Концепция единого Бога была первым крупным шагом, который сделал человек в наведении порядка во Вселенной, в понимании того, что мир, в котором мы живем, кажущийся сложным и запутанным, в действительности управляется строгими законами. Понимание того, что эти законы существуют, что их можно открыть и познать и что они не зависят от воли Творца, кто бы им ни был, было достигнуто спустя две тысячи лет, в середине XVII в., когда Кеплер предложил свои законы движения планет, а Ньютон объяснил их своими законами тяготения и инерции.
Теперь мы считаем эти законы физики не требующими доказательства. Они стали частью нашей повседневной жизни, и мы не удивляемся им и не сомневаемся в них, не сознавая, что они в равной степени свидетельствуют как о нашем невежестве, так и о триумфе человеческой мысли.
По-видимому, основным из законов физики является закон сохранения массы энергии, который утверждает, что масса и энергия не могут ни создаваться, ни уничтожаться. Игнорируя общепринятую теперь, хотя и трудно понимаемую релятивистскую трактовку, в которой различные прежде категории массы и энергии сливаются, мы говорим о сохранении отдельно массы или энергии. Эти утверждения просты и интуитивно очевидны: вещество не исчезает и не появляется перед нашими глазами. Чтобы породить энергию, надо затратить работу: даровых завтраков не бывает.
Но почему? Где написано, что должно быть именно так? Почему во Вселенной атомы не могут самопроизвольно появляться и исчезать, а энергия не может быть свободно доступной? В 1948 г., например, была предложена теория стационарной вселенной, включающая идею о том, что атомы непрерывно образуются из ничего. Спустя примерно три десятилетия было показано, что эта теория ошибочна. Однако ее погубили новые экспериментальные данные, а не концепция образования атомов. Действительно, если закон сохранения массыэиергии—универсальный закон для всех времен, то откуда взялись массы и энергия Вселенной?
Мы не знаем ответа на эти вопросы. Или точнее, при строгом определении смысла физического закона и значения слова почему, вопросы становятся внутренне противоречивыми, взаимно исключающими. Выяснить, почему некоторое утверждение верно, означает вывести объяснение из более простого, более основополагающего принципа: почему 2 + 2 равно 4? Потому что 1 + 1 равно 2 и (1 + 1)+ (1 + 1) равно 4. Однако определяемые нами научные законы представляют собой конечные основополагающие принципы: если их можно вывести, то в качестве основополагающих законов их следует заменить принципами, из которых они выведены.
Рассмотрим, например, что заставляет Землю вращаться вокруг оси. Когда человек осознал, что Солнце, Луна, и звезды ежесуточно восходят и заходят, он спросил себя — почему? И ответил серией мифов. Сейчас мы, не сомневаясь, принимаем отнюдь не очевидное объяснение, что восход и заход небесных тел в действительности есть проявление того факта, что Земля вращается вокруг своей оси, считая объяснения древности ненужными и не относящимися к делу. Библейское объяснение,, что это происходит для того, чтобы Солнце обеспечивало нам смену дня и ночи, мы уже не считаем удовлетворительным, поскольку оно основано на предположении, что Вселенная создана для нашего удобства. Его еще можно было принять, пока человек представлял Вселенную по Аристотелю, считая что Земля находится в центре мира, но оно становится нелепым, когда мы осознали необъятность Вселенной и несущественность положения в ней Солнечной системы, в которой мы живем, и тем более нашего собственного положения в этой Солнечной системе. Наш мир — естественная часть Вселенной, но отнюдь не ее центр и не смысл ее существования.
Мы можем усовершенствовать библейское объяснение, убедившись из наблюдений, что любая другая планета, которую мы видим, также вращается; тогда вполне разумно будет заключить, что вращение всех планет есть естественный закон Вселенной. Земля — планета, следовательно, мы ответили на вопрос, почему она вращается.
Этот предполагаемый закон — что все планеты вращаются — выявляет и фундаментальное знание и глубокое невежество. Он включает в себя эмпирическое осознание факта, что все планеты вращаются. То, что мы поняли это — поняли сведения основополагающего значения о телах, находящихся бесконечно далеко от нашей собственной планеты, — великолепное достижение. И в то же время этот закон — признание в невежестве, поскольку он показывает, что мы не представляем себе,, почему планеты вращаются. Мы утверждаем, что они вращаются, и этим ограничивается наше знание.
Однако в действительности мы знаем несколько больше. Мы можем вывести этот «закон вращения планет» из более фундаментального закона — закона сохранения момента количества движения.
Если укоротить веревку, удерживающую камень, расстояние г уменьшится; тогда, чтобы угловой момент не изменился, т или v должны увеличиться. Поскольку закон сохранения массы не позволяет камню стать больше, должна увеличиться скорость — камень будет вращаться быстрее. И наоборот, если веревку удлинить, т. е. увеличить г, камень будет вращаться медленнее. Эти изменения угловой скорости вращения будут происходить независимо от человека, крутящего веревку.
Этот же эффект можно видеть, например, в телевизионных передачах о фигурном катании на коньках. Фигуристка начинает вращение с распростертыми руками, а затем скрещивает их на груди, и тогда вращение становится более быстрым. Это происходит потому, что расстояние от оси вращения, проходящей через центр ее тела, до кончиков пальцев вытянутых рук, уменьшается, когда руки скрещиваются. Масса фигуристки увеличиться не может, следовательно, должна возрасти скорость вращения. При остановке фигуристка вытягивает руки в стороны, тогда увеличение г приводит к резкому уменьшению и ей легче остановиться, не потеряв равновесие.
В процессе формирования Солнечной системы Земля при ее образовании приобрела определенный вращательный угловой момент вследствие столкновений с астероидоподобными телами. Этот процесс будет обсуждаться далее более подробно. Сейчас важно отметить, что, однажды получив угловой момент, Земля не сможет его утратить и будет вращаться миллиарды лет, до последнего своего мгновения.
Итак, почему вращается Земля? Почему вращаются все планеты? Потому, что при своем образовании они получили определенный угловой момент, и потому, что, согласно закону сохранения углового момента, они не могут его потерять.
Но почему угловой момент должен сохраняться? Этот вопрос очень сложен, и мы не будем в него углубляться. Скажем лишь, что рассматриваемый закон в настоящее время является конечным выражением наших наиболее фундаментальных представлений о вращающихся объектах. Приходится довольствоваться тем, что мы пытаемся объяснить наблюдаемую Вселенную на основе совокупности фундаментальных принципов.
В этом одновременно и наше достижение и наша ограниченность: мы открыли, что Вселенная подчиняется законам, но объяснение этих законов надо искать в неизведанной стране, границу которой еще не пересекал ни один путешественник.
|
Читать
Вращение Урана — самое необычное в Солнечной системе.
Десятилетняя канадская девочка помогла уточнить судьбу Вселенной
читать
Луна холоднее Плутона
НАСА вспоминает погибших астронавтов
