Архив рубрики: Сейфы энергии

Прикосновение к звезде

Шаг за шагом мы узнали много любопытного из эйнштейновской физики быстрых движений. Теперь по­пробуем сообразить, как изменяется добытым знанием наше привычное восприятие мирового пейзажа.

Вот еще один утрированный пример. Раз уж расстоя­ние зависит от скорости путника, значит, можно... не сходя с Земли, дотянуться рукой до Луны? Двинь туда достаточно быстро ладонь — и для нее от четырехсот тысяч километров останется полметра? Еще быстрее махни рукой — дотронешься до звезды? Сказка!..

Разумеется, такое невозможно. Запретов масса, о них уже говорилось. «Для головы» (которая «останется дома») путь до звезды не изменится, а движущаяся рука укоротится — значит, оторвется от тела. Спорт вар­варский. Если «взмах» Земля — Сириус «для ладони» продлится секунду, то «для головы» — больше десяти лет. Тоже нехорошо. Главное же, немыслимо преодолеть катастрофически возрастающую инерцию руки, не хватит никакой энергии. Тут, пожалуй, не мысленный экспери­мент, а праздное баловство фантазии.

Все так. Со взмахом руки эйнштейновские эффекты не связываются, это ясно.

Но помня о запретах и тем не менее развлекаясь подобными размышлениями, начинаешь, мне кажется, не только умом, но и сердцем, каким-то новым чувством, понимать суть эйнштейновской относительности.

Иными видятся мировые дали. Привычная бездон­ность небес и вездесущая вечность зримо обогащаются тончайшей игрой релятивистских расстояний и длитель­ностей. Звезды будто рядом, хоть они «технически» и недоступны. Пути и сроки податливы, подчинены дви­жению. Вся Вселенная преображается во что-то новое, еще более сложное и интересное, чем мыслилось прежде.

Физика Эйнштейна меняет модель мира в самом фундаменте человеческих представлений!

Об этом ещё будет идти речь впереди.

Покоя нет нигде

Очередной коротенький экскурс в область философии и религии.

В классической физике неравноправие массы и энер­гии налицо. Они там оторваны друг от друга. Весом и инерцией Ньютон наделил только «хозяйку»-массу, оставив «имущество»-энергию невесомым и безынер­ционным. Так получилось не случайно.

Ньютон вынуж­ден был признавать абсолютное неподвижное простран­ство, и, следовательно, все, что покоилось относитель­но него, награждалось свойством абсолютной непо­движности. Абсолютная неподвижность же — это полное бессилие, полное отсутствие способности совершить ра­боту. А значит, и безоговорочная пропажа энергии. Ве­щество Ньютона—мертвое, оно не может стать источником движения.

Ньютон это превосходно понимал. Но видел кругом мир, насыщенный безостановочным движением. Откуда взялось оно, Ньютон объяснил: от бога. Бог — вот кто, по мнению Ньютона, совершил «первый толчок», рас­шевелил инертное, мертвое вещество Вселенной. Нематериальное вдохнуло жизнь в материальное — прямо по священному писанию. А потом, соблюдая законы меха­ники, мир пошел по кругам истории.

Этот тезис ньютоновского учения с радостью приня­ла церковь: из уст уважаемого физика прозвучало что-то вроде доказательства бытия всевышнего. Такое откровение было для богословов драгоценностью, не­ожиданным кладом. Ведь со времен Коперника и Гали­лея многое изменилось. Отцам церкви стало ясно, что знание уже не сожжешь на кострах, что науку невыгод­но отбрасывать, отрицать — ее лучше подчинить, сде­лать помощницей религии. Тут, как нельзя кстати, и подоспела гипотеза «божественного толчка».

Опять, как прежде, когда обсуждалось ньютонов­ское обожествление пространства и времени, я пригла­шаю вас согласиться, что глупо и бессмысленно из мно­гознающего сегодняшнего далека ставить в вину вели­кому физику его религиозность. Спросите умников, ко­торые нынче посылают в прошлое подобные упреки (это, увы, бывает): а что бы они придумали на месте Ньютона?

Ничего бы они не придумали.

Религия — дитя незнания. Пока в научной картине мира зияла такая солидная брешь, как отсутствие мате­риальной причины физического движения, неизбежны были ссылки на мистику. Точно так же, как не мог обой­тись без веры в Зевса-громовержца древний грек, поня­тия не имевший о подлинных причинах дождя и грозы.

Такой вдумчивый атеист, как Фридрих Энгельс, уви­дел даже зерно прогресса в мистической мысли Ньютона-философа. В божьей власти, по мнению Ньютона, осталось одно лишь давнее прошлое: великий физик от­дал творцу только первый удар и лишил всего осталь­ного. Таким образом, речь шла, скорее, об освобождении Вселенной от божественного управления. Подобное слу­чалось нередко. Пусть не сразу, но бог неминуемо вы­теснялся из естествознания — и знаменательно, что это часто делалось учеными, которые отнюдь не были без­божниками. Постигая природу, наука изгоняла из нее мистику порой даже вопреки воле самих исследова­телей.

Все же вплоть до начала XX века гипотеза «боже­ственного толчка» оставалась прибежищем идеализма в физике. Она рухнула с появлением теории относитель­ности, создатель которой тоже, кстати, вовсе не был воинствующим атеистом. Ниспроверг гипотезу закон эк­вивалентности массы и энергии. Именно этот закон по­казал, что материя буквально «до дна» насыщена дви­жением, скрытым или явным, принципиально от нее неотделимым.

Я приглашаю вас еще раз удивиться этой неуязви­мой логике: тому, как из причуд игры света в хитро расставленных майкельсоновских зеркалах родилась уверенность, что любая капля воды, любой булыжник — титанический запас энергии, способности к работе, к движению. Ныне факт этот доказан опытом, подтвер­жден даже войной, индустрией, освещен заманчивыми и вполне реальными надеждами.

И он же отверг надобность в нематериальном начале для полноты физической картины мира.

Так Эйнштейн лишил божество работы, которую на­вязал ему Ньютон. И разрушил его прибежище — абсо­лютное пространство и математическое, отрешенное от физики время. В беспокойном мире Эйнштейна материя сама себя движет, сама себе «обставляет квартиру» (управляет относительными расстояниями) и регулирует собственные «часы» (относительное время). Посторон­ней — в том числе и потусторонней! — помощи не тре­буется.

И все это — итог двух постулатов Эйнштейна и прин­ципа причинности. Ведь уже в них материя с самого начала была лишена покоя: вещество — абсолютного, а поле — даже относительного. Что ни говорите, порази­тельная цепь умозаключений!

Звезды на Земле

Если вы читаете газеты, то знаете, что термоядер­ный взрыв люди научились осуществлять и на Земле. Это водородная бомба, еще более разрушительная, чем атомная.

Если вы читаете газеты, то знаете и другое: во всем мире ученые ищут пути возбуждения спокойной, не взрывной термоядерной реакции. Решить эту проблему, труднейшую в современной прикладной физике,— зна­чит приоткрыть сейфы с безбрежными богатствами энергии ядерного синтеза.

Изотопы (разновидности) водорода, этого солнечного топлива, на Земле есть. Один из них — тяжелый водород — содержится в про­стой воде, другой, особенно эффективный,— сверхтяжелый водород—можно добывать из металла лития. Тя­желый водород, находящийся в одной кружке водопро­водной, дождевой, речной, болотной, морской — какой угодно! — воды, способен дать в термоядерной реакции столько энергии, сколько мы получаем, сжигая бочку первосортной нефти.

Мировой океан воды обещает обернуться пятьюстами такими же огромными океанами нефти. И, кстати, вода после извлечения тяжелого водо­рода ничуть не пострадает — останется такой же мок­рой, жидкой, освежающей, вкусной водой, вы даже не заметите в ней никаких перемен.

Словом, относитесь с уважением к воде и следите за газетами — я думаю, не за горами день, когда за­жгутся на Земле искусственные звезды. Это не басен­ный посул синицы, возмечтавшей «поджечь море», это будет наверняка. Ибо обязательство дает тысячи раз проверенная и перепроверенная формула Эйнштейна. Видите: теория относительности пророчит человечеству величайшее, сказочное благосостояние.

Почему светит Солнце

Ньютон совершил научный подвиг, открыв солнеч­ное тяготение, разгадав, почему планеты движутся во­круг Солнца. Но вопрос «Почему Солнце светит?» для классической науки оказался непосильным. Множество гипотез провалилось. Солнце горело своим могучим огнем и одаривало Землю жизнью вопреки недоумениям механики и запретам химии. Будь оно сделано из пер­восортного угля, бензина, пороха — все равно энергии катастрофически не хватило бы. Не помогали предпо­ложения о бомбардировке Солнца метеоритами, о сжа­тии солнечного шара под действием собственной тя­жести (тогда он должен был бы разогреться подобно тому, как греется воздух под поршнем насоса) и т. д. Это было удивление, от которого никто не видел путей бегства. По всем данным науки XIX века, Солнце обя­зано было давным-давно сгореть, погаснуть и застыть.

Формула Эйнштейна разрешила Солнцу светить так, как оно светит сегодня, миллиарды лет в прошлом к миллиарды лет в будущем. Взвешенное Ньютоном, оно получило из рук Эйнштейна право на гигантскую энер­гетическую жизнь.

Солнце — тоже «сейф». В нем тоже есть «щели». Про­деланы «щели» термоядерными реакциями: при темпе­ратуре в миллионы градусов и колоссальном давлении атомные ядра водорода в цепочке последовательных превращений соединяются и образуют ядра гелия. При­рода микромира такова, что одно ядро гелия весит на несколько процентов меньше, чем четыре ядра водоро­да, из которых оно возникает в солнечных глубинах. Вот она, «щель» — ядерный синтез. Освобожденная из вещества масса, а с нею и энергия вырываются из Солн­ца могучим лучистым потоком.

Ежесекундно Солнце «худеет» на четыре тысячи тонн. Много? Для Солнца — не очень. При массе 2·1027 тонн за миллион лет оно теряет лишь миллиардную долю своего энергетического запаса!

Щели в сейфе

Первая — очень узенькая — щелочка пробивается хи­мическими реакциями. Как это происходит — разговор особый, касающийся микроскопической структуры веще­ства, связей между атомами и молекулами. Формула Эйнштейна утверждает главное: через «химическую щель» едва проникают стомиллиардные доли процента сокровища, спрятанного в сейфе вещества. Тем не менее, именно эта ничтожная часть энергии питает величайшее многообразие химических, электрохимических, биологи­ческих процессов, окружающих нас повсюду.

Я чиркнул спичку, зажег костер — проделал щелоч­ку в сейфе-хворосте. Горит костер. Я греюсь энергией, освобождающейся в ходе химической реакции между топливом и кислородом. Энергия уходит, а с ней и масса. Поэтому продукты сгорания (угли, зола, дым, отхо­дящие газы) должны весить меньше, чем исходные продукты (хворост и кислород). Разница, однако, на­столько мала, что зафиксировать приборами ее невозможно. На каждый килограмм она составит меньше, чем 0,000 000 000 5 грамма! Так, старый, испытанный в поко­лениях химиков закон сохранения веса веществ до и после реакции соблюдается с высочайшей степенью точ­ности, хоть, строго говоря, в нем нет абсолютной спра­ведливости. Теория относительности вносит поправку: если при реакции выделяется (или поглощается) энер­гия, вес веществ после реакции становится чуть-чуть меньше (или, соответственно, больше).

Это «чуть-чуть» в обычной химии практически не играет никакой роли. Зато в ядерной химии и физике оно превращается в величину заметную и существенную, которую вполне можно обнаружить. Еще в 1905 году, в первой своей работе о теории относительности, Эйн­штейн сделал на этот счет дальнее предсказание: он посоветовал проверить свою формулу на явлении радио­активности, в котором, как он отметил, «содержание энергии может меняться в сильной степени».

Кусочек соли радия — это, пользуясь нашим сравне­нием, дырявый сейф. Из него непрерывно сочится энер­гия. И радий тает, распадается, превращается в дру­гие химические элементы, теряет в весе. Довольно тон­кий опыт позволил определить, какая доля массы ухо­дит вместе с энергией,— получилось точное согласие с предсказанием Эйнштейна.

Нашлись в природе ядерные «сейфы», которые, по­добно хворосту костра, поджигаемому спичкой, дают «трещину» по приказу извне, но довольно солидную, пропускающую несколько процентов энергии-массы. Прежде всего — знаменитое горючее атомной бомбы, не­которые разновидности металла урана. Роль запала по­ручена частице под названием нейтрон. Нейтрон разру­шает ядро урана на осколки, а заодно освобождает зна­чительную энергию, которая их сцепляла. Освобождается и соответствующая масса. Поэтому осколки весят на один-два процента меньше, чем ядро до деления. Один-два процента энергии-массы получают свободу — и сле­дует катастрофический атомный взрыв.

Узнав о трагедии Хиросимы, Эйнштейн с отчаянием воскликнул: «О, горе!» Он считал себя причастным к мученической гибели японского города, ибо возможность ядерного взрыва была им предсказана за сорок лет.

Однажды ученый с печальной иронией назвал себя «дедушкой атомной бомбы».

А за несколько месяцев до смерти Эйнштейна в СССР открылась первая в мире атомная электростанция.

Богатство под замком

Сделав расчет по уравнению Эйнштейна, мы убеж­даемся, что грамм любого вещества — это 9•1020 эргов энергии. Или 25 миллионов киловатт-часов. По государ­ственным расценкам (четыре копейки киловатт-час) цена энергии, если ее продавать на вес,— миллион руб­лей за грамм!

Какой-нибудь запасливый богач, убедившись, что об­счета нет, решит, быть может, приобрести на черный день граммов сто такой «законсервированной» энергии. Торговцем будет все тот же бандит Клио, отбывший срок в тюрьме, но, увы, не исправившийся.

Дрожа от жадности, Клио пересчитает деньги (миллион сторублевок) и подаст покупателю полстака­на воды.

Потому что сто граммов массы—это и есть сто граммов энергии. Никакого обмана!

С таким же правом он мог отвесить покупателю стограммовую горсточку земли или вручить стограммо­вый камешек. В ста граммах любого вещества — на сто миллионов рублей энергии. По миллиону за грамм.

Однако в разгар сделки должен явиться вездесущий детектив-релятивист майор Прошкин. Со спокойной усмешкой в серых проницательных глазах он заставит Клио вернуть глупому богачу покупателю его громад­ные деньги. Потому что даже при блестящем знании современной физики Клио не сможет приложить к покупке инструкцию, где было бы сказано, как превра­тить всю проданную на вес энергию неподвижного вещества в работу. Этого наука пока не знает. Вручить массу-энергию в виде вещества — все равно что выдать зарплату в сейфе, который невозможно открыть.

Итак, вещество — это сейф. Вернее, бессчетные ми­риады крошечных сейфиков, битком набитых огром­ной энергией.

Я разгуливаю по планете — и груды энергетических кладов дуют на меня ветром. Другие хрустят под нога­ми снегом и песком. Третьи плещутся в морских вол­нах. Четвертые шелестят в листьях. Энергетические клады летают птицами, рыщут зверями. И каждый че­ловек — тоже дремлющий заряд колоссальной энергии. И каждый муравей, и паутинка в лесу... Всюду скры­то обещание к гигантской, уму непостижимой работе.

Но на обещание наложен запрет. Сейфы закрыты.

Правда, не наглухо.

Во многих таких сейфах есть тоненькие щелочки, че­рез которые вырывается наружу энергия, способная работать. Потому-то ползут муравьи, летят птицы, тру­дится, мыслит человек. И костры горят, и плавится чу­гун в доменных печах. И действуют ядерные реакторы, и жарко, светит солнце...