Глава 7. Уравнение и Эйнштейн

Когда в 1905 году Эйнштейн обнародовал свое уравнение, Е=mc2, на него почти не обратили внимания. Оно попросту не согласовывалось с тем, чем занималось большинство других ученых. Великие открытия Фарадея, Лавуазье и прочих были доступны всем, однако никто не пытался соединить их так, как это сделал Эйнштейн, да, собственно, никому и в голову не приходило предпринять такую попытку.

Доминирующими индустриями мира были: сталелитейная и красильная промышленности, железные дороги и сельское хозяйство — на них и оставалось направленным внимание рядовых ученых. В нескольких университетах существовали лаборатории, специализировавшиеся по работе в большей степени теоретической, однако значительная часть их проводилась в областях, которые и за два столетия до этого не вызвали бы у Ньютона особого удивления: трактаты по стандартной оптике, звуку и упругости писались и в его время. Оригинальных статей появлялось мало и относились они к новым и загадочным радиоволнам или к вопросам, связанным с радиоактивностью, так что Эйнштейн действовал практически в одиночку.

Мы можем с точностью примерно до месяца датировать миг, в который он понял, что Е должна быть равной mc2. Начальную, посвященную относительности статью Эйнштейн закончил к концу июня 1905 года, а добавление к ней, в котором и появилось его уравнение, подготовил для печати в сентябре, стало быть, мысль об уравнении должна была прийти ему в голову где-то в июле или в августе. Вероятно, это произошло во время одной из его прогулок — или дома, по окончании рабочего дня в патентном бюро. При работе Эйнштейна нередко присутствовал его сын, Ганс Альберт, тогда еще младенец, однако большой помехи он не составлял. Люди, бывавшие в доме Эйнштейна, вспоминают, что он спокойно работал в гостиной своей маленькой квартирки, покачивая свободной рукой колыбельку годовалого сына и, когда требовалось, что-то мурлыча или напевая ему.

Что направляло Эйнштейна, так это сохранившаяся в нем и к двадцати пяти годам заинтригованность неведомым. Он считал, что обязан попытаться понять, какой задумал нашу вселенную Старик (так называл он Бога).

«Мы находимся в положении ребенка, — пояснял впоследствии Эйнштейн, — оказавшегося в огромной библиотеке, стены которой от пола до потолка заставлены книгами, написанными на самых разных языках. Ребенок сознает, что кто-то должен был их написать. Но кто и как — этого он не знает. Как не знает и языков, на которых они написаны. Он замечает, что в расположении книг присутствует определенный план, загадочный порядок, — ребенок не воспринимает его, но лишь смутно догадывается о том, что план этот существует».

И когда у него появился шанс протянуть в сумраке руку и снять с полки написанную Стариком книгу, на страницах которой мерцало уравнение Е=mc2, Эйнштейн с готовностью ухватился за этот шанс.

Исходным пунктом рассуждений, которые привели Эйнштейна к удивительному выводу о том, что масса и энергия едины, было не имевшее, на первый взгляд, никакой ценности умозаключение, согласно которому догнать свет невозможно. Однако оно привело, как мы уже видели на примере космического корабля, к пониманию того, что энергия, вливаемая в движущееся тело, приведет к тому, что масса его начнет, с точки зрения внешнего наблюдателя, возрастать. Рассуждение это можно и обратить: при определенных обстоятельствах физическое тело должен приобретать способность выделять энергию, производя ее из собственной массы.

Начиная с 1890-х — за несколько лет до того, как Эйнштейн записал свое уравнение, — определенное число ученых уже получило определенные намеки на то, как это может происходить. В лабораториях Парижа, Монреаля и иных городов было установлено, что некоторые металлические руды, добываемые в Конго, Чехословакии и других странах, способны излучать загадочную энергию. Если бы камушки, с которыми работали эти лаборатории, испускали скрытую в них энергию и, в конце концов, выдыхались бы, никто не счел бы это удивительным, — протекающий в них процесс был бы воспринят просто как аналог обычного горения. Однако и самая лучшая измерительная техника того времени показывала: испускание энергетических лучей ни к каким решительно изменениям в камушках не приводит.

Одной из первых, кто исследовал это явление, была Мария Кюри — именно она в 1898 году придумала для описания загадочного излучения слово «радиоактивность». Но даже Кюри поначалу не понимала, что металлы, с которыми она работает, порождают энергию, расходуя неизмеримо малые доли собственной массы и обращая ее в огромную, по сравнению с этой массой, энергию излучения. Количества энергии выглядели невероятными: умещавшийся на ладони кусочек руды каждую секунду извергал триллионы высокоскоростных альфа-частиц, делая это часами, неделями, месяцами и не утрачивая веса — во всяком случае, сколько-нибудь измеримого.

Позже, когда Эйнштейн уже стал знаменитостью, он несколько раз встречался с Кюри, однако так ее и не понял — после одной совместной поездки в автомобиле Эйнштейн описал ее как женщину, холодную, точно селедка, и постоянно на что-то жалующуюся. На самом деле, она обладала страстной натурой и питала пылкую любовь к одному элегантному французскому ученому, женатому на другой. Причина же ее жалоб во время той поездки могла состоять в том, что она медленно умирала от рака. Одним из тех непонятных металлов был радий, а Кюри работала с ним уже не один год.

Микроскопические количества обращенного в пыль радия, которые она, сама того не ведая, носила на своей блузке и на руках, проходя по грязным мостовым Парижа 1890-х и времени более позднего, в течение тысяч лет излучали, в соответствии с уравнением, о котором тогда никто и не слышал, энергию, нисколько при этом не убывая. Они неустанно испускали ее, еще находясь глубоко под землей, в шахтах, которые бельгийцы вырыли в Конго, — и продолжали испускать во время многолетних опытов Кюри, в конечном счете наградив ее смертоносным раком. Более семидесяти лет спустя эта пыль еще оставалась активной и выстреливала убийственным излучением в музейных работников, которые изучали лабораторные журналы Кюри или хотя бы ее домашние поваренные книги.

Пыль, которую носила на себе Кюри, весила миллионные доли унции. Однако, согласно уравнению Эйнштейна, ее было достаточно, чтобы создавать радиоактивное излучение, ударившее по ДНК, находившимся в костях Кюри, и породившее лейкемию, от которой она умерла; еще меньшего количества этой пыли хватало на то, чтобы десятилетиями генерировать излучение, каковое счетчики Гейгера обнаруживали исходящим от уже упоминавшихся перепуганных до смерти музейных работников.

Уравнения Эйнштейна показывали, какой большой могла быть результирующая энергия. Чтобы понять, сколько ее может содержаться в некоторой массе, возьмите колоссальную скорость света и возведите ее в квадрат, что даст вам число еще более колоссальное. А затем умножьте на него интересующую вас массу — вы получите точное значение энергии, в которую она может обратиться.

Не заметить, насколько мощна эта идея, дело совсем не трудное. Ибо уравнение Е=mc2 ничего не говорит о том, какого рода масса должна в него подставляться! При определенных обстоятельствах любое вещество способно извергать энергию, сокрытую в его массе. Нас окружают могучие силы, прячущиеся в самых заурядных камнях, растениях и ручьях. Одна-единственная, весящая всего несколько грамм страница этой книги выглядит всего лишь безобидным стабильным соединением волокон целлюлозы и типографской краски. Однако если бы эту краску и эти волокна удалось преобразовать в чистую энергию, мы получили бы громовый выброс ее, гораздо больший того, что возникает при взрыве большой электростанции. Извлечь эту мощь из урана проще, как мы еще увидим, чем из обычной бумаги, но это объясняется всего лишь ограниченностью современной нам техники.

Чем больше преобразуемая масса, тем более пугающую энергию она свободна высвобождать. Опустите в щелку, помеченную буквой «m», тело весом всего в один фунт и после умножения этого веса на 90 000 000 000 000 000, то есть на c2, вы получите, обещает уравнение, больше 10 миллиардов киловатт-часов энергии. А это сравнимо с тем, что дает огромная электростанция. Именно поэтому маленькая атомная бомба, вся начинка которой уместилась бы в чаше ваших ладоней, способна выбрасывать энергию, достаточную для того, чтобы срывать с улиц мостовые и сжигать топливные линии, рушить кирпичные дома на одной улице за другой и разрывать на части десятки тысяч солдат, детей, учителей и водителей автобусов.

Урановая бомба срабатывает, когда внутри нее обращается в энергию менее 1 процента ее массы. Намного большее количество вещества, сжатого так, что образовалась космическая звезда, способно миллиарды лет согревать планету, просто уничтожая часть себя самой, преобразуя фрагменты этого вещества в энергию тепла и света.

В 1905 году, когда Эйнштейн впервые записал свое уравнение, он находился в такой изоляции, что не стал снабжать основную посвященную теории относительности статью никакими примечаниями. Дело в науке почти неслыханное. Он вставил в статью лишь благодарность своему верному другу Мишелю Бессо, инженеру-механику тридцати с чем-то лет, работавшему в том же патентном бюро, что и сам Эйнштейн. Физики жаловались на перегруженность работой даже в 1905 году. Статья Эйнштейна появилась в прославленном журнале, — относясь к своей будущей карьере достаточно серьезно, он поддерживал связь с ним, составляя для журнала обзорные статьи, — однако физики, читавшие журнал, один за другим либо бегло просматривали, либо просто игнорировали на редкость неудобную для них работу Эйнштейна.

В какой-то момент Эйнштейн попытался выбраться из патентного бюро и получить в Бернском университете должность младшего преподавателя. Вместе с прочими написанными им статьями он послал в университет и статью о теории относительности, которой очень гордился. И получил отказ. Несколько позже он подал заявление в среднюю школу, опять-таки предлагая себя в качестве учителя. С бумагами, которых требовали от претендентов на это место, в школу отправилось и его уравнение. На место претендовал двадцать один человек, троих вызвали в школу для собеседования. Эйнштейна среди них не оказалось.

Однако с ходом времени среди ученых понемногу пошли разговоры о его статье и почти сразу возникла ревнивая зависть. Анри Пуанкаре был одним из самых прославленных людей французской Третьей республики и — вместе с немцем Давидом Гильбертом — одним из величайших математиков мира. Еще совсем юным человеком Пуанкаре сформулировал первые из идей того, что стало впоследствии теорией хаоса; рассказывают также, что, будучи студентом, он однажды увидел на уличном углу занятую вязанием старуху, а затем, поразмыслив на ходу о геометрии движения ее спиц, вернулся назад и объяснил ей, что существует другой способ вязания, — так он независимым образом открыл метод вязания петлей наизнанку.

Однако теперь Пуанкаре было за пятьдесят и, хотя он еще мог рождать свежие идеи, энергии, необходимой для их развития, у него становилось все меньше и меньше. А может быть, дело было не в энергии. Пожилые ученые нередко говорят, что их проблема состоит не в отсутствии памяти или способности быстро думать, но скорее в страхе, который мешает им сделать шаг в неизвестное. А Пуанкаре представился однажды шанс подойти вплотную к тому, что делал теперь Эйнштейн.

В 1904-м он оказался в составе большой группы разочарованных европейских интеллектуалов, приглашенных на происходившую в Сент-Луисе Всемирную выставку. (Немецкий социолог Макс Вебер также входил в эту группу и был ошеломлен увиденной им в Америке грубой энергией, — он описал Чикаго, как «человека с содранной кожей», — энергией, которая помогла ему избавиться от депрессии, донимавшей его уже не один год.) На выставке Пуанкаре прочитал лекцию, тему которой обозначил словами «теория относительности», — впрочем, название это обманчиво, поскольку Пуанкаре лишь приблизился к границам того, чего вскоре достиг Эйнштейн. Возможно, будь Пуанкаре помоложе, он смог бы пойти дальше и получить результаты, которые в следующем году получил Эйнштейн, — включая и его поразительное уравнение. Однако после лекции, а затем и утомительных развлечений, предусмотренных для Пуанкаре теми, кто пригласил его в Сент-Луис, пожилой математик махнул на эти идеи рукой. А то обстоятельство, что многие французские ученые отступились от практического подхода Лавуазье, заменив его стерильными сверх-абстракциями, еще больше затрудняло для Пуанкаре занятия прикладной физикой.

К 1906-му, поняв, что молодой швейцарец открыл неизмеримо обширное поле исследований, Пуанкаре впал в холодную хандру. Вместо того, чтобы повнимательнее приглядеться к уравнению Эйнштейна, которое Пуанкаре был вправе счесть своим пасынком, и представить его парижским коллегам с целью дальнейших исследований, он постарался держаться от этого уравнения на расстоянии, никогда о нем не говорил, а имя Эйнштейна упоминал крайне редко.

Другие современники присматривались к работе Эйнштейна гораздо внимательнее, однако склонялись поначалу к тенденции упускать из виду ее ключевой момент — причину, по которой Эйнштейн отвел «с» центральную роль. Они бы еще как-то поняли Эйнштейна, если бы он соорудил в своей лаборатории некую совершенно новую аппаратуру, позволившую получше изучить находки Марии Кюри и иных ученых и тем самым сделать открытие, которого никто другой не сделал. Однако у Эйнштейна никакой лаборатории не было и вот это представлялось им непостижимым. «Новейшие открытия», на которые он ссылался, были сделаны учеными, скончавшимися десятилетия, а то и столетия назад. Но и это не было самым главным. Эйнштейн развил свои идеи не путем терпеливой компиляции некоторого количества новых результатов. Нет, он, как мы видели, провел долгое время, «мечтательно» размышляя о свете, его скорости, о том, что является и что не является логически возможным в нашей вселенной. Правда, «мечтательными» эти размышления казались лишь посторонним, которые не понимали Эйнштейна. Ибо размышления и привели его к одному из величайших интеллектуальных достижений всех времен.

В течение столетий, прошедших после того, как родилась — примерно в семнадцатом веке — направляемая математикой наука, люди полагали, что основные представления о вселенной у них уже имеются, — кое-какие детали еще оставалось уточнить, однако диктуемые «здравым смыслом» свойства окружающего нас мира можно было считать самими собой разумеющимися. Мы жили в мире, где тела, пребывая в движении, сохраняли постоянную массу; где время текло ровно и гладко, а относительно того, в какой точке этого потока мы находимся, все пребывали в совершенном согласии.

Эйнштейн же обнаружил, что мир нашим представлениям о нем не отвечает. Все выглядит так, понял он, точно Бог усадил нас в маленький детский манеж — на поверхность планеты Земля — да еще и позволил нам думать, будто все, что мы из него видим, происходит на самом деле. А между тем, за пределами нашего зрения лежат области, которых мы не видим и в которых наши интуитивные представления не работают. Обнаружить происходящее там способно лишь отвлеченное мышление.

Взаимозаменяемость энергии и массы, о которой говорит уравнение E=mc2, это лишь одно из последствий такой более полной картины. Существуют и другие — чтобы понять их, полезно представить себе мир, в котором верхним пределом всех скоростей является не 300000000 м/с (или 1080000000 км/час), а величина более скромная — скажем, 48 с небольшим км/час. Что мы увидели бы, согласно опубликованной в 1905 году статье Эйнштейна, в этом случае?

Первое поразительное явление, которое бросилось бы нам в глаза, вытекает из рассмотренного нами примера с космическим кораблем. Автомобили, терпеливо стоящие на красном свете, обладали бы обычным их весом, но при смене красного света зеленым набирали бы скорость, а вместе с нею и массу. Собственно говоря, это происходило бы также с пешеходами, бегунами трусцой, велосипедистами — со всем, что движется. Школьница, ожидающая со своим велосипедом зеленого света, могла весить 45 кг, однако, развив скорость около 43 км/час, весила бы уже под 105 кг. Развив же еще большую или просто спускаясь с холма на скорости, несколько меньшей 48 км/час, она вскоре весила бы уже под тонну. Вырос бы и вес ее велосипеда. Однако как только она перестала бы крутить педали, ее вес и вес ее велосипеда возвратились бы к их обычным статичным значениям.

В то же самое время, автомобили, велосипеды и даже пешеходы претерпевали бы другое изменение. В зависимости от позиции, с которой мы наблюдали бы за приближающимся к нам автомобилем длиной в 3,5 м, пропорции его изменялись бы, определенные части выглядели бы уменьшившимися (да еще и сместившимися). При скорости в 47,9 км/час некоторые части автомобиля стали бы совсем крошечными. Водитель и пассажиры тоже ссохлись бы в размерах — но, опять-таки, стоило автомобилю остановиться, и все приобрело бы вид самый обычный.

И мы не только увидели бы, как проносящиеся мимо нас машины становятся более тяжелыми и изменяются в размерах, мы также заметили бы, что время внутри них, похоже, течет медленнее. Если бы водитель протянул руку, чтобы включить CD-плеер, мы увидели бы, что рука его движется с крайней медлительностью. А после включения плеера звук исходил бы из него с мучительной неторопливостью, так что каждая рулада раннего Майкла Джексона походила бы на тягостный погребальный напев.

В такой картине мира «правильная» точка зрения попросту отсутствует — даже наблюдатель, находящийся в повисшем над этим странным городом вертолете дорожной полиции, подтвердил бы: да, машины действительно претерпевают странные изменения, а вот неподвижно стоящие на тротуарах люди выглядят «нормально». Но почему же они получили такой благоприятный статус, а движущиеся машины изменяются? На самом-то деле, ни водители машин, ни школьница на велосипеде никаких изменений не ощущают. Велосипедистка смотрит вокруг и обнаруживает, что руль ее велосипеда, ее тело и рюкзачок за спиной тяжелее отнюдь не стали. А вот люди, которых она оставляет позади, выглядят как-то странно. Это они приобретают бóльшую массу.

И сидящие в машинах пассажиры с ней согласятся. Плеер играет совершенно нормально, скажут они, молодой Майкл Джексон поет так же быстро, как пел всегда. Зато люди на улицах движутся замедленно и швейцары гостиниц, подзывающие такси для постояльцев, руки поднимают с немалым трудом, а щеки, собираясь посвистеть, раздувают, точно глубоководные рыбы.

В теории относительности все эти явления подытоживаются так: всякий, кто наблюдает за удаляющимся от него объектом, видит, что масса этого объекта растет, его размеры растягиваются и время для него растягивается тоже. Люди, стоящие на улице, видят, как это происходит с автомобилем; люди, сидящие, в автомобиле видят, как это происходит с теми, кто стоит на улице.

Человеку, прочитавшему это утверждение впервые, оно представляется бессмыслицей. Даже Эйнштейну поначалу трудно было принять его — в тот летний день, когда он еще работал над своей статьей, его томила во время длинной прогулки с Мишелем Бессо необъяснимая подавленность. Однако принять это утверждение нам трудно лишь потому, что мы никогда не взаимодействуем друг с другом на скоростях, близких к 300000000 м/с (а эффекты, возникающие при обычных для нас скоростях, слишком малы, чтобы мы их заметили). Представьте себе, скажем, музыкальный плеер, принесенный кем-то на пикник. С точки зрения человека, который стоит с ним рядом, плеер играет громко. Тому, кто уходит от него на несколько сот метров, музыка почти не слышна. Мы соглашаемся с тем, что ответа на вопрос, громко ли звучит плеер «на самом деле», не существует, — но лишь потому, что мы способны ходить достаточно быстро и можем отойти от него на сотни метров за довольно короткое время. А муравей или иное крохотное существо способны удалиться от плеера так далеко, чтобы громкость его звучания изменилась, лишь за сроки, равные продолжительности жизни нескольких поколений его сородичей. И ему наши представления о том, что для разных наблюдателей музыка может звучать с разной громкостью, показались бы попросту безумными.

На посвященном этой книге интернетовском сайте приводятся подробности относительно того, как физикам удается показать, что все это следует из простого утверждения о постоянстве скорости света. Однако нас окружает немалое число вполне привычных предметов, работающих с такими скоростями, на которых эти эффекты становятся заметными. Электроны, к примеру, летящие в обычном телевизоре к поверхности экрана, движутся так быстро, что если бы мы могли видеть их, то заметили бы возрастание их массы. И инженерам приходится учитывать это явление, когда они конструируют магниты, фокусирующие потоки электронов на поверхности экрана. Если бы они этого не делали, картинка получалась бы размытой.

Навигационные спутники Системы глобального позиционирования (СГП), которые летают высоко над нами и посылают координатные сигналы автомобилям, реактивным самолетам и участникам пеших походов, тоже движутся так быстро, что время на них — с нашей точки зрения — замедляется. Схемы портативных устройств СГП, с помощью которых мы определяем наше местоположение, как и схемы устройств более крупных, используемых банками для синхронизации платежей, спроектированы так, чтобы компенсировать это обстоятельство в соответствии с уравнениями, которые Эйнштейн вывел в 1905 году.

Эйнштейну всегда не очень нравился ярлык «относительность», прилипший к тому, что он создал. По его мнению, слово это создавало неверное впечатление, внушало мысль о том, что все преходяще, что никаких точных результатов получить больше не удастся. А это не так. Предсказания науки точны.

Ярлык этот способен ввести в заблуждение еще и потому, что все уравнения Эйнштейна образуют единство, что они взаимосвязаны. Несмотря на то, что каждый из нас может видеть происходящее во вселенной по-своему, оно должно быть достаточно синхронизированным для того, чтобы обеспечить сведение наших различных точек зрения в единую картину, гарантировать ее согласованность. Старые представления о том, что масса никогда не меняется, а время течет для всех одинаково, имеют смысл, лишь когда люди наблюдают за обычными, медленно движущимися объектами. Однако в по-настоящему широком мире представления эти не верны — тем не менее, и в нем существуют точные законы, показывающие, как они видоизменяются.

Достижения, подобные этому, случались в истории лишь считанное число раз. Представьте себе, что вам удалось создать хрустальную, сверкающую модель вселенной, которая умещается у вас в кулаке. А теперь раскройте ладонь и посмотрите, как эта модель стремительно расширяется, обретая всю полноту существования. Ньютон был первым человеком, проделавшим это еще в 1600-х: он создал законченную картину мира, которая описывалась лишь горсткой уравнений, но содержала также и правила, позволяющие создавать, опираясь на эту горстку, полноценный мир.

Эйнштейн стал следующим.

И словно для того, чтобы произвести на нас еще более сильное впечатление, и Эйнштейн, и Ньютон проделали бóльшую часть своей работы на третьем десятке лет и за немыслимо короткое время. Ньютон не смог вернуться в университет, закрытый по причине чумы, и потому застрял на ферме матери в Линкольншире; в его распоряжении оказалось примерно восемнадцать месяцев, за которые он успел создать фундаментальные труды — разработать математический анализ, открыть закон всемирного тяготения и развить ключевые понятия применимой ко всей вселенной механики. Эйнштейн в 1905-м управился примерно за восемь месяцев, — при этом он еще и работал с понедельника по субботу в патентном бюро, — именно за этот срок он создал первую свою теорию относительности, вывел уравнение E=mc2 и помог проложить путь к лазерам, компьютерным чипам, ключевым аспектам современных фармацевтической и биоинженерной индустрий и все коммутирующим устройствам Интернета. Он действительно пребывал, — как сказал некогда о себе двадцатилетнем Ньютон — «в лучшем для изобретательства возрасте». Подобно Ньютону, Эйнштейн пробился за границы известного, объединил то, что до него оставалось разъединенным, и задался вопросами о верности того, что до него все просто-напросто принимали как данность.

У существовавших около 1905 года ученых, которые открыли малую часть того, что затем вывел Эйнштейн, не было шансов сравниться с ним. Пуанкаре подошел к его результатам ближе, чем кто бы то ни было, но, когда потребовалось разрушить обычные наши представления о потоке времени или природе одновременности, спасовал, оказавшись не способным разобраться в выводах из столь новых воззрений.

Но почему же успех выпал именно на долю Эйнштейна? Так и хочется сказать: да просто потому, что он был умнее всех. Однако среди бернских друзей Эйнштейна имелись личности высоко интеллектуальные, существовали и люди, такие как Пуанкаре, для которых в тестах, позволяющих определять коэффициент интеллекта, попросту отсутствовали оценки достаточно высокие. Торстейн Веблен написал однажды любопытное маленькое эссе, в котором указывается, на мой взгляд, причина более глубокая. Предположим, говорит Веблен, что ребенка учат следующему: все, сказанное в Библии, чистая правда. Затем он попадает в среднюю школу или в университет и слышит, что никакой правды там нет. «То, что вы узнали, сидя на коленях матери, полностью не верно. А вот то, чему мы научим вас здесь, будет полностью верным». Кто-то из учащихся сказал бы: «Ну и ладно, согласен». Однако нашлись бы и другие, в итоге проникшиеся подозрениями. Один раз их уже одурачили, заставив целиком принять на веру традиционный мир. И оказаться одураченными снова они не хотят. Они будут изучать то, что им предлагают, но отнесутся к нему критически, как всего лишь к одной из возможностей. Эйнштейн был евреем и хоть в своей обычной семейной жизни традиций этого народа не соблюдал, он оставался пропитанным культурой, воззрения которой на личную ответственность, справедливость и веру в авторитет отличались от стандартного немецкого и швейцарского консенсуса на сей счет.

Однако дело не только в этом. Еще маленьким мальчиком Эйнштейн заинтересовался тем, как работает магнит. И родители, вместо того, чтобы посмеяться над ним, отнеслись к его интересу с полной серьезностью. А действительно, как работает этот самый магнит? Должна же существовать какая-то причина его поведения, и в основе этой причины должна лежать другая причина, и быть может, если проследить всю их цепочку, ты доберешься до… до чего?

Какое-то время в семье Эйнштейна имелся очень ясный ответ на этот вопрос. В пору, когда росли его деды и бабушки, большинство евреев Германии еще оставалось близким к традиционной вере. То был мир, пропитанный Библией и одновременно вполне рациональными, накопленными поколениями результатами анализа Талмуда. В этом мире считалось важным добраться до границы уже известного и постараться постичь еще более значительные формы, которые Бог предписал нашему миру. В отрочестве Эйнштейн пережил период напряженной религиозности, хотя ко времени учебы в средней школе Аарау буквалистская вера его покинула. Однако стремление понять самые глубокие основы осталось при нем, как и уверенность в том, что, сумев добраться до них, ты увидишь нечто величественное. Существовала ожидающая нас «ниша», в которой все объяснялось умопостижимым, рациональным образом. Одно время ее заполняла религия. Однако не составляло труда расширить эту нишу так, чтобы она вместила и науку. Эйнштейн питал сильную веру в то, что ответы существуют, что они лишь ждут, когда их обнаружат.

Помогало и то, что у Эйнштейна имелась возможность заниматься развитием своих идей. Работа в патентном бюро означала, что у него отсутствует необходимость печь как блины научные статьи («соблазн поверхностности, — писал Эйнштейн, — противиться которому способны лишь сильные люди»), что он может заниматься своими идеями столько времени, сколько ему потребуется. И самое главное, в него верила семья, а это очень сильное подспорье для веры в себя, — к тому же, родные подбодряли Эйнштейна шутливо и словно бы между делом. Именно это и требовалось, чтобы «сделать шаг назад» от привычных допущений и представить себе такие странные вещи, как космический корабль, пытающийся пробиться сквозь световой барьер, или человека, который гонится за улепетывающим от него лучом света.

Впоследствии его сестра Майя сумела снабдить нас представлениями о принятой в их семье манере подшучивать над собой. В детском возрасте, вспоминала она, Эйнштейн имел обыкновение, разозлившись на сестру, кидаться в нее первым, что попадалось под руку. Однажды он запустил в нее шаром для боулинга, в другой раз «попытался пробить дырку» в ее голове детской мотыгой. «Этого довольно, чтобы показать нам, — писала Майя, — какой крепкий череп надлежит иметь сестре интеллектуала». А рассказав о школьном преподаватели греческого языка, уверявшем, что ничего путного из ее брата не выйдет, она прибавила: «И действительно, пост профессора греческой грамматики Альберт Эйнштейн получить так и не смог».

Для всякого продвижения вперед необходимы движущие силы, серьезные переживания, а они у Эйнштейна имелись в достатке. На третьем десятке лет он потерпел неудачу, оказавшись изолированным от других серьезных ученых, между тем как его университетские друзья делали успешные карьеры. Кроме того, им владело острое чувство вины, связанное с деловыми неудачами отца. В детские годы Эйнштейна отец владел в Мюнхене довольно успешной электротехнической компанией, однако уже к поре его юности отцу пришлось перебраться вместе с семьей в Италию — возможно, потому, что еврейские фирмы перестали получать серьезные заказы, — и попытаться начать все заново. Этот переезд и череда почти успешных, но успеха все же не принесших начинаний истощили средства семьи, тем более что отцу приходилось выплачивать долг своему зятю, постоянно досаждавшему ему дяде Рудольфу («Богатею», как насмешливо называл его Эйнштейн). Все это подорвало здоровье отца, а между тем, семья считала необходимым изыскивать средства, которые помогли бы Эйнштейну получить хорошее образование. («Его подавляет мысль, что он является бременем для нас, людей со скромными средствами…» — отметил отец Эйнштейна в своем датированном 1901 годом письме.) Эйнштейн считал себя обязанным доказать, что достоин всего, ради него сделанного.

С течением времени некоторые из физиков начали присматриваться к работам Эйнштейна, иногда эти люди приезжали в Берн, чтобы побеседовать с ним о его уравнении и иных результатах. Происходило именно то, на что надеялись Эйнштейн и Бессо, однако оно означало также, что пути их начинают расходиться. Ибо Эйнштейн постепенно углублялся в мир идей, в который его лучший друг последовать за ним не мог. Бессо был умен, но он избрал для себя жизнь в мире промышленности. («Я часто уговариваю его стать [университетским преподавателем], но сомневаюсь, что… он это сделает. Ему просто не хочется».) На новый уровень последовать за ним Бессо был не способен.

Он обожал своего младшего друга и делал все, чтобы помочь Эйнштейну, когда тот еще был студентом. Он даже старался — в те вечера, которые они проводили за кружкой пива, сосисками и чаем, — усвоить новые идеи друга. Сам Эйнштейн относился к друзьям, от которых он уходил все дальше, по-доброму. Он ни разу не сказал Бессо, что тот ему больше не интересен. Они продолжали отправляться на загородные прогулки, заходить в пивные, участвовать в музыкальных вечерах и дружеских розыгрышах. И все же, эти двое походили на старых школьных друзей, связь между которыми прерывается, когда они поступают на разные факультеты университета или получают по его окончании первую работу. Каждому хочется, чтобы все складывалось иначе, однако у каждого появляются новые интересы, отдаляющие их друг от друга. Они еще могут разговаривать о прежних временах, когда все делали вместе, однако энтузиазм их натужен, хотя ни один из них признаться в этом не хочет.

Подобное же отдаление произошло и между Эйнштейном и его женой, Милевой. В университете она вместе с ним изучала физику да и вообще была очень умна. Мужчины, занимающиеся наукой, редко женятся на коллегах — много ли таких насчитаешь? — и Эйнштейн едва ли не хвастался перед университетскими друзьями тем, как ему повезло. Первое его письмо к Милеве было сдержанным:

Цюрих, среда [16 февраля 1898]

Хочу рассказать тебе о том, чем мы занимаемся… Гурвиц читает нам лекции о дифференциальных уравнениях (за исключением уравнений в частных производных), а также о рядах Фурье…

Однако отношения их, как показывают выдержки из писем, писавшихся в августе и сентябре 1900-го, развивались:

Перед моими сонными глазами снова проплыли несколько пустых, скучных дней — знаешь, из тех, в какие встаешь поздно, потому что ни думать ни о чем, ни сделать ничего толкового не можешь, и идешь прогуляться, пока твою комнату приводят в порядок… А потом слоняешься без дела, малодушно дожидаясь обеда…

Однако все меняется, нас ожидает чудеснейшая в мире жизнь. Прекрасная работа, мы с тобой вместе…

Не грусти, возлюбленная моя. Нежно целую тебя, твой

Альберт

Совместная их жизнь начиналась счастливо. Подняться до его уровня жена не могла, однако студенткой была хорошей — на выпускных экзаменах, где Эйнштейн набрал 4,96 балла, она подошла близко к нему, получив 4,0 — и следить за его дальнейшей работой определенно была в состоянии. (Миф о том, что именно благодаря ей была написана одна из ключевых работ Эйнштейна, произрастает из сербской националистической пропаганды 1960-х и связан с тем, что семья Милевы изначально проживала под Белградом.) Но затем у них появились дети, а доход семьи был так низок, что они могли позволить себе лишь приходящую служанку, — и за этим последовала традиционная дискриминация женщины. Когда к ним приходили в гости высокообразованные друзья, жена Эйнштейна старалась составлять им компанию, однако делать это, держа на коленях постоянно требующего внимания трехлетнего сына, занятие не из простых. Ты хочешь принимать участие в разговорах, но постоянно отвлекаешься на то, чтобы найти нужные игрушки, нарисовать сыну картинку, убрать разбросанную им еду и, в конце-концов, гости перестают прерывать беседу, чтобы посвятить тебя в то, что ты пропустила. Тебя больше не берут в расчет.

Когда в 1909 году Эйнштейн покинул патентное бюро, его начальник так не смог понять, почему этот молодой человек бросает такую хорошую карьеру. Ему все же предложили место в системе университетов Швейцарии, а затем, проработав некоторое время в Праге, — где он музицировал и участвовал в беседах гостей салона, который время от времени посещал стеснительный молодой человек по имени Франц Кафка, — Эйнштейн получил профессорский пост в Берлине. И этот успех почти полностью изолировал его от прежних бернских друзей. Он также официально разошелся с женой и лишь время от времени навещал ее, чтобы повидаться с двумя своими детьми, которых обожал.

К этому времени работа его приняла новое направление. Уравнение E=mc2 было лишь малой частью всей специальной теории относительности. В 1915 году Эйнштейн занимался совершенствованием теории еще более величественной, столь мощной, что теперь уже специальная теория относительности составляла лишь малую ее часть. (В «Эпилоге» приводятся некоторые сведения об этом труде 1915 года — «В сравнении с этой проблемой, исходная теория относительности — просто детская игра»). Эйнштейну еще предстояло вновь обратиться к своему уравнению — ненадолго, — но уже в гораздо более зрелые годы.

И здесь рассказываемая нами история совершает крутой поворот. Начальная теоретическая разработка уравнения завершилась, персональный вклад Эйнштейна в то, о чем идет наш рассказ, постепенно начинает сходить на нет. Физики Европы согласились с истинностью E=mc2: с тем, что вещество можно, в принципе, подвергнуть преобразованию, которое позволит извлечь «замороженную» в нем энергию. Однако как этого добиться, никто по-настоящему не знал.

Правда, один намек на это имелся. Его давали странные объекты, исследованием которых занимались Мария Кюри и другие: такие тяжелые металлы, как радий и уран, а также другие вещества, способные непонятным образом неделю за неделей и месяц за месяцем источать энергию, никогда не исчерпывая ее «скрытый» в них источник.

Теперь изучать происходящее с ними начали многие лаборатории. Однако для того, чтобы обнаружить механизмы, создающие эти огромные выбросы энергии, недостаточно было продолжать смотреть лишь на поверхность вещей, просто заниматься измерением веса, окраски или внешних химических свойств загадочно теплых радия или урана.

Нет, ученым следовало пойти внутрь, в самое сердце этих веществ. Это, в конечном счете, и показало им, как подобраться к энергии, обещанной уравнением E=mc2. Но что же обнаружили они, вглядываясь в мельчайшие внутренние структуры обычного вещества?

 

Глава 8. Внутри атома

Университетских студентов 1900 года учили тому, что обычное вещество — то, из которого состоят кирпичи, сталь, уран и все прочее, — и само состоит из мельчайших частиц, именуемых атомами. Однако, из чего состоят атомы, этого не знал никто. Общее мнение сводилось к тому, что они подобны сплошным, блестящим шарикам, вроде тех, которые крутятся в шарикоподшипниках, — что атомы это такие посверкивающие сущности, заглянуть внутрь которых невозможно. И только в 1901 году, благодаря исследованиям Эрнеста Резерфорда, рослого мужчины с медвежьим басом, работавшего в Манчестерском университете, об атомах возникли представления более ясные.

Резерфорд оказался в Манчестере, а не в Оксфорде и не в Кембридже, не потому, что происходил из провинциальной Новой Зеландии и говорил с акцентом простолюдина. Ученому, умеющему держаться достаточно скромно, такие недостатки легко прощают. Проблема состояла, скорее, в том, что, еще обучаясь в Кембридже, Резерфорд показал себя не способным почтительно относиться к старшим. А как-то раз он и вовсе выступил с предложением создать совместное предприятие, которое торговало бы одним из его изобретений, и это предложение было приравнено к смертному греху. И однако же, причина, по которой он оказался ученым, впервые сумевшим заглянуть внутрь атома, состояла, в значительной мере, в том, что Резерфорд был человеком, хорошо понимавшим, что такое дискриминация, и это понимание сделало его одним из самых мягких руководителей, какие только встречаются на свете. Его громогласность была не более чем камуфляжем. Резерфорд умел воспитывать толковых помощников — одним из главных его экспериментов руководил молодой человек, в конечном итоге доведший до совершенства чрезвычайно полезный портативный детектор радиации, устройство которого было придумано самим Резерфордом: издающий громкие щелчки счетчик, коему обязан своей славой Ханс Гейгер.

Совершенное ими открытие описывается в современных школах так часто, что нам уже трудно представить себе, насколько неожиданным оно оказалось. Резерфорд обнаружил следующее: сплошные непроницаемые атомы на самом деле почти полностью пусты. Представьте себе, что метеор падает в Атлантический океан и вместо того, чтобы так в нем и остаться, ударившись, в конце концов, об океанское дно, с громовым ревом вылетает назад. Подумайте о том, как трудно преодолеть устоявшиеся представления и понять: единственное объяснение происшедшего состоит в том, что никакой воды под поверхностью Атлантического океана на самом-то деле нет. Напротив, — по аналогии с тем, что обнаружил Резерфорд, — поверхность океана это лишь тонкая пленка жидкости, а под ней, там, где, как мы всегда полагали, плещут глубинные волны, струятся течения и вообще находятся тонны воды, там… пусто.

Ничего, кроме пустого воздуха, там нет и, если бы в нем находилась телекамера, она показала бы нам, как метеор, пробив внешнюю пленку, падает в пустом пространстве. И только на самом дне океана находится некое мощное, чрезвычайно компактное устройство, которое способно схватить падающий метеор и швырнуть его назад, в открытое пространство. Примерно так же выглядит атом с его укрытым в самом центре ядром. Лишь вблизи внешней оболочки атома мечутся электроны, участвующие в обычных реакциях, таких как сгорание куска дерева в огне. Однако от центрального ядра атома, мерцающего в самой глубине совершенно пустого пространства, они далеки.

Если мы снова уподобим атомы шарикам, из которых состоит подшипник, то можно будет сказать следующее: Резерфорд обнаружил, что шарики эти почти полностью полые. Только в самой середке их кроется крошечная песчинка, именуемая ядром. Открытие неутешительное — оказывается, атомы состоят по преимуществу из пустоты! — однако само по себе оно ничуть не объясняет, какое отношение имеет к такому атому уравнение E=mc2. «Сплошные» электроны, образующие внешнюю оболочку атома, не имеют ни малейшего намерения избавляться от своего материального существования и обращаться в вырывающиеся наружу потоки энергии.

Стало совершенно ясно, что теперь ученым надлежит заняться именно ядрами. Атомы содержат изрядное количество электричества, и если половина его распределяется по орбитам этих самых электронов, другая втиснута в сверхплотное центральное ядро. Способа, который позволял бы удерживать столь большой заряд в столь малом объеме, никто не знал. И все же там, в ядре атома, присутствовало нечто, способное запихать в ядро весь этот заряд и удерживать его, не давая извернуться и выскочить наружу. Атом был складским хранилищем скрытой энергии, на существование которой указывало уравнение Эйнштейна. В нем находились положительно заряженные частицы, которые мы называем протонами, — однако выяснить какие-либо относящиеся к ним подробности не удавалось никому.

В конце концов, ассистент Резерфорда Джеймс Чедвик все же сумел получить картину более ясную, — это произошло в 1932 году, когда он открыл еще одну скрывавшуюся в ядре частицу. Ею был нейтрон, получивший такое название потому, что он, походя размерами на протон, был электрически совершенно нейтральным. На то, чтобы обнаружить его, у Чедвика ушло больше пятнадцати лет. В какой-то момент проводимых Чедвиком исследований его студенты даже поставили пьесу, в которой рассказывалась о поисках этой частицы, обладающей столь малым числом свойств, что они в шутку прозвали ее «малотроном». Однако на того, кто провел годы рядом с громогласным и нетерпеливым Резерфордом, студенческие шутки большого впечатления произвести не могли. Чедвик был человеком тихим, однако к цели своей шел решительно и неуклонно.

Он вырос в трущобах Манчестера, а профессиональная его карьера едва не оборвалась в самом начале. Защитив у Резерфорда диссертацию, Чедвик перебрался в Берлин, чтобы заняться исследованиями в лаборатории вернувшегося туда Ханса Гейгера. Когда же началась Первая мировая война, Чедвик смиренно последовал совету местного представительства компании Томаса Кука, уверявшего, что с отъездом из Германии можно не спешить. В итоге, он провел четыре года как военнопленный — запертым в переоборудованных под лагерь конюшнях холодного и продуваемого всеми ветрами потсдамского ипподрома. Чедвик пытался проводить исследования и здесь, он даже сумел раздобыть радиоактивные препараты. В распоряжении компании «Берлин Ауэр» оказались запасы тория, который она предлагала немецкой публике в составе зубной пасты, заставлявшей зубы сиять белизной. Чедвик просто заказывал через охранников этот чудотворный отбеливатель и использовал его в своих опытах. Однако оборудование у него было до того скудное, что никаких серьезных результатов ему получить не удалось. Он отставал от хода науки и, вернувшись в Англию в ноябре 1918-го — по окончании войны, — с трудом наверстал упущенное. И больше уже никогда ничьим советам не следовал.

Теоретически, открытие, совершенное Чедвиком в 1932 году, должно было немедленно привести к другим, новым открытиям. Множество радиоактивных веществ испускало нейтроны, которыми можно было обстреливать, как из пулемета, ожидавшие их атомы. Поскольку нейтроны не имели электрического заряда, отрицательно заряженные электроны, образующие оболочку атомов, никак на них не воздействовали. Да и достигая ядра, они не встречали препятствий со стороны зарядов положительных. Ничто не мешало им проникать внутрь ядра. И стало быть, существовала возможность использовать нейтроны, как зонды, позволяющие понять, что там, внутри, происходит.

Однако, к большому разочарованию Чедвика, выяснить это ему так и не удалось. Чем старательнее обстреливал он ядро нейтронами, тем с меньшим успехом ему удавалось проникнуть внутрь их. Только в 1934-м другой исследователь сумел обойти эту проблему, добиться того, чтобы нейтроны с легкостью проникали в ядро, и поосновательнее разобраться в его структуре. Причем исследователь этот работал далеко не в лучшей научной лаборатории мира, а в таком месте, где подобного результата и ожидать-то не приходилось.

Рим, в котором жил Энрико Ферми, хранил воспоминания о своем величии, однако за десятилетия, предшествовавшие 1930-м, он все сильнее и сильнее отставал от остальной Европы. Лаборатория, которую правительство Италии выделило считавшемуся одним из ведущих европейских физиков Ферми, находилась на окраинной улочке, посреди большого парка. Потолки ее были плиточными, полки — мраморными, а за зданием лаборатории росли вокруг пруда с золотыми рыбками миндальные деревья. Для человека, желавшего удалиться от основного русла европейской мысли, место это было попросту идеальным.

В таком-то тихом уединении Ферми и обнаружил, что другие группы исследователей, стремившиеся обстреливать крошечное ядро обладавшими все большей и большей энергией нейтронами, дабы те смогли проникнуть в него, шли неверным путем. Забрасывая быстрыми нейтронами огромное пустое пространство атома, можно добиться лишь того, что они будут попросту проскакивать сквозь него. Хороший шанс попасть внутрь ядра имеют только нейтроны, подлетающие к нему так медленно, что они почти уж и не движутся. Медленные нейтроны ведут себя, как клейкие пули. А причина, по которой они словно бы липнут к ядру, состоит в том, что при относительно медленном движении нейтроны «размазываются» в пространстве. И даже если основное их тело пролетает мимо ядра, периферийные участки все еще сохраняют способность это ядро зацепить.

В те послеполуденные часы, в которые Ферми понял, что ему нужны медленные нейтроны, его ассистенты притащили в лабораторию ведра, наполненные водой из пруда с золотыми рыбками. И пропустили сквозь эту воду быстрые нейтроны, которые испускал обычно использовавшийся ими источник радиоактивности. Молекулы воды так велики, что оказавшиеся в ней нейтроны ударяются о них, отражаясь назад и вперед и теряя скорость. И когда нейтроны, наконец, покидают воду, они уже движутся настолько медленно, что оказываются способными проникать в ожидающие их ядра.

Придуманный Ферми фокус дал исследователям подобие зонда, способного проникать внутрь ядра. Однако получить полную ясность не позволил и он. Что, собственно, происходило, когда замедленный нейтрон попадал внутрь ядра? Получить всю ту энергию, о которой говорило уравнение Эйнштейна, при этом так и не удавалось. Удавалось всего лишь слегка изменять форму ядра, заставляя его испускать малую толику энергии. Это позволяло получать меченные атомы, которые человек глотал и которые давали затем возможность посмотреть, что происходит у него внутри. Одним из первых, кто использовал такие атомы, был Дьердь де Хевеши, доказавший с их помощью, что «свежее» мясо, подававшееся ему хозяйкой манчестерского пансионата, в котором он жил, было не таким уж и свежим, — приготовленное однажды, оно затем выкладывалось каждый день на действительно свежую тарелку, пока постояльцы не съедали весь его запас. И все же, небольшая энергия, излучаемая веществом, которое можно было глотать без всякого вреда для здоровья, была вовсе не тем, что обещало колоссальное с2.

Должно было существовать какое-то иное объяснение происходящего, новый уровень детализации, подобраться к которому физикам пока не удавалось. Атомы были не сплошными массивными шариками, но, скорее, почти пустыми сферами, подобными океанскому бассейну, из которого выкачана вся вода, за исключением поверхностной его оболочки, и обладающими крошечной сплошной сердцевиной. Это показал Резерфорд. Впрочем и сердцевина их сплошной не была. Она содержала протоны, в которых потрескивали положительные электрические заряды, и плотно упакованные вместе с ними камушки — нейтроны. Это стало ясным в 1932 году. Нейтроны могли легко покидать ядра и так же легко проникать в них, — чтобы добиться последнего следовало лишь проделать довольно неожиданный фокус: замедлить посылаемые в ядро нейтроны. Это было показано Ферми в 1934-м. После чего все на несколько лет застопорилось.

 

Глава 9. Среди безмолвия полуденных снегов

Понимание того, что происходит внутри ядра, — а с ним и открытие более глубоких механизмов поведения вещества, которое позволило, наконец, подобраться к энергии, обещанной формулой E=mc2, — было достигнуто только в 1938 году. И достигнуто оно было одинокой шестидесятилетней австрийкой, застрявшей на окраине Европы — в Стокгольме, даром, что по-шведски она и говорить-то не умела.

«Я оказалась здесь… — писала она, — в положении, которое не дает мне никаких прав. Постарайтесь представить, как бы вы чувствовали себя, если бы… вам выделили в институте комнату, которой вы не можете распоряжаться, лишив вас какой бы то ни было помощи и каких бы то ни было прав…».

Перемена была удручающая, поскольку всего за несколько месяцев до нее Лизе Майтнер считалась одним из ведущих ученых Германии, — «нашей мадам Кюри», как назвал ее Эйнштейн. В Берлине она появилась в 1907-м, — приехавшей из Австрии невообразимо застенчивой студенткой. Однако она боролась со своей замкнутостью и вскоре подружилась с учившимся в том же, что она, университете на редкость красивым студентом по имени Отто Ган. Человеком он был легким, уверенным в себе, говорил с франкфуртским акцентом, который сам же и вышучивал, и, казалось, считал своей обязанностью сделать все, чтобы эта тихая, только что появившаяся в Берлине студентка чувствовала себя здесь как дома.

Вскоре эти двое уже делили лабораторию, находившуюся в подвале здания химического факультета. Они были почти одногодками, обоим было под тридцать. Он уговорил ее петь вместе с ним написанные для двух голос песни Брамса, и она делала это, хоть и часто фальшивила. Когда их общая работа шла особенно хорошо, писала она, «[Ган] насвистывал большие куски скрипичного концерта Бетховена, временами нарочно меняя ритм последней темы, чтобы повеселиться, слушая мои протесты…». Неподалеку находился институт физики, и другие молодые ученые «часто навещали нас, временами пролезая, вместо того, чтобы идти обычным путем, через окно столярной мастерской». По окончании работы Майтнер оставалась в одиночестве, — жила в поочередно снимаемых ею комнатах на одного человека, ходила на концерты, покупая билеты на самые дешевые места для студентов. Общество других людей она находила лишь в лаборатории.

Аналитиком и теоретиком она была намного лучшим, чем Ган, однако ему хватило ума — и рассудительности, — чтобы понять: это может принести ему только пользу. Он всегда умел находить для себя великолепных наставников. Первые открытия, совместно сделанные Майтнер и Ганом, привели к тому, что они получили большую лабораторию в новом институте кайзера Вильгельма, расположенном на западной окраине тогдашнего Берлина. Вблизи от института еще стояли деревенские ветряные мельницы, чуть дальше к западу начинался лес. Они получили известность как серьезная и надежная команда исследователей, помогавшая выстраивать основные и совершенно необходимые знания о том, что представляют собой атомы; и открытия их вскоре стали считать такими же значительными, как те, что делал в Англии Резерфорд.

Все это время она и Ган выдерживали в своих отношениях тон внешне официальный, старательно избегая неформального «ты». Во всех письмах Майтнер он именовался так: «Дорогой герр Ган». Однако их могли связывать и отношения особые, ни разу не упоминавшееся ими понимание того, что такая полная достоинства официальность предохраняет их от вступления в связь более серьезную.

В 1912-м, когда Майтнер было тридцать четыре, а совместная работа их продолжалась уже четыре года, Ган женился на молодой студентке отделения гуманитарных наук. Майтнер говорила всем, что ее это нисколько не волнует. Однако, хоть Майтнер никогда не встречалась с Ганом открыто, она не встречалась ни с кем и во все последующие годы. Майтнер дружила с еще одним молодым коллегой, Джеймсом Франком, связь с ним она продолжала поддерживать более полувека — и после того как он женился, и после того как ему пришлось уехать из Германии в далекую Америку. «Я в вас влюбился», — шутливо писал ей Франк, когда им обоим было уже за восемьдесят. «Spät! (Опоздали!)» — весело отвечала Лизе.

Во время Первой мировой войны Майтнер добровольно работала в госпиталях, в том числе и в самых страшных, находившихся вблизи восточного фронта, а Ган выполнял задания военного ведомства. Проблем нравственного порядка, связанных с тем, что он занимался отравляющими газами, ни у него, ни у нее, похоже, не возникало. Она регулярно писала ему, передавая последние институтские слухи, рассказывая о поездках к морю с женой Гана и, время от времени, описывая, очень смягченно, свою работу в госпитале. Времени для научных исследований у нее оставалось мало: «Дорогой герр Ган!.. Прежде, чем читать дальше, наберите побольше воздуха в грудь… Я хотела закончить некоторые измерения, чтобы получить возможность… рассказать Вам о множестве очень интересных вещей».

Майтнер удалось заполнить один из последних пробелов, еще остававшийся в периодической системе элементов. Эту работу она выполнила самостоятельно, однако указала в качестве ее автора и Гана и настояла, чтобы редакция «Physikalische Zeitschrift» поставила его фамилию первой. В пору их военной разлуки она не настаивала на том, чтобы Ган отвечал на ее письма, хотя время от времени потребность в этом прорывалась наружу: «Дорогой герр Ган!.. Будьте добры, пишите — хотя бы о радиоактивности. Впрочем, я помню один случай, теперь уже давний, в котором вы прислали мне пару строк, упоминаний о радиоактивности не содержавших».

Вскоре после войны они разошлись по разным лабораториям. В середине 1920-х Майтнер уже возглавляла отдел теоретической физики в химическом институте кайзера Вильгельма. Внешне она оставалась все такой же застенчивой, однако обрела уверенность в силе своего ума и на самых почтенных теоретических семинарах неизменно садилась в первом ряду — рядом с Эйнштейном или великим Максом Планком. Ган сознавал, что за ее исследованиями ему не угнаться и потому ограничился занятиями более традиционной химией. Однако, когда в 1934 году Ферми показал, что нейтрон можно использовать в качестве идеального инструмента изучения атомного ядра, Майтнер снова сменила направление работы, приступив к исследованию его свойств. Помимо прочего, это означало, что она могла привлечь к своей работе и Гана, поскольку при изучении новых, возникавших в ходе таких исследований веществ всегда требовались химики.

В 1934-м они снова начали работать вместе, взяв в помощники недавнего докторанта Фрица Штрасмана. Гитлер пришел к власти в 1933-м, но, хоть Майтнер и была еврейкой, это не привело к ее немедленному изгнанию из Берлинского университета, поскольку она все еще оставалась австрийской гражданкой. У институтов кайзера Вильгельма имелись собственные источники финансирования, и тот, в котором работала Майтнер, был только рад платить ей как своей полноправной штатной сотруднице.

Когда же в 1938-м Германия захватила Австрию, Майтнер автоматически обратилась в немецкую гражданку. Институт еще мог удержать ее, однако это в большой степени зависело от того, что скажут ее коллеги. Один из них, химик-органик по имени Курт Гесс, долгое время занимал в институте маленький кабинет. Ученым Гесс был незначительным, его переполняла зависть, и он одним из первых в институте стал активным нацистом. «Евреи представляют опасность для нашего института» — начал нашептывать он всем, кто желал его слушать. Майтнер узнала об этом от одного из своих бывших студентов, который остался преданным ей. Она поговорила с Ганом. Ган направился прямиком к Генриху Горлейну, казначею организации, финансировавшей институт химии кайзера Вильгельма.

И попросил Горлейна избавиться от Майтнер.

Сказать о человеке, что он очарователен, — а Ган оставался очаровательным всю свою жизнь, — значит сказать лишь, что человек этот развил в себе рефлекторную способность делать то, что не доставляет беспокойства окружающим. Такое утверждение ничего не говорит о наличии у него более основательного нравственного компаса. То, как он поступил с Майтнер, бывшей его давним коллегой, могло отчасти тревожить совесть Гана: «Лизе чувствует себя очень несчастной из-за того, что я покинул ее в беде». Однако и другие немецкие физики выполняли все приказы правительства, к тому же, у власти теперь пребывали многие из прежних пронацистски настроенных студентов Гана. Именно они, — а не Майтнер, — были людьми, с которыми ему предстояло сотрудничать все более тесно, людьми, которым следовало угождать.

Он немного помог ей с отъездом из страны, неясно, впрочем, заметила ли эту помощь потрясенная происшедшим Майтнер: «Ган говорит, что мне больше не следует появляться в институте. По сути дела, он выгнал меня».

К августу 1938-го, когда Майтнер обосновалась в Стокгольме, она уже никому не рассказывала о поступке Гана. Вместо этого она почти рефлекторно сохраняла, пусть и на расстоянии, причастность к работе, которую прежде возглавляла. В ходе этой работы Майтнер с помощью Штрасмана и Гана обстреливала потоками медленных нейтронов уран, самый тяжелый из всех, встречающихся в природных условиях элементов. Поскольку нейтроны проникали в ядра атомов и застревали в них, все ожидали, что в результате будет возникать некое новое вещество, еще более тяжелое, чем уран. Однако, сколько усилий ни прилагала Майтнер и иные берлинские исследователи, с ясностью определить, что за новые вещества они создают, им не удавалось.

Ган, как и всегда, понял, что происходит, позже всех. В ноябре Майтнер встретилась с ним в нейтральном Копенгагене и, после того, как он признался, что ничего не понимает, отправила его обратно в Берлин с ясными инструкциями о постановке новых опытов. Ему всего лишь следует использовать наиболее качественные источники нейтронов, а также собранные ею счетчики и усилители, которые так и стояли в их лаборатории — там, где она их оставила. Обмен письмами между Стокгольмом и Берлином происходил настолько быстро, что Майтнер удавалось даже обговаривать с Ганом очередные шаги эксперимента. «Мнения и суждения Майтнер были для нас, работавших в Берлине, настолько весомыми, — вспоминал впоследствии Штрасман, — что мы немедленно приступили к постановке необходимых… опытов». Какую бы глубокую обиду ни питала Майтнер, она, по крайней мере, могла продолжать работу, на которую годами было направлено все ее внимание.

Она предложила тщательно присмотреться к тем разновидностям радия, которые могут возникать в процессе продолжительной бомбардировки урана. (Радий это металл, атомное ядро которого имеет почти такой же вес, как у урана. Оба ядра до того набиты нейтронами, что регулярно испускают излучение.) На этом этапе исследований предложение Майтнер было результатом всего лишь интуитивной догадки, основанной на сходстве двух металлов и том обстоятельстве, что в рудниках их нередко находят рядом друг с другом.

Однако догадка ее означала, что удастся, наконец, обнаружить и явные эффекты, обещанные уравнением E=mc2.

Вечер понедельника, в лаборатории:

Дорогая Лизе!

…В «изотопах радия» присутствует нечто столь замечательное, что пока мы можем рассказать о них только Вам… Возможно, Вам удастся предложить какое-нибудь фантастическое объяснение происходящего… Если Вы сможете придумать нечто достойное публикации, это все же будет, в некотором смысле, результатом работы нас троих!

Отто Ган

В своих опытах они использовали в качестве вязкого вещества заурядный барий, позволяющий перехватывать фрагменты перегруженного нейтронами радия. После того, как барий делал свое дело, его собирали с помощью кислот, а затем вымывали из раствора. Проблема состояла, однако, в том, что Гану не удавалось разделить его. Некоторая часть остаточного бария содержала, судя по всему, приставшие к нему крошечные кусочки чего-то радиоактивного.

И Ган, и Штрасман зашли в тупик. «Интеллектуальным руководителем нашей группы была Майтнер» — писал Штрасман. Однако теперь ее с ними не было. Спустя два дня Ган снова обратился к ней: «Сами понимаете, Вы сделаете доброе дело, если найдете выход из этого тупика». Что делать дальше, они не знали. Попытаться объяснить странные результаты — почему простой барий никакого излучения не дает? — должна была Майтнер.

Время шло к Рождеству, и одна супружеская чета, знавшая, как одинока Майтнер в Стокгольме, пригласила ее составить им компанию — провести рождественские каникулы на западном побережье Швеции, в гостинице, находившейся под Кунгэльвом деревни. А в Копенгагене жил в это время племянник Майтнер, Роберт Фриш, которого она всегда любила — по предложению Майтнер супруги пригласили и его.

С племянником Майтнер по-настоящему познакомилась лет десять назад, когда он был еще полным энтузиазма берлинским студентом. Они часто играли в четыре руки на пианино, даром, что Майтнер с трудом выдерживала темп. (Allegro ma non tanto они шутливо переводили: «Быстро, но не как тетя».)

Теперь Роберт обратился во взрослого человека, многообещающего физика, работавшего в Дании, в институте Нильса Бора. В первый день он, приехавший очень поздно, обсуждать научные темы был не в состоянии. А наутро, спустившись на первый этаж, в ресторан гостиницы, он обнаружил там свою тетушку, размышлявшую над письмом Гана. Барий, который использовался в Берлине, демонстрировал столь устойчивые радиоактивные свойства, излучал такую энергию, что и она, и берлинские исследователи поневоле задумались, почему это происходит. Может быть, радиоактивные свойства каким-то образом возникали именно в ходе экспериментов, которые ставились в Берлине?

Фриш высказал предположение, что дело всего лишь в ошибке, которая вкралась в эксперимент Гана, однако тетушка просто отмахнулась от него. Гениальностью Ган, конечно, не отличался, однако химиком был хорошим. Ошибки совершаются в других лабораториях. Но не в ее. Фриш не стал настаивать на своем. Он понимал, что тетушка права.

Пока Фриш завтракал, они сидели за столиком ресторана, разговаривая. Объяснить результаты эксперимента, который Майтнер предложила поставить берлинской группе, можно было тем, что атом урана каким-то образом разваливался на две половины. Размер ядра бария составляет примерно половину размера ядра урана. Что если радиоактивный барий, который был обнаружен в берлинских экспериментах, это просто половинки атомов урана, возникшие при таком распаде? Однако из всех результатов, полученных ядерной физикой, — из работ Резерфорда и других — следовало, что это невозможно. Ядро урана состоит примерно из двухсот частиц, протонов и нейтронов. Все они удерживаются друг рядом с другом тем, что известно как сильное ядерное взаимодействие, — своего рода исключительно мощным ядерным клеем. Как же может один-единственный проникающий в ядро нейтрон разрушить такие связи и оторвать от ядра здоровенный кусок? Нельзя же, запустив камушком в огромный валун, ожидать, что валун расколется надвое.

Покончив с завтраком, они отправились на прогулку по снегу. Их отель стоял невдалеке от леса. Фриш надел лыжи, предложил тетушке другие, однако она это предложение отклонила («Лизе Майтнер заявила, — писал впоследствии Фриш, — что она и без лыж сможет передвигаться с не меньшей скоростью».)

До сих пор никому не удавалось отколоть от ядра нечто большее, чем мелкий его фрагмент. И Фриш, и Майтнер пребывали в недоумении. Даже если влетавший в ядро нейтрон находил в нем некое слабое место, как удавалось ему одним ударом отрывать от ядра десятки протонов? Ядро отнюдь не похоже на скалу, способную развалиться на две половины. Оно, как предполагалось, должно было сохраняться в целости миллиарды лет.

Но тогда откуда же может исходить энергия, которая вдруг разрывает его надвое?

С Эйнштейном Майтнер познакомилась в 1909 году на происходившей в Зальцбурге конференции. Они были людьми почти одного возраста, однако Эйнштейн уже обладал славой. На той конференции он резюмировал открытия, сделанные им в 1905 году. Мысль о том, что энергия может появляться из исчезающей массы, была «настолько ошеломляюще новой и удивительной, — десятилетия спустя вспоминала Майтнер, — что я и по сей день очень хорошо помню его доклад».

И теперь, гуляя с племянником по снегу, она остановила его близ ствола одного из лесных деревьев, и они начали на пару осмысливать ситуацию. Самая последняя из моделей ядра принадлежала Нильсу Бору, добродушному, спокойному датчанину, у которого работал племянник Майтнер. Бор рассматривал ядро не как твердый металл, набор каким-то образом приваренных один к другому металлических шариков, но, скорее, как каплю жидкости.

Капля воды всегда пребывает на грани распада из-за существующего внутри ее давления. И это давление схоже с электрическим взаимодействием протонов, входящих в состав ядра. Протоны отталкиваются друг от друга (как любые два носителя положительного заряда). Однако капли воды сохраняют, по большей части, целостность благодаря силам поверхностного натяжения, действующим в их тонкой оболочке. Эти силы являются аналогом сильного взаимодействия, которое обеспечивает целостность скопления протонов, несмотря на пытающиеся разорвать его электрические силы.

В ядрах малого размера, каковы ядра углерода или свинца, сильное взаимодействие обладает такой мощью, что содержащееся в них количество электричества, норовящее оттолкнуть протоны друг от друга, оказывается несущественным. В них сильное взаимодействие остается непобедимым. Но не может ли появление дополнительных нейтронов в ядрах больших, и даже огромных, как у урана, привести к нарушению равновесия?

Майтнер и ее племянник не зря были физиками. У них имелись с собой и бумага, и карандаши, и вот в холодном шведском лесу, в самый канун Рождества, они вытащили из карманов и то, и другое и приступили к расчетам. Что если ядро урана велико настолько, и настолько набито нейтронами, отделяющими протоны один от другого, что даже до того, как в него начинают проталкиваться новые нейтроны, ядро это уже пребывает в состоянии не весьма надежном? Что если ядро урана походит на каплю воды, растянутую так сильно, что она того и гляди разорвется? И вот в такое слишком туго набитое ядро проникает еще один полновесный нейтрон.

Майтнер начала рисовать какие-то каракули. Рисовала она примерно так же хорошо, как играла на фортепьяно. Фриш со всевозможной почтительностью отобрал у нее карандаш и принялся сооружать рисунки более опрятные. Один-единственный нейтрон, проникая в ядро, приводит к тому, что оно растягивается посередине. Происходит примерно то же, что с наполненной водой оболочкой воздушного шарика, которую перекручивают посередке. Два конца шарика вспучиваются. Если вам повезет, оболочка шарика не лопнет и вода не вырвется наружу. Но не останавливайтесь. Перекрутите шарик посильнее, а после, когда он совсем растянется, отпустите, чтобы вода рывком вернулась к центру, — и тут же перекрутите в противоположном направлении. Кончится это тем, что шарик все-таки лопнет, и если вы правильно рассчитаете время, вам даже усилий больших прикладывать не придется. Всякий раз, как вода будет возвращаться к центру, старайтесь улучить миг, в который две волны ударятся одна о другую и отразятся, и как раз когда они будут разлетаться с максимальной силой — это примерно то же, что раскачивать качели, — скручивайте шарик, чтобы ускорить новое его растяжение.

Именно это и делают нейтроны, попадая в ядро урана. Причина, по которой Ган никак не мог понять наблюдаемое им явление, состояла в том, что он считал, будто добавление нейтронов лишь делает вещество более тяжелым. На деле же, нейтрон разбивал ядро урана на две половинки.

Это было важнейшее открытие, однако его еще следовало проверить. Начать с того, что Майтнер и ее племянник понимали: теперь электрические заряды протонов получали возможность заставить частицы ядра разлетаться в стороны. В используемых физиками единицах соответствующая энергия составляет примерно 200 МэВ — 200 миллионов электрон-вольт. Фриш и Майтнер подсчитали это значение в уме. Однако следует ли из уравнения, полученного Эйнштейном в 1905 году, что в ядре действительно присутствует количество энергии, способное заставить разлетаться его половинки? О дальнейшем Фриш рассказывает так:

По счастью, [моя тетушка] помнила, как вычисляется масса ядра… и смогла подсчитать, что два ядра, получающиеся в результате деления урана, должны быть легче него примерно на одну пятую массы протона. Но ведь, когда исчезает масса, создается, согласно Эйнштейновской формуле E=mc 2 , энергия…

Хорошо, но какова же величина этой энергии? Одна пятая протона есть частица вещества до нелепого малая. В точке, стоящей над буквой i,протонов содержится больше, чем звезд в нашей галактике. И тем не менее, «исчезновения» одно пятой протона — частицы, которую и увидеть-то никто не способен, — должно хватать на создание 200 МэВ энергии. В Беркли, штат Калифорния, как раз планировали построить электромагнит величиною с дом, способный, когда его зарядят количеством электричества, большим того, что потребляет обычно весь город Беркли, сообщать частице энергию до 100 МэВ. А тут какая-то кроха должна была создать энергию вдвое большую.

Это могло показаться неосуществимым, — если бы не колоссальная величина c2. Мир массы и мир энергии связаны неистово расширяющимся мостом. Для наблюдателя из нашего мира, фрагмент протона, пролетающий мимо дорожного знака «=», трансформируется — растет.

Растет.

Тетя с племянником по пути из Кунгэльва перешли замерзшую реку. Деревня была уже слишком далеко, чтобы они могли слышать шум ее рынка. Майтнер произвела расчет. Впоследствии Фриш вспоминал: «одна пятая массы протона оказалась точным эквивалентом 200 МэВ. Мы получили источник этой энергии, все сошлось одно к одному!».

Атом был вскрыт. До этого времени все ошибались. Путь внутрь атома состоял не в том, чтобы со все большей и большей силой вколачивать в него частицы. Теперь двое людей, пожилая женщина и ее племянник, находившиеся среди безмолвия полуденных снегов, отчетливо поняли это. Для того, чтобы взорвать атом урана, вовсе не нужно было накачивать его энергией. Довольно было нескольких медленных нейтронов, а дальше процесс шел сам собой. Ядро начинало содрогаться, все сильнее и сильнее, пока удерживающее его в целости сильное взаимодействие не подавалось и электрическое поле, крывшееся внутри ядра, не заставляло фрагменты его разлетаться. Взрыв этот питался собственной энергией ядра.

Майтнер и ее племянник считали науку политически нейтральной и потому подготовили свое открытие для публикации. Следовало присвоить ему какое-то название, и Фриш вспомнил о том, как делятся бактерии. Еще находясь в Копенгагене, он как-то спросил американского биолога, приехавшего с визитом в институт Бора, каким английским словом описывается этот процесс. В результате, в их статье появилось слово «деление», описывающее то, что происходит с ядром атома. Тем временем, Ган уже опубликовал полученные им в Берлине результаты — практически не упомянув о Майтнер, — и вскоре начал продлившуюся почти четверть века кампанию, цель которой состояла в том, чтобы доказать: вся честь сделанного открытия принадлежит только ему одному.

Тридцатилетние поиски завершились. За десятилетия, прошедшие после 1905 года, в котором появилось уравнение Эйнштейна, физики показали, как можно взломать атом и извлечь из него сконденсированную, замороженную энергию, о которой говорит формула E=mc2. Они обнаружили ядро, открыли частицу, названную нейтроном и способную легко проникать в ядро и покидать его (особенно если посылать в него нейтроны замедленные), выяснили, что дополнительные нейтроны, внедренные в такие сверхплотные атомы, как атом урана, заставляют их ядра дрожать, ходить ходуном и взрываться.

Майтнер установила: происходит это потому, что существующее внутри ядра мощное электрическое поле, сдерживается подобием пружин или клея, именуемым сильным ядерным взаимодействием. Когда дополнительный нейтрон начинает расшатывать ядро, эти пружины подаются, и внутренние части ядра разлетаются, приобретая огромную энергию. Если взвесить все до и после, оказывается, что разлетающиеся части ядра «весят» меньше, чем бывшее прежде целым ядро. И что именно «исчезнувшая» масса дает энергию, которая обеспечивает высокую скорость их разлета. Ибо на самом деле, никуда эта масса не исчезает. Уравнение Эйнштейна показывает, что она просто проявляет себя в форме энергии, которую c2 увеличивает, в сравнении с массой, почти в 1166400000000000000 раз (в единицах км/час).

Открытие это оказалось зловещим, поскольку теоретически кто угодно мог начать взламывать ядра, эти сердцевины атомов, и получать выбросы огромной энергии. В любую другую эпоху последующие шаги совершались бы медленно и первая атомная бомба появилась бы лишь в 1960-х или 1970-х годах. Но в 1939-м началась самая большая в истории война.

Ас нею началась и гонка, в которой должна была финишировать страна, сумевшая первой получить предсказанную уравнением Эйнштейна энергию.