Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

К сожалению, в обыденной жизни слово «энергия» применяется в самых разных смыслах — порой даже с мистическим оттенком. Иногда за словом «энергия» вообще трудно уловить смысл, когда его используют не физики.

Наверно, лучше всего об энергии сказал нобелевский лауреат по физике Ричард Фейнман, внесший немалый вклад в создание современной физической картины мира:

«Существует факт, или, если угодно, закон, управляющий всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение является весьма и весьма отвлеченным. Это, по существу, математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним…»[32]

Эйнштейн в рамках своей теории показал, чему равна полная энергия тела, обладающего массой m. Это знаменитая формула, известная даже далеким от физики людям. Если обозначить буквой Е полную энергию тела с массой m, то: E = mc².

В соответствии с теорией Эйнштейна, энергия тела (являющаяся мерой любых форм движения и взаимодействий этого тела с другими телами и полями) определяется его массой. В формулу входит огромный коэффициент — скорость света с, умноженная сама на себя. Это означает, что даже если тело (песчинка) обладает массой в 1 грамм, ее полная энергия ужа­сает — это 9 × 10¹³ джоулей, или примерно 20 тысяч тонн в тротиловом эквиваленте. В одной песчинке энергия, равная 20 килотоннам тротила, это энергия атомной бомбы, сброшенной американскими воен­ными на Хиросиму! Другое дело, что «извлечь» эту энергию из песчинки непросто.

Физика говорит о том, что в природе существует процесс, который называется аннигиляция, при котором вся энергия тела «освобождается» — все тело превращается в субстанцию без массы, в электромагнитные волны, то есть в световое излучение. Во Вселенной существует так называемое антивещество[33] (антипротон обладает такой же массой, как и протон, но имеет противоположный электрический заряд — отрицательный; у антиэлектрона (позитрона) такая же масса, как у электрона, но он несет положительный электрический заряд). При взаимодействии частиц и античастиц происходит аннигиляция — вспышка света, излучение электромагнитных волн. Частицы при этом исчезают, их масса трансформируется в энергию электромагнитного излучения. Получается, что масса — это форма существования энергии. Масса вещества может преобразовываться в энергию (в форме электромагнитных или гравитационных волн). Замечательно и обратное: излучение (свет) может превращаться в частицы, имеющие массу! Мир оказался гораздо сложнее, чем мы предполагали.

Спустя три десятилетия теория Эйнштейна помогла объяснить, почему светят звезды. Оказалось, что при очень больших температурах и очень больших давлениях ядра атомов водорода могут, объединяясь, превращаться в ядра атомов второго по массе химического элемента — гелия. Это реакции ядерного синтеза, или, как нередко говорят, термоядерные реакции. Но суммарная масса получающегося гелия оказывается на 0,7 % меньше массы водорода, вступившего в реакцию. Куда девается недостающая масса? Она превращается в электромагнитное излучение, в точном соответствии с формулой Эйнштейна. Потому-то звезды (а значит, и наше Солнце) светят! В недрах Солнца происходят термоядерные реакции, основная часть водорода превращается в гелий, а небольшая часть массы водорода трансформируется в излучение. Оно-то и нагревает Солнце изнутри, из-за чего Солнце светит.