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

Он начал присматриваться к скорости света.

Глава 5. с — это celeritas

«с» отличается от того, что мы рассматривали до этой минуты. «Е» это огромная область энергии. «m» — материальная начинка вселенной. А «с» — всего лишь скорость света.

Эта непритязательная, использованная для ее поименования буква обязана, по-видимому, своим происхождением периоду, предшествовавшему середине 1600-х, времени, когда Италия была центром мировой науки, а латынь — ее, науки, языком. Латинское слово « celeritas»означало попросту быстроту, проворство.

Настоящая глава посвящена рассмотрению того, почему «с» стала играть столь важную роль в формуле Е=mc 2, того, как именно эта скорость, выбор которой может показаться произвольным, оказалась способной управлять связью между всей массой и всей энергией, какая только есть во вселенной.

Долгое время даже измерение скорости света считалось делом невозможным. Почти все были убеждены, что свет распространяется с бесконечной скоростью. А если так, никакое использование скорости его распространения в имеющих практическое применение уравнениях было невозможным. Прежде чем ее удалось хоть как-то использовать, прежде чем Эйнштейн смог додуматься до возможности использования «с», кто-то должен был установить, что свет распространяется с конечной скоростью, а сделать это было отнюдь не легко.

Первым человеком, ясно понявшим, как можно измерить скорость света, был Галилей — это произошло задолго до того, как его, престарелого и почти ослепшего, определили под домашний арест. Впрочем, ко времени, в которое он опубликовал свои соображения на этот счет, Галилей был уже слишком стар, чтобы ставить опыты самостоятельно, да к тому же и у Инквизиции имелся строжайший приказ следить за каждым его шагом. А это создавало для него и его друзей помехи далеко не малые. Когда через несколько лет после кончины Галилея, члены Флорентийской академии получили, наконец, возможность ознакомиться с его трудами, им дали понять, что они могут поставить придуманный Галилеем опыт.

Сама идея опыта была проста, как и все, что делал Галилей. Двум добровольцам с фонарями надлежало встать летним вечером на холмах в миле друг от друга. Они должны были открывать один за другим заслонки своих фонарей и измерять время, которое понадобится свету, чтобы пересечь разделявшую их долину.

Задуман опыт был вовсе не плохо, однако техника того времени была слишком скудна, чтобы с ее помощью удалось получить сколько-нибудь однозначные результаты. Галилей и при постановке других своих опытов понимал, что экспериментаторам надлежит дышать размеренно, поскольку для измерения коротких промежутков времени они использовали биения собственных пульсов. Однако в тот вечер добровольцы, расположившиеся, скорее всего, где-то в холмах под Флоренцией, обнаружили, что свет распространяется слишком быстро. Они наблюдали лишь мгновенно, как им казалось, следовавшие одна за другой вспышки. Опыт можно было счесть не удавшимся, многие увидели в его результате лишь очередное доказательство того, что свет распространяется с бесконечной скоростью. Однако флорентийцы не вывели из этого, что Галилея ошибся. Нет, Академия пришла к заключению, что следует дождаться будущих времен, когда найдется человек, который сумеет измерить скорость распространения столь быстрых импульсов света.

В 1670 году, через несколько десятилетий после случившейся в 1642 году кончины Галилея, в Париж приехал, чтобы занять пост директора только что созданной Парижской обсерватории Жан Доминик Кассини. Ему надлежало присматривать за возведением множества новых зданий обсерватории и его нередко видели на улицах, занимающимся именно этим — неподалеку от тени, отбрасываемой тюрьмой Порт-Либр, той самой, в которой в следующем веке Лавуазье предстояло дожидаться казни, — однако самая важная задача Кассини состояла в том, чтобы вдохнуть жизнь в науку Франции. Имелись у него и личные причины добиваться того, чтобы его новое учреждение преуспело, поскольку звали его, на самом-то деле, не Жаном Домиником, а Джованни-Доменико. И был он не французом, но итальянцем, недавно прибывшим в Париж со своей родины, и хоть король стоял на его стороне, а средства, необходимые для работы, были ему гарантированы, кто мог знать, как долго все это продлится?

Кассини направил своих посланцев в легендарную обсерваторию Уранибург, размешавшуюся на острове, который находится в Датском проливе, невдалеке от замка Эльсинор. Цель их состояла в точном определении координат Уранибурга, что помогло бы навигаторам правильно промерять расстояния, а кроме того, этим людям было получено поискать и завербовать искусных исследователей, работавших в других обсерваториях. Основатель обсерватории Уранибург Тихо Браге проводил некогда наблюдения, на которых основывали свои труды Кеплер и даже Ньютон. Браге создал обсерваторию невообразимо роскошную — центральный замок ее окружали парки с экзотическими деревьями, искусственными каналами и рыбными садками, все это было оборудовано системой внутренней связи, смахивающей на теперешний интерком, и вращавшимися автоматами, повергавшими в ужас местных крестьян, — ходили даже слухи о том, что в обсерватории установлены туалеты с автоматическими сливными бачками.

Правая рука Кассини, Жан Пикар, добрался до Уранибурга в 1671 году, приплыв туда по мглистым водам из Копенгагена. Сказочная эта твердыня поначалу восхитила его, а затем разочаровала, поскольку он обнаружил, что она — всего лишь руина былого величия. Основатель обсерватории был личностью по-настоящему сильной и, когда он умер, заменить его оказалось некем. При появлении здесь Пикара, все в обсерватории пребывало в состоянии разрухи — рыбные садки затянула ряска, астрономические инструменты и звездный глобус давным-давно украли, от главного здания осталось лишь несколько камней, из которых состоял некогда его фундамент.

Тем не менее, Пикар произвел измерения, а возвращаясь в Париж, прихватил с собой одаренного датчанина двадцати одного года — Оле Ремера. Другие, оказавшись на месте Ремера, возможно, стали бы заискивать перед великим Кассини, ибо тот был признанным мировым авторитетом во всем, что касалось планеты Юпитер и в особенности орбит, по которым вращались вокруг Юпитера его спутники. Однако, хоть мы и считаем сейчас Данию страной довольно маленькой, в то время она правила империей, в состав которой входила изрядная часть северной Европы, и Ремер был человеком самоуверенным и гордым в мере достаточной для того, чтобы попытаться создать себе имя.

Трудно поверить в то, что Кассини так уж обрадовало появление этого выскочки. На то, чтобы обратиться из Джованни-Доменико в Жана Доминико, у него ушло изрядное время. Он провел множество наблюдений за спутниками Юпитера и намеревался использовать их результаты для поддержания своей мировой известности. А что если Ремер воспользуется его открытиями и попробует, опираясь на них, доказать, что выводы, которые сделал из них Кассини, решительно не верны?

Причину, по которой это было возможным, составляла проблема, связанная с самым близким к Юпитеру спутником, называемым Ио. Предполагалось, что период его обращения составлял 42½ часа, однако Ио никак не желал честно придерживаться установленного для него расписания. Иногда он двигался немного быстрее, иногда немного медленнее. И сколько-нибудь понятный порядок в его поведении отсутствовал.

В чем тут было дело? Решить эту проблему, настаивал Кассини, можно, лишь проведя новые измерения и расчеты. Связанное с ними напряжение сил способно было вконец вымотать директора обсерватории и, разумеется, оно требовало увеличения числа ее сотрудников и оборудования, выделяемых ей средств, а к тому же, могло повлечь за собой повышенное и малоприятное внимание публики, однако при необходимости первого можно было добиться, а со вторым смириться. Что же касается Ремера, то ему представлялись необходимыми не сложные измерения, с которыми способны справиться лишь опытные, пожилые администраторы. Нет, для решения проблемы Ио требовались блестящий ум и вдохновение, и именно это он, молодой и новый здесь человек, способен был предоставить в распоряжение обсерватории.