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

Расчет кинетической энергии взят из книги Serber, «The Los Alamos Primer» pp. 10 и 12; соображения относительно быстрых нейтронов коротко изложены в книге Bernstein, «Hitler's Uranium Club» pp.21–22.

С. 92 На краткое время создаются условия, схожие с теми, что имели место на ранних этапах рождения вселенной: Может ли это привести к возгоранию атмосферы Земли? Нет, поскольку тепловой энергии взрыва, пусть и колоссальной, все-таки не хватает для того, чтобы пересечь барьер, за которым начинается плавление. Единственным возможным кандидатом на воспламенение был бы преобладающий в атмосфере Земли азот. Однако задолго до того, как окажется достигнутой температура его плавления, электроны унесут с собой энергию — и так быстро, что необходимая локальная концентрация тепла не возникнет. Широко распространенная уверенность в том, что такое возгорание возможно, имеет, по-видимому, источником недопонимание, возникшее в 1958 году, когда романистка Перл Бак взяла интервью у одного из главных администраторов проекта. Превосходное и просто изложенное резюме физических соображений на этот счет содержится в книге Hans Bethe, «The Road From Los Alamos»[121] (New York: Simon amp; Schuster 1991) pp. 30–33.

С. 94 Первая работа, которую проделало на Земле уравнение E=mc2, завершается: Существует известная обложка журнала «Тайм», изображающая Эйнштейна на фоне грибовидного облака и уравнения E=mc2, с библейской властностью начертанного на этом облаке. Однако «ответственность» Эйнштейна за случившееся это вопрос куда более тонкий. То, что произошло над Хиросимой, проистекало из уравнения, записанного Эйнштейном за многие годы до этого, но самого уравнения для детальной инженерной разработки бомбы было не достаточно, — в определенном смысле, оно даже не было «необходимым», поскольку ядерные физики могли, в принципе, развить нужные технические знания, и не сознавая, что общая картина взрыва суммарно выражается этим уравнением.

И тем не менее, Эйнштейну приходилось оправдываться за то, что он оказался связанным со случившимся. Отвечая в 1952 году одной японской газете, он писал: «Мое участие в создании атомной бомбы сводится к одному единственному поступку: к тому, что я подписал письмо, направленное президенту Рузвельту». А в 1955 году, в письме к французскому историку, Эйнштейн развил эту тему:

Вы, похоже, считаете, что я, несчастный человек, открыв и опубликовав соотношение между массой и энергией, сделал тем самым важный вклад… Вы полагаете, что мне следовало… в 1905 году предвидеть возможность создания атомной бомбы. Однако это было решительно невозможным, поскольку осуществление «цепной реакции» основывалось на опытных данных, предвидеть которые в 1905 году было весьма затруднительно… Даже если бы такое знание уже существовало, попытка утаить некий частный вывод из специальной теории относительности выглядела бы смехотворной. Если теория существует, существуют и выводы из нее.

Распространенная уверенность насчет того, что его работа была связана с бомбой, основывается, я полагаю, на порождающей благоговейный трепет мысли о том, что, даже не желая создания бомбы, Эйнштейн, в определенном смысле, предсказал его. Цитаты взяты из книги «Einstein on Peace», ред. Otto Nathan и Heinz Norden (New York: Simon amp; Schuster, 1960), pp. 583 and 622-23.

С. 97 «сбежал вниз по лестнице…»: Все цитаты взяты из книги «Cecilia Payne-Gaposchkin: An Autobiography and Other Recollections»[122], ред. Katherine Haramundanis (Cambridge: Cambridge University Press, 2nd ed., 1996). «сбежал вниз по лестнице», сс. 119-20; «поехала на велосипеде», с.121; «с удобством разлегшись на полу», с.72. «с рядами выкрикивающих грубости студентов» это не прямая цитата, она взята из сноски на с. 118.

С. 97 …в плавающих по космосу облаках изначального газа…: Не все сжимавшиеся облака достигали плотности, достаточной для воспламенения — планета Юпитер дает нам один из примеров неторопливого облака, имевшего размеры в несколько раз меньшие тех, какие требуются для возникновения термоядерной реакции. Не исключено, что в нашей галактике носится огромное число свободных планет или еще больших не вспыхнувших небесных тел, так и не приставших ни к каким звездам.

С. 98 «задача эта преследовала меня днем и ночью» и «Я рассказала подруге о том, как мне нравится одна девушка»: Cecilia Payne-Gaposchkin, pp. 122 and 111.

С. 98 «Мне всегда хотелось заняться математическим анализом»: George Greenstein, «The Ladies of Observatory Hill,» in «Portraits of Discovery»[123] (New York: Wiley, 1998), p. 25.

С. 99 Ее работа была намного сложнее приведенного мной примера: Новая теория была обязана своим происхождением индийскому теоретику Мег Над Саба. История ее замечательно изложена в работе V. DeVorkin and R. Kenat «Quantum Physics and the Stars. 2: Henry Norris Russell and the Abundance of the Elements in the Atmospheres of the Sun and Stars»[124], Journal of the History of Asstronomy, 14 (1983), pp. 180–222. Более сжатые изложения присутствуют в Greenstein, pp. 15–16 и автобиографии Пэйн, с.20. Об удивительном появлении таких личностей, как Саба (а также Раман и Бозе) в Индии периода, последовавшего за 1920-ми, а затем и об удивительном отсутствии у них — после первых работ мирового уровня — каких-либо новых достижений см. замечания Чандрасекара в книге Kameshwar Wali, «Chandra: A Biography of S. Channdrasekhar»[125] (Chicago: University of Chicago Press, 1992), pp. 246-53. Их открытия, считал Чандра, были частью горделивого самовыражения, к которым призывали Ганди и антибританское сопротивление; а своим последующим крахом они были обязаны тем, что каждый обретавший внезапно известность ученый создавал собственную кичливую, раздражительно академичную империю — пагуба, от которой индийская наука страдает и по сей день.

С. 100 «Огромный избыток [водорода]…»: Cecilia Payne-Gaposchkin, p. 20.

С. 101 …каждую секунду перекачивает 4 миллиона тонн водорода, обращая его в чистую энергию: Как можно установить эту величину? Самая страшная жара, наступающая в полдень в Долине смерти, обязана своим происхождением примерно одной тысяче ватт солнечного излучения, падающего на квадратный ярд земной атмосферы, расположенный прямо над этой долиной; если пересчитать это применительно к размерам всей планеты, получится, что Земля получает от Солнца энергию в 150 квадрильонов ватт.

Для того, чтобы понять, какую массу теряет Солнце, обеспечивая Землю такой энергией, следует вспомнить о том, что с2 - множитель очень не маленький, а мы обитаем в столь крошечной нише вселенной, что приходящаяся на нашу долю масса-энергия оказывается попросту мизерной и «массовый» ее аспект почти теряется на фоне общей гигантской энергии, излучаемой Солнцем. Поскольку энергия это масса, умноженная на с2, постольку масса это энергия, деленная на ту же величину. Иными словами, m=E/c2. Если подставить в это выражение 150 квадрильонов ватт для Е и 1080 миллионов км/час для с, вы получите около 2 кг. Вот и все — свет и тепло, которые достаются Земле производятся всего-навсего из двух с небольшим килограммов водорода, которых лишается Солнце.

Кстати сказать, примерно таким же образом получена и та цифра, что была приведена в начале этой главы, где говорилось, что Солнце каждую секунду «взрывает» эквивалент множества бомб, взорванных над Хиросимой. Если Солнце находится в центре огромной сферы, а Земля представляет собой лишь крошечную точку на ее поверхности, то, разумеется, площадь этой поверхности во много раз больше, чем площадь Земли. Собственно говоря, она больше примерно в 2 миллиарда раз, а поскольку свет Солнца распространяется во всех направлениях и заливает всю поверхность этой воображаемой сферы, то и масса, которую Солнце «теряет» каждую секунду, тоже во много раз больше. Это масса в более чем три с половиной миллиарда килограмм. Бомба, взорвавшаяся в 1945 году над Хиросимой, причинила огромные разрушения, полностью обратив в энергию немногим больше 200 граммов своей массы, откуда и следует, что Солнце каждую секунду взрывает более 16 миллиардов таких бомб.

С. 102 «Я получил удар…»: Fred Hoyle, «Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist’s Life»[126] (Oxford: Oxford University Press, 1997), p. 48.

С. 102 «Я сказал…»: Там же, р. 49.

С. 103 «Каждое утро я, позавтракав…»: Там же, р. 50.

С. 103 …однако имена, которые услышал здесь Хойл…: Одно из них принадлежало Нику Кеммеру, который работал в собственно британском атомном проекте, а потом вдруг куда-то исчез; другое — блестящему математику Морису Прайсу, также загадочным образом исчезнувшему из подразделения сигнализации Адмиралтейства — см. там же, рр. 227-28.

С. 104 Имплозия превосходно работает на Земле: Аналогии такого рода отражались и в привлечении людей к работе по созданию атомной бомбы. К примеру, главой теоретиков Лос-Аламоса был Ханс Бете, — тот самый Бете, который в 1938 году «завершил» работу Пэйн и других, усовершенствовав их уравнения, которые описывали происходящие на Солнце реакции синтеза.