновении их энергии уничтожают одна другую, а вот по мнению Лейбница, их энергии складываются. Когда повозки сталкиваются, вся их энергия так и продолжает существовать, отправляя металлические обломки повозок скакать по земле, повышая температуру их колес и создавая далеко разлетающийся шум и грохот.

С точки зрения Лейбница, ничто не пропадает и не теряется. Мир продолжает идти своим путем, никаких дыр или шлюзовых ворот, в которые утекает причинная обусловленность либо энергия, — так что только Бог и способен вернуть их назад, — не существует. Мы предоставлены самим себе. Необходимость в Боге могла существовать в самом начале, однако теперь она отсутствует.

Дю Шатле находила эти рассуждения не лишенными привлекательности, но также и понимала, почему за десятилетия, прошедшие с тех пор, как Лейбниц обнародовал их, они особого признания не получили. Воззрения Лейбница были слишком расплывчатыми, они отвечали собственным его предпочтениям, но не получили достаточных объективных подтверждений. Кроме того, как с великим удовольствием показал Вольтер в написанном им романе «Кандид», они были странно пассивными, наводившими на мысль, что какие бы то ни было фундаментальные изменения в нашем земном существовании попросту невозможны.

Дю Шатле славилась взрывной быстротой своих бесед, но лишь потому, что в Версале она была окружена дураками, а в Сирее только так и можно было вставить слово, разговаривая с Вольтером. Когда же дело доходило до осуществляемых ею работ, она оказывалась куда более методичной и неторопливой. Ознакомившись с исходной аргументацией Лейбница, а затем со стандартной их критикой, она — и разного рода специалисты, призванные ею на помощь, — не остановилась на этом, но приступила к широким поискам каких-либо практических свидетельств, которые помогли бы им сделать окончательный выбор. По мнению Вольтера, она просто «зря тратила» время, однако для дю Шатле это стало одним из важнейших моментов ее жизни: исследовательский механизм, созданный ею в Сирее, наконец заработал в полную силу.

Решающее доказательство дю Шатле и ее коллеги отыскали в недавней работе Виллема Гравезанда, голландского ученого, который ставил опыты, бросая с определенной высоты грузы на мягкий глиняный пол. Если формула Е=mv1 справедлива, груз, летящий вдвое быстрее, чем прежде, должен уйти в глину и на глубину вдвое большую. А повышая скорость втрое, получишь втрое большую глубину. Однако Гравезанд обнаружил, что этого не происходит. Маленький медный шар, летящий в два раза быстрее прежнего, уходил в глину на глубину, в четыре раза большую. Если же он летел быстрее в три раза, то глубина его погружения в глину оказывалась большей в девять раз.

Что, собственно, и предсказывалось формулой Е=mv2. Два в квадрате это четыре. Три в квадрате — девять.

Результаты Гравезанд получил серьезные, однако он не был теоретиком в мере, достаточной для того, чтобы свести их воедино. Лейбниц был теоретиком превосходным, но ему не хватало детальных опытных данных — его выбор mv2 был скорее догадкой. Вот эту брешь и заполнила работа дю Шатле. Она углубила теорию Лейбница, включив в нее результаты голландского ученого. Наконец-то появилось серьезное подтверждение справедливости определения энергии с помощью mv2.

Статьи ее наделали немало шума. Дю Шатле всегда была автором, умевшим ясно излагать свои мысли, ей помогало также и то, что Сирей считался одним из по-настоящему независимых исследовательских центров Европы. Большинство англоязычных ученых автоматически принимало сторону Ньютона, а германоязычные с не меньшим догматизмом выступали за Лейбница. Франция же стояла между ними, неизменно владея правом решающего голоса, вот голос дю Шатле и оказался главным в решении давнего спора.

Опубликовав результаты своей работы, она сделала паузу, — необходимо было заняться денежными делами семьи и подумать о следующем предмете исследований. Она и Вольтер путешествовали, в Версале дю Шатле забавлялась, наблюдая за новым поколением придворных, не имевших ни малейшего понятия ни о том, что она — один из ведущих в Европе интерпретаторов современной физики, ни о том, что она издает сделанные ею на досуге переводы Аристотеля и Вергилия. В конце концов, когда дю Шатле произвела обширные расчеты вероятностей выигрыша за карточным столом, кое-какие представления о ее дарованиях все же стали достоянием публики.

Время шло, они возвратились в Сирей. Там («в этом нашем упоительном прибежище» — писала она) уже разрослись липы, и дю Шатле даже позволила, наконец, Вольтеру разбить собственный огород. А затем произошло то, о чем она торопливо написала одной из подруг.

3 апреля 1749

Шато де Сирей

Я беременна, и вы можете вообразить… как я… вынужденная рожать в сорокалетнем возрасте… страшусь за мое здоровье и даже за жизнь.

То было одним из тех событий, контролировать которые она не могла. Она уже рожала вскоре после замужества, но хоть и была в ту пору на двадцать лет моложе, даже тогда роды были делом опасным. Доктора тех времен не ведали, что им следует мыть руки или инструменты. Антибиотиков, способных остановить неизбежную в подобных условиях инфекцию, не существовало; не было и окситоцина, позволяющего справиться с маточным кровотечением. Дю Шатле не гневалась на очевидную бестолковость докторов своей эпохи, но лишь сказала Вольтеру о том, как грустно ей уходить из жизни, не успев приготовится к неизбежному концу. Сколько времени у нее осталось, она знала — роды ожидались в сентябре. Дю Шатле всегда работала подолгу и помногу, теперь же ей приходилось спешить, и свечи на ее письменном столе горели порою до утренней зари.

1 сентября 1749 года она написала директору королевской библиотеки, что в коробке, к которой прилагается ее письмо, он найдет законченный черновик написанных ею пространных комментариев к трудам Ньютона. Три дня спустя начались роды — их она пережила, однако ее поразила инфекция и спустя неделю дю Шатле скончалась.

Вольтер был сам не свой от горя: «Я потерял половину себя самого, душу, созданную для меня».

Постепенно мысль о том, что энергия пропорциональна mv2, обратилась во вторую натуру физиков. Немалую роль в этом сыграло полемическое искусство Вольтера, пропагандировавшего наследие своей возлюбленной. В следующем столетии Фарадей и другие, разрабатывая представления о сохранении энергии в целом, использовали именно mv2, как количество энергии, которое может претерпевать различные трансформации, но никогда не исчезает полностью. Анализ, произведенный дю Шатле, как и ее сочинения, были необходимым шагом вперед, хотя со временем о сыгранной ею роли забыли — отчасти потому, что каждому новому поколению ученых присуща тенденция смотреть на прошлое свысока; отчасти же потому, что ученым неприятно было думать, что именно женщина указала направление столь обширных научных исследований и помогла определить дальнейший ход научной мысли.

Впрочем, оставался еще один большой вопрос: «почему?». Почему именно квадрат скорости дает столь точную меру для описания того, что происходит в природе?

Одна из причин этого состоит в том, что сама геометрия нашего мира часто порождает квадраты чисел. Когда вы подходите к лампе, при свете которой читаете, на расстояние, вдвое меньшее прежнего, света на читаемую вами страницу попадает не вдвое больше. Точно так же, как в опытах Гравезанда, интенсивность света увеличивается в четыре раза.

Свет от лампы может заливать немалую площадь. А когда вы приближаетесь к ней, то же количества света концентрируется на площади много меньшей.

Интересно отметить следующее: рост почти всего, что способно устойчиво аккумулироваться, описывается с помощью простых квадратов чисел. Если вы разгоняете вашу машину с 32 до 128 км/час, скорость ее возрастает в четыре раза. Однако, когда вы жмете на тормоз, чтобы остановить ее, торможение занимает отнюдь не в четыре раза больше времени. Накопленная вами энергия возросла в шестнадцать раз (это четыре в квадрате). Настолько же более длинным окажется и ваш тормозной путь.

Представьте, что тормозная колодка связана с неким накопителем энергии. Автомобиль, который движется в четыре раза быстрее другого, генерирует — на самом деле, несет в себе — энергию в шестнадцать раз большую. Если кто-то попытается измерить эту энергию просто как mv1, ничего путного у него не получится. Наиболее важные аспекты движения выявляются лишь с помощью mv2.

Со временем физики привыкли умножать массу объекта на квадрат его скорости (mv2) для получения столь полезного показателя, как его энергия. Если скорость мяча либо камня составляла 100 м/с, физики знали, что несомая им энергия пропорциональна его массе, умноженной на 100 в квадрате. Если же скорость поднималась до высшего ее предела, до 300 миллионов м/с, все выглядело так, словно полная энергия, которую может содержать этот объект, получалась умножением его массы на скорость света в квадрате — mс2. Это, разумеется, никакое не доказательство, но выглядит оно так естественно, так «уместно», что, когда в детальных расчетах Эйнштейна появилось mс2, величина эта помогла придать большее правдоподобие и его ошеломляющему выводу о том, что раздельные, по всей видимости, царства энергии и массы на самом-то деле связаны, а мост, перекинутый между ними, это «с» — скорость света. (Читатель, которого интересуют подлинные выкладки Эйнштейна, может заглянуть на посвященный этой книге сайт davidbodanis.com, содержащий некоторые из его рассуждений.)

Именно с2 и определяет то, как работает эта связь. Если бы наша вселенная была устроена иначе, — если бы с2 была величиной небольшой, то малая масса преобразовывалась бы и в энергию столь же малую. Однако в нашей реальной вселенной, наблюдаемой с небольшой, тяжеловесно вращающейся планеты, к которой мы приписаны, с2 — величина огромная. Представленная в единицах м/с, скорость света равна 300 миллионам, а с2, соответственно 90 000 000 000 000 000 (при представлении в км/час — 1 080 000 000 и 1 166 400 000 000 000 000, соответственно). Вообразите стоящий в уравнении знак равенства как своего рода туннель или мост. Очень маленькая масса, проходя через уравнение и появляясь на стороне энергии, возрастает колоссальным образом.

А это означает, что масса является просто конечным видом сконденсированной, или сконцентрированной энергии. И наоборот: энергия это то, что при правильных условиях изливается из массы. Вот вам аналогия — несколько древесных веток способны, сгорая, порождать огромное количество дыма. Человек, который никогда не видел костра, может испугаться: подумать только, какие количества дыма «ждали своего часа» внутри дерева. Уравнение Эйнштейна показывает, что примерно таким же образом можно, теоретически, выпустить наружу и массу в любой ее форме. Оно говорит и о том, что результат получится куда более мощным, чем при простом химическом горении — «разрастание» окажется намного большим. Как раз огромный коэффициент преобразования, 90 000 000 000 000 000, и показывает, насколько увеличивается масса, если вся она проходит через стоящий в уравнении знак равенства.