Жили-были очень умные бородачи. Они смотрели по сторонам и
старались угадать, из чего состоят все вещи. Особенно их интересовало то
общее, что есть во всех предметах. Бородачи, хотя и жили более двух
тысяч лет назад (в стране, которую мы называем теперь Древней Грецией),
верно рассуждали, что в руках одного мастера — Природы — все должно
иметь как бы единый почерк, чем-то напоминать одно другое.
Но чем именно? Какие свойства одинаково присущи воздуху и камню,
дереву и человеку? Вопрос волновал и манил тайной. По почерку людей
угадывают их характер; не начинается ли разгадка мироздания с разгадки
почерка природы?
Как же отвечали бородачи?
По мнениям они разделились. Одни решили, что общее для всех вещей
— их неизменность, стремление к покою. Даже летящая стрела казалась
этим людям застывшей в воздухе. «Движение ее лишь кажущееся, — говорили
они. — действительности, полет стрелы — простая смена ее покойных
состояний». (Для нас их картина мира похожа на кинопленку с кадрами.)
Другие резко возражали. отличие от первых, они были убеждены,
что в природе ничто и никогда не повторяется. Даже мертвая скала
представлялась им воплощением потока. «Панта реи (по-древнегречески „все
течет"), — говорили они, — все течет, все изменяется и нельзя в одну и
ту же реку вступить дважды» (вода будет другая, стало быть, река уже не
та).
Кто же вышел победителем в этом споре? Замечательнее всего то, что проигравших не было. Выяснилось, что правы и первые и вторые.
Прошли века, и люди убедились, что все в природе как бы соткано
из противоречий. Движение и покой, постоянство и перемены, одно и разное
оказались двумя равноправными сторонами действительности.
Куда бы мы ни обратили взор, мы видим эту двойственность.
Мы дышим и с каждым вдохом втягиваем в себя с воздухом 40
миллиардов миллиардов атомов аргона; через мгновение мы выдыхаем те же
самые 40 миллиардов миллиардов атомов: аргон инертен и не вступает ни в
какие соединения. Мы дышим теми же аргоновыми атомами, которыми дышали
Цезарь и Петр Великий и будут через сотни лет дышать наши дальние
потомки. «Одно» сосуществует с «разным».
Метагалактика, иначе вся обозримая астрономически часть Вселенной
(сегодня для радиотелескопов это означает протяженность примерно в 10
миллиардов световых лет), состоит из единицы с 82 нулями (записывается:
1082) простейших частиц: протонов, нейтронов и электронов.
Это «одно»: ни одна частица к этой массе не прибавилась, возникнув из
ничего, ни одна бесследно не исчезла. Но во Вселенной происходят
катастрофы, рождаются и умирают звезды и другие небесные тела. Это —
«разное», прекрасно уживающееся с «одним».
Кстати, нам не впервые встречается число с большим количеством
нулей. Будут попадаться и такие числа, где впереди стоит не единица, а
также — где нули группируются в знаменателе. Договоримся, как будем
иногда записывать такие числа. Удобнее всего делать так, как сделали
только что: не писать все нули, а их количество указывать в показателе
степени у десятки. Это значит, что 102 есть сто, 103 — тысяча, 106 — миллион, 109 — миллиард, 1012
— триллион и т. д. Когда речь идет об очень маленьком, дробном числе и
нули нужны в знаменателе, будем писать ту же десятку, но перед
показателем степени ставить минус: 10-2 значит одна сотая, 10-6 — одна миллионная и т. д.
Наивысший искусственный вакуум имеет плотность 10-19 г/см3 — единица, деленная на единицу с 19 нулями граммов в кубическом сантиметре; плотность межгалактической среды 10-30 г/см3 — единица, деленная на единицу с 30 нулями, и т. д.
Число, отличное от десятки и начинающее все выражение, ставится перед десяткой. Плотность ядерного вещества 2·1014 г/см3
— двести триллионов граммов, или двести миллиардов килограммов, в одном
кубическом сантиметре. Приблизительный возраст земной коры 5·109 — пять миллиардов лет; скорость света — 3·1010 см/сек, и т. д. Это куда короче и изящнее, чем писать: 30 000 000 000 — тридцать миллиардов см/сек. Еще один пример. водородной бомбе средней мощности энергии
примерно столько же, сколько ее выделил во время самого большого из
зарегистрированных на Земле извержений вулкан Кракатау в Тихом океане в
1883 году[2].
Такого количества энергии достаточно, чтобы перенести самый высокий в
мире дом — Эмпайр стейт билдинг — из Нью-Йорка на Марс. «Одно» и
«разное» в этом случае — два направления заданной возможности: первая —
повторить на гóре людям извержение Кракатау, вторая — произвести
полезную работу титанических масштабов (конечно, более осмысленную, чем
бросок небоскреба на соседнюю планету).
От двойственности природы — две группы законов физики. Законы
сохранения показывают, какие свойства или принадлежности тел не
изменяются: не исчезают и не возникают вновь. Таковы, в частности,
законы сохранения энергии и массы, электрического заряда, количества так
называемых тяжелых частиц (протонов, нейтронов и гиперонов), входящих в
состав всех атомов или насыщающих пространство.
Другая группа законов — все прочие законы, показывающие, как
именно ведут себя тела, как движутся и изменяются под воздействием
других тел и сил. К ним относятся законы движения Ньютона, закон
всемирного тяготения, закон деформации Гука, законы электромагнитного
поля Максвелла и некоторые другие.
Великолепно это сочетание постоянства и перемен! Извечное как бы
смиряет разгул стихий, отмеренность — узда на необузданном. Все полетело
бы вверх тормашками, все кончилось бы, исчезни хоть ненадолго существующее в природе равновесие!
Есть в физике понятие: слабые взаимодействия. Так называются
силы, с которыми действуют одна на другую мельчайшие частицы материи.
Это как страшная болезнь. Не будь слабым взаимодействиям какого-то
противовеса, они менее чем за тысячную часть секунды превратили бы все
вещество (мира в легчайшие частицы — нейтрино и электроны.
К счастью, противовес им есть: он называется законом сохранения
тяжелых частиц. Поэтому, хотя распад одних тяжелых частиц с испусканием
электронов и нейтрино и происходит, но только так, что одновременно — в
процессе этого же распада — появляются другие, новые тяжелые частицы. И
этих новых частиц как раз столько же, сколько исчезло старых.
Второй пример полезной двойственности природы. Мы ездим в
поездах, летаем на самолетах… Какому закону физики обязаны мы тем, что
можем пользоваться всем этим? Ответ, напрашивающийся сам собой: конечно
же, закону сохранения энергии — закону количественного постоянства
физического движения при его переходах и превращениях; например,
тепловое или химическое движение превращается в механическое, в силу
чего вращаются колеса или пропеллер. Но этот ответ неполон. такой же
степени обязаны мы еще одному закону — закону движения: «второму закону
термодинамики». Он показывает направление перехода движения — от горячих тел к менее горячим; действие его тоже обязательно, чтобы работал двигатель.
|
