Важно осознавать, что в рамках сегодняшней физики мы не знаем, что такое энергия. Мы не считаем, что энергия состоит из маленьких капель точно определенного размера. Вовсе нет. Однако у нас имеются формулы для подсчета некоторой численной величины, и, когда мы складываем все результаты, получается «28» – всегда одно и то же число. Это абстракция, потому что в ней ничего не говорится ни про механизм, ни про причины, стоящие за различными формулами.

Канонический пример «пропажи кубика» – история открытия нейтрино. Эта элементарная частица крайне неохотно взаимодействует с чем бы то ни было, а потому очень слабо себя проявляет; о ее существовании и не подозревали, пока не обнаружилось нарушение закона сохранения энергии (а заодно и количества движения) в процессе превращения нейтрона в протон. С сохранением электрического заряда проблемы не было, потому что превращение сопровождается появлением электрона, но баланс энергии до и после превращения не сходился. Эти первые наблюдения делались в то время, когда сам нейтрон был только-только открыт, и даже до открытия нейтрона в 1932 г., поскольку эффект его превращения в протон внутри некоторых атомных ядер был уже известен как один из видов радиоактивности – вылет электрона из ядра. Квантовой механике было всего несколько лет от роду; оставалось не вполне ясно, где предел отличий квантового мира от привычного классического. Бор даже готов был допустить, что закон сохранения энергии выполняется для квантовых объектов только в среднем, а в отдельных событиях может нарушаться. Уточненные измерения со временем показали, однако, что следствия из этой идеи плохо согласуются с опытом: закон сохранения энергии «устоял», и к 1934 г. на первый план вышла гипотеза, что «пропажа кубика» объясняется неизвестной частицей, которая тоже возникает при превращении нейтрона в протон, унося часть энергии с собой. Ее прямое экспериментальное открытие состоялось только в 1956-м[308]. В данном случае закон сохранения энергии исполнил роль указания искать неучтенное.

Никакого обмена неразменными единицами («кубиками») нет, а есть только правила подсчета, но баланс всегда сохраняется. Способы «подсчета кубиков», обеспечивающие сохранение, включают несколько форм энергии, и все, что происходит во Вселенной, сопровождается переходами энергии из одной формы в другую[309]. Среди различных форм энергии имеются энергия движения (кинетическая); ее вариант в виде энергии теплового движения молекул газа или жидкости; энергия колебаний атомов в твердом теле; энергия электромагнитного поля и ее проявления в виде энергии химических связей; ядерная энергия; энергия гравитационного притяжения. Следствием теории относительности является эквивалентность массы и энергии, выражаемая в Самой знаменитой формуле E = mc², которая относится к покоящемуся телу массы m. Если же тело (или в действительности что угодно) движется и имеет при этом количество движения p, то энергия выражается и через массу, и через количество движения: Скорость света фигурирует в этих соотношениях в качестве фундаментальной постоянной Вселенной; без нее нельзя обойтись, потому что мы привыкли измерять массу и энергию в разных единицах: энергию в «энергетических», а массу в граммах, килограммах или еще чем-то таком, и нам требуется «курс» перевода из одних единиц в другие. (Если бы люди «сразу догадались», что энергию можно измерять так же, как массу, – например, в килограммах, – то формула Эйнштейна приняла бы вид E = m).[310] Любое равенство можно, разумеется, читать справа налево или слева направо. Эйнштейн первоначально ставил вопрос о мере инертности (т. е. массе), которой обладает любая энергия: она оказалась равной E/c². Например, газ, нагретый в замкнутом сосуде, имеет массу чуть бóльшую, чем холодный газ, из-за того что энергия движения молекул обладает массой. Но поскольку прибавку к энергии надо все-таки делить на c², прибавка к массе получается ничтожная. Противоположная картина наблюдается при аннигиляции: там энергия, уносимая главным образом светом, получается умножением массы на c² и оказывается впечатляюще большой уже для скромной, по нашим меркам, массы.