E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения в мире - Дэвид Боданис

К 1906-му, поняв, что молодой швейцарец открыл неизмеримо обширное поле исследований, Пуанкаре впал в холодную хандру. Вместо того, чтобы повнимательнее приглядеться к уравнению Эйнштейна, которое Пуанкаре был вправе счесть своим пасынком, и представить его парижским коллегам с целью дальнейших исследований, он постарался держаться от этого уравнения на расстоянии, никогда о нем не говорил, а имя Эйнштейна упоминал крайне редко.

Другие современники присматривались к работе Эйнштейна гораздо внимательнее, однако склонялись поначалу к тенденции упускать из виду ее ключевой момент — причину, по которой Эйнштейн отвел «с» центральную роль. Они бы еще как-то поняли Эйнштейна, если бы он соорудил в своей лаборатории некую совершенно новую аппаратуру, позволившую получше изучить находки Марии Кюри и иных ученых и тем самым сделать открытие, которого никто другой не сделал. Однако у Эйнштейна никакой лаборатории не было и вот это представлялось им непостижимым. «Новейшие открытия», на которые он ссылался, были сделаны учеными, скончавшимися десятилетия, а то и столетия назад. Но и это не было самым главным. Эйнштейн развил свои идеи не путем терпеливой компиляции некоторого количества новых результатов. Нет, он, как мы видели, провел долгое время, «мечтательно» размышляя о свете, его скорости, о том, что является и что не является логически возможным в нашей вселенной. Правда, «мечтательными» эти размышления казались лишь посторонним, которые не понимали Эйнштейна. Ибо размышления и привели его к одному из величайших интеллектуальных достижений всех времен.

В течение столетий, прошедших после того, как родилась — примерно в семнадцатом веке — направляемая математикой наука, люди полагали, что основные представления о вселенной у них уже имеются, — кое-какие детали еще оставалось уточнить, однако диктуемые «здравым смыслом» свойства окружающего нас мира можно было считать самими собой разумеющимися. Мы жили в мире, где тела, пребывая в движении, сохраняли постоянную массу; где время текло ровно и гладко, а относительно того, в какой точке этого потока мы находимся, все пребывали в совершенном согласии.

Эйнштейн же обнаружил, что мир нашим представлениям о нем не отвечает. Все выглядит так, понял он, точно Бог усадил нас в маленький детский манеж — на поверхность планеты Земля — да еще и позволил нам думать, будто все, что мы из него видим, происходит на самом деле. А между тем, за пределами нашего зрения лежат области, которых мы не видим и в которых наши интуитивные представления не работают. Обнаружить происходящее там способно лишь отвлеченное мышление.

Взаимозаменяемость энергии и массы, о которой говорит уравнение E=mc2, это лишь одно из последствий такой более полной картины. Существуют и другие — чтобы понять их, полезно представить себе мир, в котором верхним пределом всех скоростей является не 300000000 м/с (или 1080000000 км/час), а величина более скромная — скажем, 48 с небольшим км/час. Что мы увидели бы, согласно опубликованной в 1905 году статье Эйнштейна, в этом случае?

Первое поразительное явление, которое бросилось бы нам в глаза, вытекает из рассмотренного нами примера с космическим кораблем. Автомобили, терпеливо стоящие на красном свете, обладали бы обычным их весом, но при смене красного света зеленым набирали бы скорость, а вместе с нею и массу. Собственно говоря, это происходило бы также с пешеходами, бегунами трусцой, велосипедистами — со всем, что движется. Школьница, ожидающая со своим велосипедом зеленого света, могла весить 45 кг, однако, развив скорость около 43 км/час, весила бы уже под 105 кг. Развив же еще большую или просто спускаясь с холма на скорости, несколько меньшей 48 км/час, она вскоре весила бы уже под тонну. Вырос бы и вес ее велосипеда. Однако как только она перестала бы крутить педали, ее вес и вес ее велосипеда возвратились бы к их обычным статичным значениям.

В то же самое время, автомобили, велосипеды и даже пешеходы претерпевали бы другое изменение. В зависимости от позиции, с которой мы наблюдали бы за приближающимся к нам автомобилем длиной в 3,5 м, пропорции его изменялись бы, определенные части выглядели бы уменьшившимися (да еще и сместившимися). При скорости в 47,9 км/час некоторые части автомобиля стали бы совсем крошечными. Водитель и пассажиры тоже ссохлись бы в размерах — но, опять-таки, стоило автомобилю остановиться, и все приобрело бы вид самый обычный.

И мы не только увидели бы, как проносящиеся мимо нас машины становятся более тяжелыми и изменяются в размерах, мы также заметили бы, что время внутри них, похоже, течет медленнее. Если бы водитель протянул руку, чтобы включить CD-плеер, мы увидели бы, что рука его движется с крайней медлительностью. А после включения плеера звук исходил бы из него с мучительной неторопливостью, так что каждая рулада раннего Майкла Джексона походила бы на тягостный погребальный напев.

В такой картине мира «правильная» точка зрения попросту отсутствует — даже наблюдатель, находящийся в повисшем над этим странным городом вертолете дорожной полиции, подтвердил бы: да, машины действительно претерпевают странные изменения, а вот неподвижно стоящие на тротуарах люди выглядят «нормально». Но почему же они получили такой благоприятный статус, а движущиеся машины изменяются? На самом-то деле, ни водители машин, ни школьница на велосипеде никаких изменений не ощущают. Велосипедистка смотрит вокруг и обнаруживает, что руль ее велосипеда, ее тело и рюкзачок за спиной тяжелее отнюдь не стали. А вот люди, которых она оставляет позади, выглядят как-то странно. Это они приобретают бóльшую массу.

И сидящие в машинах пассажиры с ней согласятся. Плеер играет совершенно нормально, скажут они, молодой Майкл Джексон поет так же быстро, как пел всегда. Зато люди на улицах движутся замедленно и швейцары гостиниц, подзывающие такси для постояльцев, руки поднимают с немалым трудом, а щеки, собираясь посвистеть, раздувают, точно глубоководные рыбы.

В теории относительности все эти явления подытоживаются так: всякий, кто наблюдает за удаляющимся от него объектом, видит, что масса этого объекта растет, его размеры растягиваются и время для него растягивается тоже. Люди, стоящие на улице, видят, как это происходит с автомобилем; люди, сидящие, в автомобиле видят, как это происходит с теми, кто стоит на улице.

Человеку, прочитавшему это утверждение впервые, оно представляется бессмыслицей. Даже Эйнштейну поначалу трудно было принять его — в тот летний день, когда он еще работал над своей статьей, его томила во время длинной прогулки с Мишелем Бессо необъяснимая подавленность. Однако принять это утверждение нам трудно лишь потому, что мы никогда не взаимодействуем друг с другом на скоростях, близких к 300000000 м/с (а эффекты, возникающие при обычных для нас скоростях, слишком малы, чтобы мы их заметили). Представьте себе, скажем, музыкальный плеер, принесенный кем-то на пикник. С точки зрения человека, который стоит с ним рядом, плеер играет громко. Тому, кто уходит от него на несколько сот метров, музыка почти не слышна. Мы соглашаемся с тем, что ответа на вопрос, громко ли звучит плеер «на самом деле», не существует, — но лишь потому, что мы способны ходить достаточно быстро и можем отойти от него на сотни метров за довольно короткое время. А муравей или иное крохотное существо способны удалиться от плеера так далеко, чтобы громкость его звучания изменилась, лишь за сроки, равные продолжительности жизни нескольких поколений его сородичей. И ему наши представления о том, что для разных наблюдателей музыка может звучать с разной громкостью, показались бы попросту безумными.