Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Мои ошибки. Никто из тех, кто повлиял на автора и процесс написания и кто в том числе отмечал сделанные мною ошибки, не несет ответственности за оставшиеся. Я заранее благодарен за указания на все несуразности, неточности и глупости различного толка, касающиеся того, что в книге сказано. В отношении того, что там не сказано, я отдаю себе отчет, сколько раз я останавливаюсь «на самом интересном месте»; если читателю захочется узнать, а что же дальше, я буду считать свою задачу выполненной.
Приложения
На прогулках снова и снова, пусть с разной степенью отчетливости, возникало несколько тем, отвлекаться на которые не хотелось, хотя они и заслуживают внимания. Я собрал три из них в этих приложениях. Часть этих понятий обсуждалась и ранее, но здесь я стараюсь обходиться без ссылок на основной текст книги, чтобы не попасть в порочный круг закольцованных объяснений.
Приложение А
Физические законы
Сочувствие героям разнообразных произведений в жанре фэнтези дается мне намного легче, если внутри вымысла подразумеваются определенные правила и не происходит «что угодно», разрывающее рамки повествования. Игры – от карточных до футбола – тоже, кстати, интересны в первую очередь наличием в них правил, по существу являющихся ограничениями на возможное развитие событий.
Физические законы – это сформулированные людьми правила (тоже фактически ограничения) относительно того, как, на их взгляд, функционирует окружающая реальность. Главное чудо состоит в том, что можно сформулировать некоторые правила, которые оказываются эффективными в применении к миру вокруг нас. Это позволяет довольно всерьез полагать, что Вселенная на фундаментальном уровне организована в соответствии с определенными законами. Уже триста с лишним лет мы занимаемся тем, что эти законы угадываем, а успешно угадав, пользуемся ими, например, чтобы запустить самолет или ракету, да и для того, чтобы создать смартфон. Угадыванием правил Вселенной занимается наука. Слово «угадывание» не должно вводить в заблуждение: это требующая определенной квалификации деятельность, подчиненная ряду требований и имеющая свои собственные ограничения.
Сила физических законов в том, что на их основе возможны предсказания (выйдет ли ракета на орбиту; расплавится ли этот проводник; когда будет следующее солнечное затмение). При этом в каждом фундаментальном законе что-то принимается без объяснений – постулируется; предсказательная же способность науки появляется тогда, когда на основе малого числа принятых допущений и никак не объясняемых понятий удается разобраться с большим количеством разнообразных явлений. Научное описание мира является в этом смысле экономным, чтоб не сказать «прижимистым»: постулируется необходимый минимум, остальное должно выводиться из него. Самые фундаментальные допущения не могут иметь других обоснований, кроме возможности вывода из них большого числа следствий, хорошо согласующихся с наблюдаемым миром. Для них не предполагается и никаких объяснений через что-то другое – по той самой причине, что они фундаментальны. Почему во Вселенной имеется максимальная и абсолютная скорость, мы не знаем, но из этого факта выводится колоссальное число следствий, подтверждаемых практикой; это положение, кроме того, работает во взаимосвязи со множеством других понятий и концепций. Почему движение пробных тел задается геодезическими, мы не знаем, но исходя из этого положения удается количественно объяснить поворот орбиты Меркурия, а более тонкие эксперименты подтверждают ряд других эффектов, которые отсюда следуют. Такова же ситуация и со всеми другими фундаментальными законами природы – до тех пор, пока они не окажутся в конфликте с наблюдениями или пока не появится более фундаментальное понимание, а безответные вопросы не переместятся на более глубокий уровень.
Законы сохранения – это запреты
Законы природы, обладающие «повышенной общностью», называются иногда принципами, но строгой терминологии здесь нет, и к тому же самые, как мне кажется, фундаментальные принципы традиционно все же носят название законов: это законы сохранения. Законы сохранения – это систематизация и обобщение наблюдений о том, что огромного числа явлений никогда не происходит. Они «кодифицируют» набор запретов: при всем многообразии происходящего во Вселенной, там могут случаться только те явления, при которых выполняется несколько математических равенств «было» = «стало». Здесь подразумевается правило подсчета какой-то величины (выражаемой числами) исходя из известного состояния системы. Сохраняющиеся величины – это те, которые при подсчете по определенным правилам дают одно и то же число, что бы с системой ни происходило: взаимодействие, столкновение, взрыв или любой другой процесс. Независимо от сложности этого взаимодействия или разрушительности взрыва, правила подсчета приводят к одному и тому же числу в любой момент времени. Законов сохранения несколько, одни связаны с движением, а другие нет.
Среди законов сохранения, которые не связаны с движением, – сохранение электрического заряда. Заряд не может исчезнуть или возникнуть без компенсирующих изменений, восстанавливающих баланс[303]. Приняв закон сохранения электрического заряда как принцип, мы, в частности, лучше понимаем стабильность мира: одинокий электрон не может исчезнуть, родив вместо себя частицу с меньшей массой (что не запрещено само по себе), потому что в нашей Вселенной отсутствуют частицы с меньшей массой и с электрическим зарядом; заряд электрона некому передать. Но одинокий мюон может превратиться (и, не откладывая, превращается) в более легкие элементарные частицы, включающие электрон, которому и достается электрический заряд мюона. Важное дополнение к закону сохранения электрического заряда состоит в том, что в природе имеются элементарные (наименьшие) заряды и что, хотя электроны и протоны – это элементарные частицы существенно различного вида, участвующие в формировании материи выраженно несимметричным образом, они тем не менее несут в точности противоположные заряды. Из-за этого мир оказывается в целом электрически нейтральным, но при этом в глубине его электрические заряды только и делают, что взаимодействуют друг с другом, чем и определяют способы сборки всех
