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

Что, собственно, Ремер и сделал. Все — в том числе и Кассини, считали, что проблема связана с тем, как движется Ио. Возможно, орбита его неустойчива; возможно, окружающие Юпитер облака и иные помехи в разное время затмевают Ио по-разному. Ремер же подошел к проблеме с другого конца. Кассини провел наблюдения Ио и наблюдения его показали, что в орбите этого спутника Юпитера присутствует некая неправильность. Но зачем же предполагать, что неправильность эта возникает так далеко от нас, рядом с Юпитером? Вопрос, считал Ремер состоит не в том, как движется Ио.

Он состоит в том, как движется Земля.

Кассини полагал последнее несущественным. Разумеется, он мог когда-то размышлять о неких иных возможностях, как размышляли о них почти все прочие астрономы, однако при этом был убежден, что свет распространяется мгновенно. Это же и дураку понятно. Разве опыт, придуманный самим Галилеем, не показал, что свидетельства противоположного отсутствуют?

Эти доводы Ремер оставил без внимания. Предположим — только предположим, — что свету все же требуется некоторое время, чтобы пройти огромное расстояние, отделяющее Землю от Юпитера. Что это может означать? Ремер представил себе, как он стоит над солнечной системой, ожидая, когда Ио впервые засветится, выйдя из-за Юпитера, и свет его понесется к Земле. Летом, к примеру, когда Земля находится относительно близко к Юпитеру, путь, проходимый светом, будет короче, и на Земле Ио увидят несколько раньше. А вот зимой Земля уйдет на другую сторону солнечной системы. И времени, чтобы достичь ее, световому сигналу потребуется больше.

Ремер просмотрел накопившиеся за многие годы результаты наблюдений Кассини и к концу лета 1676 года у него уже имелось решение: не просто интуитивные представления, но точное число добавочных минут, которые требуются свету, чтобы пройти добавочное расстояние, возникающее, когда Земля удаляется от Юпитера.

Что мог он сделать с этой находкой? По протоколу Ремеру следовало позволить Кассини представить ее как результат собственных трудов — ну и скромно покивать, когда директор обсерватории сделает, докладывая о них, паузу, дабы отметить, что он не смог бы осуществить их без помощи вот этого молодого человека, дальнейшая карьера которого заслуживает пристального внимания.

Ремер этим путем не пошел. В августе он через посредство почтенного журнала, который читали все серьезные астрономы, бросил Кассини вызов. Астрономия наука точная и даже инструменты семнадцатого столетия были достаточно хороши, чтобы установить: Ио должен выйти из-за Юпитера под вечер 9 ноября текущего года. Из рассуждений Кассини следовало, что спутник можно будет увидеть в 5.27 пополудни. Предсказание это было получено экстраполяцией времени, в которое Ио был ясно виден в последний раз, что как раз в августе и случилось.

Ремер заявил, что предсказание Кассини ошибочно. В августе, объяснил он, Земля находилась к Юпитеру ближе, чем будет находиться в ноябре. В 5.27 Ио никто не увидит — свет, сколь бы быстро он ни распространялся, все еще будет находиться в пути, поскольку ему придется пройти большее, нежели в августе, расстояние. Ни к 5.30, ни даже к 5.35 он все еще не успеет пересечь солнечную систему. 9 ноября спутник станет виден лишь в 5.37.

Порадовать астрономов можно разными способами. Открытие суперновой, к примеру, вещь хорошая, продление правительственного субсидирования — тоже, получение пожизненной должности и того лучше. Однако яростная свара двух выдающихся коллег? Это источник просто-напросто райского наслаждения. Ремер бросил свой вызов отчасти из гордости, но отчасти и потому, что знал: как политик, Кассини значительно превосходит его. Ремер мог добиться признания своих заслуг, только сделав предсказание настолько внятное и недвусмысленное, что Кассини и его приспешникам не удастся, когда станет ясной их неправота, отвертеться от этого факта.

Предсказание было обнародовано в августе. 9 ноября обсерватории Франции да и всей Европы нацелили телескопы на Юпитер. Часы показали 5.27 пополудни. Ио видно не было.

5.30 — Ио все еще нет как нет.

5.35.

А затем спутник появился — если быть точным, в 5 часов, 37 минут и 49 секунд.

И Кассини заявил, что ошибка его отнюдь не доказана! (Изображать свои оплошности, как достижения люди научились задолго до эпохи телевидения.) У Кассини имелось множество сторонников, — и они, как то и положено, приняли его сторону. Кто и когда говорил, что Ио ожидается в 5.25? Один только Ремер, заявили сторонники. А кроме того, всем же известно, что указать точное время появления Ио не удавалось никогда. Расстояние до него огромное, толком разглядеть его трудно, — возможно, потому, что облака, плавающие в верхних слоях атмосферы Юпитера создают дымку, которая искажает точную картину, а возможно, по той причине, что сколько-нибудь определенные наблюдения затруднены большим углом наклона его орбиты. Сказать трудно.

В обычных рассказах из истории науки предполагается, что такого просто не может быть. Ремер поставил безупречный опыт, сделал ясное предсказание, и тем не менее, астрономы Европы не пожелали признать, что свет распространяется с конечной скоростью. Сторонники Кассини победили, официальная точка зрения, согласно которой скорость света есть величина загадочная, неизмеримая и никакого воздействия на астрономические измерения не оказывает, устояла.

Ремер сдался, вернулся в Данию и провел там многие годы на посту директора копенгагенского порта. Новые эксперименты, убедившие астрономов в его правоте, были поставлены лишь пятьдесят лет спустя — после того, как миновали два поколения, а Жан Доминик Кассини скончался. Полученное в них значение скорости света было близким к лучшим из современных его оценок, дающих примерно 300000000 м/сек. (На самом деле, скорость света несколько меньше, однако для удобства мы будем использовать на протяжении всей этой книги значение округленное — 300 миллионов метров в секунду.)

Чтобы продемонстрировать, насколько велика эта скорость, довольно сказать, что, развив ее, вы можете добраться от Лондона до Лос-Анджелеса за 1/20 секунды. Это и объясняет, почему в эксперименте Галилея не удалось установить время, за которое свет пересекает долину под Флоренцией, — слишком мало было расстояние.

А вот еще одно сравнение: Мах 1 это скорость звука, составляющая около 300 м/с. Реактивный «Боинг 747» развивает скорость немного меньшую, чем Мах 1. Космический шаттл может набирать после первого включения двигателей больше Мах 20. Астероид или комета, которая пробила океанское дно и погубила динозавров, имела в момент столкновения скорость, равную Мах 70.

«с» равна Мах 900000.

Столь огромная скорость приводит к возникновению множества любопытных эффектов. Если человек, сидящий ресторане за несколько столиков от вас, ссорится с кем-то по телефону, вам кажется, что вы слышите произносимые им слова в тот самый миг, в какой они срываются с его губ. Однако звук распространяется в воздухе всего лишь с малой скоростью, равной Мах 1, тогда как радиосигналы, которые генерирует сотовый телефон, летят со скоростью света. Женщина, с которой разговаривает этот человек, — даже если она находится в сотнях километров от вас, — услышит его слова до того, как они проковыляют по воздуху несколько метров и доберутся до ваших ушей.

Чтобы понять, почему Эйнштейн включил в свое уравнение именно скорость света, нам необходимо повнимательнее приглядеться к внутренним свойствам самого света. Мы оставляем позади эпоху Кассини и Ремера и перебираемся в конец 1850-х, в период, предшествующий Гражданской войне в Америке, — в то время, когда пожилой уже Майкл Фарадей вступил в переписку с Джеймсом Клерком Максвеллом, худощавым шотландцем, которому не исполнилось еще и тридцати лет.

Для Фарадея эта пора была трудной. Память его слабела, нередко ему приходилось начинать день с чтения пространных записей, посвященных тому, что он должен сделать сегодня. Хуже того, Фарадей сознавал, что великие физики мира, почти каждый из которых закончил элитарный университет, так и продолжают смотреть на него сверху вниз. Они принимали его практические лабораторные открытия, но и не более того. Для среднего физика электричество, протекающее по проводнику, мало чем отличалось от текущей по трубе воды: все считали, что после того, как была разработана, наконец, математика, лежащая в основе этого процесса, он перестал отличаться от того, что описывали Ньютон и множество его владеющих математическими методами последователей.