Георгий Гуревич - Лоция будущих открытий: Книга обо всём

• Название: Лоция будущих открытий: Книга обо всём
• Автор: Георгий Гуревич
• Жанр: Научпоп
• Год: 1989

Человечеству требуются открытия.

Требуются прежде всего потому, что нас не удовлетворяет сегодняшний уровень жизни. Хотим есть лучше, одеваться лучше, жить лучше во всех отношениях: просторнее, интереснее. Человек — существо, стремящееся к лучшему. Достигнутое — бесцветные будни для нас. Кроме того, во многих странах миллионы не имеют даже и необходимого: нищенствуют, недоедают, умирают от голода. Для того чтобы поднять их уровень жизни хотя бы до нашего сегодняшнего, надо бы увеличить производство пищи раза в полтора–два, промышленных товаров — в пять раз, энергии — раз в десять.

---

Сейчас–то наша метагалактика расширяется. Почему она расширяется, кстати? По формуле Шварцшильда размеры черной дыры зависят от ее массы. Может быть, масса растет? Масса же может расти, если в дыру извне (извне!) поступает новый материал, если падают в нее звезды и галактики или целые вселенные со следующего этажа — из некоей Метавселенной.

И еще одно объяснение возможно. Мне оно представляется наиболее убедительным. Выше мельком было сказано, что, если бы поле тяготения образовалось за счет массы тела, черные дыры истратили бы на это поле сто процентов своей массы. Но тогда получается абсурд: поле притяжения к нулю, к пустоте. С другой стороны, ведь и поле само по себе обладает массой, что–то может притягивать. Остается предположить, что, когда в поле уходит половина массы, а это происходит при двойном радиусе Шварцшильда, оно — поле — пересиливает тело, расширяет его. Тело расширяется, радиус его растет, наружное поле убывает. Наружное поле слабеет, внутреннее пересиливает, тело сжимается и т. д. Такие колеблющиеся тела, с размерами чуть больше черной дыры, существуют — это знаменитые пульсары. Естественный вывод: наша Вселенная — гигантский пульсар. У известных пульсаров звездной массы колебание занимает доли секунды, у пульсара вселенского — миллиарды или сотни миллиардов лет. Мы в нашем вселенском пульсаре живем в каком–то колебании, то ли первом, то ли в очередном десятитысячном или миллионном.

Нет оснований отрицать, что за пределами нашей Вселенной есть и другие пульсирующие вселенные, входящие в нечто более высокого порядка, которое полагается наименовать Метавселенной. Черные дыры теоретически не светятся, но только теоретически, пульсары светятся на самом деле. Может быть, другие вселенные и видны, но теряются среди слабых звезд. Возможно, извне в нашу Вселенную падают отдельные пылинки и камешки. Они влетают в нее со скоростью света и должны восприниматься как лучи невероятной энергии. Не они ли источник ливней Оже?

Почти все эти мысли были опубликованы в статьях «Увлекательная гравитация» (Техника — молодежи. 1970. № 11), «Битва сил небесных» (Химия и жизнь. 1972. № 3), «Есть ли жизнь в черной дыре?» (Техника — молодежи. 1984. № 6).

6. Энергия. Наш континуум стоило бы называть не пространственно–временным, а пространственно–время–энергетическим. Энергия — обязательная характеристика материальных тел. Энергия — причина всякого движения, перемещения и изменения. И как нет пустого пространства и времени, так и нет независимой энергии, «энергии вообще», не связанной с конкретными телами. И электромагнитные волны тоже не чистая энергия, а носители энергии — материальные тела. Об их строении еще будет разговор.

В самом начале раздела, когда речь шла о выборе осей, говорилось, что энергия многообразна. Прежде всего мы выделяем кинетическую и потенциальную: энергию в действии и энергию, способную действовать. В кинетической можно различать энергию внешнюю и внутреннюю. Внешняя — механическая, внутренняя — тепловая. Но поскольку все известные тела структурны, внутреннее движение есть на всех этажах, поэтому можно говорить о тепловом движении в галактиках, звездах, земных телах, молекулах, атомах и ядрах. Физической разницы между механическим и тепловым движением нет. Механическое движение тел нижнего этажа и есть тепловое — верхнего.

Иногда энергия внутреннего движения больше энергии внешнего. В человеческом теле тепловая энергия такова, что мы могли бы за ее счет подпрыгивать на несколько километров, лететь со скоростью звука. Но как сконцентрировать ее — вот проблема. Бывает и наоборот: тепловое движение внутри галактики — оно же механическое движение звезд — может быть медлительнее галактики. И движение планет в Солнечной системе медленнее движения Солнца на галактической орбите.

Потенциальную энергию можно, в свою очередь, делить на положительную и отрицательную. Положительная понятна — это запасы энергии, которые можно пустить в ход. Парадоксальна отрицательная — это энергия недостающая, отданная, в результате тело не может сдвинуться, пока ему не вернут затраты. Для гравитации она характерна. Землю нашу не покинешь, если нет предварительной скорости 7,9 км/с. Это своего рода энергетическая виза на выезд в космос. А 11,2 км/с — цена билета на путешествие в другие миры.

Как и вещество, энергию можно характеризовать массой и плотностью. Масса энергии — ее количество — так и будет выражаться как количество Е=mс2, а плотность еще удобнее — через скорость v. А отрицательная энергия как?

Видимо, через мнимую скорость! Ведь скорость пропорциональна корню квадратному от энергии, а корень из отрицательного числа — мнимое.

Так мнимое, условное число приобретает реальный смысл в природе: это скорость, которой не хватает, чтобы сдвинуться с места.

После такого долгого предисловия все это можно изобразить на графике, где непонятное станет очевидным и наглядным (см. табл.5 и 7).

Условный ноль — поверхность. Движущиеся тела летят над ней как птицы. Чем выше скорость, тем выше летят тела. Между ними горы — запасы потенциальной энергии. Высота гор отвечает возможной высоте (т. е. скорости полета). А под ними ямы. В яме оказываются тела, отдавшие свои запасы: частицы, слившиеся в ядра; атомы, слившиеся в молекулы; космические пылинки, слившиеся в планеты и звезды, а также и все прочие, способные отдавать энергию.

Птицы, горы и ямы! График тут же начинает говорить.

По форме ям можно судить о силах. Галактическая и звездная очень похожи: два зуба, у обоих пологий спуск и резкий подъем. Спуск зависит от плавно нарастающей гравитации, ядерные взрывы обрывают его. Сходны ядерная и молекулярная ямы. Не похожи ли силы, действующие в ядрах и молекулах? Всех же заманчивее рекордно глубокая фотонная яма — месторождение самой могучей из всех видов энергии — Е=mс2. Для земной энергетики пока она не очень нужна, но звездоплавание без нее невозможно. Даже термоядерная энергия слаба для звездолетов. Пока известен только один подход к желанному mс2 — создать антивещество, соединить его с веществом, любым. Но способ этот заведомо невыгоден, ведь антивещества в нашем мире нет, его надо изготовлять искусственно, тратя те самые mс2 — грамм на грамм. И еще труднее сохранять антивещество в вещественном мире, ведь антиатомы взрываются, встретив любой атом.

Из предыдущих рассуждений возникают еще два подхода. Энергия отдается при встрече положительных зарядов в химической реакции Н+Н=Н 2, в ядерной реакции H+H=D, a также при встрече электрона с протоном. Видимо, положительный заряд отнимает энергию массы. Создаем могучее положительно заряженное поле. Это скромный вариант антивещества, но без производства, антивещества.

И второй подход: выше говорилось, что элементарные частицы устойчивы только при строго определенной массе. Если отщепить кусочек, они развалятся, превратятся в фотоны — чистую лучевую энергию, вылетающую со скоростью света, способную разогнать ракету почти до скорости света. Но как отщепить? Хорошо бы разобраться в их строении для начала, а потом уже, надломив, использовать их энергию.

Приходится нам возвратиться к рассмотрению Вселенской таблицы (№ 2) — к ее нижней строке, столь богатой вопросительными знаками.

7. Нижний горизонт. На верхнем горизонте известны части, по ним строятся догадки о целом. На нижнем известно целое, надо разгадать строение, т. е. состав и расположение частей. Это много сложнее.

Трудности усугубляются еще и тем, что в микромире очень много объектов, и самых разнообразных, а главное, они решительно не похожи на объекты макромира. И физики XX века, встретив новое, явно не укладывающееся в знакомые законы, склонились к идее непознаваемости микромира. Так даже выглядело почетнее — оперируешь с непознаваемым, этакое мастерство! В результате даже попытки наглядного понимания микромира нередко встречаются в штыки.

Несмотря на эти правила «хорошего тона», все же попытку предпринимаю. Но прежде чем высказывать свое мнение, надо напомнить, что именно известно науке о микромире. Конечно, изложить все, что известно, задача непосильная. Но будем выбирать только то, что понадобится для рассуждения.

Итак, установлено, что в микромире мы имеем дело с двумя типами частиц по меньшей мере. Физики называют эти тела бозонами и фермионами. К числу бозонов относятся электромагнитные волны (фотоны) и нейтрино. Заряда у них нет, хотя магнитные свойства имеются, и нет массы покоя (или ничтожная масса у нейтрино), т. е. они существуют только в движении, мчатся по пространству, не растрачивая энергии, не теряя скорости, миллиарды лет. Впрочем, планеты и звезды тоже не встречают сопротивления в пространстве. В полете фотоны ведут себя как волны, при излучении и поглощении — как частицы, как порции (кванты) энергии. Для нас важно, что у бозонов может быть любая масса в зоне их устойчивости. Они образуют сплошной ряд, подобно звездам или атомам. Звезды и атомы состоят из любого множества элементарных кирпичиков. Не свойственно ли то же и бозонам?