Даниил Данин - Неизбежность странного мира

Количество атомов, из которых состоит тело ракеты, остается неизменным все время. А масса растет! Каждый атом ракеты как бы набухает новой массой при увеличении скорости. Но и в атоме при этом не появляется ни новых электронов, ни новых ядерных частиц. Им неоткуда взяться. Значит, каждая атомная частица становится «массивней» оттого, что, участвуя в убыстряющемся полете, делается все «энергичней». Эти слова можно бы и не брать в кавычки: частицы действительно нагружаются все новой и новой энергией движения и одновременно почему-то «прибавляют в весе».

Так как источник передает частицам ракеты только энергию, у нас, не верящих в чудеса, снова нет выбора: мы должны признать, что именно энергия приносит с собою новую массу. Приток первой равносилен притоку второй.

Энергия и масса — нечто единое.

И не нужно ударять кулаком по столу. Закон сохранения массы соблюдается вместе с законом сохранения энергии. Два этих фундаментальных закона природы объединяются теперь в один. А представление о всепроникающей материальности мира не только не несет при этом никакого ущерба, но, напротив, становится исчерпывающе полным.

И мысль о мире, в котором прибывает и прибывает масса оттого, что звезды во вселенной и электроны в атомах начинают двигаться быстрее, теперь заставила учителя улыбнуться. «Как могла прийти мне в голову такая нелепая карта-, на! — упрекнул он самого себя. — Все звезды и все электроны не могут начать двигаться быстрее одновременно. Откуда взяли бы они для этого нужную энергию? Кто передавал бы им вместе с энергией массу? Если какие-то тела убыстряются, другие неизбежно замедляются. Вот в чем дело! Нельзя пугаться бессмыслиц».

Старый учитель все-таки снова был и обрадован и смущен этим новым знанием — этим законом единства энергии-массы: уж очень далеко пришлось ему отойти от всего того, что когда-то, в XIX веке, другой старый педагог — университетский профессор с такою же земской бородкой — рассказывал ему, тогдашнему студенту, на лекциях по физике.

Нелегко было поверить, что нагретый утюг должен быть тяжелее самого себя — холодного; что жар увеличивает вес больного; что птица в клетке легче птицы в полете; что Солнце, непрерывно источая свет и тепло в пространство, теряет вместе с энергией часть свой массы — буквально тает на глазах человечества… Один известный физик сравнительно недавно говорил, что он не может допустить мысли, будто возрастание скорости электрона постепенно «превращает его в арбуз». Этим уничижительным карикатурным арбузом он хотел высмеять то, чего не в силах был опровергнуть и с чем не могло примириться его классическое сознание.

И тем не менее с железной необходимостью оказывается, что и утюг, и птица, и Солнце не могут избежать подобных превращений — не могут-«вести себя» иначе: приход и расход энергии — это приход и расход массы. И электрон, доведенный почти до скорости света, способен стать «тяжелее» не только арбуза, но и Земли, и всех звезд Галактики, и вообще — любой конечной массы во вселенной. Все зависит лишь от того, как мало будет отличаться его скорость от световой.

Это теоретически. А практически — вся штука в том, как довести электрон до этакой чудовищной скорости.

«А пожалуй, — подумал неуступчивый, но последовательный старый учитель, — такое положение вещей естественно: разве легче примириться с мыслью, что материальное естество любого физического тела должно оставаться совершенно безучастным к такому важному событию, как изменение энергии этого тела? Так веками считали ученые. Так меня учили в школе, и я учил других. Но, по совести говоря, безучастность материи к собственному движению давно должна была бы показаться подозрительной и физикам и философам. Последние, пожалуй, могли бы даже заранее предсказать, что когда-нибудь физики откроют внутреннюю связь между массой и энергией тел. Удивительно, что философы этого не сделали! Еще удивительней — почему физики так долго этой связи не замечали?»

Он хотел сам найти ответ на этот вопрос. И вспомнил, что ведь еще сравнительно недавно врачи не знали о существовании микробов, хотя человечество никогда не уставало болеть. Над Пастером смеялись его Коллеги, а в это самое время микробами кишела вода, которой запивали они свои долгие протестующие речи. Он вспомнил и про бесконечные споры о существовании атомов… Слишком малое может ютиться подле нас и в нас, а мы не будем о нем подозревать!

И тогда ему пришла в голову простая догадка: наверное, даже огромному приросту энергии тела соответствует очень малый прирост массы — такой малый, что на обычных весах его не измеришь. Если это действительно так, то многовековая слепота физиков простительна — то была слепота их несовершенных инструментов.

Конечно, старый учитель и на сей раз был прав. Физик тотчас показал ему знаменитую формулу связи энергии и массы — одну из замечательнейших формул в естествознании.

Приводить ли ее здесь или нет? Мы ведь молча условились разговаривать без математики. Но все-таки трудно удержаться от соблазна — нужно хотя бы полюбоваться простотой этой формулы:

Е = М·С 2.

где Е — энергия,

М — масса,

С — скорость света.

Сразу видно, что даже в крошечной массе заключена громадная энергия, потому что малая величина этой массы умножается на колоссальную величину — квадрат световой скорости. И наоборот: даже огромная энергия обладает ничтожно малой массой.

К тому моменту, когда наша полуторатонная ракета, полетевшая в сторону Луны, достигла второй космической скорости — 11,2 километра в секунду, ей была передана гигантская энергия. Но масса ракеты возросла от этого лишь на один миллиграмм. Только и всего… Какую же мизерную прибавку в весе испытывает, скажем, раскаленный утюг? Или больной, разметавшийся в жару? Пусть температура у бедняги подскочила на три градуса — с тридцати семи до сорока, а весит он килограммов 70, а то, что можно назвать теплоемкостью, пусть равно для его тела теплоемкости воды — 1; тогда тело его станет вместилищем примерно 210 больших калорий лишней тепловой энергии. Какова масса этого излишка? Превратив калории в эрги, выразив скорость света в сантиметрах в секунду, возведя ее в квадрат, получив грандиозное число с 20 нулями — 900 000000 000 000 000 000, а затем разделив энергию на это число, мы выясним, что больной «потолстел» приблизительно на одну стомиллионную грамма. Не много, не правда ли?

Никакие опыты на протяжении многих веков не могли дать физикам никаких указаний на «прибавку в весе» у движущихся тел. В нашем мире сравнительно медленных и тяжелых вещей такие прибавки — гномы в царстве великанов. Сама Земля летит по своей орбите в 10 тысяч раз медленнее фотона. Так могло ли наблюдение обычных земных скоростей навести ученых на мысль, что масса тел растет вместе-со скоростью?