Анника Брокшмидт - Научный баттл, или Битва престолов: как гуманитарии и математики не поделили мир

Чтобы формула стала повсеместно известной и даже попала в поле зрения гуманитариев, должны совпасть несколько обстоятельств. И в случае самого дерзкого из персонажей этой главы – а точнее, самой дерзкой – все сложилось идеально. Как ни одна другая формула, она стала олицетворением науки, глубины познания, равно как и непознаваемости мира. Она – заветный тотем, на нее с восхищением смотрит каждый студент-физик. Она снискала больше славы и почета, чем какая-либо другая комбинация цифр и символов, скрепленных знаком равенства. И это, хотя редко кто понимает ее до конца (и здесь гуманитарии были правы): E = mc 2.

Как смогла она стать такой популярной? Чтобы разобраться в этом, приглядимся к автору этого уравнения – Альберту Эйнштейну. Он занял место в пантеоне физики в расцвете лет. Но ни в коем случае он не стремился оказаться в центре внимания. Просто человек с непослушными, торчащими во все стороны волосами, который превратился из технического специалиста третьего класса при швейцарском патентном бюро в ученого мирового масштаба, не мог не прийтись по вкусу прессе: журналисты видели в нем нового гения, исследователя столетия. Журнал Time назвал Альберта Эйнштейна человеком XX века. Энди Уорхол создал его портрет. А после этот физик еще и показал язык одному фоторепортеру, от которого не смог ускользнуть: измучившись от празднования собственного дня рождения, он уселся в лимузин и выдал этот спонтанный жест. А репортер в нужный момент нажал на спуск, как поступали все репортеры уже и в те времена. Этот снимок стал всеобщим «любимцем» еще и потому, что его распространял сам Эйнштейн. Фотография так ему понравилась, что он заказал для себя копии и рассылал их друзьям.

К тому времени теория относительности уже была обнародована. Сегодня она является общепринятой и доказанной, тогда же она была предметом обстоятельных дискуссий. Теория, стоящая за формулой E = mc 2, очень математическая и сложная для понимания. И она описывает физическую реальность, которая не так-то просто укладывается в наших обыкновенных головах. Представьте: вдруг появляется теоретическая возможность усадить одного из двоих близнецов на космический корабль и разогнать этот корабль до скорости света, чтобы доказать, что эти близнецы стареют по-разному: один быстрее, другой медленнее. Пространство и время, две координаты, которые в повседневной жизни ведут себя вполне предсказуемо, вдруг искривляются. То, что предсказал Эйнштейн, нельзя было возвести ни к образу сталкивающихся бильярдных шаров, ни к падению яблок с дерева. Чтобы осознать его предсказания, требовались уверенные познания в математике. Но несмотря на это – а может быть, и благодаря этому, – не только специалисты заинтересовались построениями Эйнштейна. «Сейчас всякий извозчик и официант готов поспорить с вами о том, верна ли теория относительности. И убеждения здесь определяются принадлежностью к той или иной политической партии», – писал Эйнштейн своему другу в 1920 году. Левые, либералы и пацифисты были на стороне ученого, а националистически настроенные современники не могли извлечь никакой пользы из его соображений. Очень многие немецкие ученые высказались против теории, назвав ее слишком абстрактной, слишком неправдоподобной, слишком недоступной. Немецкий химик и антисемит Пауль Вейланд называл теорию относительности «дадаизмом в науке», а национал-социалисты считали квантовую механику вообще и теорию Эйнштейна в частности «еврейской физикой». Философы вопрошали: все ли, включая мораль, теперь относительно? Неужели физика заняла теперь место религии? Но они, конечно, повернули положения теории на свой манер. Чарли Чаплин весьма удачно высказался на этот счет в одном разговоре с Эйнштейном: «Люди восхищаются мной, потому что все во мне им понятно, и они восхищаются вами, потому что ничего не понимают в вас». Сам Эйнштейн был равнодушен к происходящему. О своих критиках он как-то сказал: «Если бы я был не прав, одного было бы достаточно». Но вернемся к формуле. Она состоит – в противовес всем прочим уравнениям теории относительности – только из знака равенства, степени и умножения – ни одной греческой буквы. Но что же это все означает?

По одну сторону от знака равенства находится энергия Е , которая известна физикам с 1807 года. Это абстрактная величина, которая никуда не девается – она подчиняется закону сохранения, как мы уже знаем от Эми Нётер. Движущийся автомобиль обладает энергией движения, когда он тормозит, от трения колес о тормозные колодки выделяется тепло. То есть часть энергии движения превращается в тепло, но сумма всех видов энергии равна константе, она не меняется. С противоположной стороны от энергии Е находятся скорость света с и масса m . Эйнштейн установил, что скорость света – это предел скорости для всех систем и объектов, который не может быть превышен даже на немецком автобане: попросту не существует физической возможности двигаться быстрее. Масса же – это то, что мы на Земле называем весом и меряем, например, в килограммах.

Формула, простейшая на вид, обещает, что все, во что мы нагнетаем энергию, становится тяжелее. То есть обычная пальчиковая батарейка тяжелеет при зарядке. И это не означает, что внутри аккумулятора становится больше частиц: в любом состоянии их количество одинаково. Но его вес увеличивается, потому что внутрь поступает энергия. Но мы, будучи людьми, не способны этого заметить. Разница в весе составляет всего 100 пикограмм – примерно столько весят две человеческие кровяные клетки. Разница настолько мала, потому что скорость света – невероятно огромное число – возведена в квадрат. Добавленную энергию – не такую уж маленькую в масштабах батарейки – нужно разделить на это число, чтобы получить массу. Стоит ли удивляться, что остаются сущие крохи. Точно так же кончик стержня шариковой ручки становится тяжелее, когда мы нажимаем на него. И в нем растет запас энергии, которую можно рассчитать по формуле Эйнштейна.

Ситуация в корне меняется, если взглянуть на формулу в другом ключе. Допустим, нужно рассчитать, сколько энергии содержится в литре молока. Исследователь придет к тому выводу, что, если энергию покоя молока можно было бы без потерь преобразовать в электрическую энергию, она покрыла бы двухнедельный расход электроэнергии средней страны. Эти расчеты, конечно, сугубо теоретические: совершенно невозможно извлечь какую-либо энергию из молока.

Забавно, что впоследствии вышел фильм, в названии которого использовалась формула E = mc 2, но не для того, чтобы намекнуть на то, что лента имеет отношение к науке. Присмотревшись к сюжету, можно подумать, что формула призвана оправдать появление нескольких актеров в лабораторных халатах. На сайте о кинематографе IMDb нашлись еще два фильма с таким названием. Первый – комедия 1996 года об ученом, который изучает теорию Эйнштейна на фоне романа с одной из лаборанток. Видимо, создателям фильма показалась забавной уже сама мысль о том, что ученый может закрутить роман, и этого было достаточно для сценария. Сосчитайте до трех, и комедия готова. Второй фильм оказался польским триллером, сюжет которого был пересказан, к сожалению, только на польском. Но в любом случае и здесь задействован ученый, которого просит о помощи гангстер. В конечном итоге все оказываются под давлением и наживают разнообразные проблемы с мафией. И даже если в обоих произведениях энергия многократно переходит из одного состояния в другое, ни одно из них не оправдывает своего гордого имени.