Биография атома - [21]

Крупнейшие открытия, связанные с явлением радиоактивности, дали толчок к развитию физической теории строения вещества.

Об этом и думал Эйнштейн, сидя за конторкой патентного бюро. Формула за формулой ложилась на листки бумаги после того, как у него в голове складывалась какая- либо законченная, сформировавшаяся мысль.

Несколько своих небольших работ он послал в научный журнал «Анналы физики». Их опубликовали. 30 сентября 1905 г. вышел очередной номер берлинского журнала «Анналы физики». В заголовке одной из статей стояло: «К электродинамике движущихся тел». Под статьей была подпись — Альберт Эйнштейн. Эта дата стала днем рождения знаменитой теории относительности, совершившей величайший переворот в представлении человека о природе вещей.

Новая теория заставила ученых по-иному взглянуть на проблемы, которые казались давным-давно решенными.

Так повседневные наблюдения сделали для нас несомненным закон сложения скоростей. В чем он заключается?

Предположим, вы едете в поезде. Если вы пройдете по вагону в направлении движения поезда, то ваша скорость движения относительно вагона сложится со скоростью вагона относительно Земли. Если же пойдете вдоль вагона в противоположном направлении, то вычтется. Это очевидно каждому. Однако не следует забывать, что мы имеем дело с очень небольшими скоростями. Ведь даже самые быстрые ракеты пролетают всего лишь несколько километров в секунду, в то время как скорость заряженных частиц, испускаемых радиоактивными веществами, измеряется тысячами километров в секунду. А скорость света равна 300 тысячам километров в секунду. Возникает, естественно, вопрос: будет ли закон сложения скоростей справедлив при скоростях, близких к скорости света? Ответ на него и содержится в ставшей знаменитой статье Альберта Эйнштейна, оказалось, что при таких больших скоростях законы считавшейся незыблемой механики, в том числе и закон сложения скоростей, перестают быть верными. Величайшая заслуга Эйнштейна состояла в том, что он открыл законы, которыми объясняются процессы, происходящие при любых скоростях. Естественно, закон сложения скоростей в механике Эйнштейна стал значительно более сложным, чем в классической механике. Как и следовало ожидать, оказалось, что в случае малых скоростей новая механика Эйнштейна совпадает с классической.

Трудно переоценить значение этой работы Эйнштейна. Дальнейшее развитие атомной физики тесно связано с изучением взаимодействия вещества с частицами, обладающими громадными скоростями. Ученые получили возможность не только правильно описывать такого рода взаимодействия, но и рассчитывать гигантские установки для получения высокоскоростных частиц. Такие установки, называемые ускорителями, используются для бомбардировки атомов, и расчет этих установок связан в первую очередь с теорией относительности Эйнштейна.

Основная формула атомного века

В том же 1905 г. Эйнштейн опубликовал в журнале «Анналы физики» еще одну статью. Она называлась «Зависит ли инертность тела от содержания в нем энергии?» Всего три страницы журнального текста занимала статья, но она стоила многих томов этого старого физического журнала.

Статья явилась продолжением работы Эйнштейна над теорией относительности и содержала очень важный для биографии атома вывод из этой теории. Он касался взаимосвязи между массой любого тела и содержащейся в нем полной энергией.

Эйнштейн писал тогда: «...Я пришел к выводу, что масса является мерилом всей содержащейся в телах энергии. Заметным образом убыль массы в связи с выделением энергии должна наблюдаться у радия...»

До Эйнштейна физики рассматривали вещество и энергию отдельно друг от друга. Веществом считали все существующие в природе тела, а энергией — все то, что может сообщать телу способность совершить какую-то работу (свет, тепло и т. п.).

Великий русский ученый Ломоносов открыл закон, что вещество не может исчезать или возникать вновь. Это был закон сохранения вещества. Значительно позднее, а именно в 40-х годах XIX в., было установлено, что существует закон сохранения энергии. Энергия не может исчезать или возникать из ничего. Она только переходит из одной формы в другую.

Эйнштейн связал воедино два понятия — вещество и энергию. Каждому количеству вещества соответствует определенное количество энергии Е. Между ними существует зависимость, определяемая формулой

Е = mс².

Это и есть основная формула атомного века. За пять лет до создания теории Эйнштейна, в 1900 г., замечательный русский физик Николай Петрович Лебедев опытным путем пришел к выводу о взаимосвязи между энергией света и его массой.

Но Лебедев рассматривал только частный случай, а Эйнштейн получил универсальную зависимость. Энергия Е, содержащаяся в теле, пропорциональна его массе т. И множителем пропорциональности является скорость света, взятая в квадрате.

Мы знаем, как велика скорость света —300 тысяч километров в секунду. Как же велика должна быть энергия, заключенная даже в маленьком кусочке вещества? Расчет показывает, что в одном грамме вещества содержится энергия, равная примерно двадцати триллионам калорий. Насколько велика эта величина, вы можете судить из следующего. Электроэнергия, вырабатываемая в настоящее время в год всеми электростанциями во всех странах мира, эквивалентна энергии, содержащейся всего в нескольких десятках килограммов вещества. Другими словами, если бы можно было выделить и целиком использовать энергию, скрытую в веществе, то для удовлетворения потребностей человечества в энергии потребовалось бы всего несколько десятков килограммов вещества.