Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
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.
Фарадей, между тем, продолжал размышлять о странных кругах и линиях, исходя из воспринятых им в юности религиозных представлений. Пространство, окружающее любое проявление электромагнетизма, считал он, пронизано загадочным «полем», порождающим то, что интерпретируется нами как электрический ток и его подобия. Фарадей настаивал на том, что временами эту сущность можно едва ли не увидеть, — к примеру, в узорах, которые образуют насыпанные вокруг электромагнита металлические опилки. Однако никто Фарадея не слушал — за недавно появившимся исключением: молодым шотландцем по фамилии Максвелл.
На первый взгляд, эти двое были людьми совершенно разными. За годы исследований у Фарадея накопилось 3000 датированных сжатых заметок, посвященных его опытам, которые начинались каждый день в ранние утренние часы. О Максвелле же рассказывают следующее: когда его уведомили, что каждый студент Кембриджского университета обязан являться на церковную службу, начинавшуюся в 6 утра, он, вздохнув, сказал: «Да, наверное, я смогу не ложиться спать до столь позднего часа». Кроме того, Максвелл был лучшим, вероятно, математиком из всех теоретических физиков девятнадцатого столетия, а Фарадей с трудом справлялся с любыми математическими выкладками, выходившими за пределы обычного сложения и вычитания.
Однако на уровне более глубоком они обладали немалым сходством. Несмотря на то, что Максвелл вырос в большом баронском поместье, находившемся в сельской местности северной Шотландии, родовым именем его было до недавнего времени самое заурядное «Клерк» и только наследство родственника с материнской стороны позволило его семье присоединить к этому имени отдающее гораздо большим благородством «Максвелл». Когда юного Джеймса отправили на учебу в одну из закрытых школ Эдинбурга, другие ее ученики, те, что были покрепче и кичились своим городским происхождением, измывались над ним — неделю за неделей и год за годом. Джеймс никогда не выражал по этому поводу никаких гневных чувств — он лишь однажды спокойно заметил: «Они никогда не понимали меня, зато я их понимал». В душе Фарадея также сохранились раны, нанесенные ей в 1820-х сэром Гемфри Дэви, а закончив день блестящей по ораторскому мастерству публичной лекцией в «Королевском институте», он неизменно погружался в тихое, созерцательное одиночество.
Пока молодой шотландец и пожилой обитатель Лондона переписывались — и позже, когда они, наконец, встретились, — им удалось установить отношения, которые ни того, ни другого почти ни с кем больше не связывали. И дело тут было не только в сходстве их личностей — Максвелл оказался математиком настолько великим, что ему удалось проникнуть взглядом под внешнюю простоту неуклюжих рисунков Фарадея. Детская их неловкость, над которой посмеивались ученые менее одаренные, Максвелла не остановила. («Продолжая исследования Фарадея, я проникался его методом… который также был математическим, хоть и не получил выражения в общепринятых математических символах».) Максвелл отнесся к сделанным Фарадеем грубым наброскам силовых линий со всей серьезностью. И он, и Фарадей были людьми глубоко религиозными, оба видели в этих рисунках возможное проявление имманентного присутствия Бога в нашем мире.
