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

Университетских студентов 1900 года учили тому, что обычное вещество — то, из которого состоят кирпичи, сталь, уран и все прочее, — и само состоит из мельчайших частиц, именуемых атомами. Однако, из чего состоят атомы, этого не знал никто. Общее мнение сводилось к тому, что они подобны сплошным, блестящим шарикам, вроде тех, которые крутятся в шарикоподшипниках, — что атомы это такие посверкивающие сущности, заглянуть внутрь которых невозможно. И только в 1901 году, благодаря исследованиям Эрнеста Резерфорда, рослого мужчины с медвежьим басом, работавшего в Манчестерском университете, об атомах возникли представления более ясные.

Резерфорд оказался в Манчестере, а не в Оксфорде и не в Кембридже, не потому, что происходил из провинциальной Новой Зеландии и говорил с акцентом простолюдина. Ученому, умеющему держаться достаточно скромно, такие недостатки легко прощают. Проблема состояла, скорее, в том, что, еще обучаясь в Кембридже, Резерфорд показал себя не способным почтительно относиться к старшим. А как-то раз он и вовсе выступил с предложением создать совместное предприятие, которое торговало бы одним из его изобретений, и это предложение было приравнено к смертному греху. И однако же, причина, по которой он оказался ученым, впервые сумевшим заглянуть внутрь атома, состояла, в значительной мере, в том, что Резерфорд был человеком, хорошо понимавшим, что такое дискриминация, и это понимание сделало его одним из самых мягких руководителей, какие только встречаются на свете. Его громогласность была не более чем камуфляжем. Резерфорд умел воспитывать толковых помощников — одним из главных его экспериментов руководил молодой человек, в конечном итоге доведший до совершенства чрезвычайно полезный портативный детектор радиации, устройство которого было придумано самим Резерфордом: издающий громкие щелчки счетчик, коему обязан своей славой Ханс Гейгер.

Совершенное ими открытие описывается в современных школах так часто, что нам уже трудно представить себе, насколько неожиданным оно оказалось. Резерфорд обнаружил следующее: сплошные непроницаемые атомы на самом деле почти полностью пусты. Представьте себе, что метеор падает в Атлантический океан и вместо того, чтобы так в нем и остаться, ударившись, в конце концов, об океанское дно, с громовым ревом вылетает назад. Подумайте о том, как трудно преодолеть устоявшиеся представления и понять: единственное объяснение происшедшего состоит в том, что никакой воды под поверхностью Атлантического океана на самом-то деле нет. Напротив, — по аналогии с тем, что обнаружил Резерфорд, — поверхность океана это лишь тонкая пленка жидкости, а под ней, там, где, как мы всегда полагали, плещут глубинные волны, струятся течения и вообще находятся тонны воды, там… пусто.

Ничего, кроме пустого воздуха, там нет и, если бы в нем находилась телекамера, она показала бы нам, как метеор, пробив внешнюю пленку, падает в пустом пространстве. И только на самом дне океана находится некое мощное, чрезвычайно компактное устройство, которое способно схватить падающий метеор и швырнуть его назад, в открытое пространство. Примерно так же выглядит атом с его укрытым в самом центре ядром. Лишь вблизи внешней оболочки атома мечутся электроны, участвующие в обычных реакциях, таких как сгорание куска дерева в огне. Однако от центрального ядра атома, мерцающего в самой глубине совершенно пустого пространства, они далеки.

Если мы снова уподобим атомы шарикам, из которых состоит подшипник, то можно будет сказать следующее: Резерфорд обнаружил, что шарики эти почти полностью полые. Только в самой середке их кроется крошечная песчинка, именуемая ядром. Открытие неутешительное — оказывается, атомы состоят по преимуществу из пустоты! — однако само по себе оно ничуть не объясняет, какое отношение имеет к такому атому уравнение E=mc 2. «Сплошные» электроны, образующие внешнюю оболочку атома, не имеют ни малейшего намерения избавляться от своего материального существования и обращаться в вырывающиеся наружу потоки энергии.

Стало совершенно ясно, что теперь ученым надлежит заняться именно ядрами. Атомы содержат изрядное количество электричества, и если половина его распределяется по орбитам этих самых электронов, другая втиснута в сверхплотное центральное ядро. Способа, который позволял бы удерживать столь большой заряд в столь малом объеме, никто не знал. И все же там, в ядре атома, присутствовало нечто, способное запихать в ядро весь этот заряд и удерживать его, не давая извернуться и выскочить наружу. Атом был складским хранилищем скрытой энергии, на существование которой указывало уравнение Эйнштейна. В нем находились положительно заряженные частицы, которые мы называем протонами, — однако выяснить какие-либо относящиеся к ним подробности не удавалось никому.