Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

Существует также нестабильная разновидность углерода, — она постоянно образуется за иллюминаторами реактивных пассажирских самолетов и создают ее космические лучи, часть которых поступает к нам из отдаленных уголков галактики. Всю нашу жизнь мы вдыхаем этот углерод. Положите себе на ладонь чувствительный счетчик Гейгера и вы услышите, как он защелкает. (По сути дела, он «прослушивает» миниатюрные срабатывания уравнения, записанного Эйнштейном в 1905 году. Каждый щелчок счетчика Гейгера свидетельствует о том, что E=mc 2сработало снова, что нестабильное ядро изотопа углерода испустило излишний нейтрон, который оно захватило, проходя через верхние слои атмосферы.) Однако, когда мы перестаем дышать, — или когда засыхает дерево либо останавливается рост растения — приток углерода в них прекращается. И щелчки понемногу стихают.

Нестабильный углерод — это знаменитый С-14. Он представляет собой подобие часов, использование которых произвело революцию в археологии. Применение углеродной датировки позволило доказать, что Туринская плащаница это средневековая подделка, поскольку содержание углерода в ее полотне стало сокращаться, начиная с четырнадцатого столетия, но никак не раньше. Фрагменты углерода, взятые из пещеры Ласко [7] Пещера во Франции, около горы Монтиньяк, с гравированными и живописными настенными изображениями (охоты на бизона, оленей, диких быков, лошадей) позднепалеолитического времени. , из могильных курганов индейцев, из пирамид Майя и поселений кроманьонцев, позволили впервые точно датировать и их происхождение.

А высоко над нами, уже за пределами атмосферы, проносятся спутники мозаичной навигационной системы министерства оборона США с аппаратурой Глобальной системы позиционирования на борту. Излучаемые ими сигналы постоянно претерпевают синхронизационный сдвиг — описанный теорией относительности искажающий эффект, о котором у нас шла речь в главе 7, — и с тем же постоянством его приходится корректировать с помощью компьютерных программ, которые используют открытия Эйнштейна для внесения поправок в эти сигналы. И наконец, совсем уж далеко от нас висит в пространстве огромный, сотрясаемый взрывами шар Солнца, в котором гигантский коэффициент c 2используется для продолжающегося уже миллиарды лет обогрева нашей планеты, без которого никакая жизнь на ее просторах существовать не могла бы.

Солнце, конечно, огромно, однако не может же оно гореть вечно. Для обогрева всей Солнечной системы требуются колоссальные количества топлива, пусть даже ее обогреватель перекачивает вещество через знак равенства, стоящий в E=mc 2. Сейчас масса Солнца равна 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн, однако каждый день оно расходует на мультимегатонные взрывы около 700 миллиардов тонн содержащегося в нем водорода. И в следующие 5 миллиардов лет наиболее доступная часть этого топлива будет израсходована.

Когда это произойдет и в центре Солнца останется лишь гелиевый «пепел», происходящая в нем реакция начнет смещаться от центра вверх, прокачивая через насос E=mc 2водород, находящийся ближе к поверхности нашего светила. Внешние слои Солнца станут расширяться и несколько охлаждаться, отчего Солнце начнет светиться красным светом. Расширение будет продолжаться вплоть до орбиты Меркурия. К этому времени каменная поверхность этой планеты расплавится, а остатки ее поглотит пламя. Потом, еще несколько десятков миллионов лет спустя наше обратившееся в красный гигант Солнце достигнет орбиты Венеры, поглотив и ее тоже. Но что будет происходить после этого?

Роберт Фрост опубликовал эти строки в 1923 году, когда изображал в штате Вермонт выращивающего яблоки фермера. Однако первый вариант стихотворения был написан, еще когда он состоял в штате Колледжа Амхерста и имел возможность тратить немалое время на чтение. В ту пору многие из писавших на научные темы людей использовали популярный со времен знаменитого французского натуралиста Бюффона и до поздней викторианской Англии образ огромной остывающей вселенной. Но были и такие, кто противопоставлял ему более ранние апокалипсические образы «Откровения Иоанна», предвещавшего в конце огонь и потопление.

В действительности, с Землей произойдет и то, и другое. Существа, которые будут населять поверхность этой планеты в пятимиллиардный год нашей эры, увидят как Солнце станет разрастаться в размерах до тех пор, пока оно не займет собой половину дневного небосвода. Океаны выкипят, камни на поверхности планеты расплавятся. Возможно, существовавшая на Земле жизнь сможет, используя технологии, которые мы сейчас и вообразить не способны, переселиться на другие планеты или укрыться в глубоких подземных тоннелях; возможно, Земля опустеет задолго до того времени, когда сжигающее все Солнце наполнит небо.

Солнце сохранит огромные размеры в течение еще миллиарда лет, пока будет выгорать оставшийся внутри его гелиевый пепел; оно так и будет уничтожать собственную массу, обращая ее в энергию яростного света и тепла. Затем, когда поддерживавшие его размер потоки энергии ослабеют, оно начнет сжиматься. К этому времени в нем выгорит столько «топлива», что горение Солнца станет неустойчивым.

Вот тогда и начнет образовываться лед. По мере оскудения внутренних запасов топлива, Солнце будет сжиматься и сжиматься, но затем оно подключится к другим источникам топлива, и новый выброс энергии заставит его резко расшириться. Каждый раз это будет сопровождаться звуковыми ударами, не сравнимыми, впрочем, с недолгим громом, который возникает, когда самолет переходит звуковой барьер. На этом этапе, через шесть миллиардов лет, считая от нашего времени, Земля и вправду услышит последний вопль Титанов.

Каждое расширение Солнца будет сопровождаться такой убылью его массы, что спустя всего несколько сот тысяч лет от него останется лишь очень немногое. И остаток этот уже не сможет создавать ту же, что и прежде, силу притяжения. Если Земля не окажется поглощенной расширявшимся Солнцем, то после 11 миллиардов лет ее нахождения на устойчивой орбите оно уже не сможет удерживать ни ее, ни другие планеты. Солнечная система распадется, и Земля полетит в открытый космос.

Одно из ключевых открытий, необходимых для понимания дальнейших событий, — в которых E=mc 2опять-таки играет центральную роль, — было сделано Субрахманьяном Чандрасекаром, одним из ведущих астрофизиков двадцатого века, человеком, научная карьера которого продолжалась почти шестьдесят лет. Открытие это он сделал жарким летом 1930-го, когда ему было всего девятнадцать. Британская империя уже понемногу распадалась, однако Чандра (как его обычно называли) пока еще жил в ее владениях и теперь ехал из Бомбея в Англию, намереваясь поступить в аспирантуру Кембриджа.