Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
Были построены ядерные подводные лодки — взрывавшиеся в котлах этих судов радиоактивные элементы давали тепло, необходимое для вращения их винтов. Это было страшное оружие, но именно потому оно и обеспечивало странную стабильность в наиболее опасные периоды Холодной войны. Предыдущие, времен Второй мировой войны, поколения подводных лодок не могли подолгу находиться на боевом дежурстве. На поверхности воды им удавалось развивать скорость до 22 км/час — скорость велосипедиста; под водой они двигались со скоростью пешехода — 7,5 км/час. Пытаясь пересечь Атлантический или Тихий океан, они пожирали такое количество топлива, что очень скоро им приходилось дозаправляться, а это в условиях военного времени было предприятием отнюдь не простым, или разворачиваться и тащиться восвояси. Другое дело — подводная лодка с ядерными двигателями. Русские и американские субмарины могли выходить на огневую позицию и оставаться на ней неделями и месяцами кряду, создавая угрозу, которая заставляла противника быть очень осторожным и стараться не совершать шаги, способные привести к тому, что такая лодка даст залп всеми ее ракетами.
Что касается суши, на ней строились огромные электростанции, в которых для вращения турбин использовалось фрикционное тепло, создаваемое в соответствии с формулой E=mc2. Это был не самый разумный выбор источника энергии, поскольку даже обычные, не ядерные, взрывы на таких станциях могли приводить к ужасающим последствиям; к тому же, ничто не пугает финансовых служащих корпораций сильнее, чем формулировка «неограниченная ответственность», а радиоактивное заражение стен и цементных полов таких станций, плюс необходимость избавления от радиоактивных остатков их топлива создавали ответственность очень не малую. Тем не менее, правительство Франции — в предвидении возможных обвинений подобного рода — попросту запретило судам принимать к рассмотрению дела против атомной индустрии: и теперь около 80 процентов используемого этой страной электричества производится атомными электростанциями. Когда по ночам освещается Эйфелева башня, электричество для этого получают, воспроизводя, но только медленно, взрыв древних атомов над Хиросимой.
Уравнение E=mc2 работает и в обычных жилых домах. В детекторах дыма, накрепко привинченных к кухонным потолкам, обычно содержатся образцы радиоактивного америция. Детектор получает необходимую для его работы энергию, преобразуя в нее — в точном соответствии с уравнением — массу америция и затем используя эту энергию для создания чувствительных к наличию дыма потоков заряженных частиц: и работать такие детекторы могут годами.
Точно в такой же степени зависят от E=mc2 светящиеся указатели «Выход», которые мы видим в торговых центрах и театральных залах. Питать эти указатели от обычных источников света дело не надежное, поскольку при пожаре подача электричества может прерваться и тогда указатели просто погаснут. Поэтому внутри их находится радиоактивный тритий. Указатели содержат достаточное количество ядер нестабильного трития, который непрерывно «теряет» массу, излучая при этом полезную энергию.
В больницах уравнение постоянно применяется в медицинской диагностике. При использовании мощных устройств создания изображений, известных как ПЭТ (позитронная эмиссионная томография) — сканнеры, пациент вдыхает радиоактивные изотопы кислорода. Ядра их атомов, распадаясь, излучают потоки энергии, которые регистрируются на выходе из тела пациента. Это позволяет получать данные об опухолях, кровотоке или действии принимаемых внутрь лекарств — именно таким образом изучалось, к примеру, воздействие «прозака» на мозг. В случае радиационного лечения рака опухоли бомбардируют микроскопическими количествами таких радиоактивных веществ, как кобальт. При распаде нестабильных ядер кобальта, часть их массы опять-таки «исчезает», а результирующая энергия оказывается достаточной для того, чтобы разрушать ДНК раковых клеток.
Существует также нестабильная разновидность углерода, — она постоянно образуется за иллюминаторами реактивных пассажирских самолетов и создают ее космические лучи, часть которых поступает к нам из отдаленных уголков галактики. Всю нашу жизнь мы вдыхаем этот углерод. Положите себе на ладонь чувствительный счетчик Гейгера и вы услышите, как он защелкает. (По сути дела, он «прослушивает» миниатюрные срабатывания уравнения, записанного Эйнштейном в 1905 году. Каждый щелчок счетчика Гейгера свидетельствует о том, что E=mc2 сработало снова, что нестабильное ядро изотопа углерода испустило излишний нейтрон, который оно захватило, проходя через верхние слои атмосферы.) Однако, когда мы перестаем дышать, — или когда засыхает дерево либо останавливается рост растения — приток углерода в них прекращается. И щелчки понемногу стихают.
Нестабильный углерод — это знаменитый С-14. Он представляет собой подобие часов, использование которых произвело революцию в археологии. Применение углеродной датировки позволило доказать, что Туринская плащаница это средневековая подделка, поскольку содержание углерода в ее полотне стало сокращаться, начиная с четырнадцатого столетия, но никак не раньше. Фрагменты углерода, взятые из пещеры Ласко[7], из могильных курганов индейцев, из пирамид Майя и поселений кроманьонцев, позволили впервые точно датировать и их происхождение.
А высоко над нами, уже за пределами атмосферы, проносятся спутники мозаичной навигационной системы министерства оборона США с аппаратурой Глобальной системы позиционирования на борту. Излучаемые ими сигналы постоянно претерпевают синхронизационный сдвиг — описанный теорией относительности искажающий эффект, о котором у нас шла речь в главе 7, — и с тем же постоянством его приходится корректировать с помощью компьютерных программ, которые используют открытия Эйнштейна для внесения поправок в эти сигналы. И наконец, совсем уж далеко от нас висит в пространстве огромный, сотрясаемый взрывами шар Солнца, в котором гигантский коэффициент c2 используется для продолжающегося уже миллиарды лет обогрева нашей планеты, без которого никакая жизнь на ее просторах существовать не могла бы.
Глава 16. Брамин поднимает глаза к небу
Солнце, конечно, огромно, однако не может же оно гореть вечно. Для обогрева всей Солнечной системы требуются колоссальные количества топлива, пусть даже ее обогреватель перекачивает вещество через знак равенства, стоящий в E=mc2. Сейчас масса Солнца равна 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн, однако каждый день оно расходует на мультимегатонные взрывы около 700 миллиардов тонн содержащегося в нем водорода. И в следующие 5 миллиардов лет наиболее доступная часть этого топлива будет израсходована.
Когда это произойдет и в центре Солнца останется лишь гелиевый «пепел», происходящая в нем реакция начнет смещаться от центра вверх, прокачивая через насос E=mc2 водород, находящийся ближе к поверхности нашего светила. Внешние слои Солнца станут расширяться и несколько охлаждаться, отчего Солнце начнет светиться красным светом. Расширение будет продолжаться вплоть до орбиты Меркурия. К этому времени каменная поверхность этой планеты расплавится, а остатки ее поглотит пламя. Потом, еще несколько десятков миллионов лет спустя наше обратившееся в красный гигант Солнце достигнет орбиты Венеры, поглотив и ее тоже. Но что будет происходить после этого?
Кто говорит, мир от огняПогибнет, кто от льда.
Роберт Фрост опубликовал эти строки в 1923 году, когда изображал в штате Вермонт выращивающего яблоки фермера. Однако первый вариант стихотворения был написан, еще когда он состоял в штате Колледжа Амхерста и имел возможность тратить немалое время на чтение. В ту пору многие из писавших на научные темы людей использовали популярный со времен знаменитого французского натуралиста Бюффона и до поздней викторианской Англии образ огромной остывающей вселенной. Но были и такие, кто противопоставлял ему более ранние апокалипсические образы «Откровения Иоанна», предвещавшего в конце огонь и потопление.
В действительности, с Землей произойдет и то, и другое. Существа, которые будут населять поверхность этой планеты в пятимиллиардный год нашей эры, увидят как Солнце станет разрастаться в размерах до тех пор, пока оно не займет собой половину дневного небосвода. Океаны выкипят, камни на поверхности планеты расплавятся. Возможно, существовавшая на Земле жизнь сможет, используя технологии, которые мы сейчас и вообразить не способны, переселиться на другие планеты или укрыться в глубоких подземных тоннелях; возможно, Земля опустеет задолго до того времени, когда сжигающее все Солнце наполнит небо.
Солнце сохранит огромные размеры в течение еще миллиарда лет, пока будет выгорать оставшийся внутри его гелиевый пепел; оно так и будет уничтожать собственную массу, обращая ее в энергию яростного света и тепла. Затем, когда поддерживавшие его размер потоки энергии ослабеют, оно начнет сжиматься. К этому времени в нем выгорит столько «топлива», что горение Солнца станет неустойчивым.
