Люди и атомы - Уильям Лоуренс

Через два года после того, как супруги Кюри увидели свет в сарае для трупов, первым, кто открыл новую «Землю обетованную», был молодой человек двадцати пяти лет — Альберт Эйнштейн.

ГЛАВА 29

Один из „творцов Вселенной"

В 1904 г. Альберта Эйнштейна, бывшего тогда скромным молодым человеком двадцати пяти лет, можно было видеть с детской коляской на улицах Берна (Швейцария). Время от времени, не обращая внимания на идущий транспорт, он останавливался, вынимал блокнот, который лежал в коляске рядом с его сыном Альбертом, и писал какие-то математические знаки.

Эти формулы породили одну из самых замечательных идей в ходе вековой борьбы человека за овладение тайной Вселенной. На их основе возникла атомная бомба, которая, если смотреть с точки зрения интеллектуальной и духовной истории человечества, может оказаться, как горячо надеялся Эйнштейн, лишь небольшим «побочным продуктом».

С помощью этих формул Эйнштейн создавал теорию относительности. В детской коляске вместе с его маленьким сыном была запись эйнштейновской Вселенной, громадной, конечной и бесконечной четырехмерной Вселенной, по сравнению с которой привычная Вселенная, существующая в абсолютном трехмерном пространстве и абсолютном времени прошлого, настоящего и будущего, становилась простой субъективной тенью.

В свободное время после утомительного рабочего дня в Правительственном патентном бюро в Берне, где он работал инспектором с окладом 600 долларов в год, Эйнштейн созидал свою Вселенную.

Через несколько месяцев, в 1905 г., эти записи из блокнота были опубликованы в научных журналах и ознаменовали собой начало новой эпохи. Одна из работ, озаглавленная «К электродинамике движущихся тел» и занимавшая всего тридцать одну страницу, являлась первым изложением того, что впоследствии стало известно как специальная теория относительности. Ни сам Эйнштейн, ни мир, в котором он жил, ни человеческое представление о Вселенной не могли оставаться неизменными после этого.

В последующие годы Эйнштейн опубликовал много научных работ, отличавшихся необыкновенной оригинальностью и интеллектуальной смелостью. Братство физиков, особенно видные физики, с самого начала поняли, что среди них появился новый гений. А с течением времени его слава проникла в другие научные круги, и к 1920 г. имя Эйнштейна стало синонимом теории относительности, о которой в то время была распространена шутка, что эту теорию могут понять лишь двенадцать человек во всем мире.

Это была специальная теория относительности, которая выражается всемирно известным математическим уравнением: Е = mc2, где Е означает энергию, т — массу, с2 — квадрат скорости света.

В уравнении этом — настолько простом, что оно понятно любому школьнику,— выражена одна из самых смелых идей в истории человечества, а именно: масса и энергия, которые до 1905 г. считались совершенно различными категориями, на деле представляют собой различные проявления одной и той же реальности.

Эйнштейновская формула раскрыла изумленному и сперва скептически настроенному научному миру, что масса — это энергия, так сказать, в замороженном состоянии, а то, что мы в обиходе именуем энергией (тепло, свет, электричество, движение)—это проявление материи в «текучей» форме, как лед — это вода в твердом состоянии, а вода — лед в жидком состоянии.

Следовательно, вся энергия независимо от того, в какой форме она находится,— луч ли это света, электрический ток или движущийся предмет,— на деле представляет собой материальную субстанцию с определенной массой, причем чем больше энергия, тем больше ее масса.

Предмет при дневном свете весит больше, чем тот же предмет в темноте. Горящая электрическая лампочка тяжелее, чем лампочка незажженная. Стакан горячего чая весит больше, чем такое же количество холодного чая. Энергия движения, приданная мячу бейсболистом, делает мяч тяжелее такого же мяча, находящегося в состоянии покоя. Когда мяч ловят, дополнительный вес его энергии движения передается в перчатку игрока в виде тепла. Две половинки земляного ореха весят меньше, чем целый орех; разница в весе равняется энергии, которая удерживала две половинки вместе. И по той же причине две половинки расщепленного атома весят меньше целого атома, а разница приходится на энергию, с помощью которой две половинки атома удерживаются вместе.

Формула показывала, что масса т, равная одному грамму, заключает в себе в замороженном состоянии энергию, равную в эргах (единицах энергии) квадрату скорости света в сантиметрах в секунду. Так как скорость света равна 30 миллиардам сантиметров в секунду, то в одном грамме вещества содержится в замороженном состоянии энергия в 900 миллиардов эрг, или 25 миллионов киловатт-часов. Это равно энергии гидроэлектростанции Гранд Кули Дэм, вырабатываемой при ее полной мощности в течение двенадцати с половиной часов.

Первое подтверждение формулы, как предположил сам Эйнштейн, очевидно, заключается в неисчерпаемости энергии, излучаемой вновь открытыми радиоактивными элементами— радием и полонием. Эта формула явилась одним из краеугольных камней в современной концепции атома, которая привела к открытию того, что вся энергия Вселенной заключена в атомном ядре.

Но самое большое доказательство, самое яркое подтверждение, которое когда-либо давалось умственной концепции, было получено утром 16 июля 1945 г. при взрыве первой атомной бомбы в пустыне Нью-Мексико. Для всего остального мира это было продемонстрировано уничтожением Хиросимы и Нагасаки.

Взрыв атомной бомбы означал первое на Земле превращение массы в энергию, осуществленное в большом масштабе. В каждой из атомных бомб небольшое количество массы урана-235 или плутония было «разморожено» и сделано «текучим». Общее количество превращенной массы равнялось приблизительно одному грамму, т. е. около 2/б массы десятицентовой монетки, зато освобожденная энергия была эквивалентна более чем 20 000 тонн тротила.

Как ни странно, именно Эйнштейн, выдающийся пацифист своего века, подписал историческое письмо президенту Рузвельту, призывая его начать работу по созданию атомной бомбы. И хотя с началом работ не очень торопились, сомнительно, что кто-либо другой, кроме Эйнштейна, мог заставить президента обратить внимание на дело, которое в то время казалось более фантастичным, чем любой роман Жюля Верна или Герберта Уэльса.

Ни один человек не получил при жизни такого всеобщего признания, как Альберт Эйнштейн. Неизвестный клерк Патентного бюро в Швейцарии, он неожиданно взлетел, как ракета, над современным ему интеллектуальным миром и был признан научной элитой и всем миром как один из гигантов человеческой мысли.

Эйнштейну было всего двадцать шесть лет, когда он впервые объявил миру свою специальную теорию относительности, которая произвела революцию в человеческих представлениях о пространстве и времени, материи, энергии и свете и дала совершенно новое и гораздо более глубокое представление о Вселенной. Ему было тридцать шесть лет, когда он изложил свою общую теорию относительности, значительно расширившую сферу применения специальной теории и явившуюся основой новой революционной концепции тяготения. Но это не было единственным вкладом, который он внес в человеческое знание.

За последние пятьдесят лет современная наука сделала большой шаг вперед благодаря двум концепциям, имеющим огромное значение. Одной из них была теория относительности, другой — квантовая теория, раскрывающая основные свойства материи и излучения и принципы их взаимодействия. Хотя Макс Планк являлся основателем квантовой теории, установив, что излучение происходит не непрерывно, а определенными дозами, или квантами, именно Эйнштейн превратил эту теорию в одну из основ современной науки и заложил фундамент современного представления о силах, действующих во Вселенной.

Эйнштейн дал первое объяснение фотоэлектрического эффекта, объяснение принципа, который лежит в основе фотоэлемента, сделавшего возможным создание звукового кино, радио, телевидения, видеотелефона, электронного микроскопа и многих других великих открытий современности. Он первым объяснил явление, известное как броуновское движение, которое являлось лучшим прямым доказательством существования молекул и которое позволило человеку впервые наблюдать за их движением и определять их число в любом данном объеме*.

«Теория относительности Эйнштейна,— писал Бертран Рассел в 1924 г.,— является, вероятно, величайшим синтетическим достижением человеческого интеллекта до наших дней. Она суммирует математические и физические знания, накопленные более чем за 2000 лет. Чистая геометрия от Пифагора до Римана, динамика и астрономия Галилея и Ньютона, теория электромагнетизма, созданная на основе исследований Фарадея, Максвелла и их последователей,— все они влились, в несколько измененном виде, в теорию Эйнштейна».