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

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.