E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

Боданис Дэвид

Мы привыкли считать нашу планету старой, однако, когда она формировалась, небеса уже были древними, полными миллионов взрывающихся гигантов. Их взрывы выбрасывали в космос кремний, железо и даже кислород — все что было необходимым для образования вещества, из которого состоит Земля.

При взрывах древних звезд создавались в больших количествах и неустойчивые элементы, такие как уран и торий, — и оказавшись глубоко под поверхностью Земли, они продолжали взрываться, обстреливая высокоскоростными фрагментами своих ядер окружавшие их скальные породы. Эти радиоактивные выбросы, создаваемые ураном и иными тяжелыми элементами, плюс изначальное тепло, сохранившееся со времени сотворения Земли, не давали недрам нашей планеты остывать. Такие последовательные и множественные проявления E=mc ²помогали поддерживать под земной поверхностью температуру, которой хватало

на то, чтобы обеспечивать сдвиги в тонкой пленке континентов, — так формировалась поверхность Земли.

В некоторых местах участки этой пленки сталкивались, сминая друг друга, отчего возникало подобие ряби, которую мы называем ныне Альпами, Гималаями или Андами. В других внутренний жар планеты выжигал ямы, получившие теперь такие названия, как залив Сан-Франциско, Красное море и Атлантический океан. Эти ямы превосходно подходили для накопления также падавшего из космоса водорода, который, соединяясь с кислородом, образовал океаны плещущейся воды. В глубинах планеты плескалось — пусть и на более степенный манер — железо, движимое ее вращением вокруг своей оси. Оно создавало над собой невидимые линии магнитного поля, те самые, которые 4 миллиарда лет спустя описывал и воспроизводил в подвалах лондонского «Королевского института» Майкл Фарадей. В итоге далеко вверху возникла целая сеть таких линий, которая помогала защитить сами собой собиравшиеся на поверхности молекулы углерода от потоков наиболее опасного космического излучения.

Извергались, питаемые постоянно работавшей в глубине планеты формулой E=mc ², вулканы, и это создавало подобие конвейерной ленты непрерывного действия, поднимавшей из недр Земли химические элементы. Ключевые микроэлементы выбрасывались в воздух, помогая образованию плодородной почвы; огромные облака двуокиси углерода поднимались вверх, создавая на молодой планете парниковый эффект, который давал дополнительное тепло, необходимое для зарождения жизни. Там, где возникала особенно высокая концентрация фрикционного тепла, которое порождалось атомами, расщеплявшимися в соответствии с E=mc ², срабатывали подводные вулканы, чьи извержения пробивались даже сквозь тысячи метров холодной океанской воды — именно так и возникли поднявшиеся над волнами Тихого океана Гавайские острова.

Пропустим несколько миллиардов лет и мы увидим, как появляются первые самодвижущиеся скопления атомов углерода (то есть мы с вами), как они бредут сквозь низкие облака созданного звездами кислорода, как помешивают насыщенные кофеином жидкости, образованные при участии возникших во время «большого взрыва» атомов водорода, и читают книжку о том, каким образом они появились на свет. Ибо мы живем на такой планете, где постоянная работа уравнения E=mc ²окружает нас со всех сторон.

Атомные бомбы были примером первого прямого его применения. Поначалу в лабораториях «Манхэттенского проекта» удалось, ценой огромных усилий, изготовить лишь горстку таких бомб, однако после Хиросимы возникла колоссальная инфраструктура, состоявшая из заводов, ученых и научно-исследовательских институтов, — и бомб стало больше. К концу 1950-х атомные и водородные бомбы насчитывались уже сотнями и даже сейчас, после завершения Холодной войны, количество их исчисляется многими тысячами. Создание этих бомб потребовало сотен проводившихся годами наземных испытаний, при которых в атмосферу выбрасывались мощные потоки радиоактивных частиц, разлетавшихся затем по всей планете — и ныне их носит в своем теле каждый, какой только живет на Земле, человек.

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=mc ². 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=mc ²работает 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=mc ²светящиеся 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=mc ²сработало 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.

7

Пещера во Франции, около горы Монтиньяк, с гравированными и живописными настенными изображениями (охоты на бизона, оленей, диких быков, лошадей) позднепалеолитического времени.