Александр Николаевич Проценко
      ЭНЕРГИЯ БУДУЩЕГО
      Серия "Эврика"
      Технический прогресс невозможен без энергии. О путях обеспечения человека энергией, об энергетических ресурсах планеты, о той роли, которую должна сыграть термоядерная энергия в будущем, идет речь в книге доктора наук А. Проценко. Издание рассчитано на самые широкие круги читателей.
      СОДЕРЖАНИЕ
      ВПЕРЕД ИЛИ НАЗАД?
      Дискуссии вокруг атома
      А если без энергии?
      ЭНЕРГИЯ АТОМА
      Закон Эйнштейна
      Дефект массы
      Два пути
      Аннигиляция
      КАК РАЗДЕЛИТЬ ЯДРО
      Ядра со "знаком качества"
      Как это было
      Открытие, сделанное в бассейне
      ТЫСЯЧИ ВОПРОСОВ
      Всего процент. Почему?
      Ошибка ученых фашистской Германии
      На стадионе и в монтажных мастерских
      Пока задачу приходится сводить к предыдущей
      СТЕПЕНЬ ОПАСНОСТИ
      Лекарства от радиации
      Пять барьеров
      Конференция по природным реакторам
      Что же в результате?
      ТОПЛИВО РОЖДАЕТСЯ В ТОПКЕ
      Чудо Каспия
      Темпы. Темпы. Темпы
      Кто же прав?
      ЗЕМНОЕ СОЛНЦЕ
      Великий синтез
      Пришло ли время?
      Проблема УТС
      Первые шаги
      МЕДЛЕННО? НЕТ, БЫСТРО!
      Спрессованный свет
      Вторая жизнь открытия
      Есть термоядерные нейтроны!
      Еще многое неясно, но
      Нет легких побед
      ТОКАМАКИ ВПЕРЕДИ
      Сенсация в Лондоне
      Шорох орехов
      Токамаки, стеллараторы и другие
      UWMAK-II
      Нельзя ли быстрей?
      ГРОЗИТ ЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ГОЛОД?
      Сколько энергии нужно человеку?
      Прогнозы, прогнозы
      Дело не в голоде
      ШАГИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
      Решения приняты
      Мир без бензина
      В ПОИСКАХ ЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ
      "Римский клуб"
      Рубикон энергетики
      Чистая энергия
      СКОРО ЛИ 2000 ГОД?
      ВПЕРЕД ИЛИ НАЗАД?
      Что бы ни сделал враг врагу или же ненавистник ненавистнику, ложно направленная мысль может сделать еще худшее.
      (Джаммапада, глава о мысли.
      (V век до н э )
      Девятого ноября 1965 года крупнейшая авария потрясла Нью-Йорк и некоторые другие ближайшие к мему города. По страницам газет всего жира пронеслись устрашающие заголовки - "Авария века", "Конец света". Радио и телевидение посвящали этому событию большую часть программ. Случилось же в Нью-Йорке вот что на одной из второстепенных линий электропередачи, связывающих США с Канадой, возникли неполадки. Они привели к отключению других параллельных линий, вследствие чего образовалась лавинорастущая авария. В результате отключились электростанции мощностью примерно 45 миллионов киловатт Такой встряски не выдержана вся электроэнергетическая сеть северо-востока страны, многокилометровая электроэнергетическая сеть вышла лз строя, и анергии лишились восемь северо-восточных штатов и две провинции Канады с населением в несколько десятков миллионов человек.
      В тот вечер Нью-Йорк окутала кромешная тьма, выключенные -светофоры вызвали аварии. Пробки на улицах нарушили движение транспорта остановились автобусы, троллейбусы, легковые автомобили В метро замерли поезда Одновременно выключилась вентиляция и нарушилась система откачки грунтовых вод. В ужасном положении отазались люди. В биткам набитых поездах возникали дикие сцены. "Скорая помощь" (она тоже была парализована) оказалась бессильной. В часы "пик", что обостряло создавшееся -положение, люди, покидавшие работу, оказались запертыми в лифтах, которые, лишенные притока воздуха, превратились в душегубки, замерли все электродвигатели и электроустановки. Вышли из строя крупнейшие холодильные хранилища. Нарушились технологические процессы на заводах и фабриках, что привело к авариям. Возникли пожары. Начались грабежи; с грабителями в сложившейся обстановке не могла справиться полиция. Нарушилась связь. В течение нескольких часов жизнь Нью-Йорка и других городов была парализована. Лишь на следующий день возобновилась работа электростанций.
      Получив энергию, город начал приходить в себя и...
      оценивать урон, нанесенный аварией. А он был значительный. Много оказалось погибших, искалеченных и раненых людей. Не в лучшем положении были здоровые, лишившиеся крова, так как многие здания были охвачены пожарами. Десятки тысяч тонн продовольствия, хранящегося в холодильниках, пришли в негодность.
      Комиссия, созданная для расследования причин аварии, вынесла следующее заключение: необходимо централизовать управление развитием и эксплуатацией электроэнергетических систем. Это хотя и запоздавшее, ио разумное решение не так-то просто осуществить в капиталистическом мире - оно вошло в противоречие с "принципом свободного предпринимательства". Примечательно, что после этой грандиозной аварии гораздо большую популярность среди предпринимателей США завоевала идея создания автономных, независимых от общей сети источников питания; пусть дорогих, пусть требующих специального обслуживания, ио... своих.
      Каждому дому, каждому хозяину - свой отдельный источник энергии.
      Как и любая острая конфликтная ситуация, авария в США, обескровившая энергетическую сеть, предельно четко, хотя, конечно, и очень зло, показала значение энергии для современного общества.
      Действительно, энергия окружает нас повсюду. Ей мы обязаны возникновением жизни на Земле. Но мы так свыклись с нею, с ее качествами и проявлениями, что порою забываем об этом и о том, что именно благодаря ей человеку удалось создать те вещи, которые нас, окружают.
      Конечно, мгновенное прекращение подачи энергии - это случай крайний. Но попробуем себе представить, что мы тем или иным путем подготовились к внезапности ее исчезновения или резкого сокращения ее потребления. И тогда возникает вопрос: согласны ли вы жить в доме, где нет телевизора, магнитофона, приемника; нет подачи централизованного тепла, газа, горячей и холодной воды; не работают утюг, холодильник, пылесос и т. п.? Примиритесь ли вы с тем, что исчезнут кинотеатры и самолеты, метро и автомобили, корабли и поезда и многое другое, чем мы пользуемся и считаем это само собой разумеющимся? Ответ на все эти вопросы будет однозначный отрицательный.
      Но почему появились эти вопросы? Не праздные ли они? И с какой стати зашла речь о сокращении потребления энергии? Неужели нашлись люди, серьезно относящиеся к такой перспективе?
      Да, нашлись, и их достаточно много. И среди них не только дилетанты, безответственные футурологи и фантасты, но и грамотные, технически образованные специалисты. Все они говорят о необходимости отказа от создания новых источников энергии, в том числе ядерных и термоядерных. К их доводам мы обратимся несколько позже. А сейчас, как бы готовясь к дискуссии с ними, зададим такой вопрос: какова же роль энергии в жизни человеческого общества?
      Описанная выше авария и ее последствия - это только чисто внешние наиболее эффектные проявления временного исчезновения энергии. Однако и оно было способно обескровить город, лишить его нормальной жизни. Как тут не сказать о том, что на каждой ступени развития общества совершенствование техники и создание новых орудий труда были неизменно связаны со скачком в добыче энергии и освоением ее новых источников; эта энергия всегда была не только спутником, но и показателем прогресса человеческого общества. На всем протяжении его развития в орбиту производства вовлекались все новые и новые ее источники. Сначала это была мускульная энергия, затем дрова, вода, ветер, потом уголь, иефть, газ. Человек никогда не останавливался, постоянно отыскивал и осваивал другие, более перспективные виды энергии. На этом пути триумфом человеческой мысли явилась ядерная энергия. Она только развивается, только набирает силу, а наука и техника зовут дальше - к термоядерной энергии.
      Как это ни удивительно, на ярком фоне стремительного прогресса человечества, успехов техники и энергетики раздаются голоса осторожных, сомневающихся и даже отрицающих необходимость развития атомной энергетики.
      Дискуссии вокруг атома
      Сразу же оговоримся. Споры о путях прогресса, развернувшиеся в последние годы -за рубежом и у нас, направлены не только против ядерной энергетики, хотя отказывающихся именно от нее немало. Основная тема дискуссий - пути дальнейшего обеспечения развития техники, производства и энергетики. А поскольку флагманом энергетики, ее будущим становится ядерная энергетика, то зачастую она и попадает в центр атакстановится наиболее сильно обстреливаемой мишенью.
      Что же атакуют? И за что? Что они требуют? И что предлагают? Одни из них за то, чтобы прекратить развитие лишь ядерной энергетики, другие всей энергетики, а третьи вообще предлагают остановить развитие научно-технической революции. К ним относятся и экзистенциалисты (от латинского existentia - существовать). С их точки зрения развитие науки и техники очень быстро приведет к утрате внутреннего мира личности - к ее деперсонализации и превращению человеческого существа в робота. Вещанию экзистенциалистов в книге "Эра роботов" вторит англичанин П. Клитер. "Благодаря автоматизации и освобождению людей от физического и умственного труда, - пишет он, - мир превратится в скопище тунеядцев, бездарностей, идиотов и преступников".
      Диапазон требований противников прогресса широк, и мотивы их выступлений совершенно различны. Профессор Хорнер из Западной Германии отмерил такие сроки мрачных событий: через 10 тысяч лет наступит утрата интереса к науке и технике, а через 30 тысяч лет - физическое или духовное вырождение и вымирание.
      Группа ученых под руководством А. Медоуза подготовила доклад "Пределы роста", в котором негативные стороны и последствия научно-технической революции доводятся до объективных закономерностей. Впадая в мальтузианскую крайность, они предрекают в ближайшем будущем массовый голод, приостановку производства, исчерпание минеральных ресурсов и резкое загрязнение окружающей среды.
      "Времени -для того, чтобы исправить положение, уже почти нет", считает американский ученый Э. Вейнберг. По его мнению, у человечества остается всего 20 лет, чтобы начать радикальную перестройку глобальной энергетической системы, так как, утверждает он, все, что горит, приносит людям вред.
      Бьет тревогу распространившееся на Западе движение алармистов (to alarm - бить тревогу): их девиз назад к природе.
      Многие требуют вообще прекратить антропогенные (то есть связанные с деятельностью человека) преобразования: нельзя, мол, нарушать "естественное равновесие" окружающей среды, поскольку неизвестно, к чему это может привести.
      Недостатка в пессимистических прогнозах нет. Ставшие модными в последнее время футурологи - предсказатели будущего - стращают нас неотвратимыми ужасами научно-технического прогресса - безысходностью и обреченностью человеческого рода.
      Растерянность и фаталистические настроения царят и среди многих падких на сенсации писателей и журналистов. Страницы западных газет и журналов пестрят громкими предсказаниями такого рода: "Демония науки и техники", "Разочарование в прогрессе", "Мистика экспоненты". Западногерманский журнал "Шпигель" в статье "Ожидается мезозой" сообщает, что из-за развития энергетики средняя температура на планете поднимется на шесть градусов и установится климат, существовавший 100 миллионов лет назад. Журнал приводит высказывание немецкого климатолога Г. Флона, утверждающего, что "грядущие катаклизмы можно было бы предотвратить только в том случае, если... отказаться от идеи о неограниченном росте энергетики, осуществление коего неизбежно приведет к катастрофе".
      Итак, мозаика мнений и настроений - от алармистов, просто бьющих тревогу, до крайних пессимистических высказываний, которые кто-то удачно окрестил "синдромом судного дня", - довольно пестра. Противникам, сомневающимся, устрашающим, нет конца. Кроме футурологов, алармистов, экзистенциалистов, к их хору присоединяются федерации, конференции, партии, ассоциации.
      Трудно и неправильно было бы оспаривать целесообразность и необходимость прогнозов и предупреждений. Но выводы из них могут быть принципиально разными. Конечно, во многом эти пессимистические взгляды, запугивания алармистов, сенсации футурологов можно объяснить стремлением вызвать сенсацию или организовать кампанию против конкурентов (например, угольная промышленность против ядерной энергетики).
      Но так же очевидно, что недопустимо и проходить мимо какой-либо проблемы только потому, что ее гиперболизируют любители сгущения красок, а также используют для всяческой спекуляции и шантажа.
      А если без энергии?
      Есть ли хоть какие-либо основания под всеми этими прогнозами и предостережениями? Да, есть. Мы уже говорили, что тревогу высказывают не только любители сенсации, но и серьезные ученые и специалисты. И их можно понять. Масштабы энергетики, техники и вообще всей деятельности человека возросли настолько, что стали оказывать существенное влияние на окружающую среду, изменять установившийся ранее кругооборот вещества и энергии.
      А как скажутся эти изменения на самом существовании людей - установить нелегко. Отсюда тревога за будущее план-еты и всего живого на ней, за ее перегрев и чистоту атмосферы. Вызывает беспокойство и тот факт, что добыча некоторых невозобновляемых полезных ископаемых возросла настолько, что сравнима уже с их общими запасами или станет сравнимой в ближайшем будущем. Такое положение вызывает беспокойство ученых за обеспеченность населения сырьевыми ресурсами уже сегодня.
      И еще: сокращение топливных запасов заставляет человека добывать полезные ископаемые из пластов, которые лежат не на самой поверхности или вблизи нее.
      А такая добыча требует большего труда. Это приводит к удорожанию производства энергии. "До 50 процентов бюджета промышленно развитых стран тратится на обеспечение общества энергией", - говорит президент Академии наук СССР А. Александров.
      Вдумайтесь во все это! До половины своих усилий человечество тратит на то, чтобы обеспечить себя энергией.
      Непрерывный рост потребностей в энергии, трудности с извлечением запасов ископаемого топлива и загрязнением атмосферы при его сжигании заставляют ученых не только пересматривать свое отношение к уже известным энергетическим источникам, но и изыскивать более эффективные. Однако для многих новых способов производства энергии нет еще готовых технологий, хорошо освоенных промышленностью. Следовательно, предметом беспокойства является создание этих новых процессов и темп их развития. Успеется ли это к сроку или налицо отставание?
      Ученых и специалистов нельзя обвинять в том, что они поздно спохватились. Спохватились оеи давно, то топливно-энергетический комплекс - чрезвычайно инерционная система. Примером может служить такой факт: двадцать шесть лет назад была пущена в СССР первая атомная электростанция. Двадцать шесть лет! И все же доля ядерной энергетики в производстве электроэнергии составляет пока что всего 1,5-2 процента.
      Сложность нынешней ситуации в том, что уже необходим совсем иной подход к решению цроблемы получения энергии. Если до недавнего времени ее можно было рассматривать как отдельную техническую и экономическую задачу, то в наши дни приходится учитывать многие факторы: тут и запасы топлива, и экономичность способа производства энергии, и уровень технического развития общества, и степень воздействия избранного способа производства энергии на человека и окружающую среду и т. д. Да, сложностей много, даже слишком много, и они серьезно обостряют ситуацию.
      Так как же поступить человечеству сейчас?
      Может быть, действительно отказаться от дальнейшего продвижения по пути прогресса? Остановиться и перестать развивать технику и энергетику? Правда, вскоре после такой остановки почти не станет хватать энергии и обязательно начнет давать сбои уже налаженная жизнь.
      "Ну и что, - скажут иные. -- Разве нельзя отказаться от телевизора и радио, кино и самолетов, холо дильников и лифтов, центрального отопления и освещения?.."
      Конечно, главное не в этих отдельных комфортных условиях, пришедших к нам в последние десятилетия (хотя не будем забывать, что и они входят в материальные потребности человека, удовлетворение которых - закон развития нашего общества). В конце концов, если бы вопрос стоял так: существовать или нет человечеству, то можно было бы и отказаться от каких-то вещей и привычек. Но ведь на самом деле речь идет не о комфорте или, точнее, не только о нем. "Остановите развитие энергетики, перестаньте строить атомные электростанции, откажитесь от техники" - вот смысл апологетов теории под названием: "Стоп! Назад!" Иными словами, это автоматически означает отказ от прогресса. А готов ли на "простое" существование человек, о катаром А. Чехов сказал, что ему нужно "не три аршина земли, не усадьба, а весь земной шар, вся природа, где на просторе он мог бы проявить все свои свойства и особенности своего свободного духа". Так может ли человек отказаться от великих целей? Конечно, нет.
      Есть и другая грань той же проблемы, которую назовем "Энергия и время".
      Определяющим фактором в развитии производства сейчас является его интенсификация. А самая глубокая ее сущность в том, что "интенсификацияг степень экономии времени является главным показателем состояния общества, уровня всесторонности развития как того или иного общества в целом, так и его отдельного члена", - пишет советский философ Б. Афанасьев.
      Энергия, являющаяся фундаментом научно-технического развития, выступает как важнейшее средство экономии времени, и в конечном счете в этом ее важнейшее назначение.
      Люди издавна дорожили временем. Вспомните "время - деньги" - изречение, рожденное американским физиком В. Франклином. Энергия и время! Множество видимых и невидимых уз связывают два эти понятия.
      Иногда это простые и прозрачные связи, а иногда, чтобы увидеть их, нужно проследить и проанализировать длинную цепочку превращений.
      Простейший и наглядный пример - энергия и экономия времени в быту. В среднем, то есть включая детей, стариков и тех, кто просто не занимается домашними делами, один городской житель тратит в год: на отопление жилища 100 часов при отопительных печах и 0 часов при централизованном теплоснабжении; на приготовление пищи при помощи дровяных плит, керосинок и примусов 300 часов и всего 200 часов, если есть газовые и электрические плиты и холодильники; на стирку белья, уборку помещений и мытье посуды 250 часов вручную, и та же работа может быть сделана за 100 часов при наличии стиральных машин, пылесосов, посудомойки, горячей воды; на передвижение при отсутствии транспорта 500 часов, и всего 200 часов уйдет на это при развитой системе транспорта.
      А итог таков: 500 часов против 1150! Современное энергоснабжение позволяет сэкономить 650 часов в год, то есть в среднем на одного городского жителя почти месяц.
      Люди всегда сталкиваются с дилеммой: что лучше экономить - энергию или время? Причем почти всегда предпочитают получить выигрыш во времени. С этой точки зрения всевозможные станки, промышленные агрегаты, транспорт, сельскохозяйственные орудия требуются только для экономии времени.
      Человек настолько привык к мысли, что время важнее и ценнее иных затрат (энергии), что возможность сделать то же самое за больший срок, но с меньшими затратами энергии уже не принимается во внимание.
      Однако различные технологические процессы, связанные с изменением состояния вещества, в подавляющем большинстве бывает выгоднее проводить с гораздо меньшими затратами, но за более долгий срок. Так, из рождающихся проблем нашего времени острой становится проблема получения чистой преоной воды из морской. Сейчас на это затрачивают в 10-15 раз больше энергии, чем это нужно теоретически, но зато за более короткое время. Таков обычный жизненный парадокс.
      Одно из удивительнейших свидетельств физической связи энергии со временем демонстрирует теория относительности. Если, затратив большое количество энергии, разогнать космический корабль до скорости, близкой к световой, то на корабле все физические процессы будут проходить медленнее.
      Вооружившись энергией, человек обретает власть не только над Природой, но и над самим Временем - казалось бы, совсем неуправляемой субстанцией.
      В человеке действует сила, которая толкает его овладевать окружающим миром. Весь путь борьбы за существование привил ему потребность в непрерывном движении вперед, без чего он теряет свою человеческую сущность. В. Франклин говорил: "Человек - животное, создающее орудия труда". Перестанет человек создавать и совершенствовать орудия труда, и разница между ним и животным начнет стираться.
      Итак, человек не может вернуться назад не только потому, что это приведет его к духовному обнищанию, моральной деградации. Он не сможет примириться с уменьшенной нормой потребления энергии и потому, что это будет отказом от промышленности, возвращением к патриархальной жизни, к тому "сохранению естественного равновесия", которое не может не закончиться физической гибелью большей части человечества!
      При нынешней численности людей, количестве и качестве земель, пригодных для сельскохозяйственных угодий, при сегодняшней обеспеченности водой только для пропитания человек должен обладать энергией гораздо большей, чем его мускульная энергия. "В условиях строгого сохранения "естественного" равновесия, - пишет известный советский ученый академик Е. Федоров, - возможно существование лишь первобытного племени, добывающего пропитание сбором плодов и охотой на животных. Если бы наши предки превратили всю планету в тщательно охраняемый заповедник, то современной цивилизации просто не было бы".
      Крупнейший специалист по теоретической экологии академик С. Шварц говорил о том, что тезис "назад к природе" всегда был, по существу, реакционен, а в настоящее время он еще и антинаучен. Почему же этот тезис антинаучен и в чем ошибка слишком ретивых защитников природы? Дело здесь в том, что при современной численности человечества неиндустриальные методы производства оказывают на развитие природной среды не менее пагубное влияние, чем функционирование самых грозных (с точки зрения традиционного понимания охраны природы) индустриальных комплексов.
      Следовательно, прогресс несет в себе благо и человечеству и природе. А без развития энергетики он немыслим. Сердцевиной же энергетики будущего должна стать и станет атомная энергия.
      Что же такое атомная энергия - энергия, которая может выручить, и обязательно выручит, человека?
      ЭНЕРГИЯ АТОМА
      Мы подходим к великому перевороту в жизни человечества, с которым не может сравниться все им ранее пережитое. Недалеко время, когда человек получит в свои руки атомную энергию, такой источник силы, который даст ему возможность строить свою жизнь, как он захочет.
      В. И. Вернадский. Очерки и речи, 1922.
      Истоки проблем и споров при оценке и прогнозировании энергетической ситуации в разных районах мира весьма различны. Здесь все: и незнание сути проблемы, и философские заблуждения, и недоверие к новому, и конкурентные соображения отдельных промышленных кругов, и многое другое. Не надо думать, что энергетика вообще и атомная энергетика в частности являются в этом смысле исключением. Как и во всяком другом открытии, в атомной энергетике тоже имеются противоречивые тенденции, которые и порождают различное к ней отношение. И чтобы правильно их оценить, надо задаться вопросом: что несет атомная энергия человечеству - несчастье или благо? Надо сразу же заявить: да, благо; она должна прийти на смену энергии, получаемой от органического топлива, когда его запасы на планете истощатся. Каковы же достоинства атомной энергии и ее слабости?
      Сначала вспомним, что такое энергия вообще.
      Впервые это понятие будто бы появилось в трудах Аристотеля более 2000 лет назад. Энергия - слово гре-, ческое и состоит из двух простых слов. "Эн" - что значит "в", "содержание", и "эрг" - "работа". А все вместе означает способность тела совершать работу.
      Энергия есть не что иное, как форма движения материи. Существует много видов энергии, а вот единой классификации их пока еще нет. Разные ученые, каждый по-своему, систематизируют ее виды. Мы же приведем одну из таких классификаций. Итак, вот что в нее входит.
      Химическая энергия - это энергия, освобождающаяся при изменении структуры электронных оболочек молекул.
      Тепловая энергия - энергия хаотического движения молекул и других частиц вещества.
      Механическая энергия - это энергия свободного движения тел.
      Сюда же входят электрическая, электромагнитная, гравистатическая, электростатическая, магнитостатическая, мезонная, аннигиляционная и, наконец, ядерная.
      Человечество освоило большую часть перечисленных видов энергии, на что ушло несколько тысяч лет. Вначале это была энергия Солнца. Затем им был приручен огонь. За ним энергия падающей воды. Наконец наступил век пара и электричества. А несколько десятков лет назад человек перешагнул еще один рубеж и освоил энергию ядерную, или атомную, что одно и то же.
      Закон Эйнштейна
      Что же такое атомная энергия? Чтобы узнать, что это такое, лучше, пожалуй, напомнить о более привычной форме энергии - химической, и от нее перейти к атомной.
      Мы знаем, что в угле, нефти, газе скрыта энергия.
      Это и есть химическая энергия. Каким же образом освобождается она из перечисленных выше видов топлива?
      Представьте себе, что вы взяли 10 гирь по одному килограмму каждая, взвесили их по отдельности и убедились, что каждая гиря весит точно один килограмм.
      Затем сложили их вместе и, взвесив, получили общий вес не 10, а 9,9 килограмма! Невероятно? Да, конечно, но подобное явление с "исчезновением" массы проявляется ежечасно, ежесекундно и не в лабораторных условиях, а в топках, где горят нефть и уголь, в газовых плитах при сгорании газа. Известно, что горение, скажем, угля - это процесс (реакция) соединения углерода с кислородом с образованием углекислого газа. При сгорании каждых 12 килограммов углерода расходуется 32 килограмма кислорода. И мы вправе ожидать, что в результате этой реакции образуется 44 килограмма углекислого газа.
      Но проведем такой воображаемый опыт. Поместим в герметическом сосуде те же 12 килограммов углерода и 32 килограмма кислорода, взвесим сосуд и убедимся, что суммарный вес составляет 44 килограмма. Теперь каким-либо способом (нам все равно, каким,опыт воображаемый) подожжем углерод и проведем полностью реакцию соединения углерода с кислородом. Поскольку сосуд герметичный и ни во время горения, ни после него не выходили никакие вещества, то взвешивание его после реакции должно дать все те же 44 килограмма, теперь уже в виде углекислого газа. Взвесив же сосуд, мы удивимся, что углекислого газа не 44 килограмма, а примерно на 4 миллионные доли (4-10^-6) грамма меньше.
      Этот опыт мы назвали воображаемым потому, что при существующей технике взвешивания невозможно уловить изменение такого большого веса (44 кг) всего на 0,000004 грамма. Тем не менее ученые другим путем установили, что вес углекислого газа в данной реакции действительно снизился на 4-10^-6 грамма. В чем же тут дело? Куда делась эта недостающая часть реагирующих веществ?
      Все дело в том, что при реакции горения образуется не только углекислый газ, но и выделяется энергия. Вот на нее-то и израсходованы 4-10^-6 грамма массы!
      Энергия, как оказывается, самым непосредственным образом связана с массой. Этот всеобщий закон связи массы и энергии был открыт и сформулирован создателем теории относительности А. Эйнштейном. Согласно этому закону массе вещества в один грамм соответствует энергия 21,5 миллиарда килокалорий. (Одна килокалория (ккал) - это количество тепла, необходимое для нагревания одного килограмма воды на один градус.)
      Эту величину можно получить и из нашего воображаемого опыта, если разделить выделившуюся энергию на уменьшение массы.
      Закон Эйнштейна носит всеобщий характер. Так, при любой химической реакции с выделением энергии уменьшается масса и, наоборот, в реакции с поглощением энергии масса продуктов, получающихся в результате реакции, возрастает. Например, в реакции соединения водорода и кислорода масса получаемой воды меньше, чем сумма масс водорода и кислорода, взятых в отдельности, но при этой реакции выделяется энергия.
      Если теперь с помощью электрического тока провести электролиз какого-то количества воды, то есть разложить ее на водород и кислород, то сумма масс их будет больше, чем исходная масса воды. Однако при этом на разложение воды затрачено некоторое количество энергии. В этом примере с получением и разложением воды соотношение между изменением массы и величиной выделившейся и поглощенной энергии будет таким же, как в реакции горения углерода, а именно: изменению массы в один грамм соответствует энергия в 21,5 миллиарда килокалорий.
      Эта величина очень большая. Если б можно было перевести всю массу одного грамма вещества в энергию, ее хватило бы на обеспечение жизни 5-10 человек на протяжении всего их существования. К сожалению, пока это область фантастики. Позже мы еще коснемся этой проблемы, а сейчас вернемся к приведенному ранее воображаемому опыту. В нем, как вы помните, в реакции горения использовалось 44 килограмма углерода и кислорода, из которых в энергию превратилось всего 4-10^-6 грамма, то есть только одна десятимиллиардная доля. Конечно, это очень маленькая часть. А нельзя ли ее увеличить? Нельзя ли заставить переходить в энергию большую долю взятого вещества?
      Оказывается, можно, и люди уже умеют это делать.
      Чтобы понять, как это у них получается и в чем секреты разных способов освобождения энергии, давайте заглянем в глубины вещества и посмотрим, из каких деталей оно устроено.
      Дефект массы
      Что происходит с веществом при химической реакции, скажем, при горении углерода?
      Молекула кислорода, состоящая из двух атомов, соединяясь с одноатомной молекулой углерода, образует трехатомное вещество - углекислый газ. Если молекула является наименьшей частью вещества, сохраняющей присущие этому веществу свойства, то атомы - это самые крошечные "кирпичики", определяющие свойства химических элементов, например, углерода, водорода, железа. Элементы отличаются друг от друга тем, что составляющие их атомы различны.