Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

шестерни; ленты транспортеров; детали и механизмы станков на фабриках и заводах; лифты в многоквартирных домах, гостиницах и торговых центрах; двери на петлях и раздвижные двери; поворачивающиеся дверные ручки; ключи в замках и личинки замков; открывающиеся окна и форточки; ножи кухонных комбайнов и кофемолок; роторы в пылесосах и роботы-пылесосы, ползающие по полу; барабаны в стиральных машинах; вентиляторы в компьютерах и других системах охлаждения и климатического контроля; стрелки, маятники и шестеренки в механических часах; облака в воздухе и воздух в виде ветра различной силы, вплоть до ураганов, а также в туннелях метро впереди поездов; аттракционы в парках; фуникулеры и горнолыжные подъемники различных типов; велосипеды, скутеры, сегвеи, мопеды и мотоциклы; трамваи, троллейбусы и автобусы; грузовые и легковые автомобили, внутри каждого из которых находятся в постоянном движении или время от времени приходят в движение коленчатый вал, карданный вал, распределительные, балансирные и приводные валы; маховик, поршни, клапаны, шатуны, коромысла, компенсаторы, ШРУСы, дифференциалы; вакуумные насосы, насос охлаждающей жидкости, топливный и масляный насосы; вентиляторы охлаждения двигателя и кондиционера, заслонки и клапаны термостатов; диски сцепления, шестерни и подшипники коробки передач, полуоси колес; приводы управления, стояночного тормоза, блока АБС, стеклоподъемников, замков дверей, регулировки кресел; электродвигатель стеклоочистителей и сами стеклоочистители, электродвигатель омывателя; тормозные диски, цилиндры в суппортах; рычаги, пружины и амортизаторы подвески; рейка рулевого управления, электро- или гидроусилитель, шарниры рулевой тяги; стрелки на приборах. Движутся лодки, катера, яхты, паромы, баржи, круизные лайнеры, сухогрузы, танкеры, еще не упоминавшиеся морские животные, а также рыбы в реках, протоках, заводях, прудах, водохранилищах, озерах, морях и океанах; движется вода в водопроводах и мощных гидрантах, в фонтанах и трубах отопления, в водостоках и канализации; в родниках, ручьях и текущих в океан реках с их притоками; в трансокеанских течениях, в Гольфстриме к северу и югу от экватора; в цунами, тайфунах, артезианских колодцах, извержениях, дождях, водоворотах, паводках, разливах, донных волнах, водоразделах, водопусках, гейзерах, водопадах, омутах, мальстрёмах, наводнениях, потопах, ливнях; движутся приводимые в действие водой, ветром или паром турбины и генераторы на электростанциях, разделяющие заряды для передачи и хранения энергии в электрической форме.

Все перечисленное, как и еще большее число неупомянутых явлений, связанных с движением, заслуживает подробного знакомства, для которого совсем не остается места на этих прогулках; от движения во внешнем космосе мы переходим, минуя близкий нам «земной» масштаб, к движению внутри вещей, определяющему их свойства и даже само их существование.

Часть 4

Внутренние прогулки

Прогулка 9

Измельчение в незнание

Маршрут: Растворенное движение и атомы. – Пыльца, Сфинкс и случайные блуждания. – Градусы раздробленного движения. – Равенство возможностей. – Вероятности: организованное незнание. – Мера и цена незнания. – Беспокойная сестра энергии. – Свобода, равенство и братство: последствия. – Неубывать иль нет? – Широко образованный демон. – Следы преступления Уилера. – Расфасовка света. – Квант действия.

Главный герой: незнание

Растворенное движение и атомы. Воздух вокруг нас состоит примерно на 78 % по объему из азота и на 21 % из кислорода. Элементарные «куски» и того и другого – молекулы, которые сами по себе не являются ни «воздухом», ни вообще газом, – быстро движутся. Это движение ничем не регулируется, но вы не ожидаете, что 78 % объема с одной стороны вашей комнаты займет азот, а 21 % объема с другой стороны – кислород (как при этом поведут себя другие компоненты воздуха, занимающие по объему менее одного процента, едва ли будет в фокусе вашего внимания на фоне уже произошедшего). В несуразном мире, где такое могло бы время от времени случаться, у всех обитателей, дышащих кислородом, наверняка развились бы интересные биологические приспособления. Сложнее было бы и с использованием любого вида огня: поддержание устойчивого пламени требовало бы специального перемешивания воздуха. Зато подобное «саморазделение» происходило бы не только по составу, но и в отношении других величин, нарушая привычный порядок вещей: средне нагретые области делились бы на горячие и холодные (или иногда на очень горячие и очень холодные), в том числе внутри жидких и твердых тел.

В нашей Вселенной то, что смешивается, смешивается навсегда, а движение тел, касающихся друг друга, дробится и «проваливается» вглубь материи. Движение бильярдных шаров в идеале (приближение к которому делает реквизит все более дорогостоящим) перераспределяется между ними без потерь в момент соударения, а далее сохраняется; в реальности же движение в конце концов «исчезает», шары останавливаются[162]. Движение соударяющихся «податливых» предметов исчезает почти сразу: автомобиль на испытательном полигоне, встречая препятствие типа стены, деформируется и перестает двигаться. Любое движение вокруг нас, если его специально не поддерживать, останавливается из-за трения, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что энергия движения никуда не делась, а только изменилась в качестве: она «раздробилась» на множество крохотных порций, распределенных по ничтожно малым частям, из которых сложены не только автомобили и стены, но и все вещи вокруг нас, а кроме того, и мы сами. Достаточно с силой потереть ладони друг о друга, чтобы ощутить эту энергию. Энергия прячется во всех окружающих вещах – она присутствует там всегда, но извлечь ее «обратно», реорганизовав движение мельчайших деталей для совершения чего-то полезного, непросто.

Внутри окружающих нас тел движение находит «дно», проваливаться ниже которого – дробиться еще сильнее – некуда. В обычных условиях это «дно» составляют атомы и молекулы. Их так много, что самым первым, определяющим их свойством становится именно их массовое поведение, на фоне которого не так уж и важно, что собой представляет каждый из них. Принимая на себя или в себя движение, простые составляющие материи могут двигаться поступательно, обмениваясь энергией и количеством движения при столкновениях, как если бы они были бильярдными шарами; и/или вращаться, как если бы они были твердыми волчками; и/или испытывать колебания одних своих частей относительно других, как если бы эти части были соединены чем-то вроде пружин; и/или дергаться туда-сюда вблизи фиксированного положения, как если бы они были прикреплены к чему-то на резинке; и/или… Тот факт, что при определенных условиях они делают всё это, «как если бы» они были чем-то привычным, только сильно уменьшенным, не означает, что они этим и являются; но инерция мышления заставляет переносить на них картину типа «бильярдных