Неизбежность странного мира

Я бы так и поступил, если б не боялся, что этот рассказ станет выглядеть праздной болтовней: знаете, есть чудаки, которые любят от нечего делать загадывать загадки и накручивать нелепые предположения — «что было бы, если бы…». Поэтому надежней показалось начать все-таки с безукоризненного утверждения физиков: «У фотона масса покоя равна. нулю». Однако зачем я рассказываю тут об авторской кухне? (Не такая уж это интересная тема.) А вот зачем.

Когда была уже написана эта главка, я, в несчетный раз перелистывая прекрасную книгу «Эйнштейн и современная-физика», вдруг наткнулся там на одно место, которое прежде виделось мне только занятной исторической подробностью. Теперь оно неожиданно засветилось новым смыслом. Это были несколько коротких абзацев в воспоминаниях Леопольда Инфельда об Эйнштейне. «Что случится, если кто-нибудь побежит за световым лучом и попытается поймать его?» Инфельд пишет, что Эйнштейн рассказывал ему, и рассказывал не раз, как еще в школьные годы задумывался над этим вопросом.

Но ведь это все равно, что спросить: можно ли остановить световой луч? Попытаться поймать — разве это не то же самое, что попробовать остановить?

Леопольд Инфельд, ныне известный польский академик, был одним из немногочисленных учеников и близких друзей Эйнштейна. И мне подумалось, что если уж сам Эйнштейн говорил своему высокоученому коллеге о серьезнейших вещах без того, что немцы называют «звериной серьезностью», если уж он сам о своих идеях рассказывал так вольно и непринужденно, то никто не вправе будет осудить за это простых смертных, вроде нас с тобою, читатель.

Да, можно было и не лазить в энциклопедию…

Эйнштейну было пятнадцать-шестнадцать лет, когда он задался вопросом о пойманном световом луче. Вопрос звучал по-детски. Но за ним таились такие глубины, что в ту пору — в 1894–1895 годах — ни один взрослый не мог бы удовлетворить любопытство школьника из мюнхенского Луитпольд-Гимназиума. Еще точнее — в ту пору ни один из взрослых не мог бы даже по-настоящему понять, чего, собственно, добивался, над чем мучился, о чем беспокоился этот задумчивый, как его детская скрипка, не очень разговорчивый гимназист. Это стало ясно позже, через десять лет, когда гимназист превратился в великого теоретика и опубликовал в «Анналах физики» найденный, наконец, ответ на свое старое школьное недоумение. Ответ был так поразителен, столько неожиданно нового поведал физикам о законах природы, что с этого момента в естественнонаучных воззрениях человечества началась еще одна революция, равная по своим последствиям революции квантовой.

Эйнштейн теоретически установил то, что мы приняли на веру: свет остановить нельзя! Он пришел к утверждению, которое поначалу смутило нас: «У фотонов масса покоя равна нулю». Но, разумеется, это была только одна из неслыханных физических новостей, принесенных им в мир.

Впрочем, не будем спешить.

2

Кажется, у нас уже прошло первое смущение от странного факта, что существуют элементарные частицы с нулевой массой покоя. Это смущение прошло после того, как мы решились на единственно возможный вывод: значит, такие частицы никогда не покоятся. Этот вывод тотчас устранил противоречие между существованием фотонов, то есть их материальностью, и отсутствием у них массы покоя, то есть кажущейся их нематериальностью. Нет, они существуют, но только в движении, и в движении массой, конечно, обладают!

Вот и все.

Но погодите, упрямый материалист на этом умозаключении, конечно, не успокоится. (А материалист и должен быть упрям: он владеет простой и ясной истиной, которая не допускает измен.) Его все-таки начнут томить новые сомнения, и он станет одолевать физика новыми безотлагательными вопросами. И если вообразить, что он при этом еще старый школьный учитель, воспитанный на классической физике (и только на классической физике!), он не сможет не удивляться все более странным ответам, которые поневоле услышит, и невероятным догадкам, которые будут его самого осенять.

— Позвольте, — скажет он запальчиво, — это ваше мудреное, прежде никому не ведомое понятие массы покоя производит нелепое впечатление: уж не зависит ли масса тела от того, как оно движется? Ведь еще со времен Галилея известно, что движение и покой — вещи относительные. Если я бегу с мячом, он для меня покоится, а для зрителей на трибуне — перемещается. Вы утверждаете, что частица света существует только в движении. Но разве не могу я вообразить, что мне удалось догнать фотон и полететь рядом с ним? Это как раз то, о чем раздумывал шестнадцатилетний Эйнштейн. Тогда по отношению ко мне фотон будет находиться в покое, и масса его для меня станет равной нулю. Стало быть, по-вашему, он перестанет для меня существовать? А для других? Для зрителей, которые будут наблюдать наш совместный полет, он тоже исчезнет? Это же чертовщина! Фотон существует не потому, что я его наблюдаю. И он не может исчезнуть только оттого, что мне заблагорассудилось лететь рядом с ним. Так это или не так?

— Конечно, так! — ответит физик, но осведомится: — Простите, вы какого года рождения?

— Неважно! — рассердится старый учитель. — Законы природы не могут зависеть от того, когда я родился…

— Ну, конечно, не могут. Но, к счастью, уровень знания этих законов зависит от того, когда мы родились. Было бы ужасно, если бы Ломоносов знал только то, что знали люди до него, а мы знали бы не больше Менделеева. Судя по вашим доводам и еще по тому, что вы сердитесь, вы живете на уровне знаний прошлого века. Но нам так легко договориться. Вам чужда предвзятость — вы не отрицаете факты только оттого, что они кажутся вам необъяснимыми. Другой на вашем месте, то есть какой-нибудь чуждый диалектике догматик, просто кинул бы камень в фотон из-за этой его злосчастной нулевой массы покоя… Я помню, как до войны один московский профессор N «бросал камни» в теорию относительности. Сейчас в это даже не верится, но к переизданию старых лекций Лоренца, читанных еще до появления работ Эйнштейна, он через двадцать пять лет после этих работ написал предисловие, полное надежд на воскрешение эфира!.. Такие вещи бывают. Не хочу называть его имени — дело прошлое, и человек он был искренний, располагавший к себе, много знавший. Кстати, он, как и вы, носил красивую профессорскую бородку. Не курчатовскую партизанскую вольную бороду, а такую, знаете, холеную бородку… Почему кстати? А потому, что его бородка была в те тридцатые годы ужасно старомодной, как и ваша сегодня. Она, словно нарочно, напоминала о девятнадцатом веке, которому он целиком принадлежал.

— Прекрасный век естествознания! Дарвин, Лобачевский, Фарадей, Менделеев, Максвелл…

— О, еще бы! Но дело в том, что за ним пришел двадцатый. Эйнштейн, Павлов, Резерфорд, Бор… За одну только первую четверть нашего столетия наука узнала столько нового и неожиданного о природе, что нынешний век сразу стал достоин своего великого предшественника и, пожалуй, даже превзошел его. Так мне кажется. Но мы совсем забыли про массу покоя световой частицы.

— Я-то не забыл! — возразит старый учитель. — А вот вы, видимо, решили отделаться от меня обычными ссылками на новаторские, но непонятные идеи двадцатого века. И отчего это именно в двадцатом веке столько непонятного появилось и в искусстве и в науке? — усмехнется он, но прикусит язык, вспомнив, очевидно, про непонятный эфир, про сомнительную пустоту, про необъяснимое действие на расстоянии, про наивные атомы-шарики… — Нет, так дело не пойдет! — добавит старый учитель. — Я люблю ясность. Я человек не трусливый — я даже фактов не боюсь, а уж логики-то и подавно. И не думайте, что я хочу вас любой ценой опровергнуть, я хочу вас только понять.

— Спасибо, черт возьми. Тогда все будет в порядке! — воскликнет обрадованный физик. — Факты и логика, логика и факты! Про теорию относительности вы что-нибудь знаете?

— Почти ничего. Общие слова.

3

После коротенькой паузы физик скажет:

— Ну и прекрасно. Сейчас вы неизбежно сами придете к ее идеям… Итак, какой же вывод вы сделали из утверждения, что масса покоящегося фотона равна нулю? Вы вспомнили, что покой — вещь относительная. Бесспорно. А затем вы предположили, что если вам удастся лететь вместе с фотоном, то для вас он будет покоиться и, следовательно, масса его станет для вас нулевой, и он исчезнет. А в это же самое время он будет продолжать существовать для других! Так как очень понятно, что это вопиющая чепуха, или, как вы только что заметили, чертовщина, то остается искать изъяны в вашем рассуждении.

— Но оно так просто и безупречно! — улыбнется старый опытный спорщик. — Конечно, фотон будет продолжать существовать, даже когда я его догоню. Но тогда, следовательно, он не окажется в состоянии покоя по отношению ко мне, потому что иначе он исчез бы… Однако это же, согласитесь, бессмыслица: мы летим рядом, а покоя друг относительно друга у нас нет? Не понимаю, как это возможно. Хоть объявляйте меня недорослем или старым дураком — не понимаю, как это возможно?

— Конечно, это невозможно. Мы не замечаем полета Земли, потому что летим вместе с нею. Какой же у нас остается логический выход? Раз уж вы не боитесь логики, выход остается один: считать, что вы никогда не сможете лететь рядом с фотоном. Представьте себе, что вам посчастливилось быть гимназическим учителем мальчика Альберта Эйнштейна. Тогда на его вопрос вы должны были бы ответить, что попытка поймать, или, точнее, догнать, световой луч заведомо обречена на неудачу. Вот в чем все дело.

— Обречена на неудачу заранее? Что это значит? Ах, понимаю, вы, очевидно, хотите сказать, что я технически не смогу достигнуть скорости света? Это, наверное, действительно трудно. Но это же несерьезный разговор: я проделываю мысленный опыт. Меня совершенно не интересует, как я приобрету скорость фотона. Мы в девятнадцатом веке, да и наши предки тоже никогда такими вещами при рассуждениях не интересовались.

— Напрасно… — скажет физик. — Как вы будете приобретать такую скорость, действительно совершенно не важно. Но сможете ли вы ее приобрести принципиально, допускают ли это физические законы природы, а не только наше, математическое воображение, это очень важно. Вы же материалист. Мы только что убедились, что если бы это было возможно, то фотон исчез бы, в то же время продолжая существовать. У нас нет выбора: это невозможно. Согласны?

— Согласен… — подумав, ответит честный учитель. — То есть я был бы согласен, если бы фотон двигался с бесконечной скоростью. Тогда предположение, что я лечу рядом с ним, и вправду потеряло бы всякий смысл: при бесконечной скорости ни фотону, ни мне не нужно было бы никакого времени, чтобы оказаться где угодно — у соседнего дома, у Луны, у Крабовидной туманности, словом — на любом расстоянии от места вылета. Потому что, если бы на это требовалось какое-нибудь, пусть самое маленькое, время, наша скорость не была бы бесконечной. При бесконечной скорости фотон или я могли бы в момент вылета находиться и в самом месте вылета и как угодно далеко от него. Физически, бесконечная скорость — бессмыслица. Слава богу, мы живем не во времена Ньютона, когда считалось, что физическое действие может распространяться мгновенно: ведь именно так действовали у Ньютона силы тяготения — не мне вам об этом рассказывать и не мне вам напоминать, что скорость света была измерена еще при его жизни, что она велика, а все-таки конечна — триста тысяч километров в секунду. Значит, фотон движется именно с такой быстротой. Что же может мне помешать набрать такую скорость — триста тысяч километров в секунду? Не практически, а принципиально? Это запрещают какие-нибудь законы природы? Мне это неизвестно.

— В девятнадцатом веке это никому не было известно, — улыбнется физик, — кроме самой природы. А она нема, пока ее не спрашивают, и вслух своих законов не рассказывает, хотя вовсе их и не скрывает. Но мы с вами рассуждаем как ученые, и в каком бы веке мы ни жили, если бы нам уже были известны два факта: первый — что масса частицы света в покое равна нулю, и второй — что скорость этой частицы равна тремстам тысячам километров в секунду, мы неизбежно сделали бы вывод, что никакое материальное тело не может набрать такой скорости. Иначе фотон оказался бы по отношению к этому телу в покое и должен был бы почему-то исчезнуть. А в чудеса мы не верим.

— Не верим! — отзовется старый учитель.

— Стало быть, в природе существует предельная физическая скорость. Это скорость света. Сначала кажется, что с этим трудно примириться. Но вы сами только что убеждали меня, что бесконечная скорость реального движения — физическая бессмыслица. Стало быть, уж вас-то существование предельной скорости не очень должно смущать. Кстати, вот ещё один занятный довод в пользу скорости света, как предела скоростей… Представим на минуту, что все-таки вам удалось лететь быстрее светового луча. Тогда вы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником до момента вашего вылета. Сначала догнали бы, скажем, вчерашний свет, потом — позавчерашний, потом — свет, покинувший источник еще год назад. И так далее. Если бы таким источником было зеркало, отражающее жизнь, вы сначала увидели бы картину вчерашнего дня, потом догнали бы картину еще более раннюю, потом — еще более раннюю. Словом, вы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия в таком отражении процесса жизни поменялись бы местами.

— Да, к слову сказать… — перебьет физика старый учитель, — древние ацтеки изображали своего верховного бога с полированным каменным зеркалом в руках. И они верили, что в этом зеркале отражаются все события, происходящие в мире. Вы можете использовать для своего парадокса это легендарное зеркало южноамериканских индейцев.

— Прекрасно! — скажет физик. — Так вот, обгоняя лучи, уносящие от полированного камня последовательное отражение событий всей жизни какого-нибудь человека, вы сначала увидели бы старика, потом юношу, который на ваших глазах превращался бы в ребенка. И все это не было бы игрой вашего воображения, если бы была реальна ваша способность обгонять свет. Получилось бы, что направление течения жизни, последовательность причин и следствий — чистая условность. Все зависело бы от наблюдателя: для остальных людей прошлое предшествовало бы будущему, а для вас будущее было бы сначала, а прошлое — потом. Кстати, этот парадокс, не столько физический, сколько умозрительный и логически не совсем безупречный, подспудно содержался в том странном вопросе, который занимал гимназиста Эйнштейна. Между прочим, думали вы над тем, какие это были замечательные годы в истории физики — годы ранней юности Эйнштейна? Ему было пятнадцать-шестнадцать лет, когда в России Александр Попов, в Новой Зеландии Эрнест Резерфорд, в Италии Гульельмо Маркони искали и нашли способ приема и передачи радиоволн, в Германии Вильгельм Рентген открыл всепроникающее коротковолновое излучение, во Франции Анри Беккерель ставил опыты, завершившиеся открытием радиоактивности, в Англии Джозеф Томсон уже шел к доказательству существования электрона… Двадцатый век естествознания зрел в лабораториях и головах ученых.

— Вы увлекаетесь и уходите в сторону от спора.

— Это простительно. Мне просто захотелось сказать вам, что мысль Эйнштейна росла и крепла в благодатную пору широких и разнообразных научных исканий и неожиданных великих Находок. А что касается парадокса об обратном порядке причин и следствий, то уже понятно, как с ним справиться. Надо согласиться, что скорость выше световой не разрешена природой ни для какого перемещения материи в пространстве: в этом парадоксе прежде всего нереально предположение, что ваше тело может с успехом соревноваться в скорости со светом, нереальна ваша физическая плоть, возомнившая, что она способна не только догнать, но еще и обогнать световые лучи.

— Да-а, интересно… — скажет старый учитель. — Мне это по душе. Но вот что может смутить многих людей: мыслью каждый способен перенестись на Солнце в мгновение ока, а свет доходит оттуда только за восемь с лишним минут. Не получается ли, что человеческая мысль есть нечто гораздо более быстрое, чем свет? Допустить, что мысль — нематериальное чудо, я не могу. Представить, что для мысли законы природы не писаны, тоже не могу. Как же быть?

— Ну, это-то очень просто! — улыбнется физик. — Когда вы мыслью переноситесь на Солнце, физический — материальный — процесс происходит не между Землей и Солнцем, а только в клетках вашего мозга. Что-то там, несомненно, перемещается, что-то материальное совершается — биофизики и биохимики когда-нибудь сполна расследуют этот сложный механизм… И, к слову сказать, без науки об элементарных частицах им это сделать вряд ли удастся. Но расстояния в мозговых клетках так малы, что даже при небольшой скорости процесса мысли этому мозговому процессу на ваш полет от Земли до Солнца требуется ничтожно мало времени. Вот какой реальный смысл имеет выражение «во мгновение ока».

— Да, я сообразил это сразу, но не захотел вас перебивать. И, знаете, кажется, я догадываюсь, с каким свойством материи должно быть связано существование предельной скорости… Правда, такая догадка меняет привычную картину движения материальных тел, которую я столько лет рисовал перед ребятами в моей школе, но эта старая картина все равно теперь не годится.

— Я же сказал, что мы с вами легко договоримся! — с радостью подхватит это признание физик. — Даже без математики договоримся! Давайте сюда вашу догадку…

И вот что он услышит, все время кивая головой в знак согласия и больше уже не замечая старомодной бородки на воодушевленном лице помолодевшего учителя.

4

Материальные тела — и гигантские звезды и крошечные частицы — не способны без какой бы то ни было причины менять состояние своего движения, если они равномерно движутся по прямой. Пока скорость не меняется, остается неизменной энергия тела. Увеличилась скорость — возросла энергия движения. Но это значит, что для увеличения своей скорости тело откуда-то должно энергию черпать.

Вот оно ее зачерпнуло. Как изменится скорость тела? Вернее, насколько она увеличится? Даже не знающий механики человек быстро сообразит: наверное, это зависит от того, какому количеству материи приходится изменять свою скорость. Иначе говоря, это зависит от массивности тела. Мы неспроста с самого начала гордились массой наших спутников Земли. И неспроста именно их массивности больше всего удивлялся мир: тем труднее придать ракете нужную скорость, чем больше ее масса.

Так вот, вообразим ракету, запущенную с единственной целью: набрать скорость света. Пусть будет дана ей «зеленая улица»: все внешние обстоятельства, какие могут помешать ей достичь этой цели, пусть будут решительно устранены. Все образцово налажено! Горючее? Его сколько угодно. Трение? Его нет. Несовершенства формы и материала ракеты? Они начисто ликвидированы. Недочеты в устройстве механизмов? Нет недочетов! Летит идеальная ракета. И все равно световой скорости, как мы убедились, ей не набрать.

Так как это принципиально невозможно, то, очевидно, есть все-таки что-то в самой ракете, никакими способами не устранимое, что должно помешать ей беспредельно увеличивать скорость. Что же это такое?

Все можно сделать с нашей идеальной ракетой, кроме одного: превратить ее в нечто нематериальное — лишить ее массы! Стало быть, тут и надо искать корень зла. Больше негде.

Так, может быть, с маленькой ракетой дело пойдет успешней, чем с большой? Поначалу — да. Мальчика легче перевести с шага на бег, чем необъятного толстяка. Ускорять протоны на ускорителе легче, чем тяжелые ядра. Но предел скоростей — 300 000 километров в секунду для всех тел один. Это получается с неизбежностью, потому что нет такого тела — ни малого, ни большого, — по отношению к которому фотон оказался бы в покое. Значит, и протон, и мальчик, и толстяк, подбираясь к этой предельной скорости, должны очутиться в одинаковом положении. В каком же? В таком же, как и ракеты разной массы.

То, что их сперва отличало друг от друга — разница в массах, у предела скоростей, очевидно, перестает отличать их. Ничего другого предположить нельзя, раз корень зла может скрываться только в самой материальности тел. При скорости света уже никакой новый расход горючего, никакой приток энергии не в состоянии был бы ни на йоту еще увеличить их скорость. Иначе это не был бы предел! Но какой же должна оказаться масса тела, чтобы никакие усилия не могли с нею ничего поделать? Ясно, что бесконечной!

Стало быть, приближаясь к пределу — к скорости света, и протон, и мальчик, и толстяк, и любая ракета становятся неодолимо «тяжелыми». Тогда разница в их первоначальных массах действительно стирается. И скорость, равная световой, действительно становится для них одинаково недостижимой.

Иногда можно встретить неаккуратную фразу: «Частицы движутся в космических лучах со скоростью света», или: «На дубенском синхрофазотроне физики ускоряют протоны до световой скорости». Тут пропущено маленькое словечко — почти! Почти до скорости света… — вот это возможно. А если бы эти частицы в самом деле приобретали в космическом пространстве или в камере ускорителя точно скорость света, они приходили бы в лаборатории физиков бесконечно тяжелыми. Это было бы катастрофическое чудо.

5

Так упрямый материалист нашел самую естественную материальную причину существования предела скоростей: от величины скорости зависит величина массы тела, и эта зависимость такова, что масса становится бесконечной, когда скорость становится равной световой.

Этот вывод получился вынужденно, неизбежно: если бы к моменту достижения скорости света масса нашей идеальной ракеты еще не стала бесконечной, ничто не могло бы помешать ракете увеличивать скорость и дальше.

Конечно, одними рассуждениями учителю трудно было установить еще и математическую форму этого закона возрастания массы. Но то было уже дело третьестепенное. Ему открылось самое важное — новый, неведомый в XIX веке физический закон природы.

Это было и неожиданно и радостно, как обретение всякого нового знания, и вместе с тем немножко страшновато: прежняя картина движущейся материи действительно рушилась на глазах!

Масса физических тел всегда представлялась неизменной. Всегда думалось, что природа или человек могут увеличить или уменьшить ее лишь хирургическим путем: оторвать от тела кусочек вещества или прилепить новый кусочек, позаимствовав его в другом месте. Это и называлось законом сохранения массы. И вот оказалось, что дело обстоит иначе.

Закон сохранения массы словно бы повис на волоске: еще одно прикосновение неумолимых физических фактов и такой же неумолимой логики — и волосок оборвется. Что же будет тогда?

Старый учитель, не боящийся логики, на минуту даже глаза прикрыл — ему вдруг представился мир, в котором масса прибывает и прибывает без малейшего изменения количества частиц вещества! Она прибывает и прибывает только оттого, что звезды во вселенной и электроны в атомах начинают двигаться все быстрее. И тотчас эта картина сменилась в его воображении другой — картиной исчезновения массы без того, чтобы она появлялась где-то в соседнем месте: звезды и электроны стали двигаться медленнее, и масса их начала таять. Старик уже поднял кулак, чтобы с силой грохнуть по столу: «Это бред! Этого не может быть, потому что…» Он чуть не добавил: «Потому что этого не может быть никогда», но вспомнил Чехова и улыбнулся. «Я, кажется, слишком тороплюсь, — подумал он и разжал кулак, — с этим двадцатым веком нельзя шутить, а я забыл, что ворвался в него из Девятнадцатого. Надо подумать, надо внимательно подумать, а то как бы не стать догматиком, вроде служителей папы».

И он задумался. А физик не приходил ему на помощь своими безупречными математическими формулами. Он знал, что человек, решивший думать, а не повторять одни только старые истины, с наукой не поссорится никогда.

6

Под сомнение стал незыблемый закон сохранения массы.

А почему незыблемый? Да потому, что масса — мера количества материи. Появление массы из ничего или превращение массы в ничто — это равно нелепая вещь и для физика (даже далекого от философии) и для философа (даже далекого от физики).

Имеют ли смысл слова «за пределами вселенной»? Таких пределов нельзя вообразить, ибо тогда надо представить себе, что за ними должно быть что-то, от чего они отграничивают вселенную, а все, что есть, ее и составляет. Мир не может выпрыгнуть из себя, потому что, кроме него, ничего нет. Можно вообразить себе любые превращения материи, кроме одного — уничтожения, потому что тогда что-то должно было бы стать чем-то, что не есть материя, чем-то, что не принадлежит вселенной. Но ей принадлежит все. Материи некуда деться, и ей неоткуда родиться, потому что она есть источник самой себя.

И когда старый учитель подумал в смятении, что закон сохранения массы висит на волоске, он, как настоящий материалист, принял единственно возможное для него решение: опереться на то, что грозило рухнуть, — опереться на всеобщую материальность мира и с ее помощью выйти из беды.

И он тотчас все понял! Немедленно все разъяснилось…

Он сказал себе: «Раз ракета, ускоряясь, приобретает массу, значит кто-то ее теряет? Надо только выяснить — кто и каким образом?» Это было так просто, что лицо его сразу просветлело.

Он прикинул: что, собственно, происходит в окружающем мире во время полета ракеты? Именно в окружающем мире, то есть за пределами ракеты, потому что не может же она сама себя снабжать новой массой?! Однако ракета ведь идеальная — ей создана «зеленая улица»: все воздействия извне устранены.

Но правда ли, что все? Тогда откуда она берет энергию для увеличения скорости? Нет, совершенно так же, как ракету нельзя избавить от ее массы, так нельзя освободить ее от постоянного общения с источником энергии для осуществления полета. Каков этот источник — вопрос техники. Но каков бы он ни был, одно не подлежит сомнению: все, чем обогащается ракета, может черпаться только из источника энергии! Других связей с окружающим у нее нет.

Что же происходит? Приобретая энергию и увеличивая скорость, ракета в конечном счете приобретает массу; наращивая одно, она неотвратимо наращивает другое. А источник? Отдавая запасы своей энергии ракете, может ли он избежать и дальнейшей участи — потерь в своей массе? Очевидно, не может. Иначе у ракеты была бы еще какая-то связь с окружающим, кто-то другой одалживал бы ей массу, подобно тому как источник одалживает энергию. Но никого и ничего «другого» не дано: вся судьба ракеты в руках источника энергии. Значит, это он же каким-то образом снабжает ракету и новой массой за свой собственный счет.

7

Ах, если бы еще представить себе реально, как все это физически происходит! Не налипают же в самом деле частицы вещества из источника, скажем — крупицы горючего, на корпус ракеты. Это очень наивная бессмыслица. Да, кроме того, если бы они и налипали, то, став теперь частью ракеты, они вместе с нею тоже увеличивали бы свою массу из-за возрастания скорости. За счет чего же? Что на них «налипало бы»? Да, наконец, ни о каких крупицах горючего мы вообще ничего не знаем, не ведаем: в принципе ракету можно механически толкать, можно придать ей заряд и ускорять ее электрическим полем, можно тащить ее на идеальном тросе через идеальный блок… Опыт у нас воображаемый, способ передачи энергии ракете нам абсолютно безразличен.

Количество атомов, из которых состоит тело ракеты, остается неизменным все время. А масса растет! Каждый атом ракеты как бы набухает новой массой при увеличении скорости. Но и в атоме при этом не появляется ни новых электронов, ни новых ядерных частиц. Им неоткуда взяться. Значит, каждая атомная частица становится «массивней» оттого, что, участвуя в убыстряющемся полете, делается все «энергичней». Эти слова можно бы и не брать в кавычки: частицы действительно нагружаются все новой и новой энергией движения и одновременно почему-то «прибавляют в весе».

Так как источник передает частицам ракеты только энергию, у нас, не верящих в чудеса, снова нет выбора: мы должны признать, что именно энергия приносит с собою новую массу. Приток первой равносилен притоку второй.

Энергия и масса — нечто единое.

И не нужно ударять кулаком по столу. Закон сохранения массы соблюдается вместе с законом сохранения энергии. Два этих фундаментальных закона природы объединяются теперь в один. А представление о всепроникающей материальности мира не только не несет при этом никакого ущерба, но, напротив, становится исчерпывающе полным.

И мысль о мире, в котором прибывает и прибывает масса оттого, что звезды во вселенной и электроны в атомах начинают двигаться быстрее, теперь заставила учителя улыбнуться. «Как могла прийти мне в голову такая нелепая карта-, на! — упрекнул он самого себя. — Все звезды и все электроны не могут начать двигаться быстрее одновременно. Откуда взяли бы они для этого нужную энергию? Кто передавал бы им вместе с энергией массу? Если какие-то тела убыстряются, другие неизбежно замедляются. Вот в чем дело! Нельзя пугаться бессмыслиц».

Старый учитель все-таки снова был и обрадован и смущен этим новым знанием — этим законом единства энергии-массы: уж очень далеко пришлось ему отойти от всего того, что когда-то, в XIX веке, другой старый педагог — университетский профессор с такою же земской бородкой — рассказывал ему, тогдашнему студенту, на лекциях по физике.

Нелегко было поверить, что нагретый утюг должен быть тяжелее самого себя — холодного; что жар увеличивает вес больного; что птица в клетке легче птицы в полете; что Солнце, непрерывно источая свет и тепло в пространство, теряет вместе с энергией часть свой массы — буквально тает на глазах человечества… Один известный физик сравнительно недавно говорил, что он не может допустить мысли, будто возрастание скорости электрона постепенно «превращает его в арбуз». Этим уничижительным карикатурным арбузом он хотел высмеять то, чего не в силах был опровергнуть и с чем не могло примириться его классическое сознание.

И тем не менее с железной необходимостью оказывается, что и утюг, и птица, и Солнце не могут избежать подобных превращений — не могут-«вести себя» иначе: приход и расход энергии — это приход и расход массы. И электрон, доведенный почти до скорости света, способен стать «тяжелее» не только арбуза, но и Земли, и всех звезд Галактики, и вообще — любой конечной массы во вселенной. Все зависит лишь от того, как мало будет отличаться его скорость от световой.

Это теоретически. А практически — вся штука в том, как довести электрон до этакой чудовищной скорости.

«А пожалуй, — подумал неуступчивый, но последовательный старый учитель, — такое положение вещей естественно: разве легче примириться с мыслью, что материальное естество любого физического тела должно оставаться совершенно безучастным к такому важному событию, как изменение энергии этого тела? Так веками считали ученые. Так меня учили в школе, и я учил других. Но, по совести говоря, безучастность материи к собственному движению давно должна была бы показаться подозрительной и физикам и философам. Последние, пожалуй, могли бы даже заранее предсказать, что когда-нибудь физики откроют внутреннюю связь между массой и энергией тел. Удивительно, что философы этого не сделали! Еще удивительней — почему физики так долго этой связи не замечали?»

Он хотел сам найти ответ на этот вопрос. И вспомнил, что ведь еще сравнительно недавно врачи не знали о существовании микробов, хотя человечество никогда не уставало болеть. Над Пастером смеялись его Коллеги, а в это самое время микробами кишела вода, которой запивали они свои долгие протестующие речи. Он вспомнил и про бесконечные споры о существовании атомов… Слишком малое может ютиться подле нас и в нас, а мы не будем о нем подозревать!

И тогда ему пришла в голову простая догадка: наверное, даже огромному приросту энергии тела соответствует очень малый прирост массы — такой малый, что на обычных весах его не измеришь. Если это действительно так, то многовековая слепота физиков простительна — то была слепота их несовершенных инструментов.

8

Конечно, старый учитель и на сей раз был прав. Физик тотчас показал ему знаменитую формулу связи энергии и массы — одну из замечательнейших формул в естествознании.

Приводить ли ее здесь или нет? Мы ведь молча условились разговаривать без математики. Но все-таки трудно удержаться от соблазна — нужно хотя бы полюбоваться простотой этой формулы:

Е = М·С2.

где Е — энергия,

М — масса,

С — скорость света.

Сразу видно, что даже в крошечной массе заключена громадная энергия, потому что малая величина этой массы умножается на колоссальную величину — квадрат световой скорости. И наоборот: даже огромная энергия обладает ничтожно малой массой.

К тому моменту, когда наша полуторатонная ракета, полетевшая в сторону Луны, достигла второй космической скорости — 11,2 километра в секунду, ей была передана гигантская энергия. Но масса ракеты возросла от этого лишь на один миллиграмм. Только и всего… Какую же мизерную прибавку в весе испытывает, скажем, раскаленный утюг? Или больной, разметавшийся в жару? Пусть температура у бедняги подскочила на три градуса — с тридцати семи до сорока, а весит он килограммов 70, а то, что можно назвать теплоемкостью, пусть равно для его тела теплоемкости воды — 1; тогда тело его станет вместилищем примерно 210 больших калорий лишней тепловой энергии. Какова масса этого излишка? Превратив калории в эрги, выразив скорость света в сантиметрах в секунду, возведя ее в квадрат, получив грандиозное число с 20 нулями — 900 000000 000 000 000 000, а затем разделив энергию на это число, мы выясним, что больной «потолстел» приблизительно на одну стомиллионную грамма. Не много, не правда ли?

Никакие опыты на протяжении многих веков не могли дать физикам никаких указаний на «прибавку в весе» у движущихся тел. В нашем мире сравнительно медленных и тяжелых вещей такие прибавки — гномы в царстве великанов. Сама Земля летит по своей орбите в 10 тысяч раз медленнее фотона. Так могло ли наблюдение обычных земных скоростей навести ученых на мысль, что масса тел растет вместе-со скоростью?

И все-таки еще до Эйнштейна два физика сумели опытным путем близко подойти к открытию великого закона эквивалентности энергии и массы. Совсем близко! Это были профессор Лебедев, работавший со светом, и профессор Кауфман, работавший с электронами.

Петр Николаевич Лебедев, чьим именем гордится мировая наука, доказал, что существует давление света, предсказанное еще Максвеллом. Он доказал это столь же тонко и просто, сколь и неопровержимо: в его поразительных опытах световой луч от вольтовой дуги поворачивал крылышки легчайшего пропеллера, подвешенного на нити, и, таким образом, закручивал эту нить.

Свет механически работал! Как ветер, как град… Поток электромагнитной энергии обнаруживал воочию, что он обладает массой. Сообщение Лебедева на Всемирном конгрессе физиков в Париже принесло ему широчайшую известность. А науке оно принесло уверенность, что нет никакой пропасти между «чистой энергией» (свет) и «чистой массой» (вещество).

И снова достойно внимания, что это произошло на рубеже, отделявшем прошлый век от нынешнего, — в том самом 1900 году, когда Планк выдвинул гипотезу квантов. На том же парижском конгрессе физиков Мария и Пьер Кюри докладывали о первых успехах в изучении радиоактивности. И в том же Париже, в том же самом году, другой конгресс — электротехнический — наградил Александра Степановича Попова дипломом и золотой медалью за изобретение радио.

Есть у выдающихся событий в истории науки такое обыкновение — сгущаться на коротком отрезке времени, потом оставлять как бы пустыми несколько лет, потом снова сгущаться. Так было в 1895–1896, 1900, 1905 годах. Но и у всех последующих десятилетий нашего века бывали свои счастливые высокоурожайные годы. Одна из таких памятных вех в истории изучения первооснов материи помечена совсем недавними годами — 1955–1956… Такие сгущения исторически не случайны, так же как не случайны обильные урожаи на упрямо, изо дня в день возделываемом поле.

9

В легком и быстром мире — в мире элементарных частиц — эквивалентность энергии и массы проявляется так броско, так ощутимо, что если бы этот закон и не был открыт в 1905 году как ближайшее следствие теории относительности, он все равно возник бы в атомной физике как рабочая гипотеза, а потом… А потом, раньше или позже, все равно была бы создана широкая общая картина движения материи, совпадающая с той, что открылась в работах Эйнштейна. Может быть, она, эта картина, не называлась бы тогда теорией относительности, а именовалась бы как-нибудь по-другому, но скорость света все равно удостоилась бы в ней особого места, как величина, предельная для физических скоростей. И тогда временная рабочая гипотеза экспериментаторов сама собой превратилась бы в строго установленный, нерушимый и всеобщий закон: Е = М·С2.

Двадцатишестилетний эксперт третьего класса Альберт Эйнштейн, стоя за служебной конторкой в тиши Швейцарского патентного бюро, вывел закон эквивалентности чисто теоретически, на клочке бумаги, и жаждал его опытной проверки. Атомники-экспериментаторы нащупали бы этот закон в шумном многолюдье своих лабораторий чисто практически:

иначе они просто не могли бы никак объяснить странностей в поведении атомных частиц.