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

• Название: E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
• Автор: Дэвид Боданис
• Издательство: КоЛибри
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00499-3

В 1905 году, выведя свое знаменитое уравнение Е=mc², Альберт Эйнштейн подарил миру мощный источник энергии и открыл новые пути к познанию Вселенной. И теперь, более ста лет спустя, блестящий популяризатор науки Дэвид Боданис увлекательно и просто рассказывает об этом великом открытии. Герои его захватывающей, как детектив, книги — выдающиеся физики, среди которых Фарадей, Резерфорд, Ферми, Оппенгеймер, Гейзенберг и конечно же гениальный Эйнштейн.

---

Однако, к большому разочарованию Чедвика, выяснить это ему так и не удалось. Чем старательнее обстреливал он ядро нейтронами, тем с меньшим успехом ему удавалось проникнуть внутрь их. Только в 1934-м другой исследователь сумел обойти эту проблему, добиться того, чтобы нейтроны с легкостью проникали в ядро, и поосновательнее разобраться в его структуре. Причем исследователь этот работал далеко не в лучшей научной лаборатории мира, а в таком месте, где подобного результата и ожидать-то не приходилось.

Рим, в котором жил Энрико Ферми, хранил воспоминания о своем величии, однако за десятилетия, предшествовавшие 1930-м, он все сильнее и сильнее отставал от остальной Европы. Лаборатория, которую правительство Италии выделило считавшемуся одним из ведущих европейских физиков Ферми, находилась на окраинной улочке, посреди большого парка. Потолки ее были плиточными, полки — мраморными, а за зданием лаборатории росли вокруг пруда с золотыми рыбками миндальные деревья. Для человека, желавшего удалиться от основного русла европейской мысли, место это было попросту идеальным.

В таком-то тихом уединении Ферми и обнаружил, что другие группы исследователей, стремившиеся обстреливать крошечное ядро обладавшими все большей и большей энергией нейтронами, дабы те смогли проникнуть в него, шли неверным путем. Забрасывая быстрыми нейтронами огромное пустое пространство атома, можно добиться лишь того, что они будут попросту проскакивать сквозь него. Хороший шанс попасть внутрь ядра имеют только нейтроны, подлетающие к нему так медленно, что они почти уж и не движутся. Медленные нейтроны ведут себя, как клейкие пули. А причина, по которой они словно бы липнут к ядру, состоит в том, что при относительно медленном движении нейтроны «размазываются» в пространстве. И даже если основное их тело пролетает мимо ядра, периферийные участки все еще сохраняют способность это ядро зацепить.

В те послеполуденные часы, в которые Ферми понял, что ему нужны медленные нейтроны, его ассистенты притащили в лабораторию ведра, наполненные водой из пруда с золотыми рыбками. И пропустили сквозь эту воду быстрые нейтроны, которые испускал обычно использовавшийся ими источник радиоактивности. Молекулы воды так велики, что оказавшиеся в ней нейтроны ударяются о них, отражаясь назад и вперед и теряя скорость. И когда нейтроны, наконец, покидают воду, они уже движутся настолько медленно, что оказываются способными проникать в ожидающие их ядра.

Придуманный Ферми фокус дал исследователям подобие зонда, способного проникать внутрь ядра. Однако получить полную ясность не позволил и он. Что, собственно, происходило, когда замедленный нейтрон попадал внутрь ядра? Получить всю ту энергию, о которой говорило уравнение Эйнштейна, при этом так и не удавалось. Удавалось всего лишь слегка изменять форму ядра, заставляя его испускать малую толику энергии. Это позволяло получать меченные атомы, которые человек глотал и которые давали затем возможность посмотреть, что происходит у него внутри. Одним из первых, кто использовал такие атомы, был Дьердь де Хевеши, доказавший с их помощью, что «свежее» мясо, подававшееся ему хозяйкой манчестерского пансионата, в котором он жил, было не таким уж и свежим, — приготовленное однажды, оно затем выкладывалось каждый день на действительно свежую тарелку, пока постояльцы не съедали весь его запас. И все же, небольшая энергия, излучаемая веществом, которое можно было глотать без всякого вреда для здоровья, была вовсе не тем, что обещало колоссальное с2.

Должно было существовать какое-то иное объяснение происходящего, новый уровень детализации, подобраться к которому физикам пока не удавалось. Атомы были не сплошными массивными шариками, но, скорее, почти пустыми сферами, подобными океанскому бассейну, из которого выкачана вся вода, за исключением поверхностной его оболочки, и обладающими крошечной сплошной сердцевиной. Это показал Резерфорд. Впрочем и сердцевина их сплошной не была. Она содержала протоны, в которых потрескивали положительные электрические заряды, и плотно упакованные вместе с ними камушки — нейтроны. Это стало ясным в 1932 году. Нейтроны могли легко покидать ядра и так же легко проникать в них, — чтобы добиться последнего следовало лишь проделать довольно неожиданный фокус: замедлить посылаемые в ядро нейтроны. Это было показано Ферми в 1934-м. После чего все на несколько лет застопорилось.

Глава 9. Среди безмолвия полуденных снегов

Понимание того, что происходит внутри ядра, — а с ним и открытие более глубоких механизмов поведения вещества, которое позволило, наконец, подобраться к энергии, обещанной формулой E=mc2, — было достигнуто только в 1938 году. И достигнуто оно было одинокой шестидесятилетней австрийкой, застрявшей на окраине Европы — в Стокгольме, даром, что по-шведски она и говорить-то не умела.

«Я оказалась здесь… — писала она, — в положении, которое не дает мне никаких прав. Постарайтесь представить, как бы вы чувствовали себя, если бы… вам выделили в институте комнату, которой вы не можете распоряжаться, лишив вас какой бы то ни было помощи и каких бы то ни было прав…».

Перемена была удручающая, поскольку всего за несколько месяцев до нее Лизе Майтнер считалась одним из ведущих ученых Германии, — «нашей мадам Кюри», как назвал ее Эйнштейн. В Берлине она появилась в 1907-м, — приехавшей из Австрии невообразимо застенчивой студенткой. Однако она боролась со своей замкнутостью и вскоре подружилась с учившимся в том же, что она, университете на редкость красивым студентом по имени Отто Ган. Человеком он был легким, уверенным в себе, говорил с франкфуртским акцентом, который сам же и вышучивал, и, казалось, считал своей обязанностью сделать все, чтобы эта тихая, только что появившаяся в Берлине студентка чувствовала себя здесь как дома.

Вскоре эти двое уже делили лабораторию, находившуюся в подвале здания химического факультета. Они были почти одногодками, обоим было под тридцать. Он уговорил ее петь вместе с ним написанные для двух голос песни Брамса, и она делала это, хоть и часто фальшивила. Когда их общая работа шла особенно хорошо, писала она, «[Ган] насвистывал большие куски скрипичного концерта Бетховена, временами нарочно меняя ритм последней темы, чтобы повеселиться, слушая мои протесты…». Неподалеку находился институт физики, и другие молодые ученые «часто навещали нас, временами пролезая, вместо того, чтобы идти обычным путем, через окно столярной мастерской». По окончании работы Майтнер оставалась в одиночестве, — жила в поочередно снимаемых ею комнатах на одного человека, ходила на концерты, покупая билеты на самые дешевые места для студентов. Общество других людей она находила лишь в лаборатории.

Аналитиком и теоретиком она была намного лучшим, чем Ган, однако ему хватило ума — и рассудительности, — чтобы понять: это может принести ему только пользу. Он всегда умел находить для себя великолепных наставников. Первые открытия, совместно сделанные Майтнер и Ганом, привели к тому, что они получили большую лабораторию в новом институте кайзера Вильгельма, расположенном на западной окраине тогдашнего Берлина. Вблизи от института еще стояли деревенские ветряные мельницы, чуть дальше к западу начинался лес. Они получили известность как серьезная и надежная команда исследователей, помогавшая выстраивать основные и совершенно необходимые знания о том, что представляют собой атомы; и открытия их вскоре стали считать такими же значительными, как те, что делал в Англии Резерфорд.

Все это время она и Ган выдерживали в своих отношениях тон внешне официальный, старательно избегая неформального «ты». Во всех письмах Майтнер он именовался так: «Дорогой герр Ган». Однако их могли связывать и отношения особые, ни разу не упоминавшееся ими понимание того, что такая полная достоинства официальность предохраняет их от вступления в связь более серьезную.

В 1912-м, когда Майтнер было тридцать четыре, а совместная работа их продолжалась уже четыре года, Ган женился на молодой студентке отделения гуманитарных наук. Майтнер говорила всем, что ее это нисколько не волнует. Однако, хоть Майтнер никогда не встречалась с Ганом открыто, она не встречалась ни с кем и во все последующие годы. Майтнер дружила с еще одним молодым коллегой, Джеймсом Франком, связь с ним она продолжала поддерживать более полувека — и после того как он женился, и после того как ему пришлось уехать из Германии в далекую Америку. «Я в вас влюбился», — шутливо писал ей Франк, когда им обоим было уже за восемьдесят. «Spät! (Опоздали!)» — весело отвечала Лизе.

Во время Первой мировой войны Майтнер добровольно работала в госпиталях, в том числе и в самых страшных, находившихся вблизи восточного фронта, а Ган выполнял задания военного ведомства. Проблем нравственного порядка, связанных с тем, что он занимался отравляющими газами, ни у него, ни у нее, похоже, не возникало. Она регулярно писала ему, передавая последние институтские слухи, рассказывая о поездках к морю с женой Гана и, время от времени, описывая, очень смягченно, свою работу в госпитале. Времени для научных исследований у нее оставалось мало: «Дорогой герр Ган!.. Прежде, чем читать дальше, наберите побольше воздуха в грудь… Я хотела закончить некоторые измерения, чтобы получить возможность… рассказать Вам о множестве очень интересных вещей».