Возвращение чародея, стр. 9

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. В 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 гoре 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. В 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.

И жизнь человека оборвалась бы, и во всей Вселенной наступил бы хаос, если бы воцарились одни какие-нибудь законы: сохранения или движения.

Истинность предметных представлений

Обычно физику начинают изучать с механики — старейшего ее раздела — и тем как бы подготовляют сознание ученика к восприятию более сложных разделов физики.

Считают, что механика — наука о движении тел и о силах, заставляющих их двигаться, — особенно проста благодаря «самоочевидности» своих истин.

Между тем механика не легче и не труднее других разделов физики. Есть в ней, конечно, утверждения, запоминающиеся сразу, но есть и тонкости, требующие раздумья.

Механика просто как-то ближе и роднее человеку. Она связана с телами и явлениями его практики. Ее законы человек увидел и познал на опыте раньше других законов физики.

Не то чтобы каких-либо зачатков науки, возможно, четырех-пяти десятков слов не знал наш далекий предок, когда в его зародышевом сознании возникли вполне четкие представления о движении. Он всматривался в мир и видел: все в вечных переменах, в постоянном стремлении куда-то. Река не спеша несет свои воды, ветер шевелит листву, а лесной пожар гонит перепуганных зверей из нор и дупел.

Восхищенными или наполненными ужасом глазами смотрел древний человек на перемещение тел в окружающем ландшафте, на череду событий. Все его учило. Преследуя оленя или спасаясь от клыков разъяренного кабана, человек мог оценить не только острожизненное значение движения, но и силу своих первых знаний, первых навыков по управлению движением.

В борьбе за существование в сознании его сложились первые, не выраженные словами, младенческие представления о силах и движении:

одни тела движутся помимо моей воли — Солнце, звезды, животные, окружающие люди; другие тела движутся так, как я хочу, — мое оружие, я сам;

вмешавшись, я могу повлиять на движение некоторых, обычно неподвластных мне тел; для этого я должен приложить усилие — толкнуть или остановить их, метнуть копье или ударить палкой;

направление усилия важнее самого усилия; правильно его выбрав, я могу породить силу посильнее моей собственной: скатить, например, с горы камень, который напугает моих врагов; могу, если захочу, уничтожить силу, превышающую мою: убить палкой тигра или сделать что-нибудь другое. Зная нужное направление усилия, я сильнее всех стихий.

Когда интенсивно «заработали» слова и мысль, представления о силах и движениях стали несколько конкретнее:

чтобы вывести тело из состояния покоя, к нему надо приложить силу;

тело, если его все время не толкать, рано или поздно остановится;

чем больше приложенная к движущемуся телу сила, тем больше его скорость;

легкие тела всегда и весьма заметно падают медленнее тяжелых…

Тысячелетиями эти представления владели сознанием людей, и никто не сомневался в их истине. Их принимали как нечто очевидное, в проверке и подтверждении не нуждающееся.

А потом? Потом нашли, что они ошибочны. Почему же мы говорим о них сейчас? Стоит ли вспоминать о них, начинать с них современную книгу о физике, когда большинству известно, что законы классической механики формулируются иначе?

Убежден, что не только стоит, но и совершенно необходимо.

Во-первых, вопреки распространенному мнению, высказанных истин никто не отвергал по той простой причине, что по-своему они верны, что любой эксперимент подтверждает их для тех условий, для которых они выводились. Катящийся по футбольному полю мяч остановится, если его не подталкивать; перышко, брошенное вместе с пулей, упадет позже ее, и т. д.

Конечно, не будь трения, мяч не остановился бы, а будь на Земле вакуум, перо и пуля упали бы одновременно. Но люди ведь не живут без трения, и окружает их воздух, а не космическая «пустота». А те, кто первыми рассуждали о движении, думали не об отвлеченном, родившемся потом в сознании, а о реальном мире.