Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности

Мы рады сообщить, что никаких предельных физических состояний в повседневной жизни не наблюдается. Обычно по утрам, если все идет нормально, встаешь с постели, слоняешься по дому, что-то ешь, потом выбегаешь за дверь. Родные и близкие полностью рассчитывают на то, что к вечеру ты будешь выглядеть точно так же, как поутру, и вернешься домой целым и невредимым. А теперь представьте себе, что вы приходите на работу, в душный конференц-зал на важное совещание, назначенное на десять ноль-ноль, и вдруг разом теряете все свои электроны – или, хуже того, все атомы, составляющие ваш организм, разлетаются в разные стороны. Или, например, сидите вы в кабинете, стараетесь хоть что-то сделать при свете настольной лампы, и вдруг кто-то включает верхний свет, и от этого ваше тело начинает метаться по комнате, беспорядочно отражаясь от стен, пока вас не выносит в окно. Или вы после работы идете посмотреть соревнования по сумо – и видите, как два сферических господина сталкиваются, исчезают и ни с того ни с сего превращаются в два луча света!

Если бы подобные сцены разыгрывались изо дня в день, современная физика не казалась бы такой диковинной, познания о ее основах естественным образом вытекали бы из нашего жизненного опыта, а наши родные и близкие ни за что не выпускали бы нас из дома на работу. А когда-то, в первые мгновения существования Вселенной, такое происходило сплошь и рядом. Чтобы представить себе и понять, как это было, есть лишь один способ – завести себе здравый смысл иного порядка, выработать иное интуитивное понимание того, как должны действовать законы физики при экстремальных температурах, плотностях и давлении.

Добро пожаловать в мир E = mc².

Версию своей знаменитой формулы Эйнштейн опубликовал в 1905 году в своей эпохальной статье под названием «К электродинамике движущихся тел». Понятия, выдвинутые в этой статье, известны как специальная теория относительности, и они навсегда изменили наши представления о пространстве и времени. Эйнштейну было тогда всего 26 лет. Подробнее он рассказал о своем аккуратненьком уравнении в отдельной и, что примечательно, совсем короткой заметке, которая вышла в свет в том же году – «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?» Чтобы избавить вас от штудирования этой статьи, организации эксперимента и проверки теории, поясню, что ответ – «Да».

Как писал Эйнштейн:

Если тело отдает энергию L в виде излучения, то его масса уменьшается на L/V² (Здесь L – энергия, V – скорость излучения, то есть, скорость света, поэтому это выражение соответствует более привычной записи E/c². – Прим. перев.) … Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии; если энергия изменяется на величину L, то масса меняется соответственно…

(Здесь и далее пер. под ред. И. Тамма

)

Эйнштейн не был вполне уверен, что это утверждение истинно, и затем предположил:

Не исключена возможность того, что теорию удастся проверить для веществ, энергия которых меняется в большей степени (например, для солей радия).

Итак, перед вами алгебраический рецепт на все случаи жизни, когда вам захочется преобразовать вещество в энергию или энергию в вещество. Этими простыми словами Эйнштейн невольно подарил астрофизикам вычислительный инструмент E = mc², который позволяет им заглянуть из Вселенной в том виде, в каком она пребывает сейчас, глубоко в прошлое, в самое начало, когда с момента ее рождения миновали ничтожные доли секунды.

Самая известная форма энергии – это фотон, неделимая частица света, лишенная массы. В фотонах мы просто-таки купаемся – к нам долетают фотоны и с Солнца, Луны и звезд, и от газовой плиты, торшера и ночника. Почему же мы не сталкиваемся с E = mc² ежедневно, на личном опыте? Энергия фотонов видимого света несравнимо меньше, чем энергия субатомных частиц с самой маленькой массой. Фотон не может ни во что превратиться, поэтому жизнь его течет счастливо, почти без потрясений.