Беседы об атомном ядре

Новая теория была создана как будто «по заказу» микромира, хотя и несколько раньше, чем он поступил. На Земле просто не были известны объекты, движущиеся со столь высокими скоростями. И это дало повод Э. Резерфорду отметить как-то, что недостаток теории относительности заключается, по его мнению, в чрезмерной абстрактности этой теории и оторванности ее от действительности.

На самом же деле предсказанное теорией изменение массы тела, движущегося с околосветовой скоростью, уже наблюдал знаменитый Дж. Дж. Томсон. Обнаружив электрон в разрядной трубке, он измерил его массу и понял, что быстродвижущийся электрон тяжелее покоящегося.

Наконец, спустя шесть лет Э. Резерфорд обнаружил атомное ядро и раскрыл окно в микрокосмос, населенный частицами-лихачами, обладающими огромными энергиями, — мир, совершенно неподвластный законам классической физики.

Микромир стал великолепной ареной, на которой теории относительности удалось продемонстрировать всю свою глубину и всеобъемлемость.

Ни в макромире, ни в мире атомных ядер и элементарных частиц нет ничего выходящего за пределы четырех основных понятий: «пространство», «время», «материя» и «движение».

Основатели диалектического материализма К. Маркс и Ф. Энгельс еще задолго до создания теории относительности утверждали, что если время и пространство суть формы существования материи, то они должны быть теснейшим образом связаны с нею и между собой, и что непременно должна обнаружиться взаимозависимость между материей и движением.

Но тогдашняя наука о природе не давала никаких реальных подтверждений этим философским принципам. Ни один эксперимент не нарушал наивного мнения, что пространство — это «пустое вместилище, наполненное материальными телами». Ничто не мешало и вере в некое абсолютное время, не зависящее от свойств материи.

Теория относительности впервые в истории науки показала, как тесно на самом деле переплетены свойства пространства и времени.

Вскоре после того, как в журнале «Анналы физики» была напечатана статья А. Эйнштейна по специальной теории относительности, он в письме своему другу высказал очень важное соображение, что масса тела должна быть непосредственной мерой заключенной в нем энергии.

В то время уже были известны результаты тончайших экспериментов, с удивительным мастерством поставленных выдающимся русским физиком П. Лебедевым. Он доказал, что свет оказывает давление на поверхность предметов.

«Свет переносит массу, — писал А. Эйнштейн. — Заметное убывание массы должно было бы наблюдаться у радия. Такие соображения веселят и подкупают; но не потешается ли господь бог и не водит ли он меня за нос — этого я не могу знать». Шутливое опасение А. Эйнштейна не оправдалось. А свои мысли о взаимосвязи между массой и энергией он сформулировал на трех печатных страницах и опубликовал спустя несколько месяцев в том же журнале. «Зависит ли инерция тела от содержания в нем энергии?» На этот вопрос, вынесенный в заголовок, статья отвечала утвердительно.

Новые представления о пространстве и времени позволили А. Эйнштейну доказать общее положение о тесной взаимосвязи между массой — мерой инертности тел, и энергией — мерой количества их движения. Исследования микромира подтвердили выводы теории.

Навсегда была засыпана казавшаяся раньше ученым непреодолимой пропасть между материей и движением; пропасть, существование которой никогда не признавалось творцами философии диалектического материализма.

А. Эйнштейн показал, что приращение массы движущегося тела связано с увеличением его кинетической энергии. Масса неподвижного тела, так называемая масса покоя, связана с полным запасом «внутренней» энергии покоящегося тела. А запас этот состоит из энергии молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц.

Формула А. Эйнштейна E = mc² говорила о том, что при изменении массы энергия изменяется в том же направлении, но с огромным коэффициентом пропорциональности «с», равным скорости света 3 · 10¹⁰ сантиметров в секунду, возведенным в квадрат. Причем, энергия измеряется в джоулях, а масса — в граммах.

Практически невозможно обнаружить изменение массы покоя, например, у реагирующих веществ в химических реакциях, так как слишком мала порция выделяющейся энергии. «Не исключена возможность, — писал он, — что проверка теории удастся для тел, у которых содержание энергии в высшей степени изменчиво… например, у солей радия».

Гениальный ученый попал в точку! Так заранее был подготовлен тот необходимый материал, без которого никак не могло завершиться дело о «дефекте масс», а вместе с ним и решение проблемы внутриядерной энергии.

Вот где соприкоснулись две такие разные линии развития науки: непосредственное экспериментальное исследование радиоактивности и теоретическое проникновение в глубочайшие свойства пространства и времени. Они сблизились, и это дало возможность в дальнейшем широко распахнуть дверь, ведущую к познанию свойств атомного ядра.