Порядок изложения продиктован методикой. Факты. Расстановка. Горизонты и белые пятна. Закономерности. Гипотезы. Буду придерживаться его во всех разделах.
Итак, факты. Атомы, звезды, горы, песчинки, кристаллы, молекулы, галактики, электроны… Не будем тратить время, перечисляя все, что есть в неживой природе. Имеем в виду любые тела, а также их свойства.
Расстановка. Надо выбрать ось для расстановки фактов. Не такая это простая задача. Для неживой природы возможны оси:
пространственные (местоположение, удаление от нас, размеры тел);
вещественные (масса, плотность);
временные: дата (местонахождение во времени, удаление от нас в прошлом или в будущем), срок существования (как бы размер тела во времени), событийность (аналогия массе), частота (аналогия плотности), но все это будет объясняться позже;
энергетические: энергонасыщенность (аналогия массе), энергоемкость (аналогия плотности), и то и другое по кинетической энергии, внешней — механической и внутренней — тепловой, а также потенциальной, положительной и отрицательной. Это тоже будет разбираться отдельно.
Я перебрал все эти оси. Наиболее характерной для неживой природы оказалась ось масс. На ней закономерности проявляются ярче всего.
В начале XX века такой выбор казался бы самым естественным. Тогда считали, что масса — это количество материи. Теория относительности осложнила вопрос; выяснилось, что масса зависит от скорости. Появилось определение: масса — мера инерции, мера сопротивления нарушению покоя. Вторичное что–то! Однако ныне становится ясным, что масса — это количество энергии, потраченное на создание движущегося тела. Пожалуй, существенная характеристика. Неудивительно, что от нее зависят основные свойства. Итак, нанизываем тела на ось масс, расставляя их но порядку (см. табл.1).
Начинаем от человека — условная точка отсчета. Мы для себя — мера вещей. Природу мы сравниваем с собой, от себя отмеряем близкое и далекое.
От человека вверх — скалы, горы, острова, моря; затем тела небесные: астероиды, планеты, звезды, звездные скопления вплоть до галактик и метагалактики, которую в последние годы принято называть Вселенной с большой буквы.
От человека вниз — клетки, молекулы, атомы, атомные оболочки и ядра, элементарные частицы, кварки и глюоны, фотоны.
Горизонты уже обозначились. Верхний — на уровне около 1054 г, нижний — около 1047 г. За ними океан неведомого, архипелаги открытий. Но, как условились, прежде чем пускаться в плавание по неведомому, надо отметить закономерности изведанного участка.
Даже неудобно называть участком маршрут длиной в сотню порядков.
Закономерности. Вертикаль. Сразу же бросается в глаза свойство, которое буду называть «этажностью». У каждого типа тел определенные границы массы — от сих и до сих. Тела как бы чуждаются друг друга, занимают определенные полки на оси масс, иногда с резкими границами, иногда с промежутками между «этажами».
Под «этажами» подразумеваем интервал существования данного типа тел в пространстве или же во времени. В неживой природе этажи почти всегда, но все же не всегда, совпадают со структурными уровнями материи. Галактики состоят из небесных тел, небесные тела — из молекул и атомов, молекулы — из атомов и т. д. Однако в дальнейшем, когда мы в следующих разделах перейдем к жизни и ее проявлениям, окажется, что этажи необязательно связаны со структурностью.
На таблице масс сразу бросаются в глаза этажи галактик, этаж небесных тел, этаж земных тел, в том числе и живых, этажи молекул, атомов, ядер, частиц…
Чем объясняется эта нетерпимая избирательность?
УСТОЙЧИВОСТЬЮ!
Заглавными буквами выделил я это важнейшее свойство материи, оно пройдет насквозь через все части нашей книги. Пожалуй, свойство это вытекает из философского определения материи: материя — реальность, существующая вне нашего сознания. Существует устойчивое, неустойчивое распадается, как бы «дематериализуется», на самом деле переходит в другую, устойчивую форму.
Устойчивость же выявляется в борьбе сил, скрепляющих и разрушающих, плюс–сил и минус–сил. Каждая из них изменяется по своим, неодинаковым законам. Когда минус–силы побеждают, этажу конец.
От плюс–сил зависит форма тела. Если силы направлены к центру, образуются тела вращения: шары, эллипсоиды, диски, например звезды, планетные системы, галактики. Поверхностные силы, подобные клею, создают тела любой формы, в том числе и геометрически правильные, например кристаллы. Сочетание вертикальных и горизонтальных сил образует волны. Среди волн бывают и кольцеобразные, о них много разговора впереди.
Второе свойство — структурность. Тела верхних этажей состоят из тел нижних этажей: галактики — из звезд, звезды — из атомов, атомы — из частиц… Все известные нам тела структурны. И сразу же возникает вопрос: бесконечна ли структурность? Если да, тогда к трем известным нам бесконечностям — пространственной, временной и энергетической — присоединяется еще и четвертая — структурная.
Горизонталь. У каждой конкретной плюс–силы или минус–силы свой график изменения. Из сложения их образуется график прочности данного этажа. Очертания их различны. На этажах звездном и галактическом — пологое нарастание прочности и резкий обрыв. На ядерном и молекулярном — крутое возрастание и пологое ослабление прочности. Нельзя ли по графикам судить о сходстве сил? Не сходно ли строение атомных ядер и молекул? Бывают и более капризные варианты: выборочная прочность у атомных оболочек и элементарных частиц, зигзагообразная — у химических элементов.
На каждом этаже есть максимум устойчивости, «железной сердцевиной» назвал я его — ядра железа на ядерном этаже, нерастворимые соли на молекулярном. В естественных условиях менее устойчивое, предоставленное само себе, стремится превратиться в более устойчивое: все тела сползают к желез-' ной сердцевине, отдавая при этом энергию. В максимуме прочности — максимум устойчивости и минимальная энергонасыщенность. Как правило, процесс сползания медленный, постепенный, он чаще наблюдается, чем взрывные подъемы, и поэтому его сочли основным процессом природы — стремлением к успокоению, к равновесию, к наиболее вероятному состоянию, к максимальной энтропии, к тепловой смерти.
Сочли те, которым очень хотелось, чтобы материальный мир был конечен, если не в пространстве, то во времени хотя бы.
Максимум прочности — где–то в середине этажа. Сползая с края графика к середине, тела отдают энергию. Края в результате — источник энергии. Нижний край отдает энергию, укрупняясь в реакциях синтеза химического или ядерного, верхний край — при распаде. Самые громоздкие тела распадаются сами собой (высокие горы, радиоактивные ядра, крупные молекулы).
Для распада же существует три варианта: откалывание, раскалывание на две части, рассыпание. Радиоактивность познакомила нас со всеми тремя, а звездный мир подтвердит правило.
Примеры: откалывание — излучение альфа–лучей, образование планет; раскалывание — распад урана, образование двойных звезд; рассыпание — распад на мелкие осколки, взрыв. Видимо, так кончают существование рекордно тяжелые сверхатомы, сверхзвезды, сверхгалактики.
Итак, на каждом этаже рост прочности, максимум, упадок и распад.
Всеобщий универсальный порядок!
Вселенская таблица. Изложенное выше позволяет построить для всех физических тел таблицу наподобие менделеевской (см. табл.2).
Каждая строка — этаж, на каждом этаже плюс–силы и минус–силы, зона роста, сердцевина, зона упадка. В отличие от химической таблицы здесь больше сходства в горизонтальных строчках, чем в вертикальных столбцах. Звезды больше похожи на звезды, чем на атомы. Междуэтажное же сходство как–то упущено специализированной наукой XX века. Однако сходство есть, можно подметить немало интересного.
Но важнее всего, что на таблице сразу бросается в глаза неоткрытое. Не все клетки можно заполнить. Где–то неизвестны плюс–силы, где–то неизвестны минус–силы. Нечетки границы этажей, есть надежда найти еще более массивные тела, суператомы, суперзвезды. На самом же нижнем этаже, в «подвале» вещества, — сплошные вопросительные знаки — неведомо строение. Вопросительные знаки и на верхнем этаже — неведомо продолжение. Видно, ГДЕ можно сделать открытия, но ЧТО откроется?
Неведомое. Сначала предварительные замечания для читателя. Передо мной стоит композиционная трудность. Изложение гипотез — самая емкая часть книги. Исходные–то факты общеизвестны, их достаточно перечислить: имеются звезды и атомы такого–то типа… Выводы же спорны и новы; гипотезы полагается обосновать, опровергая варианты ссылками на опыты, вычислениями и рассуждениями. Но в длинных рассуждениях утонет важный мотив сравнения закономерностей природы, единой вселенской связи простого и наисложнейшего, всеобщности Всего. Поэтому гипотетическое придется излагать кратко, почти декларативно.
Я возлагаю надежды на графические таблицы. Вообще думаю, что точные науки напрасно преувеличивают значение алгебраических формул. Формулы безупречны для вычислений, но они отражают природу упрощенно, как правило, принимают во внимание только один–два основных процесса. Цифры кажутся точными, но за ними не видны отклонения, исключения, и совсем не видны границы применения формул там, где вмешиваются новые факторы и меняют все отношения. На графиках же с первого взгляда видно: здесь есть факты, а дальше фактов нет. Здесь плавная последовательность, а здесь перелом — вмешалось что–то непредвиденное. А непредвиденное — тема для исследования, надежда на открытие. Поэтому я сопровождаю текст многочисленными таблицами (они даны в конце книги, в разделе «Атлас природы»). Изложение гипотез будет непонятно без таблиц, а при взгляде на них иной раз и пояснения не понадобятся.
Я начал свою работу с простейшего — с неживой природы. В космосе и атомах увидел закономерности, позже понял, что они распространяются и на жизнь — на сложное и наисложнейшее. Но исторически познание шло по противоположному пути — от людей к атомам, от сложного к простому. Нам, людям, наисложнейшим существам, иной раз простое — звезды и атомы — непонятно, скучно, чуждо. И если среди читающих эту книгу найдутся гуманитарии, испытывающие отвращение к точкам, линиям и всяческим секторам–сегментам, рекомендую им, даже прошу, отложить в сторону раздел о неживой природе и приступить к чтению второй части — «Жизнь», не упустив, однако, из виду главное: чтобы заглянуть за горизонт того или иного мира, рекомендуется расставить известные факты по порядку и отметить закономерности. Как правило, при этом выявляется спираль, в ней витки, они же этажи. Каждый этаж — зона устойчивого существования, зависящего от борьбы сил, причин, факторов, благоприятных и неблагоприятных. Выявляются и изменения: вертикальные — от этажа к этажу, и горизонтальные — в пределах этажа. На основе всех этих закономерностей и выстраиваются гипотезы о запредельном, заго–ризонтном.
Гипотезы. Горизонты знания проходят по максимуму и минимуму обязательно. На временных осях сплошь и рядом неведомо происхождение и всегда неведомо будущее. На структурных осях внизу, как правило, неведомо строение, а наверху — принадлежность: к какому целому относится наблюдаемая часть? В мире неживой природы неведом верхний край — границы Вселенной и ее продолжение или принадлежность, неведом и нижний край — недра элементарных частиц.
Обычно неведомое есть и на каждом этаже, чаще по краям, иногда есть пробелы и в середке. Белые пятна в науке бесчисленны. Я скажу только о тех, которые бросились мне в глаза.
Начнем со звездного этажа.
1. Инфры. На этажах встречаются пробелы — белые пятна, пустые клетки. Пример: пробел на звездном этаже — между Юпитером и красными карликами, просвет почти в два порядка, от 1030 г. до 1032 г. Подлинный ли это пробел или кажущийся?
Интерполируем. Плюс–сила, скрепляющая, есть и выше и ниже — тяготение. Минус–сил, разрушающих, именно для этого отрезка не знаем и не предполагаем. Более крупные тела — звезды — светятся самостоятельно, меньшие — планеты — только отраженным светом. Промежуточные или не светятся, или же светятся слабо, слабее красных карликов, так что астрономам трудно или даже невозможно их увидеть.
Вероятнее всего, они испускают исключительно или преимущественно инфракрасные лучи, невидимые для глаза. Инфрами назвал я эти тела, написав о них впервые в журнале «Знание — сила» («1958. № \2).
В мире звезд заметна закономерность: гиганты редки, потому что они недолговечны, быстро, по звездным меркам, прогорают, карлики гораздо многочисленнее. Возможно, что инфры еще многочисленнее карликов. Если это так, тогда меняется привычное представление о пустоте мирового пространства. Инфры могут встречаться чаще, чем звезды. Возможно, они имеются и внутри Солнечной системы. Судя по Юпитеру, это должны быть тела с обширной газовой оболочкой, подогретой изнутри за счет тепла недр у меньших инфр на 100–200 градусов по Кельвину, у крупных — до 2000 градусов. У инфр среднего размера температура атмосферы может быть пригодна и для жизни. В сущности, подходящая температура и в глубинных слоях крупных планет Солнечной системы: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
2. Границы Солнечной системы. Рассмотрим условия устойчивости для спутников Солнца (см. табл.3).
Плюс–сила удерживающая — тяготение, убывает с расстоянием пропорционально квадрату радиуса. Минус–сила утоняющая — инерция собственного движения на орбите. Условие устойчивости: скорость движения должна быть меньше скорости убегания от Солнца (для Земли — 4,2 км/с) и больше скорости падения на Солнце — 2,8 км/с. У нашей планеты диапазон надежности достаточно широкий.
Но чем дальше от Солнца, тем теснее становится этот диапазон. На расстоянии в 100 астрономических единиц (а. е.) спутник должен вписаться в интервал от 280 м до 4,2 км/с; на расстоянии в 10 000 а. е. — в интервал от 2,8 м до 420 м/с. График интервалов устойчивости становится все уже, в общем он похож на обелиск в честь покорения космоса у метро «ВДНХ». Теоретически он может тянуться в бесконечность, но встречные звезды обламывают острие, а чем дальше от Солнца, тем чаще происходят эти опасные встречи.
Сказанное относится к большим планетам, малым астероидам и кометам, а также к пылинкам и молекулам, из которых образуются крупные небесные тела. Далекое Солнцу трудно удержать.
Вывод: существование крупных далеких трансплутонов сомнительно. И чем дальше от Солнца, тем сомнительнее. Но кометы там существуют, и многочисленные — целое облако Оорта на расстоянии в десятки тысяч а. е., где скорость убегания около 200 м/с. И при каждом прохождении посторонних небесных тел некоторые из комет, очень немногие, рушатся в центр Солнечной системы, тогда мы их и видим, а значительная часть покидает нас навсегда… если только нет добавочной причины, помогающей тяготению.
Все сказанное выше относится только к постоянным спутникам Солнца. Временные же, проходящие мимо, пронизывающие планетную систему насквозь, могут быть любого размера, больше планет, инфр, даже звезд–карликов, если они и в самом деле способны проникнуть внутрь Солнечной системы. Но об этом «если» — в следующей гипотезе.
В последние годы много пишут о гипотетическом спутнике Солнца — звезде Немезиде, которая вторгается в облако Оорта и сбрасывает оттуда кометы к Солнцу. Но и Немезида подчиняется тем же правилам. Она должна вписаться в энергетическое острие, где скорость убегания должна быть не свыше 200 м/с. Едва ли за миллиарды лет скорость этого опасного спутника не исказилась при встрече с другими звездами… Так что «если» относится и к Немезиде.
Изложенное было опубликовано в журнале «Техника — молодежи» (1985. № 8).
3. Источник тяготения. Всемирное тяготение известно людям триста лет, и триста лет неведомо, откуда оно берется. Объяснение Эйнштейна — «такова геометрия пространства» — ничего не объясняет. Геометрия эта заметно меняется при движении небесных тел, при росте их и даже при сжатии. Какие силы меняют ее? И как это геометрия снабжает энергией падающие тела? Они же работу выполняют. Энергетику тяготения великий Эйнштейн игнорировал, вынес ее за скобки. Но в далеком будущем, когда наши потомки займутся созданием искусственного тяготения, им надо будет разобраться, за счет чего создается естественное.
Знаменитое правило Оккама требует не придумывать новые причины, пока не проверены старые, ранее известные. Известно, что в массе всех тел заключена энергия Е=mс2. Не создается ли за ее счет энергия тяготения?
Чтобы проверить такое предположение, построим таблицу МГ: масса — гравитация (см. табл.4).
На ней по абсциссе отложены массы тел, а по ординате — гравитация, выраженная в скорости убегания (вторая космическая, она же скорость падения на данное небесное тело из бесконечности, она же скорость, необходимая, чтобы покинуть его навсегда: v=2gr).
На первый взгляд кажется, что это величина второстепенная, недостойная таблицы. Но ведь это же уровень полного разрушения планеты. Земля вся рассыплется, если частицы ее приобретут скорость 11,2 км/с. Итак, скорость убегания — это числовая характеристика прочности планеты, а кроме того, еще и характеристика энергии связи, выделившейся при создании такого небесного тела, аналогичная тем семи тысячам калорий, которые выделяются при сгорании углерода в кислороде Итак, дается таблица соотношения массы с энергией связи.
Почему, хотя светимость величина очень капризная, в астрономии предпочитают таблицы масса — светимость? Да потому, что светимость можно наблюдать и измерять. Массу же приходится высчитывать, а для гравитации — знать еще и размеры звезды или галактики, что тоже не поддается прямому измерению.
И вот, когда небесные тела легли на таблицу, оказалось, что у всех планет, звезд, у всех галактик энергия массы могла бы обеспечить энергию поля тяготения. Хватает с лихвой: для земного тяготения нужны всего лишь миллиардные доли массы, для звезд и галактик — миллионные. Только черные дыры использовали бы сто процентов.
Но к разговору о черных дырах мы еще вернемся чуть позже. Пока констатируем: собственная масса способна питать тяготение любого небесного тела.
4. Звездные оболочки. С помощью зигзагообразного графика МГ вроде бы получили мы ответ на заданный вопрос: масса небесных тел может быть источником энергии их тяготения. Но график оказался таким характерным, что сама форма его вызывает новые вопросы. Например, почему все планеты и звезды выстроились по прямой линии?
Тут все ясно. Косые линии графика — это линии равной плотности. Плотность планет и звезд примерно одинакова, она близка к выбранной нами единице — плотности атомов. Природа, оказывается, очень капризна насчет плотности — для твердых и жидких тел признает только три (для газообразных–то возможна любая): ядерную — примерно 1014–1016, атомную — 10°-101 и еще, кроме того, галактическую — 10–24–10–20. Другие запрещены.
С атомной плотностью неясности нет: атомные ядра окружены электронными оболочками, отрицательно заряженными, друг друга отталкивающими. Оболочка упирается в оболочку, ажурное атомное тело несжимаемо. И только когда оболочки эти обрываются или лопаются, возникают тела чудовищно–плотные, необыкновенно–плотные, фантастически–плотные — так называемые белые карлики, звезды размером с Землю. Плотность их 104–106, на полпути между атомной и ядерной.
С атомной плотностью все понятно, но непонятно с галактической. Почему не сжимаются звездные скопления, состоящие из разрозненных, притягивающих друг друга звезд?
Высказывалось предположение, что вращение удерживает их от падения в центр. Планеты же не падают на Солнце, бегая по своим орбитам. Но шаровые звездные скопления не вращаются. И не вращаются эллиптические галактики, среди них рекордно массивные.
Предложена хитрая модель качелей: каждая звезда падает в центр, проскакивает его, набирая скорость, вылетает на поверхность, затем падает назад. Но центр галактик не пустой. Там находится плазменный сгусток, ласково именуемый «ядрышком». И на пути к нему — громадные газовые облака; они затормозили бы движение падающих звезд.
А может быть, и у звезд, как у атомов, есть оболочки, неведомые, невидимые и непроницаемые. Упираясь друг в друга, они не позволяют звездам сталкиваться, не позволяют галактике сжиматься. И лишь когда сверхгравитация продавливает оболочки, когда они срываются, подобно атомным при сверхвысоком давлении в недрах Земли или Солнца, тогда звезды падают на звезды, возникают тела сверхкритической массы, может произойти космический взрыв.
Никогда никто не писал о звездных оболочках. Но вот доводы в их пользу: ядра галактик вращаются как твердые тела, эллиптические галактики и шаровые скопления не вращаются вовсе. Гравитация должна бы сдавить их, но нет, звезды там не сближаются. Плотность звездных скоплений не выше 10–20. Галактики как бы тверды. Почему? Оболочки упираются друг в друга?
Можно прикинуть их радиус. Примерно один световой год. Прочность же такова, что они выдерживают удары тел, летящих со скоростью в сотни км/с. Но не больше 1000 км/с. Галактические окрестности Солнца не похожи на твердое тело, спиральные ветви скорее напоминают газовые струи, испарившиеся из твердого ядра. Звезды здесь движутся независимо, но гипотетическая оболочка надежно предохраняет Солнце от столкновения с другими звездами. Однако соприкосновение оболочек возможно примерно один раз в миллион лет, при этом звезды (и Солнце) должны бы менять направление, даже как–то увлекать за собой планеты.
От этих частных гипотез выходим и на проблему верхнего горизонта научных знаний, он же верхний край таблицы масс.
5. Верхний горизонт. Сейчас он проходит примерно на расстоянии десяти миллиардов световых лет. Оттуда десять миллиардов лет тому назад послали нам свет квазары — сверхбеспокойные радиогалактики ранней эпохи жизни нашей Вселенной.
Известно, что Вселенная в настоящее время расширяется. Идут споры: сменится ли расширение сжатием и когда? И вообще, бесконечна ли Вселенная или конечна и замкнута?
Вес эти варианты на таблице МГ отражены графически.
Если Вселенная расширяется и будет расширяться, последний отрезок зигзага следует отгибать вверх, в сторону меньшей плотности. Если Вселенная бесконечна, зигзаг надо отогнуть так, чтобы этот отрезок был бы по крайней мере горизонтален. Для горизонтальности же необходимо соблюдать странноватое условие: плотность должна все убывать и убывать, убывать и убывать. Пустоватая бесконечность! Если же плотность не хочет убывать, рано или поздно продолжение зигзага уткнется в нижнюю черную линию, а это линия черных дыр. Тогда наша Вселенная конечна и замкнута.
Приходится разбираться и с черными дырами. Черная дыра, пожалуй, самое модное и самое экзотическое изобретение астрономической теории. Страшный капкан на космических путях, невидимый и непреодолимый. Черная дыра — это небесное тело, для которого скорость убегания равна скорости света. Даже свет не может его покинуть, поэтому оно и невидимо… теоретически. Тем более не может оторваться никакой звездолет, для которого скорость света — недосягаемый предел.
Размеры этого ужаса высчитываются по формуле Шварцшильда. Радиус черной дыры пропорционален ее массе и ничтожно мал. Популяризаторы не устают удивляться тому, что черная дыра с массой Земли не больше вишенки, а плотность ее сверхъядерная — 1027. Черная дыра для Солнца чуть побольше горы Эльбрус, а плотность ее, как у атомного ядра. Но радиус черной дыры зависит от массы, а масса тела — от куба его собственного радиуса, в итоге плотность получается все меньше. Дыра с массой галактики размера уже космического и куда разреженнее воздуха. Дыра для Вселенной сравнима по размерам и разреженности с самой Вселенной. Иначе говоря, наша Вселенная могла бы оказаться и черной дырой.
Сравнима. Но все–таки Вселенная на четыре–пять порядков больше черной дыры для соответствующей массы. Не умещается в черной дыре. Однако вспоминается, что Вселенная расширяется. Стало быть, на заре своей юности когда–то была в черной дыре. Вырваться же из черной дыры невозможно, для этого надо бы развить скорость выше скорости света… Значит, не вырвалась, значит, осталась. И получается, что и мы с вами вынуждены жить в этой черной дыре, впрочем, не испытывая никакого неудобства. Достаточно просторная дыра: и зеленые леса в ней помещаются, и голубое небо, и звезды… возможно даже и черные дыры поменьше.
Чем больше ответов, тем больше вопросов. Еще одна закономерность видна на таблице МГ. Вижу, но лично я объяснить не могу. Если опустить перпендикуляр на линию черных дыр из метагалактики, физически это означает сжать ее до плотности черной дыры, получится тело с плотностью, характерной для галактик‑10–24 г/см2. Если превратить в черную дыру средних размеров галактику, получится тело с плотностью, распространенной среди звезд — около единицы. У черной дыры с массой Солнца плотность будет ядерная — 1016. О чем это говорит? Не связано ли с происхождением небесных тел? Вот такие плотности образуются при сжатии, а при расширении возникают осколки именно такой плотности.
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?
Фермионы (элементарные частицы), по–видимому, устроены иначе. У них есть заряд — положительный, отрицательный, а иногда и нулевой. Волновые свойства им присущи, но имеется и масса покоя, причем строго определенная. И на таблице масс они образуют не сплошной ряд, а прерывистый, у них избирательная устойчивость. В мире больших тел такое свойство — редкость. Пожалуй, присуще оно молекулам, состоящим из нескольких атомов и, естественно, незаметно в небесных и земных телах, где атомов мириады. И еще встречается это свойство в атомных оболочках, где энергетические уровни орбит строго определены — квантованы.
Чтобы построить модель микромира, необходимо объяснить следующие положения, кажущиеся странными при сравнении с законами обычного мира.
1. Почему небесные тела и частицы движутся по свободному пространству (оно же физический вакуум), не встречая сопротивления?
2. Почему у частиц двойственная природа — телесно–волновая?
3. Чем объясняется квантованность и квантовость?
4. Почему в проводах ток излучает на поворотах, а электрон в атоме не излучает на своей эллиптической орбите?
5. Почему электрон в полете ведет себя как частица, а в атоме как облако?
6. Чем объясняется неопределенность поведения элементарных частиц?
Исчерпан ли список? Не ручаюсь. Ход моих рассуждений я излагать не буду, слишком они долги. Даю сразу ответы (см. табл.6).
Во–первых, никакого свободного пространства в природе нет. Пространство — форма существования материи. Формы без содержания быть не может. То, что называют свободным пространством, заполнено физическим вакуумом, он же фон, он же… эфир!
Вакуум — конкретный материал с конкретными свойствами. Он очень упруг и очень тверд — много тверже стали; об этом догадался еще Ньютон. Только в твердом теле бывают поперечные волны — электромагнитные поперечны.
В твердом вакууме возникают напряжения (может быть, это просто механические сгущения). Они движутся именно так, как движутся волны в сплошной среде, морские или атмосферные, т. е. подлинное перемещение — круговое, хотя видимый гребень волны движется поступательно — гребень морской волны или гребень атмосферного давления. Подлинный ветер дует перпендикулярно к движению самого циклона или антициклона, дует по изобарам — линиям равного давления, обтекая центр. Естественно, поскольку окружность длиннее диаметра, скорость ветра больше, чем скорость перемещения центра. И подлинная скорость движений в вакууме по кругу выше скорости света на 57 %.
Электромагнитная волна низкой частоты (длинноволновая) подобна широким кругам на воде, коротковолновая — маленький одиночный всплеск. Форма его — восьмерка. Переднее колечко в восьмерке заряжено отрицательно, заднее — положительно. При столкновении восьмерка может сжаться и разорваться, при этом достаточно массивный фотон порождает две кольцевых волны — электрон и позитрон. Таким образом, простейшие частицы — это кольцевые волны. Фотоны — поперечные волны в вакууме, а частицы — кольцевые.
Вот и получились у нас ответы на все шесть вопросов, поставленных выше.
1. Частицы — кольцевые волны, а атомы — комплексы волн, как бы группы микромикроводоворотиков, точнее, вакуум–воротиков. Все эти волны и комплексы, и комплексы комплексов, т. е. молекулы, пылинки, облака пыли, кометы, планеты и звезды, движутся по вакууму, не встречая сопротивления, как звук в металле, как сейсмические колебания в толще земного шара. Не забываем предположение Ньютона о том, что вакуум гораздо тверже стали.
2. Кольцевая волна — волна, но кажется твердым телом, потому что размеры ее неизменны. Она и ударяет как твердое тело. Она подобна вихрю или смерчу.
3. Избирательная квантованность орбит электрона в атоме объяснена Де Бройлем. Устойчивы только те орбиты, в которых укладывается целое число волн‑1, 2, 3… и т. д., и из числа частиц устойчивы только такие, в колечке которых укладывается целое число волн. Поэтому не существует четвертных, половинных, полуторных электронов, частиц с дробной массой.
У квантовости, т. е. порционности вещества и энергии, свои причины. Если излучение вызвано одиночным толчком, естественно, излучается одиночная порция энергии — один фотон. Если же источник излучения — длительное колебание, тут играет роль длина волны. Очередная, следующая волна не должна набегать на предыдущую, они погасят друг друга. В результате энергия каждой повторной волны строго квантована: E/v=h (1 квант действия).
4. В атоме электрон также попадает на замкнутую орбиту. Он сам — кольцевая волна, но возбуждает и волну на орбите, которая бежит, как и полагается, по изобаре — линии равного напряжения. Линия эта кривая, с нашей точки зрения, но для электрического заряда это прямая. Так, для внешнего наблюдателя Земля — шар, но для путника и даже спутника это равнина. Люди движутся по линии равных потенциалов гравитации. Электроны — по равным потенциалам электромагнитного поля. Им не нужно тратить энергию для огибания шара, энергия нужна только для того, чтобы перейти на другой уровень. Поэтому и электрон в атоме движется по своим эллипсам, не излучая.
5. Атом движется сквозь вакуум, частицы состоят из вакуума, и внутри атома — вакуум. Чтобы сбить с орбиты электрон, вовсе не нужно прямое попадание, достаточно всколыхнуть вакуум как следует. Набегающие фотоны и встряхивают весь атом, ведь по размерам они обычно больше атома. Так что электрон не превращается в облако в атоме; облако — это зона воздействия, попадание в нее и нарушает равновесие электрона.
Так и в нашем мире. Чтобы перевернуть лодку, вовсе необязательно прямое попадание. Перевернет ее и взрыв в воде, поднявший большую волну
6. Фотоны — не точки, и электроны — не точки; у них есть размеры и какая–то структура. Неопределенность поведения частиц зависит, в частности, от того, каким боком они задевают препятствие. У кольцевой волны, как у всякой другой, есть гребни и есть впадины. Это участки с разным напряжением, и они по–разному взаимодействуют с веществом при отражении, преломлении, прохождении отверстия. Вообще во всех областях науки и практики неопределенность объясняется неучетом второстепенных причин.
Здесь второстепенными причинами выступают, помимо глубинного строения частиц, еще и влияние среды — вакуума, а также общеизвестное, существенное для микромира влияние зондирующего прибора.
8. Суперсвет. Итак, сложилась гипотеза: электрон — это колечко. Если расколоть его (но как все–таки?), получим поток фотонов, способный разогнать звездолет почти до скорости света. Увы, даже и эта скорость слишком скромна для звездоплавания. Ведь до ближайшей звезды 4,3 световых года, до других — сотни, тысячи, миллионы световых лет — сотни, тысячи, миллионы лет пути.
Пресловутое эйнштейновское замедление времени при субсветовых скоростях проблемы не решает. Ведь время–то укорачивается для звездоплавателей, а на Земле идет своим чередом.
Для Земли нет смысла в экспедициях, которые вернутся через сотни и тысячи лет. Звездоплаванию нужна сверхсветовая скорость.
Но, в сущности, нет никаких оснований абсолютизировать скорость света, считать, что это предел скоростей природы. Это всего лишь скорость поперечных или кольцевых волн в вакууме нашей Вселенной. Нарастание же массы при субсвете подобно сопротивлению воздуха перед звуковым барьером.
Звуковой барьер преодолим в воздухе, в газовой среде, состоящей из отдельных, независимо движущихся атомов, носящихся в пустоте (в том самом вакууме). В воздухе имеется некая пустота, куда можно вытолкнуть атомы. Но сам–то вакуум тверд. Как преодолеть барьер твердого тела?
Фантастика (не я один) предложила несколько вариантов: разрушение вакуума, создание коридора в твердом теле, изменение свойств вакуума и выход за пределы нашего вакуума в какое–то другое пространство — нуль–пространство, подпространство, надпространство.
Однако существует ли это другое пространство?
9. Многомерное пространство. Наше пространство трехмерно. И время — вовсе не четвертое измерение; время — принципиально иная категория. Пространственность — свойство тел, а временность — свойство процессов.
Но три — странноватая цифра для природы. Природа предпочитает ноль (невозможно), единицу (возможно только так и не иначе) или же бесконечность (возможны все варианты). Тройка означает: три варианта возможны, остальные запрещены. Почему? Требуется причина. Так сколько же на самом деле измерений у пространства? Если больше трех, тогда наш мир подобен отражению в зеркале или же на водной глади. У отражения свои закономерности, не совпадающие с закономерностями движения ни в воздухе, ни в воде. Но прорвать отражение можно и из воздуха, и из воды. Для двухмерных жителей водной глади такой прорыв был бы равносилен непонятной и неожиданной катастрофе. Нечто чудесное и невидимое ворвалось в их мир, что–то раздавило, уничтожило, исчезло неведомо куда.
Если бы в нашей Вселенной нашлись такие необъяснимые события, это был бы намек на существование других пространств.
Пожалуй, самое крупное из подобных событий — Большой взрыв, начавший расширение Вселенной 15–20 миллиардов лет назад. Откуда получила наша Вселенная заряд энергии, которого хватило на построение десятков миллиардов галактик? И почему заряд этот сосредоточился в одном пункте, в узкой области, если не в точке даже?
Прорыв из соседнего пространства мог бы все это объяснить.
И еще один намек. Наш мир заряжен несимметрично. Атомы состоят только из положительных ядер и отрицательных электронов. Но частицы все же рождаются парами: плюс с минусом, плюс с минусом. Куда же делись минус–ядра и плюс–оболочки? Законы симметрии требуют, чтобы, помимо вещества, в нашем мире было бы и антивещество. Не найдено. Физики предположили, что антипротоны менее устойчивы, чем протоны, и успели распасться в первые минуты после Большого взрыва. Но такая идея нарушает принцип симметрии: получается, что у протонов и антипротонов разные свойства.
Предлагается объяснение: сразу после Большого взрыва вновь возникшие частицы оказались в заряженном поле, электромагнитном или электрическом, и поле это развело в разные стороны положительно заряженные и отрицательно заряженные частицы. Так еще в опытах Резерфорда поле сортировало осколки радиоактивных атомов: положительные альфа–частицы — направо, отрицательные бета–частицы — налево, нейтральные гамма–лучи — прямо.
А отчего могло возникнуть такое поле? Да хотя бы из–за искривления пространства, которое и есть вакуум. Во всяком криволинейном теле наружная сторона растянута, внутренняя сжата. Сжатие отвечает повышенному напряжению, сжатый вакуум заряжен отрицательно, ему полагается притягивать позитроны и атомы с позитронной оболочкой.
Мы живем в отрицательно заряженном окружении, в нашем мире обильны свободные электроны, видимо, наш вакуум положителен, наша сторона наружная.
А внутри — антимир. Он на изнанке, он рядышком… но не в нашем измерении, в четвертом. Свет оттуда к нам не приходит.
Сколько же пространственных измерений на самом деле? Могу только повторить сказанное выше: Природа предпочитает ноль — невозможно, единицу — возможно только так и не иначе, бесконечность — возможно по–всякому. Четыре — такая же странноватая цифра как и три. Все равно не ясно: почему четыре измерения возможны, а прочие запрещены?
10. Энергетические высоты. Вернемся к разговору об энергии (см. табл.7).
Выше были подробно разобраны энергетические ямы, в которых покоятся, отдав энергию, прочные устойчивые тела: атомы, молекулы, кристаллы, камни, планеты, звезды, галактики… Но, кроме ям, существует в природе и зеркальное их отражение — энергетические высоты. На этих высотах находятся тела, поглотившие энергию и не отдавшие ее, владеющие запасной энергией или вложившие ее в движение.
К числу таких тел относятся и высоты в прямом смысле этого слова — земные горы. Именно высотная энергия работает в гидростанциях — удобная и дешевая сила стекающей со склонов воды. Теоретически можно было бы использовать не только воду, но и льды, лежащие на вершинах, если растопить их, конечно; даже и камни, если откалывать и спускать их по лоткам. К сожалению, как ни странно это на первый взгляд, горная энергия не так уж велика, всего лишь десяток–другой калорий на самых высоких вершинах. Так что мы не сумели бы соорудить горную ГЭС, которая сама для себя растаивала бы ледники. Для таяния тратилось бы восемьдесят калорий на килограмм, а от падения получалось бы меньше двадцати.
На земном небе между горами и над горами летают птицы, облака, самолеты, спутники… Так и на энергетическом небе, над стационарными высотами, владеющими потенциальной энергией, мчатся стремительные носители кинетической энергии — наша земная техника, а также и природные тела: планеты, звезды, галактики, газовые и звездные туманности или же потоки стремительных частиц, пылинки, протоны, электроны вплоть до непревзойденных рекордсменов скорости — фотонов, порций света. Обратим внимание: земные тела, в том числе и живые, относятся к числу самых медлительных, к сожалению, и самых ранимых; чемпионы же и мастера скорости, владельцы могучей энергии располагаются на периферии известного мира — на границах Вселенной и в микромире. И щедрая энергия их склонна стекать сверху вниз по шкале скоростей, с энергетических вершин в низину — к Земле, к земным телам, к человеку, стало быть, может быть использована, может и повредить.
На энергетических высотах находится и теплота.
В середине прошлого века было понято и установлено, что тепло — это разновидность механического движения, хаотическое движение молекул и атомов в физических телах, газообразных, жидких или твердых, иначе говоря движение элементарных кирпичиков, из которых состоят тела. Но поскольку кирпичики имеются на каждом этаже, допустимо говорить об этажных аналогиях тепла. На любом этаже вместе с движением тела в целом имеется и внутреннее движение кирпичиков. Движение галактик — это теплота вселенной, движение звезд — теплота галактики, движение планет — теплота Солнечной системы и т. д. Тепловая, внутренняя энергия тела сплошь и рядом бывает больше механической. Например, внутреннее тепло человека могло бы забросить его на самые высокие горы (1 калория — 427 кгм). Отдав каких–нибудь два градуса собственной температуры, мы могли бы вспрыгнуть на любую башню без разбега.
Глубину энергетических ям, величину энергетических высот можно сравнивать, рассматривая таблицу 7 — ЕМТ (энергия — масса — время). Советую поглядывать на нее чаще. На таблице масштабы и закономерности бросаются в глаза. Таблица эта — энергетическая карта природы, а текст наш — только пояснения к карте.
Таблица 7 дополняет таблицу 5 — «Энергетические ямы». Но здесь ямы перешли на нижнюю половину, а к ним добавлены еще и высоты на верхней половине. Внизу — недостаток энергии, наверху — избыток (по сравнению с массой неподвижного тела. Недостаток (дефект) массы — или же избыток обозначены в левом столбце таблицы.
Избыток энергии можно выразить и через скорость. Скорость, как известно, пропорциональна корню квадратному из энергии. Соотношение это нарушается при приближении к скорости света, но в данной таблице это не играет роли. В нижней половине — недостаток энергии, энергия отрицательна, следовательно, корень из нее — величина мнимая. Мнимая скорость! Но мы уже говорили, что мнимая скорость действительно характерна для неподвижных тел, прочно связанных, требующих предварительных усилий, чтобы оторваться и начать движение. У гравитации энергия отрицательная, следовательно, и у нас, стоящих на твердой Земле, скорость мнимая, равная 11,2 км/с. Ее еще надо преодолеть, чтобы оторваться от планеты. У гипотетической же антигравитации скорость должна быть положительной.
И тут возникает грустный, неприятный для мечтателей вывод. С положительной энергией и положительными скоростями мы имеем дело давным–давно. Получается, что всякая положительная скорость антигравитационна. Любым способом добудь скорость, превышающую скорость падения на землю, и победишь гравитацию. Конечно, могут быть и неизвестные нам виды энергии, и новые способы получения скорости, но существует ли специальная антигравитация? Может быть, и нет совсем?
А может быть, именно с ней связаны гипотетические оболочки, мешающие галактикам сжаться в комок?
Последний столбец на таблице посвящен времени. Согласно теории относительности, при больших скоростях масса растет до бесконечности, а время замедляется. Масса же растет потому, что растет скорость. Скорость — рычаг управления массой. Когда же скорость звездолета при торможении уменьшается, уменьшается и его масса. А время? Время, видимо, ускоряется, возвращаясь к земному темпу.
Что же происходит в нижней половине таблицы, где масса еще меньше, некоторая доля нулевой утрачена в химических или ядерных реакциях? Не ускоряется ли время в потенциальных ямах? И нет ли возможности искусственно ускорять его, помещая тела в такие ямы?
Сразу следует сказать, что перспектива эта весьма отдаленная. Если рассуждение наше справедливо, для заметного ускорения времени надо отнять большую часть массы. Но даже в ядерных реакциях выделяется менее одного процента. Ускорение времени на один процент интереса не представляет. Стало быть, надо как–то еще проникнуть ниже ядерного уровня, почти вплотную подойти к абсолютному нулю и удержаться, не дойдя до него. Но на пути к этой отдаленной задаче всплывает весьма полезная практическая, она видна в предпоследнем столбике таблички. С уменьшением массы связано испускание электромагнитных волн: инфракрасных, световых, ультрафиолетовых, рентгеновских. Универсальный реостат времени был бы одновременно и универсальным генератором любых лучей. Очень полезный аппарат!
Здесь мы выходим на проблему времени, едва ли не самую непонятную в физике.
11. Время. В самом начале раздела, когда выбирался порядок расстановки фактов, мы остановились на оси масс; она оказалась самой характерной и выразительной, поскольку свойства тел теснее всего связаны с массой. Но существуют и другие возможные оси — пространственные, энергетические, а также и временные, причем не одна.
Я исхожу из того, что пустого времени, так же как и пустого пространства, нет в природе. Пространство и время — формы существования материи; формы без содержания быть не может.
У времени есть свои характеристики, которые можно использовать в качестве осей.
Аналогия размерам — «срок» существования тела. Тут все понятно, объяснять нечего.
Местоположение тел в пространстве мы не разбирали, не составляли карты географические и астрономические. Для практики имеет большое значение далеко или близко, но на свойства тел влияния не оказывает. Местоположение же во времени — очень существенная характеристика, тем более что время линейно, одномерно. «Когда?» — наиважнейший параметр.
Ось времени углубляется в прошлое на 18 порядков, если принять за единицу измерения одну секунду. Интересно, что на пути от сегодняшнего мига в глубину времен заметна своего рода этажность: сменяются науки, ведающие разными отрезками прошлого. Верхние девять ступеней еще находятся в ведении личных воспоминаний. Десятая и одиннадцатая — сотни и тысячи лет — в ведении истории, на 12‑й ступени преобладает археология, 13‑я и 14‑я (сотни тысяч и миллионы лет) — область антропологии, тут же начинаются владения палеонтологии и геологии, они простираются до 17‑й ступени, а 18‑я (миллиарды лет) — космологическая. Границы здесь не очень жестки, тем не менее смена материала происходит. В пространстве нет такой существенной разницы между населением ближайших световых лет или тысяч и миллионов. Для симметрии с графиком прошлого хорошо бы построить и график будущего. Но будущее отличается от прошлого принципиально. Будущее не состоялось, достоверных фактов из него не имеется, можно только проникнуть туда мысленно. Глубина же и точность проникновения зависят от трех причин:
1. Обилие прецедентов — например, все люди умирают, надо полагать, что и я смертен.
2. Неизменность процесса: например, солнце всходит и заходит, надо полагать, что и сегодня зайдет к вечеру.
3. Малочисленность воздействий: например, тело летит в пространстве под влиянием инерции. Можно подсчитать, где оно будет через год или через тысячу лет. Но если к инерции прибавляется еще притяжение других тел, возникает неопределенность.
В астрономии, где движения просты, ученым удается предсказывать события, например затмения, на тысячи лет вперед. Предсказания космологии на 1030 лет исходят из одной какой–то причины (скорости распада протонов, например) и потому неубедительны. Распад — не единственный процесс в природе. Мало ли, что может еще произойти за миллиарды миллиардов лет: сжатие, расширение, столкновение с другой вселенной, появление новых белых дыр…
Помимо давности и длительности, стоит рассматривать время и по другим осям, аналогичным вещественным. Аналогична массе во времени сумма событий — событийность. Аналогична плотности частота — количество событий в единице времени. Представляет интерес и обратная величина — темп — длительность одного события. Но тут введен новый термин — «событие»; нужно еще условиться, что мы считаем одинарным событием, единого критерия тут нет. Для повторных волн, само собой разумеется, одна волна — одно событие. Для вращающихся тел событием можно считать один оборот вокруг оси, для движущихся линейно — продвижение на величину своего тела, для живых существ — один шаг, или один взмах крыла, или одно зрительное впечатление — все это близко к одной секунде.
Событие — это некий элементарный акт в процессе, элементарное движение или действие. Поскольку события различны по длительности, здесь мы сравниваем количество элементов в разных процессах. Точной аналогии с плотностью и массой нет, однако аналогия была бы точной, если бы, описывая вещество, мы занимались сравнением количества элементов на разных этажах, т е. количества звезд в галактике, жителей в городе, атомов в молекуле, частиц в ядре, кирпичей в сооружении, искусственном или природном. Выше мы не упоминали о таком сравнении Но и оно представляет интерес при технических и физических расчетах. Если элементов немного, каждый имеет значение, в молекулах, например, или же в семейной жизни. Если же элементов тысячи, миллионы, триллионы… расчет ведется по статистическим законам. И, как ни странно, рассчитать судьбу миллионов легче, чем единицы. Например, в городах достаточно точно предсказывают количество аварий в сутки, но совершенно невозможно предсказать, какая именно машина, в котором часу и на какой улице попадет в аварию.
Свойства времени — сроки, темпы и событийность — изображены на табл.8. Если говорить строже, изображены сроки существования физических тел, характеристики процессов, происходящих в них, частота и количество изменений. Количество же изменений можно сравнивать пока я моргнул один раз, колеса поезда провернулись три раза, винт самолета — сто раз. Такое сравнение и называют измерением времени Независимого, пустого времени, так же как и пустого пространства, не существует, повторяю. Размеры тел измеряют, сравнивая их с размерами других тел — с эталонным платиновым метром или с длиной электромагнитной волны, время измеряют, сравнивая измеряемое событие с другим — эталонным с падением струйки воды или песка, колебанием маятника часов, вращением Земли, с частотой волны.
Процессы изменений изменчивы сами, можно изменять их и искусственно. Если изменить искусственно все процессы, это равносильно изменению времени, будет восприниматься как изменение времени. Темп времени хотелось бы иногда ускорять, для практики это было бы очень удобно. Отдельные–то процессы ускоряют повсеместно (иду медленно, перехожу на бег, бегу еще быстрее). Но полезно бы найти подход и к всеобщему ускорению.
Один из таких подходов — противоположность эйнштейновскому парадоксу времени. По Эйнштейну, собственное время системы замедляется, когда скорость ее растет. По этой логике время ускоряется, когда скорость уменьшается. Но мы на Земле как бы неподвижны, у нас скорость нулевая. Нужна бы ниже нулевой. Не отрицательная, не скорость в другом направлении, а малая — меньше нулевой. Абсурд?
Но тут припоминается, что при субсветовых скоростях растет масса. Не с ростом ли массы связано замедление процессов? И не вызывает ли ускорение процессов (времени) уменьшение массы? Между прочим, об этом говорилось выше — у нас на Земле масса не нулевая, немножко уменьшена тяготением. Уменьшается она и в химических, и в ядерных реакциях синтеза. Уменьшается, по–видимому, в поле положительного заряда, т. е. в разреженном, недонапряженном вакууме.
Так что в принципе отнимать массу у неподвижного тела возможно. Какова тогда будет его потенциальная энергия? Меньше нулевой — отрицательная. А скорость? Мнимая! Но об этом говорилось уже.
К сожалению, изменение времени существенно только на чрезвычайно плотных телах, таких, как пульсары, но опыты на пульсарах пока не в наших возможностях. Теоретически можно было бы сравнивать ход сверхточных часов на Земле и на Луне или на Земле и спутнике, но тут разница очень мала — примерно одна секунда за тридцать лет.
Что же происходит в телах при замедлении или ускорении времени. Самое примитивное предположение: масса прибывает или же убывает, а момент вращения не изменяется. Пульсары образуются из звезд при резком сжатии. Исходная звезда делала один оборот примерно за месяц, пульсар — за доли секунды. Танцор прижал руки к бокам, закрутился быстрее. С некоторой грустью написал я это объяснение. Если все так просто, едва ли в сложных телах получится пропорциональное изменение времени. И прости–прощай надежда на субсветовые странствия будущих астронавтов!
Для живых существ существует еще другой способ ускорений времени — ускорение восприятия. Человек воспринимает 16 кадров в секунду, многие животные — гораздо больше. Ласточка мух ловит при скорости 90 км/с. Но это уже относится к следующему разделу, посвященному жизни.
В кино обычно снимается 24 кадра в секунду. Если снимать больше, время можно растянуть, если снимать меньше — сжать, замедлить, показать как распускается цветок, как здание вырастает на глазах.
Техническое ускорение восприятия времени — рапид–съемка.
Киноленту можно пустить и задом наперед — обратный ход времени. Но это все кажущееся, видимое, но не действительное изменение времени.
Может ли где–либо в природе время идти задом наперед? Может, если все процессы идут там в противоположном направлении, но обязательно ВСЕ. И так же с изменением темпа — только у всех.
Одномерно ли время? Изменение темпа — вот вторая координата. Это как бы переход с одной движущейся ленты на другую. Недаром же ускорение измеряют сантиметрами, деленными на квадратные секунды. Квадратные!
Обо всем этом я написал в повестях «Темпоград» (1980) и «Делается открытие» (1978). Они изданы. Так что темпорология — будущая наука о времени уже декларирована в печати…
12. Метаморфистика. После обзора вещества, энергии и времени на очереди обзор движения, поскольку движение происходит в пространстве и времени и обязательно связано с энергией.
Простейшее движение — механическое перемещение; все остальные виды движения объединяются в одном слове «изменение». Впрочем, не бывает перемещений без изменения и изменений без перемещения.
Перемещение изучено еще в XVII веке наукой по имени механика с ее тремя разделами: статикой, кинематикой и динамикой. Можно предложить науку об изменениях — метамеханику, в ней, естественно, будут разделы: метастатика, метакинематика и метадинамика. Такая наука не была создана пока, видимо, не понадобилась. Почему? Потому что, как мне кажется, она раздробилась по другим наукам об изменениях различных материалов (минералов, растений, металлов, тканей) с различными способами воздействия: тепловыми, электрическими, механическими, мало сходными между собой.
Пока не понадобилась, но понадобится в будущем.
Чем отличается изменение от развития? Понятие изменения шире. Развитие, согласно определению, это постепенное изменение от простого к сложному, от низшего к высшему. B природе же встречаются и обратные изменения — от высшего к низшему, от сложного к простому или от равного к равному. И необязательно постепенные, бывают и быстрые, катастрофические, взрывные. Изменение разнообразнее. Развитие — один из типов изменения.
Итак, наука об изменениях — метаморфистика, она же метамеханика. Цельной науки пока нет, но основные законы ее можно себе представить.
Чтобы превратить любое тело А в некое другое тело В, в самом общем случае необходимо:
1. Разобрать тело А на элементы.
2. Отсеять ненужные элементы.
3. Добавить недостающие.
4. Переместить все нужные на новое место.
5. Собрать из них тело В, соединив элементы.
В природе, да и в технике, далеко не всегда нужны все пять звеньев превращения. Иногда достаточно первого или последнего. Пример: таяние льда — только разборка. Или же замерзание — только сборка.
По–видимому, метастатика будет заниматься начальным и окончательным этапами превращения, строением материала, строением требуемого тела. В ведении метакинематики окажется четвертое звено: что и куда следует перемещать, по каким путям? Очевидно, она очень нуждается в информации и управлении, без кибернетики ей не жить. А сфера метадинамики — энергетическое обеспечение процесса.
Следует отметить, что в природе далеко не всегда нужна внешняя энергия для изменений. Сплошь и рядом энергия при изменениях не поглощается, а выделяется. Причем выделяется, как ни странно, чаще и обильнее в процессах сборки — при образовании сложных молекул из простых, сложных ядер из простых. Для техники это непривычно, в технике сборка требует много труда. По–видимому, это происходит потому, что мы создаем конструкции не идеально устойчивые, которые в природе сами собой не образуются — дома, машины, мосты…
Но вот материал подобран, энергия запасена. Приступаем к изменению.
Глубина разборки имеет большое значение. Разборка на крупные блоки экономичнее, разборка на малые части универсальнее. Из готовых деталей не всякую машину соберешь, расплавленный металл вливают в любую форму. В строительстве идет сборка из кирпичей, бетонные изделия собираются из песка и цементной пыли. В химии идет разборка–сборка на уровне молекул. Живой организм тоже работает на уровне небольших молекул. Все разнообразие его монтируется из двух десятков аминокислот, четырех оснований, некоторого количества фосфорных кислот, витаминов, жиров. Из сотни простых соединений все разнообразие жизни!
Еще универсальнее была бы разборка–сборка на уровне атомов и даже частиц. Электрон, протон, нейтрон — всего три кирпича! Такую гипотетическую сборку я назвал «ратомикой» — расстановкой атомов. О ней особый разговор позже.
Отсеивание и перемещение в природе производится обычно силами гравитации или же тепловыми и электрическими. Так же и сборка. При сборке сложных тел электрические силы особенно уместны, поскольку они двухполюсные, что–то притягивают, что–то отталкивают, как бы сортируют. Самые же сложные молекулы собираются в организмах под контролем генов.
И наконец, проблема времени. В природе бывают изменения медленные — оседание, уплотнение, просачивание, нагревание, бывают и быстрые, например горение, а также сверхбыстрые — взрывы и сверхсверхбыстрые — детонация. Конечно, медлительность и быстрота относительны. Взрыв бомбы — доля секунды, взрыв звезды — часы и дни, взрыв галактики — десятки тысяч лет.
Но интересно, что при взрывах тела не только разрушаются, но и складываются. Так, водород с кислородом соединяются со взрывом, образуя водяной пар — более сложные молекулы. Ядра гелия из ядер водорода тоже образуются со взрывом — термоядерным. И это позволяет надеяться, что в будущем, крайне отдаленном, мгновенные сказочные превращения не окажутся безграмотной мечтой. Материал подобран, все подготовлено, взрыв! И волшебный дворец появился перед глазами.
Метаморфистику я излагал в книге «Учебники для волшебника» (1985).
13. Ратомика. Идея примитивнейшая. Все книги написаны буквами; дайте типографскую кассу — наберем что угодно. Все тела состоят из атомов; дайте кассу атомов — можно набрать что угодно.
Первое возражение: это сколько же атомов надо и сколько тысячелетий набирать придется?
Но ведь природа разрешила эту трудность, сумела собрать, и не что попало: предметы, имеющие определенную форму, кристаллы — простейшие из них. Кристаллы же создают себя сами по своему образу и подобию, как господь бог. Созданием по подобию овладела и техника, техника книгопечатания, в частности, а также и радио.
Принято говорить, что музыка передается по радио. Это неточно. Музыка не передается, а копируется. Музыка изготовляется в приемнике из того воздуха, который там находится, под диктовку сигналов, присланных из передатчика.
Общая схема телекопирования такова:
образец — преобразователь — сигналы — преобразователь — копия (см. табл.9).
Сигналы можно передавать в один приемник. Это телефон. Можно передавать в разные приемники. Это радио. Сигналы можно записывать на пластинку, отложить копировку до нужного времени. Это звукозапись.
Можно обойтись вообще без образца, изготовить пластинку искусственно. Это рисованный звук, который в общем не прижился. А вот рисованное кино получилось — мультипликация.
Так копируется звук, так копируется изображение в телевидении и кино. Теоретически так же можно копировать и тела… из атомов кассы. Но атомы же есть везде, если не атомы, то частицы: протоны, нейтроны и электроны, а других и не надо. Если же нет частиц, вакуум имеется повсюду, а выше высказывалось предположение, что все частицы не более чем завихрения вакуума — кольцевые, эллиптические или спиральные волны.
Но все же дело это далекое, потому что надо преодолевать два важных препятствия: информационное и энергетическое.
Информационное уже упоминалось: очень уж много в телах атомов, очень много надо передавать сигналов. По принципу Геделя, объект не может быть выражен через себя, на два предмета надо по меньшей мере два сигнала. Тем более что техника не идеальна Частота звука порядка 10~34 Гц, ее передают колебаниями порядка 106 Гц. Частота, необходимая для телевидения, 106 Гц, ее передают колебаниями порядка 109 Гц. Для одного грамма атомов в секунду нужно 1023 сигналов, т. е. 1026 Гц — чудовищная частота!
Энергетическое препятствие: обилие энергии при сборке–разборке тел. При сборке–разборке на молекулярном уровне приходится оперировать тысячами калорий, сотнями и тысячами градусов, при сборке–разборке на ядерном уровне — миллионами калорий и градусов, на уровне вакуума — полной энергией вещества Е=mс2.
Трудные барьеры
Единственное утешение — живая природа с ними справляется. Блестящее информационное решение нашла она при записи формулы белка. Белки состоят из аминокислот, это соединения, содержащие несколько атомов, но записываются они четырьмя знаками, меньше одного знака на атом. Помогает делу и параллельность, ведь не один–единственный ген штампует все нужные белки. В результате амеба изготовляет свою копию примерно за полчаса — за 1800 сек раскладывает по местам 1017 атомов, приблизительно 1014 в секунду. Это на пять порядков выше, чем в телевидении.
Но и на девять порядков меньше, чем нам нужно.
Возможно, поможет монотонность, присущая природе. Ведь не каждый атом персонально играет особенную роль. В программе построения двумя–тремя знаками можно обозначить триллион одинаковых атомов, сэкономив триллион байтов. Можно программировать целые блоки: столько таких–то клеток, столько таких–то.
Во всяком случае, в человеческом геноме записано и строение, и все построение организма; сотней тысяч генов — триллионы клеток.
И в энергетике природа нашла сложные, но экономичные решения. Живая клетка умеет дробить чересчур сильную энергию, используя энергию окисления углерода, которая на самом деле великовата для живого тела, ведь углерод–то, сгорая, дает температуру более 1000 градусов. С другой стороны, клетки умеют накапливать слабую энергию для сильных процессов. Накапливает солнечную энергию хлорофилл, запасает энергию фосфатных связей АТФ в мышцах.
Заметили бы это теплотехники, упрямо уверяющие, что добывать энергию из воздуха при обычной температуре — ну никак невозможно.
Но здесь мы выходим за границы раздела первого, посвященного неживой природе. Жизни отдан специальный, второй раздел.
Итоги. Повторяю найденные закономерности, чтобы они не утонули в спорных деталях экзотических гипотез.
Главная задача — поиски возможных будущих открытий Использовалась методика Менделеева. Давался обзор уста- новленных наукой фактов — предметов и их свойств, расставленных по «оси» — выбранному количественному порядку.
При этом выявлялись «горизонты» — границы изведанного, передний край науки. По–видимому, за горизонтом находится неизведанное, в том числе и месторождения полезных открытий.
Чтобы составить гипотезы о загоризонтном, прослеживалась закономерность изменения свойств по оси. И вот что бросилось в глаза на осях неживой природы — этажность! Смена типов тел, смена качеств на количественных осях. Этажность объясняется ограниченностью зоны устойчивости данного типа. Устойчивость же определяется в борьбе сил, скрепляющих и разрушающих — плюс– и минус–сил. Этаж существует там, где плюс–силы преобладают. Однако плюс– и минус–силы подчиняются неодинаковым закономерностям, у каждой своя формула изменения. Графики сложения их различны, на каждом этаже своеобразны, но обязательно имеется где–то максимум прочности, чаще в середине, иногда ближе к краю. И везде есть тенденция сползания к этому максимуму, на самый прочный уровень, самый низкий энергетически. При этом, естественно, отдается лишняя энергия.
Телам, кроме того, свойственна структурность: крупные тела верхних этажей состоят из меньших тел нижних этажей. Движение повсеместно: движутся тела, движутся! Энергия внешнего движения тела называется механической, внутреннего — тепловой, но на самом деле это две стороны одного движения. Механическое движение тел нижнего этажа и есть тепловое для верхнего.
Кроме энергии действия, кинетической, подлинной, есть еще энергия возможного движения, потенциальная, а кроме того, надо учитывать еще и отобранную или утраченную энергию, энергию тел, скатившихся в энергетические ямы, энергию невозможного движения. Все их можно измерять скоростью: кинетическую — подлинной скоростью, потенциальную — возможной или же высотой над нулем, невозможную — мнимой или же глубиной ниже нуля, глубиной ямы.
Этажность и структурность присущи всем материальным телам в неживом мире, движение внешнее и внутреннее есть у всех. Может быть, не стоит забывать об этом, переходя к следующему разделу книги, посвященному жизни.
Конечно, жизнь совсем не похожа на неживую природу, у нее свои законы. Но ведь природа не порождает абсолютов, в ней все несходно и все отчасти сходно.
Не упустить бы нам сходство, увлекаясь несходством.