Чтение онлайн

Масса и энергия эквивалентны

Даже если бы мы построили космические корабли, приводимые в движение атомными взрывами миллиона бомб, им все равно не удалось бы развить скорость, равную скорости света.Ни один материальный объект не может превысить скорость света. В нашей четырехмерной Вселенной — имеются в виду три пространственные координаты и одна временная — выйти за данный предел невозможно. Это следует из теории относительности и из соотношения массы и энергии.

15 миллиардов лет назад произошел колоссальный взрыв, который получил в науке название Большого взрыва (от английского Big Bang), положивший начало Вселенной. В первые мгновения существовала лишь запредельно высокая тепловая энергия. Но со временем Вселенная начала охлаждаться и энергия преобразовалась в материю: появились звезды, планеты и галактики.

Таким образом, можно сказать, что масса — это охлажденная энергия.

В вышеприведенной формуле скорость света (с = 299792 км/с) возведена в квадрат. Если произвести арифметические подсчеты, получится громадное число. Порядок величин свидетельствует о том, что небольшая масса может преобразоваться в огромное количество энергии.

Теория конца Вселенной

На сегодняшний день существуют две теории (явно несовместимые) объяснения происхождения Вселенной. На макроуровне (черные дыры, галактики и т. п.) применяется общая теория относительности. Однако для описания того, что происходит в исключительно малых масштабах, на микроскопическом уровне, потребовалась разработка квантовой механики.

«Всеобъемлющей теории», которую так упорно стремился создать Эйнштейн, до сих пор не существует.Правда, сравнительно недавно была разработана теория суперструн, претендующая на роль всеобъемлющей теории, однако экспериментальных подтверждений этому до сих пор нет. В рамках теории суперструн снимается противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой; они дополняют друг друга, объясняя различные явления во Вселенной.

Эйнштейн жил очень просто. Красота в его понимании была неотделима от простоты.Поэтому в последние годы он разрабатывал универсальную теорию — «теорию всего», — способную объяснить любой феномен.

К сожалению, Эйнштейн умер, так и не достигнув этого.

— Меня всегда поражали теории Эйнштейна. Наверное, я так и пе пойму их до конца, — призналась Джулия Виктору.

— Его теории часто противоречат здравому смыслу. Зачем далеко ходить? Взять хотя бы теорию относительности. Разве не удивительна сама идея вообразить, что будет, если двигаться со скоростью света?

— Конечно, — согласилась Джулия. — А еще удивительнее, на мой взгляд, выводы Эйнштейна: то, что пространство и время относительны. Сейчас эта фраза так затерта, что кажется просто фигурой речи, но ведь это правда! Действительно, расстояние и время зависят от скорости, с которой двигается человек, производящий измерения. По крайней мере, так я понимаю теорию Эйнштейна.

— Правильно понимаешь. А что ты скажешь о соотношении массы и энергии? Вот уж поистине поразительное открытие! И последствия для человечества оно имело невообразимые: люди создали атомную бомбу.

Джулия посмотрела на Виктора. Он уловил в ее взгляде осуждение и начал оправдываться:

— Что ты на меня так смотришь? Я ведь не сказал ничего плохого!

— Пока не сказал. Но разве ты не собирался обвинить Эйнштейна в разработке атомной бомбы? Это все равно что обвинять Винчестера, изобретателя винтовки, во всех убийствах, совершенных с помощью этой винтовки. Эйнштейн лишь сформулировал теорию. Это не имело никакого отношения к бомбе! И хотя потом он написал письмо президенту Рузвельту, в котором просил, чтобы американское правительство поторопилось с созданием атомного оружия, поскольку была угроза разработки такого оружия фашистами, он до конца своих дней раскаивался в этом поступке.

— Да я согласен с тобой, не злись! — примирительно произнес Виктор. — Хотя не знаю, как можно сравнивать Винчестера с Эйнштейном. Изобретатель винтовки прекрасно понимал, что его изобретение будет применено соответствующим образом — не для того, чтобы раздавать конфеты деткам. А говоря об Эйнштейне, я имел в виду, что он доказал возможность преобразования массы в большое количество энергии. Этот ученый открыл для нас атомную эру!

— Да, хотя, как тебе известно, есть и другие способы превращения массы в энергию. Пока, правда, на атомных электростанциях энергия получается за счет расщепления ядра. В реакторах на этих станциях при делении ядер высвобождаются радиоактивные элементы, но хотя при этом производится огромное количество энергии, во время деления ядра лишь небольшая часть массы преобразуется в энергию, а остальное теряется с радиоактивными изотопами, которые, к тому же, очень опасны. Некоторые радиоактивные вещества не распадаются даже за тысячи лет!

— Проклятье! Я и не подозревал, что рыжая красавица с ледяным сердцем так печется об экологии. С каждым днем ты удивляешь меня все больше. Осталось только добавить об опасности ядерной катастрофы, вспомнить о Чернобыле и АЭС «Три-Майл Айленд». Не волнуйся, я все знаю о последствиях: и о радиоактивных облаках, и об опасности загрязнения.

Не драматизируй. Я считаю атомную энергию достаточно безопасной. Конечно, тут есть свои издержки и риск, но что в наши дни не опасно? И потом, она же необходима! Электростанции другого типа, например тепловые, тоже загрязняют окружающую среду. В атмосферу выбрасывается углекислый газ, из-за которого возникает парниковый эффект и наступает глобальное потепление. Вдобавок когда-нибудь на Земле закончатся запасы полезных ископаемых. Нефть, уголь, природный газ нельзя тратить бесконечно. Тебе известно, что, по подсчетам ученых, нефти осталось чуть больше чем на пятьдесят лет? А пока что альтернативных источников энергии не хватает. Солнечной энергии, энергии ветра, воды, морских приливов недостаточно, чтобы удовлетворить потребности мировой энергетики. Поэтому хочешь — не хочешь, а придется использовать атомную энергию.

Виктор ничего не ответил, но серьезное выражение лица, да и само молчание красноречиво свидетельствовали о том, что он согласен с Джулией.

— Ладно, не унывай. Все не так плохо, — улыбнулась она. — Сейчас начался новый этап ядерной эры. Скоро человечество оседлает энергию ядерного синтеза. Ту самую, которая не дает Солнцу погаснуть. Как тебе известно, при синтезе атомы не расщепляются, а, наоборот, соединяются. Реактор, предназначенный для ядерного синтеза, очень надежен; радиоактивных выбросов почти нет, а ядерное топливо добыть легко. Например, его можно получить на основе воды. Причем энергии при синтезе выделяется гораздо больше, чем при расщеплении. Нескольких литров воды хватит, чтобы в течение нескольких месяцев обеспечивать электричеством какой-нибудь крупный город. Это энергия будущего.

— Да, — кивнул Виктор, — но добиться синтеза не так-то легко. Реакции ядерного синтеза требуют очень высоких температур. Таких, как внутри Солнца. Сотни миллионов градусов, не меньше. Наверно, не надо рассказывать, с какими трудностями сталкиваются в этом случае физики и инженеры? Эти трудности невозможно себе даже представить!

— Знаю. Но все равно ученые добьются своего! Люди изобретательны… Хотя порой бывают ужасно глупыми. Однако гении были и будут всегда. Взять хотя бы Эйнштейна или…