1.1. С чего начинается физика (А.А. Гришаев)
С чего начинается физика, уважаемый читатель?
Это долгая и интересная история. В глубоко стародавние времена, о которых cтарожилы теперь уже ничего не помнят, в физике разбирались лишь жрецы. Они, в общем-то, были самыми умными и поэтому скрывали свои знания от трудового народа.
Однако, некоторые свидетельства об этих знаниях до нас дошли. Взять хотя бы египетские пирамиды, в которых ювелирно подогнаны друг к другу огромные каменные блоки. Специалисты до сих пор чешут затылки, прикидывая, сколько сот тысяч рабов потребовалось для возведения этого чуда света. А все было гораздо проще. Ставили опалубку, заливали туда специальный древне-египетский бетон (песка под рукой было до черта), а когда бетон схватывался, то опалубку разбирали, ставили рядышком следующую, и так далее – с тем расчетом, чтобы за пару-другую тысяч лет все оно как следует окаменело. И вкалывали там, кстати, отнюдь не сотни тысяч рабов, а всего одна бригада шабашников, причем комплексным методом и в сжатые сроки.
Где же тут физика, спросите Вы. А физика понеслась, когда государственная комиссия, прежде чем перерезать красную ленточку, произвела некоторые обмеры. Для того, наверное, чтобы выяснить, не пустили ли эти ударники часть бетона налево. Хеопс, когда ему доложили о результатах этих обмеров, обмер, так что пирамиду едва не пришлось сразу же использовать как усыпальницу. Дело в том, что из отношений ее линейных размеров получаются, не считая мелочей типа числа «пи», следующие забавные штучки: расстояние от Земли до Солнца, полярный радиус Земли, массы Земли, Солнца и Луны, а также главные фундаментальные константы и периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов (перечень неполный). А ведь техническую документацию на пирамиды готовили жрецы! Вот и судите теперь, разбирались ли они в физике.
Впрочем, эти жрецы не имели обыкновения давать физическим законам имена, которые носили сами.
Умирали они от скромности.
1.2. Физика времён античности.
Вот почему историю физики обычно начинают с времен античности, когда расцветала какая-нибудь Древняя Греция. Кстати, почему именно Греция, а, скажем, не Индия или не Китай? (Они ведь в древности тоже расцветали, и не один раз). Дело в том, что там с самого начала преобладал не западный, а восточный подход к жизни. То есть подход совершенно ненаучный. Судите сами, ну как это можно: уметь с двух шагов перемахивать через трехэтажные пагоды, дробить кулаками горные породы; и даже не участвовать в Олимпийских играх? Или видеть с закрытыми глазами, да еще сквозь стены; и не заработать на этом ни пол-денежки? Одного такого умельца, помнится, спросили: мол, не обидно будет, что так и помрешь непризнанным. В ответ умелец невозмутимо изрек восточную мудрость, которая в переводе звучит примерно так: «Все там будем, а на дураков не обижаемся». Ну, шут с ним, с этим загадочным Востоком; вернемся лучше в Древнюю Грецию.
Вы только подумайте, у этих древних греков на любой род занятий были боги-покровители: как на созидание – на любовь, искусства и ремесла, так и на разрушение – на пьянку, военное дело, плутовство и торговлю. И только любителям мудрости, т.е. философам, приходилось туго. Боги чего-то там решили, что знания, мол, умножают скорбь – и вовсю бездействовали из этих гуманных соображений. Ну не скандал ли: Афина, богиня войны, числилась также богиней мудрости по совместительству, да и то чисто номинально, чтобы заткнуть дыру в штатном расписании! Так и повелось: подлинный философ – всегда самоучка.
Деятельность этих самоучек, пущенная на самотек, при каждом удобном случае обхахатывалась до упаду. Чего стоит, например, случай, когда некто, званый на пир, ознакомил сотрапезников со своим убеждением, что «всё на свете состоит из воды». Это что же получается: и финиковая бормотуха, что ли, – чистая вода? Ну ты, дескать, парень, даешь. Впрочем, заблуждения остальных парней, считавших, что все состоит из воздуха, или же, напротив, из огня, были не столь очевидны, что давало богатейшую почву для дискуссий. И вот весь этот разгул плюрализма зарубил на корню Демокрит. Он произнес следующую историческую речь. «Слушал я вас, слушал,- начал он издалека.- И понял.- Толпа философов затаила дыхание.- Ну и чудаки же вы все! Все на свете-то состоит из атомов!»
Его сразу зауважали, не то что некоторых, типа Сократа. Этот тип умудрился защитить докторскую по философии всего лишь на своем коронном откровении «Я знаю, что ничего не знаю». Тут, наоборот, не знаешь, знаешь ли ты хоть что-нибудь! А Сократ, видите ли, знает. Интуиция у него хорошая, не иначе.
Уму непостижимо, но античные философы вопреки всему умудрились сформулировать основные положения теоретической физики! Вот, вникайте. Во-первых, нет ничего, кроме атомов и пустоты. Во-вторых, пустоты тоже нет, потому что природа ее боится. В-третьих, атомы неделимы и неизменны и, в-четвертых, все течет и все изменяется. Конечно, они там еще много чего сформулировали, но все оно, не понятое ни современниками, ни потомками – не более чем наивные заблуждения.
Да, строг суд истории, горе-теоретики! Впрочем, попадались в античном мире и практики. Виртуозом прикладной физики был, например, Архимед. Так, очень здорово он приложил ее к короне царя Гиерона. Этот владыка не мог ни есть, ни пить, ни спать. Он заподозрил, что мастер-де утаил часть золота, отпущенного на корону. «Государь,- докладывал ему радостный Архимед, – тут вот какая эврика получается. В твоей несравненной короне золота больше, чем нужно. Этот плут, очевидно, добавил из своих собственных запасов». Но Гиерон не любил подхалимов, так что мастера пришлось умертвить.
В свободное от госзаказов время Архимед увлекался изобретательской и рационализаторской деятельностью. Этот поистине греческий Кулибин сильно упрощал жизнь жителей своего города с помощью «простых механизмов» – винтов, блоков и т.п.
К сожалению, захватническая политика Рима вынуждала Архимеда тратить свое рабочее время и на такую бестолковщину, как милитаризация науки. Он разработал несколько модификаций катапульт оперативно-тактического назначения, а также ряд других приспособлений оборонительного характера. Одно из таких приспособлений было основано на том, что римляне не знали закона Архимеда и поэтому делали свои боевые корабли из дерева. За это они и поплатились в один из погожих деньков. Архимед надоумил воинов дружно направлять на корабли солнечные зайчики от своих отполированных щитов, и сжег таким образом весь неприятельский флот к чертовой матери.
Погиб Архимед от меча наемного убийцы прямо на своем рабочем месте. Он тогда был занят расчетами примитивного лазера, который по тем временам, однако, был бы выдающимся достижением.
Своим инженерно-техническим творчеством прославился также Герон Александрийский. Он, в частности, склепал забавную игрушку, которую одни специалисты называют прообразом паровой турбины, а другие – прототипом турбореактивного двигателя. В действительности этот турбопарогенератор представлял из себя присобаченный к котлу металлический шар с двумя хитроумно изогнутыми отводными трубочками. Когда залитая в котел вода доводилась до кипения, пар со свистом выходил через трубочки, и шар вращался, ошпаривая всех, кто зазевался поблизости; так что годилась эта штука разве что на борьбу с особо тупыми тараканами.
Герон считается также пионером автоматики. Он изобрел автомат для продажи святой воды. Представляете, никакой ругани с продавцом! Опусти в щель монетку, и знай только успевай подставить посуду. Ох, чего только жаждавшие ни вытворяли, чтобы обмануть эту железяку и приобщиться к святости бесплатно. И стучали по ней кулаками (авось сработает), и бросали в щель всякую гадость, и молились всем своим богам. Все было бесполезно, ведь машина – не человек. Более того, тов. Александрийский не предусмотрел так называемой “защиты от дурака”, а именно, такого пустячка, как возврат монет. Ты, к примеру, бросаешь свой тугрик, а водичка-то – тю-тю. Ну не дурак ли ты! А защиты нет. Покупатели глухо роптали. Царь понял, что темные и невежественные народные массы еще не доросли до автоматики, и высочайше повелел «демонтировать эту фиговину на фиг», а заодно мудро прекратил финансирование работ по созданию следующей модификации – для продажи фалернского. Так был надолго приостановлен прогресс в этой области.
Что же касается Древнего Рима, то, увы, он задыхался от роскоши и был озабочен лишь сохранением трещавшей по всем швам империи. Чего же можно было ждать от его науки? Ей не смогли причинить никакого ущерба даже варвары.
Энрико Ферми появился на свет уже гораздо позже.
1.3. Средневековая физика.
Короче, был в физике долгий период застоя. За несколько столетий с великим трудом изобрели всего лишь компас да очки. Поэтому кому-то могло показаться, что Леонардо да Винчи, когда он появился на свет, ловить было нечего. У другого на его месте ручонки бы опустились. Он же, напротив, умело пустил их в ход и на острую радость кормилице бодренько посасывал молоко, глядя в будущее с неиссякаемым оптимизмом. И, знаете, этот оптимизм ему здорово помог. Что касается изобретательства, то Леонардо его буквально возродил (из-за чего было дано имя целой эпохе). Судите сами, не считая всяких усовершенствований, он изобрел: цепные и ременные передачи, карданное соединение, различные виды сцепления, станки для производства напильников и чеканки монет, ткацкие механизмы, диковинные музыкальные инструменты, землечерпалки и землеройные машины, подшипники качения, а также целый ряд других рогулек, пикулек, мулечек и фиговинок. Среди этого целого ряда можно найти парашют, планер и винтокрылый летательный аппарат. Они, правда, так и не были испытаны, несмотря на заветное желание Леонардо – летать. Может, это и к лучшему, потому что и без этого его считали колдуном или сумасшедшим. Можете представить, этот сумасшедший, помимо занятий ботаникой, зоологией, анатомией, химией, еще и рисовал! Короче, «авто, мото, вело, фото – рисовать еще охота».
И знаете, что интересно: никакие патенты тогда еще не выдавались. Вся эта музыка началась уже при Эдисоне, который за то и считается великим изобретателем, что изобрел «Способ получения денежек, в основе которого лежит прикарманивание изобретений (как правило, своих); патент США за номером 00001». А до той поры у изобретателя сберегалась масса полезного времени. Это было очень на руку Леонардо. Он работал так: сделает набросочек, как курица лапой, затем накорябает рядышком несколько пояснительных слов – вот тебе и готово очередное изобретение. А посмотрел бы я, изобрел бы он хотя бы свой кардан, если бы ему пришлось оформлять заявку, сочинять формулу изобретения, заполнять акт экспертизы, да еще, чего доброго, проводить патентный поиск! Да, теперь времена уже не те.
Впрочем, задолго до теперешних времен они были, что называется, еще те. Статика тогда была выхолощена и сведена к примитивным расчетам храмовых купольных сводов. Акустика прозябала в совершенствовании качества звучания храмовых органов. А, скажем, квантовой электродинамикой еще и не пахло – ведь святые отцы без нее вполне обходились. Вот в такой обстановочке и пришлось работать Галилею. Он прославился тем, что, перегнувшись через перила верхнего яруса башни в Пизе, сбрасывал в прохожих различные предметы (башня из-за этого стала постепенно крениться в сторону, с которой у него было излюбленное местечко для этих занятий, и стала «падающей»). При этом самым интересным, конечно, был выбор правильного упреждения. Вот здесь-то, обратите внимание, и можно понять, что такое мыслитель. Другой на месте Галилея поразвлекался бы, и только. А вот Галилей, разобравшись с упреждением, подарил миру, во-первых, открытие, что тела разной массы падают все-таки с одинаковым ускорением, а, во-вторых, идею о прямолинейном и равномерном движении – при отсутствии внешних воздействий. Это было таким крупным открытием, что по этому поводу благодарные потомки установили в самом низу Пизанской башни мемориальную дощечку: «Здесь покоится начало первой в мире галилеевой системы отсчета».
Кстати, о системах отсчета. Окончательно разобрались с ними лишь относительно недавно. Значит, так: есть системы отсчета хорошие. В них если уж какое тело разгоняется али тормозится, так это потому, что сила на него действует. Гравитационная, там, или электромагнитная. То есть, все чин чинарём. А есть системы отсчета плохие. Это те, которые сами маленько в разгоне. Или, наоборот, тормознутые. Вот в них-то все тела, скажем, разгоняются – и не пойми, с чего. Как раз для того, чтобы это понятно было, и ввели в обиход силы инерции – из-за них, мол, все эти чудеса. Надо ли говорить, что если силы инерции действуют только в плохих системах отсчета, то хорошего от них ждать нечего. И точно! Прежде всего, остается загадкою их природа. Черт-те что просто – ни в гравитацию, ни в электромагнетизм. А чтобы никто не усомнился в их реальности, то на этот счет в учебниках все строго: «Силы инерции вполне реальны, так как они могут приводить к увечьям пассажиров», или еще лучше: «Увечья пассажиров, т.е. вполне осязаемый результат, могут служить убедительным доказательством реального существования сил инерции» и т.п.
Впрочем, такой подход, по-моему, неоправданно заужен – как будто увечья только у пассажиров бывают! Пусть, например, сосед заехал Вам поленом по башке – при рассмотрении Вашего дела в суде возможны варианты. Если на момент получения увечья Вы находились в хорошей системе отсчета, то сосед виноват и заслуживает наказания. А если в плохой – то пеняйте на «вполне реальные силы инерции», а у соседа железное алиби: его рука с поленом была все время неподвижной! Так что сами соображайте, стоит ли связываться с плохими системами отсчета…
Но вернемся же к Галилею. Все эти знаки признательности, включая мемориальную дощечку, были еще ой как далеко. А сначала-то пострадавшие прохожие, однозначно истолковав занятия Галилея, нажаловались на него в специально для этого учрежденную организацию – инквизицию. Там отреагировали – погрозили Галилею перстом и поставили его на учет, так как осудить его было формально не за что. Дело в том, что в Священном Писании не было предусмотрено «умышленное роняние предметов с памятников архитектуры в богохульских или еретических целях». Строгость же церковных канонов позволяла внести в Писание такую формулировочку только на очередном Вселенском Соборе, так что пришлось инквизиторам вооружиться терпением.
Увидев, как оскоромились эти душегубы, Галилей вообще разошелся. Мало того, что, прослышав об изобретении голландцами подзорной трубы, он соорудил свой ее вариантец, добился тысячекратного увеличения, и, поглазев сквозь нее туда-сюда, подготовил доклад на тему «Есть ли жизнь на Марсе». Этот шалун опубликовал еще «Диалог о двух системах мира – птолемеевой и коперниковой». Вторая из этих систем была жуткой ересью, поскольку в ней, в частности, утверждалось, что Земля вращается вокруг Солнца – вопреки очевидному опыту. За это уже можно было поплатиться жизнью, как Джордано Бруно. Поэтому для того, чтобы и народ смутить, и себя обезопасить, хитроумный Галилей пустился на следующий маневр. В предисловии к «Диалогу» он отметил, что – ничего подобного, он вовсе не разделяет взглядов Коперника, а просто, так сказать, приводит их в дискуссионном порядке, чтобы, дескать, широкая публика узнала обо всей этой гнусной ереси, для чего, собственно, он и написал книгу не на мудреном латинском, а на популярном итальянском языке… Однако, даже у тупого итальянца, прочитавшего книгу, мелькала догадка, что автор далеко не такой уж дурачок, каким он изо всех сил старается прикинуться. «Теперь можно поговорить с ним по душам»,- подумал Великий инквизитор и пригласил ученого на аудиенцию. Вот как это было.
- Чего Вы добиваетесь, синьор Галилей? Золота и брильянтов? Усадьбу в пригороде Пизы? Дочку выдать за принца Миланского? Говорите, мы все устроим.
- Спасибо, Ваше Преосвященство, но я добиваюсь истины.
- О, боже мой!.. то есть, Святая дева Мария! Истины он добивается! Думаете, один Вы такой умный? Думаете, я не уважаю Коперника? Да Вы почитайте мои манускрипты – упадете! Я, может быть, подзорную трубу изобрел раньше голландцев! У меня, может быть, в темнице вообще электронный микроскоп ржавеет! Но я – знаю и помалкиваю в мантию! Потому что скажи это нашим варварам – что будет-то? Народ нас не поймет! Короче, так. Я вношу Вашу книгу в список запрещенных, это только подогреет интерес к ней у любителей истины. А Вы, синьор, публично отрекитесь.
На суде инквизиции Галилей признался, что, увлекшись, он способствовал распространению учения Коперника. Грязное судилище приговорило его к ссылке во Флоренцию (!), где он, водя за нос надзор инквизиции, работал до конца своих дней.
Но что это мы все про Италию, да про Италию? Французы, поди, уже обижаются. А чего обижаться-то? Небось, своего мыслителя, Декарта-то, из отечества вытурили – месье исскитался по всей Европе, пока его не приютила шведская королева; правда, уже совсем ненадолго. Это тоже был большой любитель сочинять запрещенные книжки. Мало того, как только он добирался до очередного пристанища, унеся ноги с предыдущего, – так хлебом его не корми, а дай только выступить с публичными лекциями. Как будто там своих просветителей не хватало. Местному духовенству было, елки-палки, обидно даже. Пытаясь унизить ученого, науськанные хамы пренебрежительно обращались к нему: «Как там тебя, философ, в натуре!» Или: «Ну ты, в натуре, философ!..» Так и приклеилось к нему словечко «внатуре-философ», а вскоре «натурфилософами» стали называть всех любителей естественно-научной тематики.
Декарта, впрочем, мало трогали эти улюлюканья. Он медленно, но верно делал свое дело – громил схоластику. Вы знаете, что такое схоластика? Схоласты положили во главу своей жизни тезис о том, что истина рождается в споре. Поэтому спорили они до посинения. Вот, например, популярная тема их диспутов, имеющая прямое отношение к физике: «Чем удерживается свинья, которую ведут на рынок – человеком, или веревкой, надетой на шею?» Уважающий себя схоласт должен был уметь минимум десятью различными способами отстоять любой из двух ответов на этот вопрос. Причем если бы ему сказали: «Да Вы, батенька, схоласт!»- он бы ответил: «Да, я схоласт, и горжусь этим!» Так что если сейчас подобное заявление могут воспринять как личное оскорбление, то в этом – заслуга Декарта.
Но заслуги – заслугами, а ведь были у Декарта и ошибочки, знаете. Так, самой серьезной ошибочкой был его, с позволения сказать, научный метод: за критерий истинности он признавал лишь ясность и полную очевидность. Действительно, одного взгляда на современную физику достаточно для безоговорочного убеждения в том, что метод Декарта совершенно антинаучен. Правда, владел он этим методом довольно-таки изощренно. Сводя все к ударам и вихревым движениям, а также пользуясь несколькими основными принципами типа закона инерции, Декарт построил модель Вселенной и ее эволюции, объяснил тяготение, свет и его цвета, магнетизм, химические явления, и даже физиологию животных и человека. Одним словом, он дал для своего времени полную антинаучную картину мира.
Трагедия этого мыслителя заключалась в том, что он возомнил, будто наука, вместо того, чтобы искать ответы на вопросы – «как происходят явления», должна отвечать на вопросы – «почему они так происходят». Конечно, борьбу между сторонниками «описательного» и «объяснительного» подходов можно проследить на протяжении всей истории физики. Однако так получалось, что «описатели» всегда были добропорядочными гражданами, почтенными отцами семейств, людьми благородными и вообще исполненными всяческой добродетели. «Объяснители» же, напротив, сплошь и рядом оказывались картежниками, пьяницами, развратниками и злостными неплательщиками алиментов. Так что сейчас «какающие» физики помнят о Декарте лишь как об изобретателе своей системы координат. Этого, конечно, у него не отнимешь.
А в семнадцатом веке, можете себе представить, у него было значительное количество последователей – картезианцев. Особенно картезианцы прославились в связи с долгой и бурной «полемикой о живой силе», где они насмерть стояли за то, что при столкновениях тел сохраняется не абы что, а количество движения. Их супротивники, предводительствуемые Лейбницем, настаивали на сохранении кинетической энергии, а не чего-нибудь там еще, извините за выражение. Поскольку уступать никто не хотел, словесные баталии частенько переходили в экспериментальные проверки, в ходе которых тела сталкивались со страшной «живой силой». Наконец Даламбера осенило: чтобы не было обидно ни тем, ни другим – нехай сохраняется и количество движения, и кинетическая энергия; не жалко, мол. Услышав об этом, соперники тут же пожали руки и разошлись, приговаривая: «До чего конструктивный ум!»
А задолго до этого мирного соглашения активизировались работы еще в одном направлении. Дело в том, что вот уже много столетий философы, да и натурфилософы жили в ужасе перед пустотой – ведь, как завещал Аристотель, пустоты боится даже природа (кстати, именно на почве этого ужаса родилось недоброе пожелание «чтоб тебе пусто было»). И вот нашлась, наконец, лихая головушка, хозяином которой, к счастью, оказался Торричелли. Этот смельчак разработал изящный метод опустошения. Он рассудил, что если взять пробирку, заполненную ртутью, перевернуть ее в чашечку со ртутью же и убрать пальчик, прикрывающий отверстие, то ртуть из пробирки вытечет. Не желая мелочиться, Торричелли взял длинную, с метр, пробирку – чтобы уж получилось побольше пустоты; такой потребительский подход и привел, как это ни странно, к некоторому успеху. Когда пальчик был убран, ртуть и в самом деле потекла, но не вытекла вся, а издевательски остановилась на высоте «локтя с четвертью и еще одного пальца» над уровнем в чашечке. Тем не менее, «торричеллиева пустота» – вот она, а у экспериментатора не отнялись руки-ноги, и не отсох язык!
«Хм,- пожал плечами Торричелли.- Тоже мне, природа. Нашла чего бояться. Ни капельки не страшно же!» Узнав об этом прорыве, Паскаль тоже осмелел и, собравшись с духом, повторил опыт Торричелли. И тоже удачно, без особо тяжелых последствий. Из последствий же средней тяжести можно отметить визит к Паскалю одного священника, имя которого, к сожалению, история умалчивает. Этот служитель культа свято руководствовался догматом о невозможности образования пустоты. Поэтому для объяснения явления Торричелли он выдвинул интересную гипотезу: ртуть-де является жидкостью «ненастоящей», не знающей, куда ей идти – вверх или вниз. «Хорошо, святой отец,- подыграл ему Паскаль и задал вопрос «на засыпку».- Какую же жидкость Вы считаете настоящей?» В ответ на это святой отец, не продумав все до конца, рубанул: «Самая настоящая – это вино!» При таких речах священника на Паскаля нашел приступ хохота, который едва не свел его в могилу. Как следует отдышавшись, он, ладно уж, решил проделать опыт с «самой настоящей жидкостью». К тому времени последний флорентийский водопроводчик уже знал, что всасывающие насосы не могут поднять воду выше, чем на двадцать локтей; так что пришлось Паскалю для реализации своей задумки заказать пробирочку длиной этак метров в одиннадцать с половиной. Стеклодувы, выслушав заказ, обменялись многозначительными взглядами, перемигнулись и на всякий случай потребовали деньги вперед. Пробирочка была еще теплой, когда Паскаль начал заполнять ее вином. Между стеклодувами, случившимися присутствовать на этом антиалкогольном мероприятии, произошел следующий разговор. «Я сразу понял, что у него не все дома,- шепнул один мастеровой,- но, главное – уплочено». – «Чаво?!- взъерепенился другой.- Это не ты, а я сразу понял, а ты – уже опосля меня!» Ну, слово за слово, сами понимаете; приоритет – дело серьезное. Поговорили, в общем. Глядя на их разукрашенные физиономии, Паскаль вдруг особенно остро осознал, что природа никогда не отдает свои тайны без боя.
Вот так постепенно натурфилософы поняли, что атмосфера давит. Потом они догадались, как нужно отвечать на издевательский вопрос: «Почему же мы не чувствуем этого давления?» Вот как нужно отвечать: «Потому что привыкли». А тем временем инженеры уже раскидывали мозгами – нельзя ли извлечь из такого потрясного открытия какую-нибудь практическую пользу. Ведь мало наизобретать всяких насосов, надо ж еще сообразить – что бы этакое с их помощью накачать или, наоборот, откачать. Самым шустро соображающим по этой части оказался Герике, бургомистр Магдебурга, который подарил миру знаменитые магдебургские полушария. Когда напустили в эти полушария вакуум, их не смогли растащить восемь пар лошадей, хотя для чистоты эксперимента этих бедняг захлестали до полусмерти. Опыт Герике впоследствии повторяли неоднократно, добившись отменной воспроизводимости результатов, но тупые бюргеры, равно как и подопытные животные, так и не поняли – за что.
Между тем натурфилософия – бочком-бочком – да и подобралась к эпохальному событию в своей истории. Собственно, пока-то натурфилософии как таковой и не было, а были лишь отдельно взятые натурфилософы, которые оповещали друг друга о своих достижениях в частной переписке или личных беседах. В общем, келейность процветала. Если же, как исключение, кто-то из натурфилософов издавал книгу, то она, можете себе представить этот ужас, не проходила никакой предварительной научной цензуры, судя по отсутствию в этих книгах штампа «Одобрено Министерством просвещения». Свобода, как известно, обязывает ею пользоваться, так что в условиях этой вопиющей бесконтрольности каждый автор выдрючивался на свой лад. В итоге боком выходило широкому кругу читателей, пытавшихся заниматься самообразованием с помощью подобной литературы. Ознакомившись с трудами другого-третьего автора, такой читатель не мог выбрать, кому же из них верить, и процесс самообразования бесславно заканчивался.
Характерно, что такое событие, как правило, сопровождалось всякими обидными для натурфилософов ремарками, типа: «Сначала, трах-тарарах, между собой договоритесь, а потом народу мозги пудрите!» В конце концов глас народа был услышан теми, кто несение света знаний в этот самый народ считали своим долгом. Пришлось этим светочам прислушаться к просьбам трудящихся и, «трах-тарарах, договориться между собой». Вот когда пустила корешки подлинная наука! Ведь что они учудили: они учредили Академии! Это были уже бесспорно научные заведения. Судите сами – если кто-нибудь желал опубликоваться, то он должен был отослать свой опус в Академию (в трех экземплярах, почерк красивый, исправления не допускаются), и вот там-то самые компетентные, как их стали называть, академики принимали решение – стоит это публиковать или же, извините, не стоит. Без дураков, в общем, т.е. строго научно. Причем одними из первых завели этот порядок англичане, издавна славившиеся своей консервативностью; французы раскачивались дольше. Так наконец-то на смену анархии, царившей в публикациях, пришла демократия – потому что должности академиков были выборные. Правда, на первый раз просто собиралась инициативная группа, да и объявляла себя академиками, чего уж там. Но зато дальше, вплоть до наших дней, все было сугубейшим образом демократично – ну, сами знаете.
Первые из этих демократов – земля им пухом! – быстренько провели в жизнь то, что называется неписаными законами науки. Главный из них – объективность и еще раз объективность, а что сверх того, то от лукавого. Поясню, что такое объективность. Выходят двое из трактира.
- Смотри,- говорит один,- две луны!
- Что ты,- возражает другой,- не две луны, а два месяца!
- А, черт с ними. Ты меня уважаешь?
- Уважаю.
- И я себя уважаю! Стало быть, я – уважаемый!
На этом типичном примере легко видеть, что спорное высказывание никогда не бывает объективным, тогда как бесспорное всегда характеризует объективный факт. Но настоящему ученому мало придерживаться объективности, т.е. бесспорности. Еще от него требуется логичность мышления. Это совсем просто. Всего-то и делов, чтобы каждое твое последующее умозаключение железно вытекало из предыдущего. Правда, раскручивая эту цепочку в обратном порядке, доберешься до самого первого умозаключения, которое, естественно, ниоткуда не вытекает. Сразу возникнет глупый вопрос – как же так, братцы-логики? Отвечаем: расслабьтесь, такой вариант тоже был продуман – самые первые умозаключения называются вовсе не умозаключениями, а аксиомами, после чего запросто принимаются без доказательств, т.е. на веру, что тоже вполне логично. Дерзайте дальше!
После этаких событий собиралась было наступить эпоха полного процветания, но Ферма из принципа все испортил. Он нашел, тоже мне, к чему прицепиться – к модели, с помощью которой Декарт объяснял хорошо известное преломление света – и, обрадовавшись, впился в эту модель, как клещ. Строго говоря, это было по делу: Декарт считал скорость света бесконечной, а для объяснения преломления, вот тебе на, манипулировал продольной и поперечной составляющими этой скорости. «Уж бесконечной, так бесконечной», – настаивал Ферма. Из принципа. Хотя преломление при этом и не собиралось объясняться. Но Ферма любил преодолевать трудности, и вот как лихо он выкрутился. Он весьма кстати познакомился с идейкой, согласно которой природа всегда действует по кратчайшему пути. Ферма смекнул, что эта идейка, что бы там ни говорили, справедлива и для случая преломления, если под «кратчайшестью» здесь понимать максимальную легкость, т.е. наименьшее сопротивление.
Пришлось Ферма вот так, «через пень-колоду», критически переосмыслить бесконечность скорости света, что и позволило ему сформулировать свой принцип: свет, сачок, из всех возможных путей идет по пути, проходимому в кратчайшее время. Добавив сюда гипотезу о том, что скорость света в среде постоянна и уменьшается с увеличением плотности среды, Ферма вывел закон преломления и остолбенел: его формула совпадала с формулой Декарта! Радостный, он сразу же помчался к картезианцам и на одном дыхании все им вывалил. Но те, вместо того, чтобы тоже подпрыгнуть от радости, процедили: «А-а, критик нашего Декарта,- и перешли к делу.- А позвольте Вам, промежду прочим, заметить, что принцип, по которому природа-матушка действует наиболее простым путем, не является физическим принципом, ибо он подразумевает, что эта бестолочь ведет себя сознательно. В самом деле, луч света, попавший на границу раздела сред, должен заранее знать, что, преломляясь определенным образом, он затратит наименьшее время! Ну, что Вы на это скажете?»
Ошеломленный Ферма ничего на это не сказал и поплелся восвояси, хотя эти деловые люди заслуживали следующего ответа: «Вот что я на это скажу, слушайте же. По крайней мере до конца двадцатого века физика не будет знать ответа на такое возражение. Умники, понимаешь!» Впрочем, умники побрюзжали-побрюзжали, да и успокоились – за неимением лучшего. И вскоре принцип Ферма стал в физике вполне житейским делом.
Кстати, тут же появились астрономические данные в пользу конечности скорости света. Сначала отличился Олаф Ремер. Удивительно, но в литературе существует не одна и не две версии того, как это ему удалось. Больше всего поражает своей проницательностью версия авторов советского учебника по физике для средней школы, конца 70-х годов. Вот как, по их мнению, это было: Ремер, наблюдая затмения спутника Юпитера, заметил, что при вхождении в тень спутник казался слегка красным, а при появлении из тени – слегка фиолетовым. Дальше, дескать, Ремеру осталось совсем плевое дело – понять, что это буйство красок вызывается конечностью скорости света, и сообразить, как эту скорость рассчитать – все это, по замыслу авторов, пустяк даже для последнего советского двоечника. Поэтому весьма странно, что такая элементарщина встретила поначалу жуткое неприятие в научных кругах: даже Кассини, который инициировал наблюдения спутников Юпитера, публично снял с себя ответственность за выводы Ремера. И если бы не Галлей (не путайте с Галилеем, который пишется через «и»), вступившийся за Ремера в промежутке между наблюдениями своей кометы, то еще неизвестно, как бы оно все повернулось. К сожалению, бедняга Кассини немного не дожил до дня, когда востроглазый Брэдли открыл, что скорость света, идущего от звезд, векторно складывается с орбитальной скоростью Земли (это назвали астрономической аберрацией). Такое поведение скорости света совершенно недопустимо для величины, называющей себя бесконечной, так что картезианцам уже можно было заявлять о самороспуске.
Но всерьез они засуетились, когда с британских берегов грянул гимн “Боже, короля храни!”- это началась эпоха Ньютона. Наконец-то Европа узнала, как сказал поэт, «что может собственных Невтонов английская земля рождать».
Кстати, такое отставание с весомым вкладом англичан в науку объяснялось довольно просто. Дело в том, что английские пэры, используя выгоды географического положения страны (приводившие к некоторой ее труднодоступности для всяких там комиссий по правам человека), широко практиковали телесные наказания в начальных и средних учебных заведениях. Причем это дело было обязательное; перемены между уроками так и назывались: малая порка, большая порка, – и посещаемость этих перемен строго контролировалась. Бедные великобританские ребятишки переживали, нервничали и отставали в развитии от своих континентальных сверстников.
Пройдя сквозь эти мытарства подросткового периода, Ньютон сказал себе: «Вот что, сэр. Все, что Вы будете писать, Вы будете писать на века, учтите это». Представляете, как самодисциплинируют такие речи! Но вот беда: когда пишешь на века, то почему-то остро воспринимаешь критику по поводу этой писанины. Ох, как же остро воспринимал критику Ньютон! Не дай бог каждому. Поэтому физики, познакомившиеся с его трудами, словно сговорившись, срывались с цепи: каждый норовил если уж не раскритиковать Ньютона, так хотя бы оспорить его приоритет. Это был настоящий кошмар; сколько раз Ньютон зарекался: «…либо не следует сообщать ничего нового, либо придется тратить все силы на защиту своего открытия», столько же раз он упорно брался за свое, не щадя всех сил. И каждый раз его опять чуть не доводили до конвульсий. Особенно старались Гук, одно время бывший секретарем Королевского общества, да Гюйгенс. Не успеет Ньютон доложиться о своих наблюдениях на темы корпускулярной оптики, как эта парочка проходимцев тут же лезет со своими волновыми теориями, совершенно не желая понять, что их время еще не пришло. А едва Ньютон пришлет в Королевское общество рукопись с изложением закона всемирного тяготения, так сразу Гук возьмет да и вспомнит некстати, что именно об этом он в свое время и писал в письме Ньютону. Из-за этого-то Королевские общественники задержали публикацию знаменитых ньютоновских «Математических начал натуральной философии», сославшись, смешно сказать, на напряженку с финансами! «Знаем мы вашу напряженку,- плевался Ньютон.- Это все, небось, Гук там напрягается! Ах, впрочем, гипотез же я не измышляю…» В общем, неизвестно, пробил бы талант себе дорогу, но все тот же Галлей, само собой, и на этот раз не мог остаться безучастным. Он опять выкроил время между наблюдениями своей кометы, и первое издание «Начал», назло всем бюрократам, вышло на его средства.
Тут-то притихшая Европа и поняла, что шуточки закончились, и началась классическая физика. Причем до физиков, естественно, это дошло не сразу, и паузу моментально заполнили поставщики «опиума для народа». Например, некто Бентли выбрал темой одной из своих ежегодных антиатеистических проповедей учение Ньютона о всемирном тяготении, а его духовный братец Котс в предисловии ко второму изданию «Начал» вообще чуть не захлебнулся от восторга: «…превосходнейшее сочинение Ньютона представляет вернейшую защиту против нападок безбожников и нигде не найти лучшего оружия против нечестивой шайки, как в этом колчане». Гм, увлекся немного братец Котс – даже позабыл про Священное Писание. После, наверное, раскаивался. Ну да ладно, Бог простит.
Что же касается «нечестивой шайки безбожников», то они долго не могли переварить гениальности ньютоновского метода: для того, чтобы писать на века, надо всего лишь описывать явления и ни в коем случае не пытаться их объяснять с помощью каких-нибудь там физических моделей. Особенно по этому поводу картезианцы колбасились. «Да как же это!- причитали они.- Да что же это такое! Выходит, наше дело – описать, а остальное – от Бога? Да разве это по-физически? И вообще: как бы ты ни стерилизовал свои описания, изначальные модели и гипотезы всегда были и будут! Ведь это получается неувязочка, не правда ли?» И так далее. Тогда еще, к сожалению, некому было растолковать этим ретроградам, что не надо мучиться и пытаться понять все это, а просто нужно тихо к этому привыкнуть. Подумать только, сегодня широко бытует мнение, что, дескать, заниматься привыканием физикам пришлось где-то начиная с относительности и квантов. Отнюдь, привыкание было уже вполне привычным делом.
А ведь в свое время Ньютону привиделся сам Блаженный Августин, который, естественно, заблажил: «Юноша, Вы больно честолюбивы и как бы дров не наломали. В моих Откровениях есть кое-что о Пространстве, Времени и Тяготении. Храни Вас Господь от того, чтобы писать об этих тайнах всуе, то есть без понятия, забавляясь с голой математикой! Ибо после Вас эти забавы могут зайти так далеко, что не обрести Вам успокоения даже под могильной плитой в Вестминстерском Аббатстве!» Но вмешался доктор, добрейший человек: определил «легкое переутомление» и присоветовал холодные примочки…
Резюмируя, отметим, что Ньютон «почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и св. писания, он утверждал своей философией величие всемогущего бога, а нравом выражал евангельскую простоту. Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».
Одним из первых обрадовался такому украшению Эйлер, порешивший механику изложить на языке математического анализа, «благодаря чему только и можно достигнуть полного понимания вещей», дескать. Но одному ему пришлось туговато, и, откуда ни возьмись, подоспела подмога в лицах Лагранжа и Гамильтона. «Тот, кто любит мат.анализ,- подбивал бабки Лагранж,- с удовольствием увидит, что механика становится новым разделом анализа, и будет мне благодарен…» Короче, так как Лагранж и Гамильтон были математиками, а не физиками, то ничего путного из их затеи не вышло. Подход к делу у этих помощников оказался уже настолько формальным, что их творческое наследие называют не иначе как лагранжев формализм и гамильтонов формализм – воистину, шила в мешке не утаишь!
Кстати, о названиях творческих наследий. Окрестить новое явление – дело тонкое, неосторожный подход здесь может привести, как говорят некоторые, «к чреватым последствиям»! Так, наиболее дальновидные физики ограничиваются словом «эффект». Но иные, гоняясь за неповторимостью, дают повод для всяческих кривотолков. Возьмет обыватель учебник, и что же он там увидит? Что Зееман и Штарк – расщепились, Допплер – уширился, Раман, Рэлей, а также Мандельштам на пару с Бриллюэном – рассеялись, Ландау – держите меня, затух, ну а Лэмб исхитрился не только сдвинуться, но и провалиться.
Что же касается Лапласа, то с этой стороны у него был полный ажур, ведь он имел потрясающий аналитический ум. Вы только представьте: к учению Ньютона – да приложить такой аналитический ум! Ой, что будет! И ведь так оно все и вышло. Успехи в небесной механике и астрономии были просто грандиозны. Поэтому неудивительна нетерпимость Лапласа к путающимся под ногами лженаукам, особенно к астрологии – наиболее ему близкой. Почти в каждом своем печатном труде (не говоря уже про непечатные) Лаплас прохаживался по ее адресу, причем в выражениях, весьма сильных по меркам той романтической эпохи. Как-то раз группа астрологов, не стерпев очередной его выходки, пришла к одному из самых уважаемых своих корифеев. «Уж больно Лаплас допекает,- пожаловались они.- Обзывает всяко-разно… Невмоготу уже! Скажи, Учитель, что нам делать?» – И сказал тот: «У Лапласа свой Путь, а у вас – свой. Но рано или поздно все Пути сходятся. Вы спрашиваете, что вам делать – делайте свое дело и не отвлекайтесь на ерунду.» С тем и ушли они… А Пути, о которых шла речь, сошлись вроде не так уж и поздно – когда Лаплас, доведя до логического завершения свои аналитические построения, сформулировал то, что впоследствии назвали его детерминизмом: для разума, который «для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, …будущее, как и прошлое, было бы… перед глазами». «Ёлки-палки, – изумились наши астрологи, – так и мы о том же талдычим! О, как же прав был наш Учитель!»
Эх, если уж говорить, так говорить всё. Как это ни прискорбно, но встречались среди ученых и перерожденцы. Взять хотя бы случай Сведенборга. Ведь как он хорошо начинал! С детства одаренный блестящими способностями, он получил всеобщее признание своими трудами по физике, химии, астрономии, минералогии, кораблестроению, математике. Ему было пожаловано дворянское звание; Стокгольмская академия наук и другие научные общества Европы избрали его своим членом, а Санкт-Петербургская академия – даже членом-корреспондентом. У него, как говорится, было всё – а он упорно стремился к чему-то там большему. Он это так формулировал:
«1. Часто читать Слово Божие и размышлять о нем.
2. Покорять себя во всем воле Божественного промысла.
3. Соблюдать во всех поступках истинное приличие и хранить всегда безукоризненную совесть…»
Стремился он этак, стремился – ну и достремился. Видите ли… в общем, он приболел чуток. Что-то такое в нем замкнулось или, наоборот, разомкнулось, но результат вышел – прямо из ряда вон. Больной приобрел редкую способность не только лицезреть, но и беседовать с ангелами, духами, демонами, и т.д., причем общался он с ними довольно плотно на протяжении лет тринадцати. Конечно, речь там у них шла в основном о высоких материях. Но кое-что перепало и науке: «…передо мною были представлены два пути: один, называемый путем мудрости, другой – путем безумства; …ученые были собраны числом до трехсот и им было предоставлено избрать путь; …260 вошли на путь безумства и только 40 на путь мудрости… Мне было сказано затем, что теперь столько же таких безумных ученых, находящихся в свете природном, относительно к числу ученых мудрых, находящихся в свете духовном, и что свет духовный существует для любящих понимать, истина ли то, что говорит другой, тогда как свет природный для любящих только подтверждать сказанное другими.» Комментируя эту цитату с научной точки зрения, нельзя не отметить, что приведенных в ней цифр явно недостаточно для статистической обоснованности вывода, имеющего такой фундаментальный характер. Для большей надежности следовало бы, во-первых, собрать более представительную выборку ученых, а, во-вторых, немного изменить методику: пускай бы каждый, положа руку на сердце, сам громко говорил, идет он по пути мудрости или безумства. Да-да, чтобы все слышали, пожалуйста. А то мало ли чего там небожители нашепчут.
Ну, да ладно. Кстати, чуть не забыл про газовые законы, которые время от времени нет-нет, да и открывались. Первый закон является ровесником первых Академий. Бойль и, независимо от него, Мариотт были очень важными персонами. Для пущей важности они имели обыкновение надувать щеки. Отсюда до открытия уже рукой подать. Вернее, двумя руками. В самом деле, попробуйте, надув как следует щеки, резко надавить на них кончиками указательных пальцев. Не правда ли, чем меньше объем, занимаемый некоторым количеством газа, тем больше давление этого газа? И ведь кажется – совсем просто, а поди додумайся до этого в конце ХVII века.
Не прошло и 130 лет, как Шарль открыл следующий закон, гласящий, что чем выше температура газа при постоянном объеме, тем больше давление этого газа. Сегодня каждый может повторить опыт Шарля. Для этого неоткупоренную бутылку шампанского следует поставить на медленный огонь, после чего желательно укрыться понадежней.
Ну, и третий закон, описывающий поведение газа при постоянном давлении, был открыт известным в свое время воздухоплавателем Гей-Люссаком. Вообще-то говоря, он всплыл на семикилометровую высоту не для того, чтобы открыть свой закон, а – так, по мелочи: проверить на всякий случай, можно ли там ориентироваться по компасу, а заодно и воздуха тамошнего набрать для последующего химического анализа. Очень уж был он дотошный, этот Гей-Люссак – все хотел выяснить, дышат ли ангелы такой же смесью, как и мы, грешные. Однако, наверху ему стало не до ангелов. Задавшись целью поддерживать постоянное давление в баллоне, он так уморительно боролся с солнцем, ветром и водой – нашими лучшими друзьями, кажется – что едва не дошел до умопомрачения. При этом закон Гей-Люссака открылся сам собой.
Но мы забежали вперед с этим воздухоплаванием. Вернемся же назад, причем в Россию, где Ломоносову было совсем не до воздушных шаров. Он все отчетливее понимал, что в любимом отечестве ему не получить настоящего образования. Цари-батюшки да царицы-матушки не очень-то жаловали народное просвещение, а те жалкие крохи, которые выделялись на это дело из казны, оседали в кошелях у мафии иностранных проходимцев, выдававших себя за крупных специалистов. Ломоносову захотелось в Марбург. «Поезжай-поезжай, милок»,- напутствовали его проходимцы. Ну, известно, каково нашему брату приходится за границей. На зарубежную деньгу ему, кстати, не обменяли вообще ни копейки. Суточные выдавали – в аккурат, чтобы не помер с голоду. Хорошо еще, он взял с собой, как водится, копченой колбасы и сливочного масла в банке с водой – на первое время хватило, а дальше уже как-то втянулся, привык. В стране, где все продавалось и покупалось, носа на улицу лучше было не высовывать. Токмо и оставалось, что дни и ночи напролет грызть гранит науки. Чем Ломоносов и доводил профессоров до крайней степени изумления. «Ну ты, Михаэль, даешь!- с трудом подбирали они русские слова. И уже на своем языке добавляли: Нет, не понять нам русскую душу».
Итогом всех этих издевательств явилось то, что Ломоносов стал понимать природу лучше, чем любой теперешний академик. Сомневаетесь? Да поищите в его трудах поставленные вопросы, до которых у него руки так и не дошли. Если найдется академик, который на них всех с ходу ответит, то с радостью возьму свои слова обратно.
Научное творчество Ломоносова очень не нравилось умникам – как отечественным, так и импортным. Умничанье вообще-то является характерной чертой тупиковых времен, когда работы пишутся так, чтобы они были «понятны только специалистам». При этом специалистом считается тот, кто делает вид, что они ему понятны. Так вот, Ломоносов не мудрствовал лукаво. «Природа весьма проста,- приговаривал он,- что этому противоречит, должно быть отвергнуто». И его слова не расходились с делом: он обнажал неувязочки умников, а также излагал свое разумение буквально «на пальцах». Вот так, по-деревенски, он доехал до того, что свет не может быть потоком частиц, а является процессом передачи колебательного движения частичек материи посредством волн в эфире. Однако, видите ли, авторитет Ньютона был дюже велик. Поэтому Юнг да Френель подхватили крамолу Ломоносова о волновой теории света лишь спустя полвека, ну и спустя еще столько же она стала господствующей. Но не зная, что всё оно так выйдет, Ломоносов-простота разгромил еще и концепцию теплорода и показал, что количество теплоты в теле определяется интенсивностью вращательного движения составляющих его частиц – а, следовательно, должна существовать «крайняя степень холода». И, знаете, опять же спустя столетие целая плеяда блистательных физиков – Кельвин, Больцман, Клаузиус, Максвелл (простите, если кого не назвал) – пришла к аналогичным выводам.
К чему это я? Да к тому, что сегодня редко кто скажет, что же сделал Ломоносов как великий физик. А потому что сам виноват – не хрен было опережать развитие официальной науки на сотню лет.
Впрочем, официальная наука тоже хороша. Не ударив пальцем о палец, она позволила буквально заполонить Европу бродячим фокусникам, жанр которых совершенно не требовал традиционной ловкости рук. Вот чем покоряли публику эти шарлатаны: возьмут кусок янтаря, прошепчут замогильным голосом заклинания «айн, цвай, драй», натирая янтарь об собственный парик, и – пожалуйста, мелкие бумажки замечутся между столом и этим камешком. Я, дескать, Великий Маг, Повелитель бумажек! Публика-дура верила и, трепеща, охотно расставалась со своими сбережениями. Ну, коронованных особ, понятное дело, такой дешевкой было уже не удивить. Для развлечения этих тунеядцев изобретали механизмы, позволявшие увеличить силу магии – типа стеклянного шара, который при вращении натирался о кожаные подушечки. Первая придворная дама, временно наделенная магической силой с помощью такого механизма, осторожно протягивала свою белу ручку к чаше с легковоспламеняющейся жидкостью, и магические искры, вылетавшие из белы ручки, эту жидкость легко воспламеняли. При этом дама получала массу новых интересных ощущений и инстинктивно ахала от восторга. Затем стали применять стеклянные диски, трущиеся о мех, что дало возможность подстраивать мелкие сюрпризы. Какой-нибудь гость двора дотрагивался до безобидной с виду вещицы, и – трах!- получал легкий шок. Пока гость приходил в себя, фрейлины успевали умереть от хохота. Со временем магическую силу увеличили настолько, что стало возможным выстроить длинную цепочку из взявшихся за руки гвардейцев и до изнеможения наблюдать за их гримасами.
Тут-то физики и спохватились. На их счастье в Королевском обществе был весьма кстати сделан феноменальный доклад – событие в мировой науке, почти целиком обязанное английскому климату, благоприятствующему всяческим ревматизмам; а в качестве соавтора здесь подвернулся естествоиспытатель Симмер. Он, представьте себе, усердно испытывал естество следующим образом: носил не одну пару толстых шерстяных чулок, а целых две, причем даже в сухую погоду. То-то был фейерверк, когда он снимал верхнюю пару! О чем он по всей науке и доложился. Тут уж ученые быстро разобрались, что во всех этих штучках-дрючках с искорками дело вовсе не в магии, а в электричестве, и что электричеств существует два типа: «стеклянное» и «смоляное». И что молния – не что иное, как обычное электрическое явление. Осознавши это, Бенджамин Франклин, по-видимому, первый предложил установить громоотводы – хотя бы на пороховых складах. Дело это приживалось со скрипом – кто ж не знал, что молнии есть оружие Бога! И надо же, нашелся пижон, который выставил над своим домом громоотвод в виде меча, торчащего в небо! На почве дремучего страха перед гневом божьим в городе началась такая паника, что бедного авантюриста даже отдали под суд.
Вообще, невежество тех времен просто поражает. Так, парижских академиков, наконец, вывели из терпения всевозможные неучи, выдававшие себя за очевидцев падения камней с неба, или, как эти очевидцы их называли, метеоритов. Для того, чтобы пресечь эти дешевые сенсации, Лавуазье (тот самый, который на 18 лет позже Ломоносова открыл закон сохранения массы вещества) подмахнул документ, в котором разъяснялось, что «падение камней с неба физически невозможно». Не прошло и двадцати лет, как такой «физической невозможностью» едва не прибило одного мэра, человека весьма серьезного и, казалось бы, вполне заслуживающего доверия. Но извещенные об этом академики искренне огорчились: «Как печально, что целый муниципалитет заносит в протокол народные сказки…» Мэр, понятно, это дело так не оставил. «А если я, ученые крысы, в отставку подам?!»- сделал он официальный запрос. «Да на здоровьице,- не дрогнули академики.- Нам истина дороже». Когда они поняли, что немного погорячились, было уже поздно: оскорбленный в лучших чувствах мэр в отставку не подал, но до конца жизни оставался яростным врагом просвещения, мракобесом и душителем творческой мысли – человек был все-таки.
Кстати, несмотря на эту весьма поучительную историю, была выпущена в свет еще одна Декларация – для дураков, изобретающих вечные двигатели. Ну, по-человечески академиков можно понять: они решились на этот отчаянный шаг, чтобы хоть немного продохнуть от рецензий на письма с сумасбродными проектами (иногда такие друзья по переписке, действительно, сильно надоедают). Однако, эти академические надежды не оправдались. Оказалось, что все заинтересованные лица вовсе не забыли, как академики лопухнулись в деле с метеоритами. Поэтому, умело руководствуясь новым волюнтаристским указом, эти лица воспылали творческим духом куда пуще прежнего, так что рецензенты просто взвыли.
А всего-то, что надо было сделать этим страдальцам, так просто объявить конкурс «на лучший натурный образец вечного двигателя»! Ведь бумагу-то марать мы все умеем. А не угодно ли представить натурный образец?! Ах, говорите, на железо денежки нужны-с? Так ищите спонсора, мил человек. Как говорится, дурак дурака видит издалека. В общем, для начала было бы неплохо, чтобы эта Ваша штука двигалась. А уж будет она двигаться вечно или не вечно – это мы еще поглядим, не торопясь с выводами!.. Да, не додумали немного академики в свое время. В результате до сих пор так и не перевелись эти чокнутые изобретатели.
Но вернемся к электрическим жидкостям. Почему-то их сначала считали жидкостями, как и теплоту. Хотя, с другой стороны, деваться было некуда: если электричество – не газ и не твердое тело, значит – жидкость. Кулон установил, что больше всего этой жидкости содержится в кошачьем мехе. Вскоре, стоило ему выйти из дому, как кошки с дикими воплями устраивались подальше и повыше. Они уже прекрасно знали, что стоит только попасться в его умелые руки, и с лишними кулонами уже не уйти. А то, что это было необходимо для науки, их совершенно не волновало. Несмотря на эти объективные трудности, Кулон проделал великолепную серию экспериментов на крутильных весах, которые специально для этого изобрел. Он их крутил и так, и сяк – а в качестве морали обнаружил, что электрические капельки взаимодействуют по закону, сильно смахивающему на закон всемирного тяготения.
Тем временем сделал свое открытие и Луиджи Гальвани. Вот какой забавный случай с ним произошел. Он, видите ли, был гурман. Впрочем, гурманов и без него хватало, а вот Гальвани был еще и пижон – в этом-то сочетании все дело. Он раз потребовал, чтобы для вкушания лягушачьих лапок ему подали не какие-нибудь там серебряные ножичек и вилочку, а чтобы ножичек – ладно уж, серебряный, но зато вилочку – непременно платиновую. Официант, предвкушая развлечение, не стал спорить. Едва Гальвани тыкнул свои орудия в недожаренные лапки, как этот деликатес сделал попытку сигануть из тарелки. «Что т…т…акое?»- обомлел Гальвани. «Да Вы же их просто гальванизируете, сеньор!»- объяснил ему официант, давясь от смеха. Так родилась электрофизиология…
В своей анатомической Гальвани зарезал целую партию лягушек и приступил к научно поставленным опытам. Вывод он сделал по тем временам ошеломляющий – у лягушки, дескать, есть такое же «животное электричество», как и у электрического ската. «О, времена, о, нравы!- простонал, узнав об этом, Алессандро Вольта, который любил животных, а лягушек – особенно.- Дело здесь не в лягушке, а в двух разных металлах!» В доказательство своих слов Вольта продемонстрировал изящный опыт, в котором он, в отличие от Гальвани, остроумно использовал вместо лягушки собственный язык. Кстати, язык для этого не требовал отрезания и препарирования, он и так хорошо работал. «И все-таки неубедительно»,- возразил на это Гальвани и, чтобы доказать свою правоту, учинил над лягушкой такое, что препарированный образец трепыхался уже без прикосновений всяких там металлов. Этого Вольта уже не смог вынести, в связи с чем он и изобрел свой знаменитый столб – источник контактного напряжения. Возможно, что это изобретение спасло от преждевременной кончины не одну тысячу лягушек, поскольку Гальвани подумывал об их четвертовании в промышленных масштабах, чтобы смонтировать первую в мире электростанцию – при дворе Папы Римского. Тем не менее, борьба между «гальванианцами» и «вольтианцами» продолжалась еще довольно долго. И только В.И.Ленин впоследствии установил, что, не владея диалектическим подходом к вопросу, чушь пороли и те, и другие.
Но вольтов столб – это вам не стеклянный диск с меховыми обкладками, его вращать не надо! Для того, чтобы как следует отметить такое открытие, Вольта пригласил на кружку пива своих заграничных друзей – Ома и Ампера. Осушив свою кружку, Вольта расчувствовался.
- Друзья! - воскликнул он. – Эту нашу встречу надо увековечить!
- И то верно, – подхватил Ампер.- А не сочинить ли нам всем вместе какую-нибудь формулку?
- Только что нибудь попроще,- взмолился Ом,- а то я от радости плохо соображаю.
- Не беда,- сказал Вольта,- один Ампер чего стоит!
- Один Ампер чего стоит? - задумчиво повторил Ампер.- А вот чего стоит один Ампер! – воскликнул он и набросал свой вариантец.
- Вот это да! - выдохнул Вольта.- Но как же мы назовем этот – без преувеличения сказать – закон?
И здесь-то, к сожалению, друзья чуть было не перессорились! В итоге решили тянуть жребий, и Ому, как обычно, повезло.
Между тем Эрстед уже давно обращал внимание, что во время гроз пахнет не только озоном, но и крупными открытиями. Он собрал богатую статистику случаев перемагничивания стрелки компаса вследствие удара молнии – итог одного из таких случаев и является сюжетом знаменитой картины И.Репина «Приплыли». Но, позвольте, господа, ведь молния – это электричество, а компас – это магнит! Значит, электричество и магнетизм как-то связаны!
- Еще бы они не были связаны,- живо откликнулся Ампер.- Причем не «как-то», а очень даже: весь ваш магнетизм – это электричество и есть!
- Как это? – похолодел Эрстед.
Ампер немного подумал и объяснил:
- Понимаете, электрический ток – это движение электричества, а магнетизм – это просто кольцевые токи, и ничего больше.
- Но я надеюсь, - осторожно заметил Эрстед,- что под кольцевыми токами Вы подразумеваете всего лишь токи по кольцевым проводникам, а вовсе не орбитальное движение электронов в атомах?
- Разумеется, - улыбнулся Ампер.- Не будем забегать вперед.
1.4. «Просвещённый» XIX век.
Благодаря открытиям Эрстеда и Ампера лаборатория Фарадея была оборудована по последнему слову: провода-провода-проводочки, магнитики, включатели и выключатели. Гальванометры тогда были в большом дефиците, поэтому экспериментаторы нашли остроумный выход. Они наловчились проверять наличие электрического напряжения на ощупь, причем для повышения чувствительности срезали себе кожу на кончиках пальцев. В общем, жалко было на них смотреть, на издерганных. Кстати, в биографии Шерлока Холмса есть эпизодик на эту тему.
- Холмс, только послушайте, что писал «Санди Телегрэф» пятьдесят лет назад,- начал, как обычно, Ватсон.- Новости из Королевского института. Майкл Фарадей доказал тождественность всех видов электричества: «животного», «магнитного», гальванического, термоэлектричества, а также электричества, возникающего от трения. Как же это ему тогда удалось?
- Элементарно, Ватсон!- без усилия объяснил Холмс.- Все они дергали одинаково!
- Боже мой, Холмс,- проговорил обалдевший Ватсон,- неужели и это – с помощью дедукции?
- Да, мой друг. Кстати, о дедукции. Хотите знать, что еще сделал Фарадей? Он открыл явление, которое я бы назвал электромагнитной дедукцией, в честь моего метода. Но Майкл, конечно, поступил наоборот.
- А Вы слышали, Холмс, однажды Фарадею понадобилось несколько электрических зарядов. Как быть? Голыми руками их не возьмешь! Так он снял свой цилиндр, обклеил его изнутри фольгой и наловил их, сколько надо. Все после него так делают…
- Занятно,- пустил колечко дыма Холмс.
- А еще,- несло дальше Ватсона,- как-то раз он насыпал железные опилки прямо на силовые линии магнита, и линии натяжений в эфире стали всем очевидны!
- Знаете, Ватсон,- прищурился Холмс,- я бы не торопился с такими фундаментальными выводами!
И они по-дружески расхохотались.
Но мы немного отвлеклись, вернемся же к делу. Как и великие электрики, великие атомисты тоже время даром не теряли. Раз в таверне Авогадро, перебравши совсем капельку, имел неосторожность похвастаться дружку насчет остроты своего зрения – могу, дескать, различать отдельные молекулы. Дружок, хотя и не был физиком, сразу смекнул, какую из этого можно извлечь выгоду.
- А слабо тебе, Амедео, пересчитать молекулы в одном моле идеального газа при нормальных условиях? – закинул он удочку и, видя, что Авогадро клюнул, подзадорил его, – Спорим на десять лир, что ни за что не сосчитаешь!
- Это я-то не сосчитаю?!- загорелся Авогадро.- По рукам! Тащи сюда свой моль при нормальных условиях!
Ну, дальше сами знаете. Авогадро был очень гордый, отступать он не привык. Короче, считать ему пришлось всю оставшуюся жизнь. Число, которое получилось в итоге, теперь носит его имя – в знак признательности за этот титанический труд.
Тут-то и подошло времечко открытия фундаментального закона природы – закона сохранения и превращения энергии. Физики, понимавшие, какое огромное значение будет иметь этот закон, осторожничали и не торопились с публикациями на этот счет. Тем временем доктор медицины Майер установил этот закон на основе обыкновенных клинических наблюдений. Ничтоже сумняшеся, он сразу настрочил несколько работ, причем кое-что издал даже за свой счет. Но, разумеется, уважающие себя физики не читают всякую околофизическую чушь, которую сочиняют представители других специальностей. «Клистирная трубка – а туда же, в физику, суется»,- прикидывают они, не замечая здесь досадной двусмысленности. Поэтому, когда Майер узнал, что закон сохранения энергии открыл, оказывается, Джоуль, а затем – ба!- еще и Гельмгольц, то он сдуру расстроился и решил побороться за свой приоритет. Тут уж уважающие себя проявили надежную профессиональную солидарность и не напрягаясь затравили возмутителя спокойствия до тяжелого нервного расстройства. И правильно, а то, как говорится, пусти козла на капустные грядки…
Дальше дела пошли еще веселее. Взять хотя бы случай Уатта – мощный был мужик! Как лошадь. Собственно, потому он и предложил соответствующую единицу мощности – лошадиную силу. Сразу видать, что по себе судить привык. Уязвленные коллеги, естественно, не долго медлили с ответными мерами. Сговорившись, они сконструировали единичку мощности – так себе, раз в семьсот меньшую, чем лошадиная сила, и назвали ее ради хохмы в честь Уатта! Не высовывайся-де в другой раз. Кстати, в русскоязычных научных кругах эта единичка зовется вовсе не «уатт», она зовется «ватт» – чтобы не путаться.
Так вот, пока ученые мужи плавили, кипятили и испаряли различные вещества, травили Майера, совершенствовали термометры и спорили, чья шкала температур лучше, между всеми этими делами как-то незаметно в семье разделов физики появилась на свет еще одна сестричка. Старшие сестры глядели-глядели на младшенькую, так ничего и не поняли, и в конце концов махнули на нее рукой. Она в самом деле была какая-то странная – имела дело с совершенно, на первый взгляд, нефизическими величинами. Ведь – откройте любой учебник – физической величиной называется то, что можно измерить. А кто, простите, изобрел энтропиметр? Или хотя бы энтальпиметр? Открою секрет – таких приборов нет. И не предвидится. Так что же, энтропия и энтальпия (список неполный) – это нефизические величины? А вот и не угадали, они – натуральным образом физические! А что не измеряются – так это как раз то исключение, которое лишь подтверждает правило. И, представляете, вот эти простые вещи пришлось растолковывать старшим сестрам, чтобы они относились ко младшенькой, как к родной! Ну, дуры просто. Да еще им, видите ли, не понравилось, как ее нарекли. Действительно, когда счастливые отцы новорожденной собрались на семейный совет по этому поводу, то приключился небольшой конфуз. Было предложено назвать ее красивым именем – Термодинамикой. «Но, господа,- робко возразил какой-то отец.- Взгляните на это дитя! В ней же нет ни одной производной по времени! Какая же она динамика?» – «Оно конечно,- был ответ,- ей бы больше подошло имечко Термостатика. Но, во-первых, это… неприлично. Не дай бог подумают, что это от слова «термостат». А во-вторых, все, кому не лень, будут потом зубоскалить, что мы, дескать, не знали диалектики. Так что, господа, предложение остается в силе.» А что, имя-то взаправду красивое!
Короче, так или иначе, а поначалу младшенькую недолюбливали. Одна за локон ее дернет, другая – ножку подставит. «Зря вы так, сестрицы милые,- плакала Термодинамика. – Вот ужо, погодите, будет у нас еще одна сестра…- У нее случайно открылся дар, гм, научного предвидения. – Звать сестру будут Механика, но Механика не простая, а Хитромудрая… И тогда бегите от нее, ибо она суть волк в овечьей шкуре… не то будет великий плач и скрежет зубовный…» – «Типун-те на язык, дефективная»,- говаривала на это Механика Классическая, не подозревая, что за такие родственные чувства когда-нибудь аукнется. Но Термодинамика лишь тихо вздыхала в ответ и только однажды молвила так: «Истинно говорю вам: необратимы деянья ваши». Сестры от изумления разинули ротики; первой опомнилась Классическая Механика: «Необратимого не бывает! Ежели кто бросит в меня камень, который полетит по параболе, а я этого не стерплю, так и в обратную он полетит по той же параболе!» – «Конечно,- тихо сказала Термодинамика.- А вот тепло души само по себе переходит только от более нагретого тела к менее нагретому.»
Папаши не могли нарадоваться на такую не по годам умницу, но чужие дяди их восторгов совсем не разделяли. «Послушать, что она мелет, так с ума сойти можно»,- говорили они друг другу. Выходила действительно какая-то несуразица: если теплота является движением отдельных молекул, которое подчиняется обратимым механическим законам, то почему же в совокупности это движение уже необратимо? Так все и посходили бы с ума, если б не Больцман. Он как-то неосторожно выпустил фразочку, которая впоследствии стала крылатой: «Статистика знает всё». Поэтому к нему-то и обратились – давай, мол, если такой грамотный. И, знаете, не ошиблись, этот великий комбинатор в грязь лицом не ударил! По статистике, оказывается, необратимый процесс – просто наиболее вероятный из всех возможных. То есть, чудеса, в общем-то, случаются, но – чем чуднее, тем реже. Просто, как все тривиальное! Разом вернулись к жизни все бывшие пессимисты, которые рассуждали так: если тепло переходит от горячих тел к холодным… то рано или поздно все тела станут теплыми… и всем нам будет крышка… (которую они сговорились называть «тепловой смертью Вселенной»). Ясно же, что ничего чуднее этого не бывает, значит, этого не бывает никогда.
Но это, так сказать, теория. На практике же переход тепла от горячих тел к холодным очень досаждал, особенно Дьюару. Наступил момент, когда Дьюар плюнул, отправился в лавочку к старьевщику и разорился там на пару термосов. Проблема была решена! С тех пор благодарные физики и называют термос «сосудом Дьюара». Еще бы – ведь впоследствии он оказался настоящей находкой для физики низких температур! Ну, что без этого сосуда делал бы Каммерлинг-Оннес? Разве мог бы он позволить себе искать ответ на вполне конкретный вопрос: что выйдет, если хорошенько заморозить ртуть? А вышло вот что. Пока атомы ртути еще дрожат от холода, они худо-бедно мешают двигаться электронам, проводящим электрический ток (в этом и заключается причина омического сопротивления). Но если мороз еще покрепчает, то, се ля ви, последняя дрожь атомов замирает, а электроны-живчики шастают, не испытывая никакого сопротивления! Это явление назвали сверхпроводимостью (позже, во избежание путаницы, к этому названию добавили слово «низкотемпературная», потому что высокотемпературной сверхпроводимостью стала заниматься, соответственно, физика высоких температур).
Да-да, Допплер вон поначалу тоже совсем не путался. Счастливчик, он находил гармонию не только в вальсах и опереттах, но и в паровозных гудках, которые изменяли тон, когда поезд пролетал мимо. Эта музыкальная идиллия оборвалась, когда Допплер случайно узнал, что для машиниста тон этих же гудков постоянен. Тут-то и замаячил проклятый вопрос: на самом ли деле изменяется тон, или это только кажется? Проще говоря, физический ли это эффект, или – лечиться надо? Лечиться, понятное дело, не хотелось: хлопотно это, да и накладно. Пришлось сбацать теорию, по которой выходило, что эффект – вполне физический. Только было несолидно выдвигать уши на роль измерительного прибора, поэтому явление Допплера, известное каждому привокзальному мальчишке, было экспериментально подтверждено лишь несколько лет спустя. Но это еще не все; давайте-ка забежим немного вперед! У Допплера все основано на том, что скорость звука фиксирована только относительно среды, в которой он звучит. Физо, решив, что свет в этом отношении ничем не хуже звука, лихо распространил принцип Допплера и на него. А чего, спрашивается, не распространить – ведь тогда считалось, что есть и светоносная среда, эфир так называемый, который от хорошей жизни выдумали сторонники волновой теории света. Знай Физо, что вскоре от эфира останется шиш с вакуумом, он был бы осмотрительнее. Ведь, нет среды – нету принципа Допплера! И сейчас в оптике явление Допплера носит это имя исключительно по старой памяти.
Вот как к этому пришли. Эстафету от Фарадея подхватил Максвелл. Он поставил себе благородную по тем временам цель – построить механическую модель эфира. Понимаете, Эйнштейн тогда еще не появился на свет, поэтому Максвелл по простоте своей считал, что электромагнитные волны – это механические упругие волны в эфире. Причем эфир, несмотря на завет мудрого Демокрита, считался сплошной средой, ибо если был бы он дискретным, то не потянул бы он роль посредника. Тут, понимаете, дело принципа: либо заряды взаимодействуют через пустоту, либо – через посредника. И если уж выбираешь посредника, так будь добр, чтобы насчет пустот – ни-ни! Вот Максвелл и старался. Обладая богатой фантазией, он придумывал разные там колесики, звездочки, шестереночки. Почти все было как в сказке: дерни, деточка, за один зарядик – он крутанет ближайшие колесики, которые в свою очередь заденут за шестереночки – соседний зарядик и сдвинется. Но – на тебе! – между колесиками и шестереночками всегда оставались, будь они неладны, промежуточки. И так – несколько раз! Когда Максвелл дошел до остервенения, его посетила гениальная мысль. «Все эти колесики,- подумал он,- нужны лишь для того, чтобы записать уравнения движения эфира. Получи я уравнения для его механических натяжений – потом на эти колесики с промежуточками начхать я хотел, эфир будет как бы сплошным!»
Так он, кстати, и сделал: получил и начхал. То-то поначалу было радости у коллег! Один из них, помнится, воскликнул: «Не боги ли начертали эти уравнения, до чего красиво!» Он не догадывался, что из этой красоты получится дальше. А получилась из нее, сами понимаете, значение скорости электромагнитной волны в эфире. Но раз уж имеет место скорость волны, то логично предположить, что имеет место и сама волна, не так ли? Кстати, следует принимать во внимание, что, говоря об электромагнитных волнах, Максвелл и его современники имели в виду волны, мягко говоря, радиодиапазона, а отнюдь не видимый свет. Свет и радиоволны неспроста считались тогда двумя принципиально различными феноменами – ведь о свете не имели представления разве только слепцы, а что касается радиоволн, так их еще даже не открыли. Можете вообразить, как екнули сердечки физиков, когда с легкой руки Максвелла скорость этих еще не открытых радиоволн с какой-то стати практически совпала со скоростью света, которую тогда уже измерили и Физо, и Фуко, и все остальные, кому не лень. В принципе, конечно, оставалась возможность одного из двух: либо перемудрил Максвелл, либо недомудрили Физо, Фуко, и все остальные, кому не лень. А если нет? Вдруг это совпадение – неспроста? Короче, срочно потребовалось, открыв радиоволны, измерить их скорость, да поточнее. И так как свято место долго пусто не бывает, то Герц-молодец тут и отличился. Подумать только – оказалось, что эти волны шастают табунами, особенно во время гроз: стоило молнии шваркнуть, детекторы этими волнами буквально захлестывало!
Когда Попов увидел это своими глазами, причем с помощью детектора, склепанного своими руками, то до мысли о долгожданном открытии радио он дошел своим умом. Он понял главный секрет – приемная аппаратура должна быть сделана добротно. То есть она должна обладать хорошей этой самой, как бы это сказать… Долго мучился Попов, подбирая название для этого свойства. Сейчас-то каждый радиолюбитель знает, что добротная аппаратура должна обладать хорошей добротностью, чем же еще! А Попов-то хотел изобрести термин, не используя готовеньких словечек откуда ни попадя, чтобы был виден, так сказать, полет фантазии!
Эх, знал бы он, как будут обстоять дела с этим полетом фантазии лет через шестьдесят, он бы, наверное, не испытывал таких мук творчества. Вот, полюбуйтесь. Начнем с лучей. Они, как известно, бывают мягкие и жесткие. А шумы? Тоже ничего – например, белый да розовый. Далее на очереди стоят частоты. Пожалуйста: затянутые, захваченные и привязанные. А как насчет спектров? Тут можно особо отметить полосатых и зарезанных. Что касается элементарных частиц, то среди них встречаются странные и очарованные, обладающие цветом, ароматом и, само собой, красотой. А возьмите атомные ядра. Они бывают материнскими и дочерними (но почему-то не бывают отцовскими и сыновними). А еще среди них попадаются меченые, обстрелянные и ободранные. Атомы, сидя в яме, могут еще радоваться своей степени свободы. А могут резво мигрировать, очевидно, в поисках каких-никаких вакансий; но со временем приходит усталость, идет старение и, наконец, наступает предел выносливости, когда люминофоры деградируют, а уровни энергии вырождаются. И все-таки больше всего, по-видимому, повезло электронам. Их, оказывается, можно связать, а можно, так и быть, освободить. Тогда порой они могут вальсировать, а когда не очень жарко – даже спариваться. Тут уж и фотонам приходится краснеть.
Это все к тому, что бывают отверстия, а бывают, между прочим, и дырки! А то вон одна машинистка, печатая дипломный проект бедолаге-электронщику, в порядке творческой инициативы везде заменила ненаучное слово «дырка» на научное – «отверстие». Вот до чего доводит скудоумие при наречении нового термина!
Ну, а что касается скорости радиоволн в сравнении со скоростью света, то все оно чудненько сошлось, так что Физо и Фуко, действительно, старались не зря. На радостях электромагнитную природу света окончательно разоблачили, в результате чего шкала частот электромагнитных волн развернулась во всю свою дурную ширь – от нуля до самой бесконечности. Пустячок, как говорится, а интегрировать приятно.
Эйфория по поводу всех этих свершений длилась до тех пор, пока какой-то шутник не спросил: «Господа теоретики! Дак ежели скорость света фиксирована в ефире, и ежели мы, к примеру, в ентом ефире движемся, дак для нас-то скорость света будет уже другая, ась?» – «Соображаешь, – ответили ему теоретики.- Кстати, пускай экспериментаторы этим займутся, а то давно уже дурака валяют.»
Дело в том, что к тому времени уже имелись кой-какие данные на этот счет: вроде получалось, что движение в эфире на скорость света не влияет. «Что же вы хотите,- комментировали это теоретики,- точность у этих опытов, извиняемся, плохонькая («до первого порядка», как они выражались), маловато будет. Так что, цели ясны, задачи определены – за работу, господа.»
Здесь мы на минуточку прервемся. Дело в том, что в городке Ульме, в семье скромного предпринимателя Германа Эйнштейна – большая радость: родился мальчик! Довольный акушер, укладывая чемоданчик, – ой! – нечаянно разбил какую-то склянку, и резкий запах распространился по комнате. «Ах, извините,- засуетился акушер,- я эфир раскокал…» -«Что-о?! – вдруг отчетливо заговорил младенец.- О чем там лопочет этот самозванец? Эфир раскокаю я, понял?» Домочадцы остолбенели, но дальнейшее развитие Альберта Германовича протекало нормально.
Так вот, затаив обиду за «валяние дурака», экспериментаторы принялись за дело так круто, что эфир, бедняга, аж заскрипел. В один из чудных берлинских вечерочков, когда теоретики ни о чем таком не подозревали, Майкельсон то и дело сбивался со счета полос в своем интерферометре. Прибор был очень чувствительным, поэтому главной помехой были вибрации – то бургомистр в своем пижонском экипаже спешил к шлюхам, то какие-нибудь унтера в обнимку возвращались из кабака, горланя что-нибудь патриотическое. «У, кретины! – скрежетал зубами Майкельсон.- Не понимают, какое значение будет иметь отрицательный результат моего эксперимента!» Впрочем, зря он так кипятился – на скрежет зубов прибор тоже реагировал. «Ну что, получили?- с чувством сказал, наконец, Майкельсон, завершив эксперимент – как будто теоретики могли его слышать.- Посмотрим, что вы теперь запоете.»
Но эти бравые ребята не стушевались. Они запели примерно следующее: «Господин Майкельсон, Вы, конечно, блестящий экспериментатор, руки у Вас золотые, и все такое. Мы Вас уважаем, и все такое. Но, знаете, пусть кто-нибудь еще повторит опыт, а то вдруг – что-нибудь такое? Да нам, собственно, и не к спеху, а?» – «Как скажете, так и будет»,- ответствовали экспериментаторы и взялись за дело так, что из эфира дым пошел…
А пока настало золотое времечко для всяких там околофизиков. Это те, кто только и ждут момента, когда общепринятые ученые попадут в затруднительное положение, чтобы поспекулировать на этих временных трудностях. Самыми изощренными спекулянтами той поры считались Мах и Оствальд. Эта парочка, постепенно наглея, стала заявлять, что поиски эфира – это мартышкин труд.
- Я эфира не знаю,- говорил Мах.- Движение тела можно проследить только относительно других тел.
- И вообще,- вторил ему Оствальд,- эфир – это произвольная, надуманная гипотеза; она рано или поздно рухнет, и будет считаться, что свет распространяется через «абсолютную пустоту».
- Кстати,- продолжал Мах,- возможно, что будущая физика будет измерять длины именно длиной световой волны в пустоте, а времена - продолжительностью ее колебания, и что эти две основные меры превзойдут все другие.
- И в конце концов,- добавлял Оствальд,- любое свойство материи, в том числе и ее масса, проявляется лишь через посредство какой-либо энергии.
Всю эту чушь Маха и Оствальда впоследствии должным образом заклеймили: мировоззрение первого обозвали махизмом, а второго – энергетизмом.
В другую крайность касательно эфира вдарился Г.А.Лорентц. Его теория называлась «Эфир, один только эфир, и ничего, кроме эфира». Лорентц был вообще большой оригинал. Он пришел к выводу (впоследствии особенно полюбившемуся Эйнштейном), что у теоретика, движущегося в эфире, линейки и часы должны быть не такими, как у покоящегося, если этот движущийся хочет записать такие же уравнения Максвелла, как и покоящийся. Но это – еще цветочки. Самые серьезные подозрения вызывало то, что теория Лорентца объясняла ну все известные тогда явления в электричестве, магнетизме, оптике и теплоте! Представляете? Единственное, в чем Лорентц прокололся, можно видеть из его реакции на результат опыта Майкельсона-Морли. Лорентц тогда вполсилы (т.е. сила Лорентца в два раза больше) хлопнул себя по лбу и сказал: «Господи, это же прямое следствие моей теории! Где я раньше был!» Из-за этой своей недоработочки он и угодил в соавторы гипотезы Фицджеральда о сокращении длины движущегося стержня.
1.5. «Научно»-техническая революция ХХ века.
Что же касается технической физики, то здесь тоже не зевали. И даже время от времени демонстрировали свои достижения, для чего устраивали Всемирные выставки. На одной из них можно было видеть молодого человека приятной наружности, скромно держащего кончиками пальцев обычную электролампу – за цоколь. При этом лампа, как бы это сказать… в общем, она светилась. Хотя Никола Тесла (а это был он) и не подвел к ней каких-нибудь «тонюсеньких проводков».
Заинтересованным посетителям Тесла выкладывал все как на духу. Дескать, проводков и не надо, ток идет прямо через мое тело. Видите, я прислонился к генератору? Отошел – гаснет… Что Вы, это совсем не больно, потому что ток высокочастотный… Да, Вы правы, что я держу лампу одной рукой, и проводник получается как бы один, а не два. А два и не нужно, я же говорю Вам, что ток высокочастотный… Да, моя рука – плохой проводник. Но для высокочастотных токов провод даже лучше делать из диэлектрика… Да, Вы совершенно правильно угадали – можно обойтись вообще без проводов. Правда-правда! Вот, изволите ли взглянуть, электродвигатель. Беру его в руки – подводящих проводов нет. А вон, видите, передающий генератор. Если угодно, я махну платочком ассистенту, он его запустит, и этот двигатель заработает!.. И ведь Тесла не шутил – по мановению платочка двигатель работал. Господи, да что же это такое! Эх, был бы на месте лопуха-посетителя какой-нибудь современный физик, он бы этого Николу сразу расколол. Он спросил бы, во-первых, какую же мощность надо излучать, чтобы эта сопля так вертелась? Попади я под такое излучение, у меня сразу же все волосы повылезли бы, а тут стоишь – и ничего, даже приятно. Во-вторых, а где же, кстати, передающая и приемная антенны-то? Ведь их же нет! Шутишь, брат! Ой, да мало ли чего еще он спросил бы – известно, как шибко грамотны современные физики. А то ведь стоял посетитель с разинутым ртом и выслушивал байки о том, что обмотки здесь не просто высокочастотные, а еще и резонансные, и что тогда ни проводов, ни антенн не нужно… В общем, ясно, что тебе показывают фокус, но секрета его не понял никто. Сгоряча решили выдать автору свидетельство типа «да, работает, но принципы работы не являются физическими»- всяк сверчок знай свой шесток, мол. Однако, вовремя одумались: «Батюшки! Так значит, бывают нефизические принципы работы? Спаси и сохрани!» И не выдали свидетельства.
Потужил-потужил Тесла, да делать нечего – надо дело делать! Вернулся он в Лонг-Айленд и ну руководить там строительством Башни! Да какой Башни! С ее помощью он собирался обеспечить бесперебойную работу своих чудо-двигателей, находящихся в любых точках земного шара!
Фантастика, говорите. Конечно, Вам сейчас легко говорить. А каково было специалистам тогда, в разгар строительства? Короче, почти достроенную башню пришлось на всякий случай из строя вывести. Еще спасибо доброму дяде Нобелю за динамит, а то горела бы она долго, зараза. Опять же, нет худа без добра: динамит динамитом, а не будь его – с каких шишей выплачивалась бы Нобелевская премия?! Тесла, между прочим, был одним из первых ее лауреатов. Только он от нее отказался. Ну, чудак, право. Другим больше досталось!
В общем, время тогда было такое, что некогда было разбираться с тесловской чепухой, тут своих забот – полон рот! Электроны положительные, электроны отрицательные. Волны носятся в эфире, вихри, трубки – красотища! Или вот еще – очень модная тогда штука – катодные лучи. Разве это не прелесть? Казалось, что Ленард раздраконил ее вдоль и поперек. Но когда за дело взялся Дж.Дж.Томсон, то оказалось, что это и не лучи вовсе, а поток обычных отрицательных электронов, «неисчерпаемых, как атом»…
Впрочем, за лучами тоже дело не стало – правда, всего лишь рентгеновскими. Потому что их открыл Рентген. Главная штука, совсем не надрывался-то: впихнул на путь потока электронов какую-то болванку; а лучи из нее сами поперли, просвечивая все на своем пути. Естественно, такое открытие нашло применение сразу же. Порой казалось, что оно самой природой предназначено для приобщения широких народных масс к событиям на переднем крае науки. Вы только представьте: идет публичная лекция. «Я попрошу выключить свет!»- бодро чеканит лектор. Свет гаснет. «Прошу прощения,- вспоминает в темноте лектор.- Я забыл сказать, что слабонервным лучше выйти из зала». И выдерживает эффектную паузу. После этого можно показать на экране хоть Венеру Милосскую, все подпрыгнут. Но на экране – одновременно с истерическими визгами, взрывавшими напряженную тишину – появлялся великолепный рентгеновский снимок скелета натурщицы, принявшей вальяжную позу… Я не знаю, были ли случаи разрыва сердца среди публики, страдающей суевериями, а что касается обмороков, так их просто никто не считал. Иной раз включат свет - все в обмороке. Приобщились, значит. Ну и нормалек!
Напуганная ужасными слухами об этом небывалом наступлении науки на общественное сознание, тетка Беккереля решила сделать последнюю попытку наставить любимого племянника на путь истинный. После приличествующей случаю обстоятельной душеспасительной речи она подарила ему большой литой крест. Проводивши тетушку, беспутный племяш окинул взором кабинет в поисках подходящего места, куда бы этот подарок можно было подальше спрятать. Не найдя ничего лучшего, он сунул его в сейф (прямо на пакет с какой-то урановой солью), а сверху прикрыл нераспечатанной фотопластинкой – для верности. Ночью Беккерель проснулся в холодном поту. Ему во сне явилась тетушка и ласково попросила: «Прояви пластинку, шельмец!» – хотя Беккерель точно знал, что она имела о фотоделе примерно такое же представление, какое он сам имел о пятом даре Святого Духа. На следующую ночь кошмар повторился. «Не отстанет ведь, душеспасительница»,- понял Беккерель и, чертыхаясь, выполнил эту идиотскую просьбу. Что Вы думаете – на пластинке отчетливо узнавались контуры креста! «Боже мой»,- прошептал Беккерель. Еще чуть-чуть, и старания тетки не пропали бы даром; но ум ученого, зашедший за разум, нашел-таки силы вернуться в исходное положение. «Черт возьми!»- воскликнул Беккерель (это и означало открытие радиоактивности). Черта не пришлось долго упрашивать…
Раз уж пошла такая пьянка, то и Хевисайду, да и все тому же неугомонному Лорентцу ничего не осталось, кроме как выступить с официальным заявлением о том, что масса электрона должна расти по мере роста его скорости. Везунчик Кауфман ставит опыт – а она и взаправду растет! Что еще нужно для полного счастья? А нужно, чтобы всякие там идеалисты воду не мутили: им говорят, масса растет, а они в ответ – нет, мол, это материя исчезает! Ну, чудаки, что с них взять! Хотя, с ними веселее. И вот уже профессора говорят студентам – дескать, жалко вас, господа, ведь физика вот-вот закончится…
Тем не менее, оставалась чертовщинка со скоростью света. Как только не ерзали в эфире экспериментаторы, она, паршивка, все равно вела себя так, словно она какая-нибудь из себя фундаментальная постоянная. Обычно это описывают так: два опытных наблюдателя – стоящий на перроне и едущий в поезде – измеряли скорость света вдоль рельсов и получали одно и то же значение. «Абсурд!- ломали головы наблюдатели.- Взять хотя бы летящую ворону. Ну не может она лететь с одной и той же скоростью относительно нас обоих! Чем же свет отличается от вороны?» Скажу по секрету, что отличие было существенное: ворона-то, само собой, летела в каком-то одном направлении, например, по ходу поезда, а вот свет, скорость которого там измеряли, обязательно летел и по ходу, и против – туда-сюда, понимаете? С вороной никто в таком режиме не экспериментировал, поэтому чертовщина продолжалась…
И сказал Эйнштейн, что, эх, господа, нашли над чем голову ломать – лично я, дескать, это просто постулирую. Заслышав такие речи, физики – как бы это помягче выразиться – временно потеряли дар соображения. «Все гениальное просто, но не до такой же степени»,- говорили они. Наконец они пришли в себя: «Позвольте, но Ваша теория ничего не говорит о том, как ведет себя свет по отношению к эфиру!» К такому повороту событий Эйнштейн был готов.
- Это потому,- объяснил он,- что никакого эфира нет. Если бы он был, я обязательно сказал бы на этот счет пару слов. А нет – увольте.
- Как Вы интересно рассуждаете,- загорелись физики,- а что же тогда описывают уравнения Максвелла, которые, кажется, Вам дороги, как память?
- Во-первых, они мне дороги не только как память, – обиделся Эйнштейн.- Куда же я их дену, если на их лорентц-инвариантности у меня все и держится? А ежели хотите, чтобы они еще и описывали что-то, так я разве против? Пусть хотя бы поле и описывают. Правда, раньше полем назывались натяжения в эфире. Так вот теперь – все то же самое, только без эфира, понимаете? Очень просто.
- Ну, если очень просто, тогда, конечно, понимаем,- кивали физики.- Небось, мы не глупее паровоза-то…
Но передышки Эйнштейну не дали. На него тут же набросились совсем уж темные нерюхи, которым, видите ли, не понравились следовавшие из теории Эйнштейна «новые представления о пространстве и времени». Насквозь погрязнув в предрассудках, нерюхи кричали о том, что эти представления противоречат какому-то, простите за выражение, «здравому смыслу». Из вежливости пришлось держать ответ и перед этой публикой. С ней, правда, было проще. Есть народная примета: если теория заключается в постулировании опытных фактов, то это к тому, что такая теория будет неплохо подтверждаться опытом. И, едва заслышав, что теория Эйнштейна подтверждается на опыте блестяще, руководствовавшаяся здравым смыслом публика моментально прекращала свои реакционные нападки. Так что мало-помалу гениальность теории стали, кроме Эйнштейна, понимать еще человека четыре. А когда для подсчета этих особо понятливых не стало хватать пальцев на обеих руках, то философы спохватились и решили добиться того, чтобы эту гениальность понимал каждый. И ведь, молодцы, как же они старались, чертяки!
Кстати, до сих пор встречаются недоумки, которые считают, что все было сделано еще до Эйнштейна: Мах и Освальд, дескать, потрудились на идеологическом фронте, Лорентц и Ко – на математическом, Майкельсон и Ко – на экспериментальном. Нет – нужен был гений Эйнштейна, чтобы сделать следующий шаг, сказавши: «Ребята, да ведь все оно так и есть!» Более того, насчет экспериментального фронта – это еще как сказать! «Мне часто задают вопрос,- заявил как-то Эйнштейн,- знал ли я о результатах опыта Майкельсона-Морли до написания своих классических работ. Неужели не ясно, господа, что однозначно ответить на этот вопрос невозможно? В самом деле, первый результат был получен, когда мне было два годика, после чего он неоднократно перепроверялся. Ну, и что с того? Мог я не знать об этих результатах? Конечно, мог. Поэтому я и не уточнял в тех работах, какие именно эксперименты я там имел в виду.»
Надо сказать, что к этому времени в физике уже завершилось «великое разделение труда»: из аморфного конгломерата тружеников выделились земледельцы от физики, т.е. экспериментаторы, и скотоводы, то бишь, теоретики. Это произошло не по чьей-то прихоти – просто физика в своем развитии достигла такого уровня, когда одному человеку стало уже не под силу двигать науку, что-то в ней делая и в то же время соображая, что же ты делаешь. Вот они промеж собою и рассудили: ты, дескать, делай, а я, так и быть, соображать буду. И работа закипела! Вскоре, однако, теоретики осознали минусы своего положения. Понимаете, так уж издавна повелось, что критерием истинности теории считается ее согласие с экспериментом. «Хорошенькое дело получается,- сетовали теоретики,- мы, значит, сушим мозги, создавая дивные теории, а эти, с позволения сказать, коллеги, которые только и могут накручивать гайки, искать течи и затыкать дыры, говорят нам «извините» вместо «спасиба». Понятно, что подобные настроения мало способствовали научному прогрессу. Так вот, оздоровил эту неприглядную ситуацию опять же не кто иной, как Эйнштейн. Он показал, что любую душе угодную теорию можно блестяще подтвердить экспериментами! Чтобы подчеркнуть особую важность такого рода экспериментов, их стали называть «мысленными». Легко видеть, что, умело применяя этот могучий инструмент познания, можно попутно сэкономить целую прорву финансовых и материальных ресурсов!
И что же сделали противники теории относительности, получив в подарок этот могучий инструмент? Да ясно, что: они употребили его исключительно на отравление жизни Эйнштейну. Не умея корректно осуществлять такие эксперименты, эти недруги то и дело получали различные нелепые парадоксы. Их ошибки, как быстро понял Эйнштейн, имели общий корень. Дело в том, что сначала его теория была справедлива лишь для систем отсчета, «движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно», а все эти опровергатели, подстраивая свои парадоксы, неизбежно выходили за границы применимости теории – от ускорений-то не избавиться! «Так, чего доброго, они в конце концов догадаются, что такой вариант теории неприменим в реальной жизни,- испугался как-то Эйнштейн.- Надо бы ее обобщить, что ли. Причем на все системы отсчета, а?» Эта задумка, действительно, была неплохая, но было непонятно, как же быть с опытным подтверждением такого обобщенного варианта. Надо ж было сделать так, чтобы в смысле опытного подтверждения и на этот раз комар носа не подточил! Эта мысль не давала Эйнштейну покоя. Как-то, после очередного бесплодного дня, он незаметно задремал. И вдруг… Знаете, многие из своих открытий великие люди делают во сне. Дают себе задание на ночь, и к утру – готово. (Не верите? Любой великий человек может в этом легко убедиться, если сам попробует.) Так, Менделееву приснилась таблица Менделеева, Максвеллу – уравнения Максвелла, Лорентцу – преобразования Лорентца. Правда, были и неудачи. Так, академику Мигдалу и, независимо от него, С.П.Капице приснилась единая теория поля Мигдала-Капицы, но им просто никто не поверил. Так вот, Эйнштейну приснилось, будто он понял разгадку. Поскольку, разумеется, номер с постулатами фактов дважды не пройдет, то поступить следует диаметрально противоположно: закрутить теорию так, чтобы экспериментаторы поняли, как же все это проверить, минимум лет через двести. Эйнштейн проснулся от того, что подпрыгнул во сне, и уже довольно скоро коллеги вытаращили глаза на «непревзойденную вершину теоретической физики». Поначалу они лишь подталкивали друг друга: «Ты здесь что-нибудь понимаешь?»- и опускали взоры, переживая свою бестолковость. Наконец у Гроссмана от радости дыханье сперло:
- Братцы! кажется, понял!
- Ну?
- Да, чтобы не трепаться зря, здесь объяснена природа гравитации!
- Иди ты!
- Ей-ей! Эта природа – ускорение! Представьте, что вы сидите в лифте, причем существенно, чтобы он был без окон и дверей. Тогда две ситуации – лифт подвешен, а Земля его притягивает, или же Земли нет, а лифт тащат с ускорением вверх – будут для вас совершенно неразличимы (вот зачем нужно, чтобы лифт был без окон и дверей!) А если гравитация и ускорение неразличимы, значит, то и другое – одно и то же! Я просто балдею!
Позже, когда это объяснение перекочевало на страницы многочисленных популярных изданий, балдеж приобрел массовый характер. Эйнштейн уже радостно потирал руки…
Ах, если бы все шло, как он надеялся! Не тут-то было – подтвердить на опыте общую теорию относительности сразу же вызвался Артур Эддингтон. Делать ему было нечего, я гляжу! Этот выскочка решил запечатлеть, как загибается свет от звезд, проходящий вблизи Солнца – известного массивного тела. Сложность здесь заключалась не только в ожидании подходящего солнечного затмения. Главное, что в Европе, понятное дело, нашлось бы много больно умных советчиков, вот почему этого сэра понесло аж в Южную Америку. Как и следовало ожидать, первые же фотографии подтвердили, что свет от звезд, проходя вблизи Солнца, по-хамски расшвыривается нестационарной солнечной короной куда душе угодно. Поэтому дело выбора из примерно двухсот опознанных смещенных изображений звезд хотя бы трех, блестяще подтверждавших предсказания Эйнштейна, требовало от исследователя определенной усидчивости. Но Эддингтона ничуть не смутили эти трудности; в общем, и на этот раз пронесло, триумф был полный.
Уж простите мне некоторые издержки, связанные с нарушением хронологии, но что поделаешь, если еще один острый сюжет раскручивался на фоне всех этих релятивистских преобразований. Начинался этот сюжет с того, что сначала Кирхгоф, затем Стефан с Больцманом и Вин (а уж затем и все остальные) никак не могли взять в толк – чего это ради черное тело излучает именно по-черному. Тут необходимо небольшое пояснение насчет черного тела. Чтобы получить представление о таковом, совсем необязательно барахтаться в саже. Или глядеть в дырочку, просверленную в металлической сфере, как это советуют лихие популяризаторы – с еще большим успехом можно всматриваться, извините за выражение, негру в задницу. Все проще: разуйте глаза, и только; черные тела-то - вот они! Например, Солнце – это «абсолютно черное тело при температуре 6000 К», или другие звезды – это «абсолютно черные тела с температурой до 20000 К». В сравнении с этими гигантами черноты какая-нибудь там электрическая дуга – это просто пшик несерьезный. Здесь неискушенный в физике читатель может удивиться: как это, Солнце и звезды – черные тела? А ведь все именно так. Дело в том, что физики говорят не просто о «черных телах», а об «абсолютно черных телах». А поскольку абсолютный идеал недостижим, то и приходится иметь дело лишь с приближениями к идеалу, лучшими из которых и являются Солнце, звезды, и т.п. Так вот, почему они все-таки излучают по-черному? «А не потому ли,- догадался Планк,- что атомы излучают не непрерывно, а порциями? Квантами, попросту говоря. А?»
Эта догадка оказалась весьма плодотворной, хотя, между нами, до сих пор никто не знает, что такое квант. Но у квантовой теории – этакого птенчика – крылышки все крепли и крепли. Не по душе это было Эйнштейну, ох как не по душе! Птенчик-то, известное дело, прожорлив, соответственно и гадит он в огромных количествах: никак не вписывались эти дискретные кванты в любимые эйнштейновы уравнения Максвелла – уравнения сплошной среды – хоть ты тресни! Открутить бы этому птенчику башку – так ведь прикрылся, понимаешь, желтеньким пушком и пищит так доверчиво, подлец! Впрочем, дескать, живи пока, размышлял Эйнштейн, ведь кое-что в квантах, безусловно, есть – смотрите, например, как здорово с их помощью можно описать фотоэффект! (И надо же, позже ему за это по иронии судьбы взяли да присудили Нобелевскую премию! Вот это была невезуха – бедняга, небось, локти кусал!)
Между тем наш птенчик развивался не по дням, а по часам; узнать его было все труднее: вот чьими-то заботами у него уже сформировался хвостик, чьими-то стараниями – рыльце, а еще чьими-то – рожки, а еще – копытца… Кошмар! Перепуганные физики решили срочно придать своему питомцу более эстетический вид; для этого они организовали в Брюсселе междусобойчик, который назвали Сольвеевским конгрессом. А почему Сольвеевским, а не Брюссельским? Да просто господин Сольвей, по такому случаю вызвавшийся оплатить все расходы на койко-места и сосиски с капустой, очень хотел, чтобы физики всегда помнили его доброту (это я на всякий случай напомнил, а то вдруг там кто-нибудь забыл).
Итак, леди (мадам Кюри) и джентльмены, прошу встать – Сольвеевский конгресс идет! Прошу садиться. Слушается доклад о поведении кванта, находящегося в акте испускания упомянутого кванта атомом. В разгар прений по ключевому вопросу – сколько же времени длится этот «акт испускания» – Эйнштейна, как обычно, озарило: «Господа! А ведь, ей-богу, лучше, если он вообще не длится, а осуществляется мгновенно! Раз, и все! Ведь если он длится конечное время, то все кто попало начнут от праздности умножать это время на скорость света и получать в результате длину кванта. А разве, хе-хе, бывает у кванта длина? Если бывает, то все кто попало начнут себе прикидывать, сколько же на этой длине укладывается длин волн. Хотя и ежу понятно, что никак не меньше десятка. (Лорентц не без оснований полагал, что эта цифра составляет несколько миллионов. Несложный расчет показывает, что Лорентц был умнее ежа, по крайней мере, в сто тысяч раз.) Так эти длины волн, говорят, бывают аж по километру штука! Ничего себе дура получится вместо кванта! Вместо такой махонькой крошечки! Не зря же он квантом называется. Вот я и говорю – пусть испускается мгновенно. А то хуже будет!»
Это захватывающее предложение было с энтузиазмом принято, причем сейчас уже можно сказать, что – всерьез и надолго. Правда, и здесь не обошлось без приключений. Никто не ожидал такой заявочки от мадам Кюри, но она с умным видом выдала в ходе дискуссии – дескать, вот вы все говорите о квантах, но для описания мгновенного испускания кванта ведь уравнения Максвелла совершенно неприменимы, так как вы на это смотрите? Переглянулись конгрессмены – конечно, неприменимы, но разве можно вслух задавать такие некорректные вопросы? Да еще на этаком форуме! Дескать, женская логика, туда-сюда. Замнем, в общем. А в остальном все было просто изумительно – всем так понравилось, что конгресс постановили неоднократно повторить. Лишь Эйнштейн напустил на себя какую-то задумчивость. Ну, это понятно, он-то понимал проблему несколько глубже. Вот как, примерно: «Что-то я, действительно, того… увлекся немного с этими квантами. Мне ведь без уравнений Максвелла оставаться никак невозможно! В общем, мерси, мадам, что вовремя напомнили – пока у меня склероз не начался!»
Однако, поздно он вспомнил про склероз. Да еще долго раздумывал чегой-то…
Тем временем Резерфорд, имея весьма наивные представления о строении атома, вздумал подшутить над новеньким студентом в своей знаменитой лаборатории. В итоге он зарекся больше так не шутить, потому что студент, добросовестно выполняя это шуточное задание, получил экспериментальный результат, из которого и вытекало, что представления шефа о строении атома были наивными. Чтобы хоть как-то спасти свою репутацию, Резерфорд и предложил планетарную модель атома. Сейчас-то о ней даже школьникам говорят. А тогда это было весьма ново и удивительно – ведь, теоретически, вращающийся вокруг ядра электрон должен был бы так резво излучить всю свою энергию, что атом прекратил бы существование, не успев даже ойкнуть. Выручил Резерфорда молодой, подававший надежды Бор.
- Знаете что,- доверительно сообщил он,- по классической теории это, конечно, удивительно. А по квантовой – обычное дело! Я уверяю Вас, что у электронов в атоме есть стационарные орбиты, на которых они вертятся до тошноты, но ничегошеньки не излучают!
- Откуда Вы это знаете? – ахнул Резерфорд.
- Господи,- воскликнул Бор,- да из моих постулатов это же прямо следует!
Этот удар был силен! Ведь классическая физика билась-билась, как рыба об лед, а так и не сподобилась сколько-нибудь вразумительно объяснить, откуда же берутся у атомов характерные для них частоты, которые излучаются, если атомы как следует возбудить. А уж как переживали-то за эту труженицу классическую – это и словами не высказать. И вот, здрасьте-пожалуйста, подруливает на готовенькое эта паразитка, физика квантовая, и нахально заявляет, что, дескать, и говорить-то не о чем – атом может излучать только вот эти частоты потому, что все остальные частоты он излучать просто не может. И рад бы, так сказать, да не может – согласно постулатам-то. Причем это справедливо и для поглощения, чтобы обидно не было.
- Простите,- удивилась собственной смелости классическая физика,- а что же делает Ваш квант, если он попадает в среду, у атомов которой нет подходящей для него частоты?
- Ну как что, милая,- он с этими атомами не взаимодействует и летит себе, как в вакууме.
- А почему же при этом его скорость меньше, чем в вакууме?
Тут квантовая физика на минуточку призадумалась… «А, понятно,- сообразила она.- Я полагаю, что если на пути кванта попадается атом, с которым он взаимодействовать не может, то ничего не остается, кроме как облететь этот атом где-нибудь сбоку. Так что, пока каждый атом облетишь – небось скорость тебе и уменьшится!»
Видя, что дело дошло уже до откровенных издевательств, Эйнштейн решился, наконец, на крайние меры. Но бывшего птенчика голыми руками стало уже не взять. Сидит, сволочь, и нагло ухмыляется, а протянешь руку – разевает ужасный клюв с каким-то мерзким шипением. Еще долбанет, чего доброго! Ненормальный же, сразу было видно. И ведь, главное, просто в горле кость, острая и хроническая. Пришлось пускаться на хитрости. Эйнштейн предложил изящненький «решающий эксперимент» (по измерению ширины линии излучения быстро движущихся частиц), чтобы он решил раз и навсегда, что свет – это волны, черт побери, а не кванты. Ух, было бы смеху-то! Но талантливый Бор опять не утерпел и наплевал-таки в душу. Он быстренько показал, что – хоть волны, хоть кванты, а результат «решающего эксперимента» будет один и тот же. Не успел Эйнштейн продумать, каким образом обратить все это в шутку, как Комптон испортил ему настроение окончательно, добыв опытные свидетельства того, что кванты света не только существуют, но и ведут себя как заправские частицы. Вот же едрена-фотона, в конце-то концов! Что он там о себе воображает, этот свет – прикидывается волнами, а на самом деле это поток частиц, что ли? Или, постойте – он, наоборот, прикидывается частицами, а на самом деле… Да что же это такое на самом деле?!
Массовое брожение умов, к счастью, продолжалось недолго. Ведь когда сталкиваешься с совершенно неординарным явлением, то первое, что следует сделать – это подобрать для него грамотный термин, и природа явления сразу станет гораздо понятнее. В этом случае со светом быстро отыскался восхитительный термин: «дуализм», и проблема легко и весело разрешилась. Охмелев от восторга, Луи де Бройль загнул тираду в том духе, что, дескать, вот мы спервоначалу думали про свет, что это волны, а оказалось, что здесь дуализм; но про электроны-то мы думаем, что это частицы, так вот не окажется ли, что и там – дуализм? – «Отчего же не окажется-то,- загорелись Дэвиссон да Джермер.- Дуализм – он, брат, везде дуализм». И продемонстрировали, что в умелых опытных руках электроны ведут себя, как заправские волны! «Неужели как волны?»- кисло переспросила научная общественность и добавила, что, мол, впрочем, этого и следовало ожидать. Слишком уж была издергана эта общественность потоком последних свершений, выворачивающих набекрень закостенелые мозги. Так что, заговори тогда электроны человеческим голосом – ее реакция была бы аналогичной.
Вот таким вот образом вскрылась-таки всеобщая волновая природа той самой материи, которая до этого умело маскировалась под частицы. Стало так: в какую частицу ни плюнь – в волну де Бройля попадешь! По такому случаю потребовалась механика уже не простая, а волновая (или статистическая). Отвечая запросам времени, младое племя теоретиков рвалось в бой, едва не выскакивая из штанов. Каждый наперебой расхваливал свое детище; галдеж стоял, как на базаре. Кстати, этот базар весьма чутко реагировал на малейшие изменения спроса: каждый свежий опытный результат приводил к появлению на прилавках новых версий теории, а также новых интерпретаций старых версий. Ошалевший Эйнштейн насчитал несколько десятков таких интерпретаций и сбился со счета: в глазах зарябило. Ему было обидно и досадно: он-то, записывая свои уравнения, всегда пояснял, что с физической точки зрения означает в уравнении каждая закорючка, и давал рецепт, как соотнести закорючку с практикой. Пускай иногда – с помощью мысленных экспериментов, но это был все-таки рецепт! А тут пришлось столкнуться с принципиально новым подходом. Напористая молодежь гнула линию такую, что физическая цель, дескать, оправдывает математические средства. В этой связи новые закорючки раздавались направо и налево без всяких рецептов, и вскоре физики с интересом обнаружили у себя развитие привыкания к этим новшествам. Стало даже считаться признаком хорошего тона подтрунивать друг над другом по этому поводу: как ты, мол, не привык еще? А я, брат, уже со вчерашнего дня!
Самым жутким было бессилие, с которым возмущенные потребители взирали на бесчинства этих базарных молодчиков. В самом деле, как таких урезонишь – если тебе суют закорючку без рецепта, то в ответ ничего не возразишь по существу! Ну, скажешь ты ему «спасибо, не надо» – а он, наглец, тебе вдогонку: «Ничего, и без тебя дураков хватит!» Эйнштейн просто места себе не находил. Дураков, действительно, хватало и без него: подрастающее поколение, как обычно, с восторгом впитывало в себя любые свежие веяния. «Что же делать?!- сокрушался он.- Неужели придется заниматься философскими беседами с этими сынками? Боже, стыд-то какой…»
А творилось ужас что: один сынок – Гейзенберг – распоясался до того, что ввел в физику, эту исконно точную науку, принцип неопределенности! А второй, которого звали Шредингером, отчебучил следующее: выдал на-гора свое уравнение, после чего прикинулся шлангом – разбирайтесь, мол, сами. «Нет, Вы погодите,- приставали к нему,- скажите хотя бы, как Вы получили эту прелесть?» – «Далось вам, как я ее получил,- отшучивался Шредингер.- Умеючи! Главное, что эта прелесть вполне сгодится для описательных нужд статистической механики, ведь правда? Ну и радуйтесь молча!»
Кто бы молча радовался – только не Эйнштейн. «Что нам подсовывают?- гневно бормотал он.- Дурилку статистическую! Чертовщину полнейшую! Вот-вот, именно чертовщину, ведь Бог в кости не играет! Эх, ребятки, погубили вы свои души… Мозгопудры вы, если честно…» Как назло, такая честность шла вразрез с правилами научной этики, поэтому пришлось действовать тонко.
- Поверьте, мне неприятно это говорить,- тактично начал Эйнштейн.- Неужели вы всерьез полагаете, что статистические свойства микрообъектов физически реальны?
- Да ведь эти свойства на опыте наблюдаются,- прикинулись дурачками ребятки, погубившие свои души,- стало быть, мы полагаем всерьез.
- Да вы что – моих трудов не читали? Мало ли что на опыте наблюдается! Все же относительно, сколько раз вам объяснять!
- Это действительно, все относительно; но, с нашей точки зрения, критерий физической реальности таков: если мы что-то как-то наблюдаем, то в этом «чем-то» есть нечто от реальности. А с Вашей?
- Хм, с моей? По-моему, так: если мы что-то в чем-то понимаем, то за этим «чем-то» есть нечто от реальности. А то у вас чепуховина получается: если я, например, держу фигу в кармане, то, по-вашему, она не реальна.
- А у Вас получается еще похуже, чем чепуховина: если Вы вытащите свою фигу из кармана, но непонятно зачем, так она будет не реальна по-Вашему!
Вот так с ними всегда: ты им слово, а они тебе в ответ – десять. Единственное, до чего удалось договориться, так это о замене несуразного названия «волновая механика» на более благозвучное – механика квантовая. Термин хорошо прижился, да много ли в этом радости? Последней соломинкой, за которую ухватился Эйнштейн в море отчаяния, была идейка о возможной неполноте квантовой механики. По этому вопросу он и затеял с Бором «дискуссию века». За ходом этого мозгового побоища научная общественность следила с замиранием сердца. Позднее наблюдатели с удовлетворением отметили, что острые критические замечания Эйнштейна и блестящие контрдоводы Бора способствовали небывалому углублению понимания физической природы вещей. И верно, об итоговой степени этого углубления можно достоверно судить по последним аргументам, пущенным в ход – уже в частной переписке. Эйнштейн горько упрекал всех этих «копенгагенцев» в том, что их воззрения противоречат – чему бы Вы думали?- здравому смыслу! Ему резонно парировали в том духе, что, дескать, шутите, папаша – Вам в теории относительности это можно, а почему же тогда нам нельзя. Мы, мол, всегда считали себя Вашими любимыми учениками!
На этом обе стороны иссякли, но необычайный душевный подъем, восторги и ликования физиков бурлили еще довольно долго (читайте небезызвестные сборники «Физики шутят» и «Физики продолжают шутить», а также недавний бестселлер того же издательства – «Физики все еще шутят»). И мало кто осознал, что уже сбылось пророчество юродивой Термодинамики.
Когда я слышу, что Галилей заложил основы научного физического метода, я понимаю: мелко же плавал этот Галилей! Куда ему до титанов, которые заложили и перезаложили всю физику с потрохами. Так оно всегда и выходит, когда любителей вытесняют профессионалы.
Но я открою вам большой секрет. Правду говорит диалектика: «Все, что ни делается – все к лучшему».
Вот увидите!
2.1. Воззрения официальной физики на тяготение.
Идея о всемирном тяготении – это великая идея. За триста лет она очень неплохо прижилась в физике. Ух, как учёные любят такие идеи, с претензиями на вселенский охват явлений! Чем идея глобальнее, тем больше её психологическая привлекательность. Ведь глобальность идеи подсознательно ассоциируется с глобальностью мышления её сторонников. Усомниться в идее о всемирном тяготении означает – ни много, ни мало – усомниться в качестве традиционного физического мышления! Вот почему эта идея обладает мощным механизмом самосохранения, который обеспечивает иммунитет даже против вопиющих фактов, которые в эту идею не укладываются. Это – присказка, а сказка будет впереди.
Перед тем, как закон всемирного тяготения был открыт, у него была ещё предыстория. Понимаете, какое дело: наука строится только на фактах. И, поскольку никакой технической документации по сотворению физического мира не отыскалось, современная наука полагает, что этот дивный мир возник и устаканился сам собой. «До того, как что-нибудь было, – говорит она, – ничего не было. Ни тебе пространства, ни времени, ни тебе полей, ни частиц. Была только мерзость запустения и одна-одинёшенька сингулярность на этой мерзости – как бы вечная и как бы бесконечная. Была она себе, была, никого не трогала…» И вдруг случился с ней казус, который по-научному называется «первотолчок». С непривычки бабахнула сингулярность так, что из неё потекло и посыпалось всё сразу: и время, и пространство, и поля, и частицы. По мере того, как молодая и горячая Вселенная остывала на лету, расширяясь в запространственные дали, потихоньку-полегоньку утряслись сами собою физические законы, в том числе и закон всемирного тяготения. Вот теперь оставалось только открыть его…
Тик-так, тик-так!.. Долго ли, коротко ли, но свершилось-таки! Причём, исторически сложилось так, что Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения в том же самом труде – «Математических началах натуральной философии», в котором несколько выше он сформулировал свои знаменитые три закона механики. Третий закон Ньютона гласит: «Действие равно противодействию», т.е. если тело А действует на тело В с некоторой силой, то и тело В действует на тело А с силой, такой же по величине и противоположной по направлению. Если считать, что третий закон Ньютона работает и для случая тяготения, то просто неизбежен вывод о том, что любые два кусочка вещества притягивают друг друга. Этот вывод не противоречил известным во времена Ньютона явлениям: движению планет вокруг Солнца, движению комет, движению (в первом приближении) Луны вокруг Земли, и, наконец, падению малых тел на Землю. Проанализировав эти явления, Ньютон нашёл математическое выражение, описывающее закон всемирного тяготения: сила взаимного притяжения любых двух малых кусочков вещества прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. «Малыми» считаются такие кусочки, размеры которых много меньше расстояния между ними. Например, в масштабах Солнечной системы, Солнце и планеты можно считать такими «малыми кусочками». Если же рассматривается падение камешка на Землю, то, строго говоря, следует мысленно разбить Землю на малые кусочки и суммировать притяжение камешка к каждому из них.
Но не всё было так стройно и последовательно, как кажется на первый взгляд. Хорошо применять третий закон Ньютона, скажем, для случая столкновения двух тел: очевидно, что они ударяют друг по другу, приходя в физический контакт. Но тяготение-то действует на расстоянии! И возникает мучительный вопрос: каким же это образом тело А действует на далёкое тело В, которое, в свою очередь, из того же далёка отвечает взаимностью?
Те, кто ломали головы над этой проблемой, обычно приходили к мысли о том, что разнесённые в пространстве тела А и В притягивают друг друга не потому, что действуют друг на друга непосредственно, а потому, что работает некоторый посреднический механизм. Вот на что обратим внимание: каков бы ни был этот посредник, допущение о его существовании означает допущение нарушения третьего закона Ньютона. Смотрите: пусть тело А сдвинется в пространстве, так что изменится расстояние между ним и телом В. Соответствующие изменения сил, действующих на оба тела, происходили бы мгновенно при их непосредственном взаимодействии, но при наличии посредника это изменение должно происходить с некоторым запаздыванием. В течение того промежутка времени, пока не установились новые «правильные» значения сил, могут произойти разного рода пертурбации – вплоть до того, например, что тело В может быть уничтожено. Интересная возникнет ситуация: тела В уже нет, а прежняя сила на тело А всё ещё действует.
Впрочем, эта интересная ситуация не возникнет, если запаздывания ничтожны, т.е. скорость действия тяготения очень велика. Кстати, мало кто знает: в уравнениях небесной механики скорость действия тяготения тупо принимается бесконечной – и как раз такие уравнения прекрасно работают на астрономических масштабах, например, чудненько описывают движение планет вокруг Солнца!
Но это всё-таки косвенное свидетельство. А известны ли какие-нибудь экспериментальные данные о скорости действия тяготения? Конечно, известны: этим вопросом занимался ещё Лаплас в XVII веке. Он сделал вывод о скорости действия тяготения, проанализировав известные на то время данные о движении Луны и планет. Идея заключалась вот в чём. Орбиты Луны и планет не являются круговыми: расстояния между Луной и Землёй, а также между планетами и Солнцем, непрерывно изменяются. Если соответствующие изменения сил тяготения происходили бы с запаздываниями, то орбиты эволюционировали бы. Но многовековые астрономические наблюдения свидетельствовали о том, что если даже такие эволюции орбит происходят, то их результаты ничтожны. Отсюда Лаплас получил нижнее ограничение на скорость действия тяготения: это нижнее ограничение оказалось больше скорости света в вакууме на 7 (семь) порядков. Ничего себе, правда?
И это был лишь первый шажок. Современные технические средства дают ещё более впечатляющий результат! Так, Ван Фландерн говорит об эксперименте, в котором на некотором интервале времени принимались последовательности импульсов от пульсаров, расположенных в различных местах небесной сферы, и все эти данные обрабатывались совместно. По сдвигам частот повторения импульсов определяли текущий вектор скорости Земли. Беря производную этого вектора по времени, получали текущий вектор ускорения Земли. Оказалось, что компонента этого вектора, обусловленная притяжением к Солнцу, направлена не к центру мгновенного видимого положения Солнца, а к центру его мгновенного истинного положения. Свет испытывает боковой снос (аберрацию по Брэдли), а тяготение – нет! По результатам этого эксперимента, нижнее ограничение на скорость действия тяготения превышает скорость света в вакууме уже на 11 порядков.
Это называется «с каждым днём – всё радостнее жить!» Вышеназванные результаты, во-первых, Лапласа, и, во-вторых, специалистов по пульсарам никто не оспорил; да и как это оспоришь? Но тогда следует отбросить, как неподходящих, тех гипотетических посредников в гравитационном взаимодействии, скорость действия которых ограничена величиной скорости света в вакууме. Речь идёт, в первую очередь, об «искривлениях пространства-времени». Считается, что локальные возмущения этих искривлений – так называемые гравитационные волны – передвигаются как раз со скоростью света. Именно в расчёте на эту скорость гравитационных волн разрабатывались их детекторы, начиная с цилиндрических болванок Вебера. Всё тщетно! А ведь наверняка идеологи этой ловли гравитационных волн читали труды Лапласа. И тогда ситуация напоминает анекдот про пьяненького гражданина, который искал рубль не на том тёмном месте, где его обронил, а под фонарным столбом, потому что «тут светлее».
Теория – она, конечно, нам путь освещает. Но ведь и факты, как говорится, упрямая вещь. Скорость, которая на 11 порядков больше скорости света в вакууме – это нечто трудно вообразимое. Свет, двигаясь со скоростью триста тысяч километров в секунду, пробегает расстояние от Солнца до Земли за восемь с небольшим минут. Восемь минут – это представимо. За восемь минут можно много чего сделать. Но при скорости, на 11 порядков большей, речь шла бы не о восьми минутах, а о пяти наносекундах. Что можно сделать за пять наносекунд? Как может быть устроен посредник, по которому возмущение бежит с такой скоростью, что задержка во времени практически неощутима даже при астрономических расстояниях?
Для сравнения: было время, когда в физике считалось, что свет – это упругие волны в особой светоносной среде, которую называли световым эфиром. Лучшие физики того времени пытались построить механическую модель этой светоносной среды. Все их усилия пошли прахом: слишком противоречивы оказались свойства этой среды. В длинном списке противоречий был, между прочим, и такой пункт: никакие механические конструкции не способны обеспечить такой сумасшедшей скорости упругих волн – 300000 километров в секунду. С некоторых пор считается, что такую скорость переноса возмущений могут обеспечить лишь полевые структуры. Правда, вам не объяснят, как эти структуры устроены, и каким образом они эту скорость обеспечивают. Но будьте уверены, что обеспечивают: куда этим полевым структурам деваться, если значение скорости света – это опытный факт. И вот, спрашивается: если вам не могут толком разъяснить, как работает посредник, дающий скорость переноса в 300000 км/с, то что же вам скажут о посреднике, дающем скорость переноса на 11 порядков большую?
2.2. Опыт Кавендиша и причуды гравиметрии.
Между тем, проблема решается легко и кардинально, если допустить, что в посреднике, обеспечивающем тяготение, никаких явлений переноса нет. И не только потому, что этот посредник производит на каждый кусочек вещества силовое воздействие, которое зависит лишь от локальных параметров посредника – в том месте, где этот кусочек вещества находится. А ещё и потому, что этот посредник, как ни странно это звучит, порождается вовсе не массивными телами: он существует независимо от массивных тел. Кусочки вещества не порождают тяготение, они лишь испытывают предписанные «здесь и сейчас» силовые воздействия: приобретают ускорение свободного падения, если есть куда падать, или деформируются, если падать некуда. Тогда тяготение действует вообще без задержки во времени, что находится в согласии с вышеназванным нижним ограничением на скорость его действия.
Тезис о том, что тяготение порождается отнюдь не массивными телами, несовместим с идеей о том, что любые два кусочка вещества притягиваются друг к другу потому, что каждый их них порождает собственное тяготение. Но что поделаешь – мы расскажем об огромном количестве опытных данных, которые вопиют о том, что вещество не имеет никакого отношения к производству тяготения. Вещество не притягивает, оно лишь подчиняется тяготению.
К чему же оно тяготеет? Такой вопрос – «К чему?» – несколько некорректен. Правильнее спросить: «В каком направлении?» Отвечаем: «Вниз по местной вертикали». Эти-то местные вертикали посредник и создаёт! Предписывая собственной энергии (массе) каждой элементарной частицы вещества быть не постоянной, а зависеть от местоположения этой частицы в пространстве. Там, где задан «склон» для собственных энергий, малое тело испытывает силовое воздействие, направленное «вниз» – т.е. туда, где собственные энергии меньше. Например, в пределах планетарной сферы тяготения эти силовые воздействия направлены к её центру. Они не зависят от количества вещества, уже свалившегося к центру и теперь образующего планету. Казалось бы, малое тело падает на планету потому, что его притягивает вещество планеты. Отнюдь: при тех же параметрах сферы тяготения, малое тело падало бы к её центру точно так же, как если бы планеты там вообще не было. Ускорение свободного падения совершенно не зависит от массы «силового центра»: оно зависит только от крутизны «склона» для собственных энергий! Кстати, малые-то тела не имеют собственного тяготения. Всех его обладателей в Солнечной системе можно пересчитать по пальцам: это Солнце, планеты, Луна, и, возможно, Титан. Что же касается других спутников планет, а также комет и астероидов, то, несмотря на интенсивные поиски признаков их собственного тяготения, такие признаки не обнаруживаются. Наоборот, обнаруживается нечто противоположное.
Мы к этому ещё вернёмся, а пока остановимся на неотложном вопросе. Вон физики уже хохочут: «Как это – кусочки вещества не притягивают? Как это – малые тела не имеют собственного тяготения? Похоже, автор не знает про опыт Кавендиша, где обнаружилось притяжение грузиков не к планетарному силовому центру, а к лабораторным болваночкам!» Знаем мы про опыт Кавендиша. Сейчас вы, весельчаки, увидите, что там обнаружилось.
Кавендиш использовал крутильные весы. Это горизонтальное коромысло с двумя грузиками на концах, подвешенное за свой центр на тонкой струне и тщательно сбалансированное. Коромысло может поворачиваться в горизонтальной плоскости, закручивая упругий подвес в ту или иную сторону, поэтому существует равновесное положение коромысла. Как пишут в популярных изданиях, Кавендиш приблизил к грузикам коромысла пару болванок с противоположных сторон, и коромысло повернулось на небольшой угол, при котором момент сил притяжения грузиков к болванкам уравновесился упругой реакцией подвеса на кручение.
Это шутка, конечно. Если всё было так просто, то отчего бы лабораторную установку, сделанную по схеме Кавендиша, не иметь в каждой общеобразовательной школе? Пусть уже ребятишки знали бы на опыте, что камешки для рогатки притягиваются не только к Земле, но и друг к другу. Что мешает ребятишкам прикоснуться к фундаментальному эксперименту? Может, Кавендиш использовал какие-то высокотехнологические секреты? Да нет, его установка (XVII век) не мудренее, чем современные коромысловые аналитические весы, которые есть, наверное, в каждой химической лаборатории. Может, требуются технические нюансы установки Кавендиша? Тоже нет проблем: сгоняйте в Англию и посетите музей, где эта установка хранится. Вот коромыслице, вот подвешены на медных стержнях свинцовые чушки: покрутишь вон тот блок, чушки переместятся, приблизятся к грузикам – и притягивать начнут. И всё оно сделано скромненько, в деревянном корпусе. Смотрите, перенимайте! Всё лучшее – детям! А может иметь в каждой школе деревянный ящик с немагнитными болванками на стержнях и струнках – это слишком разорительно? Ну, хорошо, пусть бы такие ящики были хотя бы на физических факультетах вузов! Пусть студенты делали бы лабораторные работы, после которых на всю жизнь знали бы точно, что две болваночки друг друга притягивают, притягивают, притягивают!
Но нет таких полезных ящиков даже в вузах. Похоже, обнаруживать притяжение двух болваночек – это не студенческого ума дело. Студенты результат Кавендиша проверяли бы, а его подтверждать надо. Такое ответственное дело требует особых навыков, и за него непозволительно браться абы кому. А в особенности – доморощенным умельцам! Если у этих талантов-самородков зудит в одном месте, пусть на здоровье пытаются повторить опыт Майкельсона-Морли. Там, действительно, свет клином сошёлся. А досточтимого сэра Кавендиша пусть не трогают!
Да почему же? А потому что тронь – и сразу выяснится, что дело-то было вовсе не в гравитационном притяжении грузиков к болванкам. Есть веские основания полагать, что «секрет успеха» Кавендиша был обусловлен микровибрациями, действие которых на механические системы потрясающее – и в прямом, и в переносном смыслах. Откуда досточтимый сэр мог знать, что его крутильные весы под воздействием микровибраций ведут себя существенно иначе, чем при отсутствии оных? Чтобы понять, в чём заключается эта разница, следует иметь в виду, что высокочувствительную колебательную систему трудно успокоить: она совершает свободные колебания, у которых период длинный, да и затухают они очень медленно. Замучаешься ждать, пока они совсем затухнут. А малейший микросейсм – чихнёт экспериментатор или пукнет – и опять всё сначала. Но Кавендиш и не ждал, когда колебания затухнут. Идея заключалась в том, что среднее положение при колебаниях должно было сместиться к болванкам после того, как их передвинут из дальней позиции в ближнюю. Но пусть пока эти болванки находятся в дальней позиции. Смотрите внимательно, что произойдёт, если при прохождении коромыслом среднего положения «включить» микровибрации; например, у кронштейна, к которому прикреплён подвес коромысла. Под действием микровибраций эффективная жёсткость подвеса уменьшается: струна как бы размягчается. И произойдёт вот что: коромысло отклонится от среднего положения на существенно большую величину, чем оно отклонялось при свободных колебаниях без микровибраций. И если это увеличенное отклонение не превысит некоторую критическую величину, то будет возможен ещё один впечатляющий эффект. А именно, если микровибрации отключатся или затухнут до того, как коромысло дойдёт до максимального отклонения, то возобновятся свободные колебания с прежней амплитудой, но с соответственно смещённым средним положением! Причём, этот эффект будет обратим: новым «включением» микровибраций в подходящий момент можно будет вернуть колебания к их исходному среднему положению! Таким образом, имевшее место поведение крутильных весов вполне могло быть обусловлено всего лишь подходящим добавлением микровибраций к крутильным колебаниям коромысла. Причём, судя по использованной Кавендишем методике, микровибрации он добавлял весьма подходяще.
Надо, всё-таки, сказать, откуда же они брались. Это совсем просто. Кронштейн, к которому была подвешена чувствительная крутильная система, был приделан к боковой стене того же самого деревянного корпуса, к крыше которого крепилась поворотная подвеска двух болванок, по 158 килограммов каждая. Как ни смазывай поворотную подвеску свиным или гусиным жиром, в процессе изменения позиции болванок весь корпус будет скрипеть и подрагивать. И, соответственно, подёргивать кронштейн с крутильной системой. Запомним: каждое перемещение болванок – это возбуждение микровибраций.
А теперь – самое интересное: когда эти болванки перемещать. Пусть вначале они находятся в дальней позиции. Если ожидается, что в результате их перемещения в ближнюю позицию коромысло довернётся к новому среднему положению, то спрашивается: когда следует делать смену позиций, чтобы доворот коромысла проявился в наиболее чистом виде? Правильно, когда коромысло проходит нынешнее среднее положение и движется в сторону ожидаемого доворота. Так и делалось. И понеслось оно, вибрирующее коромысло, в нужную сторону! Можно возразить: далеко оно не уйдёт, ведь микровибрации довольно быстро затухнут. Это действительно так. Но Кавендиш не ограничивался единственной сменой позиции болванок! Вот цитата из его статьи: «…в этом опыте притяжение грузов отклоняло коромысло с деления 11.5 до деления 25.8 [это средние положения], так что если бы не было предпринято никаких мер, то импульс, приобретённый при этом, перенёс бы коромысло к делению 40 и поэтому заставил бы шарики удариться о кожух. Чтобы предотвратить этот удар, после того, как коромысло приближалось к делению 15, я возвращал грузы в среднюю [дальнюю] позицию и оставлял их там до того момента, когда коромысло подходило близко к крайней точке своего колебания, и тогда снова сдвигал грузы в положительную [ближнюю] позицию». Здесь для нас важно не объяснение Кавендиша, почему он так делал (странное оно, это объяснение). Для нас важно то, что он делал. Смотрите, как здорово получалось: вскоре после начала движения коромысла к новому среднему положению, второй раз возбуждались микровибрации – возвратом болванок в дальнюю позицию. Эти два «включения» микровибраций и давали результирующее новое среднее положение коромысла. При третьем перемещении болванок – вновь в ближнюю позицию – микровибрации пропадали впустую, поскольку это перемещение делалось при крайнем отклонении коромысла, т.е. при нулевой скорости его движения. В итоге этой нехитрой трёхходовой комбинации оказывалось, что болванки находятся в ближней позиции, а коромысло колеблется, довернувшись к ним – как будто и впрямь из-за гравитационного притяжения. Да только сторонники концепции притяжения лабораторных болваночек не объяснят вам, какая же нечистая сила несла коромысло аж три четверти пути к новому среднему положению – в то время, когда болванки находились в дальней позиции и по логике эксперимента «не притягивали». А ведь смещение к новому среднему положению превышало амплитуду свободных колебаний в семь раз!
Остаётся добавить, что по совершенно аналогичной трёхходовой методе производился и возврат коромысла в прежнее среднее положение. Ловкость рук и никакого мошенничества!
«Но ведь Кавендиш получил результат измерений, и этот результат правдоподобен!» – скажут нам. Да, это верно. Но верно и то, что перед тем, как получить этот результат, Кавендиш долго переделывал и настраивал доставшуюся ему установку. Не потому ли, что поначалу на ней неправдоподобные результаты получались? А то, что Кавендиш знал заранее, какой результат правдоподобен – это никаких сомнений не вызывает. Об этом позаботился Ньютон, который дал умозрительную оценку средней плотности Земли: «так как обыкновенные верхние части Земли примерно вдвое плотнее воды, немного ниже, в рудниках, оказываются примерно втрое, вчетверо и даже в пять раз более тяжелыми, правдоподобно, что всё количество вещества Земли в пять или шесть раз более того, как если бы оно всё состояло из воды». Вот он – первоисточник той самой «правдоподобности». В дальнейшем экспериментаторы получали самые разные результаты, но сообщали, конечно, только о тех, которые получались «правдоподобные». Мало-помалу это зашло так далеко, что стали поговаривать, будто Ньютон «с гениальной прозорливостью назвал, практически, современное значение средней плотности Земли». Простите, а это современное значение – оно откуда взялось? Разве это результат беспристрастного измерения? Отнюдь: это очередной «правдоподобный» результат. Если кто-то в этом сомневается, пусть заглянёт в статьи последователей Кавендиша, которые тоже выискивали признаки притяжения лабораторных болваночек. Многие из этих статей труднодоступны; но тех, до которых нам удалось добраться, особенно современных, объединяет одна характерная черта. По приведённым в них материалам невозможно проследить происхождение конечных цифр. Так что, когда нас уверяют, что исключительно важный для науки результат Кавендиша неоднократно проверялся и перепроверялся его последователями, у нас просто дух захватывает: славная компания подобралась!
Между прочим, то, что результат Кавендиша исключительно важен, сообразили лишь недавно. И теперь на каждом углу кричат, что Кавендиш был первым, кто измерил гравитационную постоянную – тот самый коэффициент пропорциональности, который входит в формулу закона всемирного тяготения. Но это, опять же, шутка. Кавендиш и слыхом не слыхивал о гравитационной постоянной, а свой опыт он называл определением средней плотности Земли (или её массы) через отношение сил притяжения грузика к Земле и к болванке с известной массой. Причём, в те времена без гравитационной постоянной успешно обходились даже специалисты по небесной механике: достаточно было знать отношения гравитационных сил у небесных тел.
Смотрите: по закону всемирного тяготения ускорение свободного падения малого пробного тела пропорционально произведению гравитационной постоянной на массу притягивающего тела. Для расчёта космических движений важно знать лишь эти произведения, и всё. Если, допустим, значение гравитационной постоянной было бы принято в два раза большим, а массы притягивающих тел были бы приняты в два раза меньшими, это ничуть не отразилось бы на движениях космических тел. Вот и получалось: произведение гравитационной постоянной на массу Земли знали хорошо, а чему равны эти сомножители по отдельности – было, в общем-то, не принципиально. Но ситуация резко изменилась, когда гравитационную постоянную причислили к фундаментальным физическим константам. Потому что наворотили кучу космологических и астрофизических теорий, где гравитационная постоянная играла ключевую роль. Вот тут-то значение гравитационной постоянной оказалось очень даже востребованным. На его основе можно было делать выбор между конкурирующими теориями, которые расходились по разным животрепещущим вопросам. Например: сколько длился первый этап Большого Взрыва – три микросекунды или четыре? Или: Вселенная в её нынешнем состоянии – она уже «остывшая» или ещё «горячая»? Или: какова должна быть масса новорожденной звезды, чтобы она превратилась в чёрную дыру не раньше чем через десять миллиардов лет? Уже сама по себе возможность первичной разбраковки космологических и астрофизических теорий придавала этим теориям хоть какое-то наукоподобие! Для начала и это было неплохо. Но далее разбраковка набрала такие обороты, что в итоге привела к полному ужасу: оказалось, что будь гравитационная постоянная хоть капельку больше или меньше – и Вселенная просто не смогла бы существовать! Подумать только, как же мы должны быть благодарны судьбе за то, что у нас такие башковитые теоретики! А кто подарил теоретикам такую замечательную возможность – показать свою башковитость? Кто сделал первый опыт, из которого оказалось возможно выудить такое нужное значение гравитационной постоянной? А вон кто: скромняга Генри!
Да, давно мы подозревали, что с опытом Кавендиша что-то не так. Ибо трудно поверить в то, что в лабораторных условиях удаётся обнаружить собственное тяготение у чушек в полтораста килограммов, а в полевых условиях, при проведении гравиметрических измерений, не удаётся обнаружить собственного тяготения у триллионов тонн поверхностного вещества Земли. Даже сто раз обнаруженное притяжение лабораторных болваночек померкло бы перед теми неизменно оглушительными результатами, которые даёт гравиметрия.
Вот как она это делает. Вблизи поверхности Земли сила тяготения, действующая на маленькое пробное тело, равна, как полагают, сумме сил его притяжения ко всем маленьким кусочкам, на которые мысленно разбивают Землю. Если бы Земля была однородным шаром, то результат суммирования зависел бы лишь от расстояния до центра этого шара. Но в том-то и дело, что Земля не является однородным шаром – а это и предоставляет нам возможность убедиться в том, что её поверхностное вещество не обладает притягивающим действием. И прежде всего обратим внимание на самую большую, прямо-таки глобальную, неоднородность: Земля является не шаром, а эллипсоидом, будучи сплюснута с полюсов, так что она имеет так называемую «экваториальную выпуклость». Экваториальный радиус Земли примерно на 21 км больше полярного, и, из-за одной только этой причины, сила тяжести на экваторе должна быть несколько меньше, чем на полюсе. Если прикинуть увеличение экваториального радиуса при условии, что результирующее уменьшение силы тяжести обеспечивается только центробежными силами (из-за собственного вращения Земли), то получается почти 11 км. Причём, если шар превращается в сплюснутый эллипсоид при сохранении своего объёма, то увеличение экваториального радиуса на 11 км вызовет уменьшение полярного радиуса на те же 11 км. Результирующая разность составит 22 км – т.е., величину, близкую к фактической. Это радует; но обратим внимание, что мы не принимали в расчёт притяжение экваториальной выпуклости, которое оказывает дополнительное противодействие центробежным силам. Чем больше средняя плотность вещества в экваториальной выпуклости, тем сильнее должно быть это противодействие, и тем меньше должно быть результирующе равновесное увеличение экваториального радиуса. Расчёты показывают, что, при средней плотности в четыре тонны на кубометр, увеличение экваториального радиуса составило бы не 11 км, а всего-то 7 км. Если, конечно, экваториальная выпуклость притягивала бы. Но если это увеличение составляет лишь немногим меньше 11 км, то… не нужно иметь семь пядей во лбу, чтобы сообразить: экваториальная выпуклость не притягивает! Против фактов не попрёшь! Впрочем, находятся оригиналы, которые, несмотря ни на что, прут против. Этих весёлых ребят называют баллистиками. Они учитывают влияние экваториальной выпуклости на движение искусственных спутников Земли!
Дальше – больше. Кроме глобальной неоднородности Земли, связанной с экваториальной выпуклостью, есть ведь у неё и более мелкие неоднородности – в распределении плотности вещества в поверхностном слое. Там есть залежи плотных, или, наоборот, рыхлых пород. Есть огромные горные массивы, где плотность пород составляет около трёх тонн на кубометр. Есть океаны, где плотность воды составляет одну тонну на кубометр на всей толще, даже на глубине в 11 километров. А есть лежащие ниже уровня моря долины, в объёме которых плотность вещества равна плотности воздуха. По идее о всемирном тяготении, все эти неоднородности поверхностной плотности должны сказываться на показаниях гравиметрических инструментов. Простейшим из них является отвес: он должен уклоняться в ту сторону, с которой сильнее притяжение поверхностных масс. Так, рядом с мощным горным массивом, отвес должен уклоняться к этому массиву, а на берегу океана он должен уклоняться от океана. Эти уклонения должны быть вполне заметны, например, при сравнении географической широты пункта, полученной двумя способами: астрономическим (с привязкой к отвесной линии) и геодезическим (без такой привязки). Обратите внимание: лишь по теории отвес должен уклоняться, а эти уклонения должны быть заметны… Но на практике оказывается, что никто никому не должен: вышеназванные уклонения отвеса ни вблизи горных массивов, ни вблизи океанов, ни там и сям сразу не обнаруживаются. Самый большой шок по этому поводу испытали англичане, которые в середине XIX века проводили изыскания уклонений отвеса южнее Гималаев, а получили шиш. Вообще-то, шиши получались везде, но южно-гималайский случай примечателен тем, что уклонения там ожидались рекордные, ведь севернее находился самый мощный горный массив, а южнее был Индийский океан, так что и шиш получился рекордный.
На эти странности с отвесами можно было бы махнуть рукой. Но у запасливых гравиметристов есть ещё приборы похитрее: гравиметры, которыми измеряют силу тяжести. В результаты этих измерений, конечно, вносят расчётные поправки на поверхностные неоднородности. Рассуждают так: если бы этих неоднородностей не было, то на уровне моря гравитационная сила была бы везде одинакова… Но, раз уж неоднородности есть, то, вооружённые законом всемирного тяготения, будем рассчитывать их вклад и вычитать его из результатов измерений… Тогда при правильных расчётах-учётах будем получать ту самую, везде одинаковую гравитационную силу на уровне моря!.. Представляете, сколько было бы радости, если всё получалось бы именно так?! Увы, на практике всё совершенно иначе. Если продраться сквозь терминологические и методологические дебри, которые специально нагромоздили для запутывания непосвящённых, то фактическая картина оказывается вот какой. После внесения в результат измерения поправки на поверхностные неоднородности итоговый результат отличается от той самой величины, везде одинаковой на уровне моря, как раз на значение внесённой поправки. То есть, если поправки на поверхностные неоднородности не вносить, то чистые измерения как раз и дают ту самую гравитационную силу, везде одинаковую на уровне моря. Проще всего это объяснить так: поверхностные неоднородности, хотя и существуют, не оказывают никакого воздействия на гравиметрические инструменты!
«Но это нас не устраивает, – прикидывали теоретики, – ведь любые два кусочка вещества… притягиваются друг к другу… с силой…» – ну, и так далее. Задача поначалу казалась неподъёмной: как такое может быть, что неоднородности на приборы действуют, а приборы их не замечают? Долго ли, коротко ли, но эту задачу решили, предложив остроумную гипотезу об изостазии. На общепонятном языке термин «изостазия» означает, что под поверхностными неоднородностями распределения масс находятся неоднородности противоположного знака, которые в точности компенсируют действие первых. Причём – повсеместно. Так, под горным массивом просто обязаны находиться залежи рыхлых пород. Ошибки недопустимы. Тысяча тонн меньше – недобор! Тысяча тонн больше – перебор!.. Ну, а под океанами обязаны залегать породы очень плотные. Океаны – они, похоже, только над плотными породами разливаться и способны. И, опять же, разливаются они не абы как: чем больше глубина океана, тем мощнее компенсирующие массы. Представляете, какая концентрация масс обязана быть под Марианской впадиной, чтобы обеспечивать изостазию в её районе? Жуть!
Вы, наверное, сейчас качаете головой и думаете, что мы напраслину несём, что изостазия – это какая-то шутка. Ничуть: учёные мужи говорят об изостазии с очень серьёзным выраженьем на лице. Не сорваться на хохот им помогает учение о том, что изостазия формируется за огромные промежутки времени, сравнимые с геологическими эпохами. Считается, что на таких промежутках времени даже твёрдые породы обладают некоторой текучестью. Вот, якобы за миллиарды лет и выдавливают они друг друга: плотные рыхлых, а рыхлые плотных, формируя изостазию. И ведь не придерёшься: кто же располагает геоморфологическими и гравиметрическими данными за миллиарды лет? Впрочем, бывают же случаи, когда весьма сильные перераспределения поверхностных масс происходят за сроки, ничтожные по геологическим меркам. Например, это случается при катастрофических землетрясениях, когда за несколько минут ландшафт изменяется до неузнаваемости. Или при извержении подводного вулкана, когда за несколько суток наращивается подводная гора или даже новый остров. Или при разработке месторождений полезных ископаемых, когда за несколько лет из карьера выгребают и увозят миллионы тонн породы. Уж тут-то изостазия установиться не успеет, и гравиметрические инструменты, кажется, должны реагировать на эти изменения? Но – ничуть не бывало! Правда, об этом помалкивают. Кому нужны нездоровые научные сенсации? Подавай сенсации здоровые – вроде той, что астрономы пронаблюдали, как «чёрная дыра пожирает звезду», а в качестве доказательства представили видеоклип, состряпанный средствами компьютерной анимации. Или вроде того, как сейчас лихо составляются гравиметрические карты планет и даже астероидов. Очень это полезное дело – сплавить гравиметрические изыскания подальше от Земли. А то на Земле с ними так нахлебались, что и вспоминать стыдно. Была ведь мощная кампания по применению гравиметрических приборов вариометров для разведки полезных ископаемых. В некоторых случаях вариометры, действительно, указывали направление, в котором находились искомые залежи. Но эти случаи, в полном согласии с теорией вероятностей, происходили из-за того, что если прибор указывает направление совершенно случайно, то рано или поздно он укажет его правильно. Поэтому разработчики месторождений, конечно, принимали к сведению гравиметрические разведданные, а проходку-то вели по данным сейсмических и электромагнитных методов. Но, несмотря ни на что, идея оказалась невероятно живуча: до сих пор разные организации предлагают простакам услуги по гравиметрической разведке. Простаков хватает: мало кто знает, зачем понадобилась гипотеза об изостазии.
Напомним: она понадобилась, чтобы избежать оглушительного вывода о том, что неоднородности в распределении масс не оказывают воздействия на гравиметрические приборы. Если вышеизложенные факты из практики так и не убедили кого-то в том, что гипотеза об изостазии – это нелепость, то приведём ещё простенькое теоретическое соображение. Если в некотором регионе действительно имела бы место изостазия, обнуляющая влияние неоднородностей масс при измерениях силы тяжести, то тогда в этом регионе не имела бы место изостазия, обнуляющая влияние неоднородностей масс при наблюдениях уклонений отвеса. И наоборот. Дело в том, что никакое распределение заглублённых масс не могло бы скомпенсировать сразу и вертикальные, и горизонтальные силовые возмущения от поверхностных неоднородностей. Но ведь «изостатический эффект» повсеместно наблюдается и с помощью гравиметров, и с помощью отвесов! Значит, дело здесь вовсе не в компенсирующих распределениях масс. Следует либо придумать вместо гипотезы об изостазии другую спасительную гипотезу поприличнее либо признать-таки, что неоднородности в распределении масс не влияют на показания гравиметрических приборов.
Но что означало бы такое признание? Да то и означало бы, что тяготение порождается не веществом, не массами. Что вещество Земли, которое мы попираем своими стопами, собственного тяготения не имеет. Что нам только кажется, будто это самое вещество притягивает, пока оно входит в состав планеты Земля. Которая потому и является планетой, что удерживается в центре планетарной сферы тяготения. Которая и обеспечивает «притяженье Земли».
2.3. Солнечная система и приливные явления.
Едва ли Земля находится на особом положении, когда не имеет собственного тяготения лишь вещество, входящее в её состав, а вещество в остальном космосе собственное тяготение очень даже имеет. Тяготение, как известно, свойство универсальное, и если на Земле оно порождается не веществом, то и в остальном космосе – тоже. А вещество – оно везде вещество. Поэтому вполне допустимы космические тела, не имеющие собственного тяготения. В смысле, не имеющие его вообще совсем. С чего тебе его иметь, если ты не звезда и не планета? Если ты всего-то – спутник планеты, да не Луна и не Титан? Говорите, оно по закону всемирного тяготения всем положено? Ага, щас мы вам всем вынем да положим! Вы – Фобос, Ганимед, Янус, Оберон и прочие – держите карманы шире! А вы – Тефия, Диона, Миранда, Нереида и прочие – держите шире лифчики! Ишь!..
Так оно было или примерно так, но у шести десятков спутников планет Солнечной системы никаких признаков собственного тяготения не наблюдается! Ни атмосфер у них нет, ни собственных спутничков – по теории вероятностей это ай-яй-яй просто. Но учёные, несмотря ни на что, пребывают в несокрушимой уверенности в том, что собственное тяготение у спутников есть. Иногда на этой почве до смешного доходило. Вот у Юпитера есть четыре крупных спутника. «Ясно же, как пень, – прикидывали учёные, – что эти четыре спутника друг друга притягивают. Значит, каждые три из них влияют на движение четвёртого. Рассмотрим-ка движение этой четвёрочки и выцарапаем их массы, по принципу: у кого масса больше, тот влияет сильнее, а влияется слабее!» Казалось бы – просто. Но эта простенькая задачка доводила исследователей до умопомрачения. Конфуций предупреждал: «Трудно искать чёрную кошку в тёмной комнате, особенно если её там нет». Исследователи про это знали, но думали, что Конфуций предупреждал дурачков каких-нибудь, а мы-то, мол, не дурачки. И вот что у них, не-дурачков, получалось. Брали в обработку движение той четвёрки на некотором интервале времени, делали все мыслимые и немыслимые натяжки, и получали на соплях «наиболее вероятные» значения масс. А потом – впадали в прострацию. Потому что на другом интервале времени натяжки приходилось делать совсем другие, и новые «наиболее вероятные» значения масс не совпадали с ранее полученными. И на третьем интервале – с тем же успехом! И – так далее! Это у них даже называлось соответственно: динамические определения масс спутников. Надинамившись до посинения, решили так: чтобы труды тяжкие не совсем зазря пропали, надо выбрать тот интервал времени, на котором значения масс получились самые-самые вероятные из набора «наиболее вероятных». Вот их-то и выдали. И примечание сделали: «Не повторять! Опасно!»
Укрепивши, таким образом, свою веру в мощь предсказательной силы закона всемирного тяготения, дождались времечка, когда уровень техники позволил работать даже с такой космической мелюзгой, как астероиды. «Есть у астероидов собственное тяготение, или нет?» – такой глупый вопрос даже не возникал. Опять же, было ясно, как пень, что тяготение у них есть, и задача виделась только в том, чтобы это доказать. Теория гласит: два астероида, достаточно сблизившиеся и имеющие достаточно малую взаимную скорость, из-за притяжения друг к другу непременно должны начать обращение вокруг их общего центра масс. Вот и кинулись искать двойные астероиды и доказывать их обращение. Поначалу это делалось неуклюже, по косвенным признакам. Обнаружат астероид с периодическим блеском и заявят: это из-за того, что спутник его периодически затмевает. Да нет, говорят им, проще допустить, что астероид сам вращается и блестит то светлой, то тёмной гранями. Тогда отыщут астероид с двойной периодичностью кривой блеска: уж тут-то точно спутник затмевает! Да нет, говорят им, проще допустить, что фигура астероида асимметрична – например, имеет вырост – и что такой астероид испытывает два вращения сразу. Тогда предъявят данные радиоастрономии: смотрите, вот радио-изображение чудной парочки – допплеровские сдвиги говорят о её обращении! Да нет, говорят им, это вращается один астероид, с перемычкой: радио-изображения будут такие же. Короче, настоятельно потребовались более достоверные свидетельства обращения двойных астероидов – фотографические. И вот однажды…
Как это иногда бывает, повод для сенсации оказался запечатлён случайно. Дальний космический зонд ГАЛИЛЕО, пролетая мимо астероида Ида, щёлкнул его несколько раз, в анфас и в профиль, а снимки затем передал по радиоканалу на Землю. Взглянув на них, специалисты ахнули. Там отчётливо просматривался небольшой объект вполне естественного происхождения, который назвали Дактилем. Он медленно двигался рядом с Идой. За короткое время фотосеанса он сдвинулся настолько незначительно, что не было возможности определить даже радиус кривизны этого кусочка траектории. Но специалисты ни минуты не сомневались в том, что какая-то кривизна у этого кусочка была, что не мог же Дактиль просто проплывать мимо Иды. Специалистам, как обычно, всё было ясно, как пень. Впрочем, не совсем всё: масса Иды была неизвестна, а при различных значениях этой массы расчётные орбиты Дактиля получались очень-очень разные, так что их реконструировали целый набор, конечно, за исключением «пролётных мимо» вариантов. Извольте, дамы и господа – первое достоверное обнаружение спутника у астероида!
«А-а, так вот что вы называете спутником астероида, – обрадовались астрономы, которые вводили в строй новейшие телескопы с адаптивной оптикой. – Летит рядом, значит, это и есть спутник, да? Что же вы раньше-то молчали? Мы вам таких «рядом летящих» целый вагон накидаем!» И пошло-поехало. Если на протяжении нескольких ясных ноченек воспроизводился образ объекта на небольшом угловом расстоянии от астероида, то объект классифицировался как его спутник. Доказательств того, что этот «спутник» действительно обращался вокруг астероида, не приводилось. Откуда было взяться доказательствам, если выводы делались на основе минимального числа изображений? Лишь в единичных случаях сообщалось всего о трёх взаимных положениях «компаньонов», в большинстве же случаев обходились двумя. Поскольку при этом параметры орбиты определить невозможно, то для них приводились в лучшем случае «предварительные оценки». В частности, период обращения оценивался с учётом того, что плотности «компаньонов» должны иметь разумные значения – где-то между плотностями пуха лебяжьего и урана-238… И всё это делалось ударными темпами. Астрономы держали своё слово: к концу 2005 года насчитывалось уже семь десятков астероидов с объектами, причисленными к лику спутников на основе пары-тройки фоток, ретушированных компьютером.
Ну, а чтобы окончательно доказать наличие собственного тяготения у астероидов, провернули беспрецедентную космическую программу, которая официально называлась «вывод искусственного спутника на орбиту вокруг астероида». Американцы всё сделали по науке: отточенными командами с Земли подогнали космический зонд NEAR достаточно близко к астероиду Эрос, причём с нужным вектором скорости, который мало отличался от вектора скорости астероида на его околосолнечной орбите. И затаили дыхание, ожидая, что зонд захватится тяготением Эроса и станет его искусственным спутником… Но увы, с первого раза у зонда с Эросом ничего не получилось. Вышел, что называется, пролётный эффект – только медленно. «Так бывает, – понимающе протянули руководители полёта. – Эй, на штурвале! Давай разворачивай на второй заход!» Отточенными командами с Земли развернули зонд, сориентировали – к звёздам задом, к Эросу передом – и, включив ненадолго движок, попытались подъехать к астероиду с другого бока. Результат вышел тот же, что и на первый раз. Никак не становился зонд спутником Эроса! Вместо запланированного эротического сценария получалась явно какая-то порнография. С выключенным двигателем зонд рядом с Эросом долго не удерживался: уходил от него. Чтобы не отпустить зонд слишком далеко, в какой-то момент включали ненадолго двигатель и изменяли направление дрейфа зонда относительно астероида. Таким образом и гоняли зонд вокруг астероида по кусочно-ломаной траектории. Конечно, об этом не говорили громко, а любопытствующим объясняли, что двигатель включается для коррекции орбиты. Но странная потребность в большом числе незапланированных коррекций орбиты настолько бросалась в глаза, что по ходу дела пришлось придумывать оправдание происходящему. Официальных оправданий придумали два. Сначала выдвинули версию о том, что незапланированные коррекции орбиты требуются для того, чтобы аппарат со своими солнечными батареями поменьше находился в тени. Выдвинули – и ужаснулись: даже последний журналист мог бы заподозрить, что программу работы зонда разрабатывали идиоты. Ах, мол, извините: дело совсем в другом! «Видите ли: на зонде установлена куча научной аппаратуры, так вот одна её часть приспособлена для работы на малом удалении от астероида, а другая – на большом. И вот, представьте, прибегают учёные и просят подогнать зонд поближе к поверхности. Подгоняем! А через три дня прибегают другие учёные и просят отогнать его подальше. Отгоняем! А потом снова прибегают те. А потом – снова эти. Задёргали нас совсем!»
Можно подумать, что из-за противоречивых требований учёных на протяжении года зонду не дали сделать ни одного витка по нормальной кеплеровой траектории! А ведь после одного-двух таких витков можно было бы сразу вычислить массу Эроса – и это была бы сенсация, которую специалисты ждали. Но быстрого сообщения о массе Эроса не последовало. Раздуватели сенсаций наступили на горло собственной песне?! Застрелиться и не встать!
Финал миссии NEAR тоже вышел вполне в духе театра абсурда. Изначально планировалось оставить зонд на орбите вокруг Эроса, чтобы надолго сохранилось свидетельство о выдающемся научно-техническом достижении. Но стало ясно, что без подработки двигателем зонд вблизи Эроса не держится. Если после прекращения «коррекций орбиты, зонд ушёл бы от него, многие специалисты могли бы заподозрить, что их дурачили. Вот «руководители пролётов» и решили: когда запасы рабочего вещества для движка подойдут к концу, грохнуть напоследок зонд об поверхность астероида, называя это попыткой посадки. Кстати, к посадке зонд был совершенно не приспособлен, поэтому тех, кто с замиранием сердца следил за официальными сообщениями, свежее решение о смелой посадке на астероид привело в щенячий восторг. Посадка, благодаря отточенным командам с Земли, вышла именно та, что надо: остатки от зонда подавали признаки жизни ещё в течение месяца…
Первопроходцам, известное дело, труднее всего. Последователи уже учитывают их опыт, чтобы не наступать на те же самые грабли. Причина, которая породила все лишние проблемы с американским зондом, была совершенно очевидна: двигатель включался командами с Земли! О каждом включении знало слишком много народу – вот и пришлось отдуваться за незапланированные «коррекции орбиты». Хитрые японцы устранили эту проблему радикально: зонд ХАЯБУСА («Сокол»), который они отправили к астероиду Итокава (название такое), оснастили несколькими движками и автономной системой ближней навигации с лазерными дальномерами так что зонд мог сближаться с астероидом и двигаться около него автоматически, без участия наземных операторов. От операторов требовалось лишь задать режим полёта: держись, соколик, в пятистах метрах от поверхности, а дальше им можно было попивать чаёк. Таким образом, задача удержания зонда вблизи астероида решалась без шума и пыли, и основные усилия японцы сосредоточили на научной программе.
Первым номером этой программы оказался комедийный трюк с высадкой небольшого исследовательского робота на поверхность астероида. Зонд снизился на расчётную высоту и аккуратненько сбросил робота, который должен был медленно и плавно упасть на поверхность. Но… не упал. Медленно и плавно его понесло куда-то вдаль от астероида. Там и пропал без вести. Жалко, дорогая была штучка. Почему-то японцы думали, что рядом с астероидом лишь зонд следует удерживать движками, а вот микроробот – это другое дело, он сам на астероид с неба свалится. И если бы только микроробот! Следующим номером программы оказался, опять же, комедийный трюк с кратковременной посадкой зонда на поверхность для взятия пробы грунта. Комедийным он вышел оттого, что для обеспечения наилучшей работы лазерных дальномеров на поверхность астероида был сброшен отражающий шар-маркер. На этом шаре тоже движков не было… и, короче, на положенном месте шара не оказалось… Два прокола подряд и два наскоро состряпанных оправдания – это уже поганенькая статистика набирается. «Слушайте, – завопили журналисты, – вы чем там занимаетесь? В третий раз собираетесь нам лапшу на уши вешать? Так вот: извольте следующую попытку посадки освещать в прямом эфире!» Насколько же был крепок маразм происходящего, если японцы согласились на прямой эфир! Перед операцией долго совещались: сбрасывать ли второй, запасной, шар-маркер, или не сбрасывать, чтобы больше народ не смешить. Решили: не сбрасывать. Несладко пришлось лазерным дальномерам, ну да что поделаешь. А в прямом эфире, на самом интересном месте, связь с зондом, как по заказу, прервалась. Так что сел ли японский «Сокол» на Итокаву, и что он на ней делал, если сел – науке это неизвестно.
Через год, когда страсти поутихли, устроили даже научную конференцию по тематике ХАЯБУСА-Итокава. Демонстрировалась там, между прочим, гравиметрическая карта астероида – красивая, разноцветная. О том, что болванки без движков рядом с астероидом не удерживались, никто уже не заикнулся. Вспоминалось только хорошее.
Кстати, с астероидами связано ещё одно, как полагают, триумфальное подтверждение закона всемирного тяготения. Надо иметь в виду, что с математической точки зрения закон всемирного тяготения лучше всего работает для двух тел: задача об их движении решается точно. Но если рассматривать взаимное притяжение всего-то трёх тел, то задача точно уже не решается. Исключение составляет случай, когда масса третьего тела много меньше массы второго, которая, в свою очередь, много меньше массы первого. Если при этом второе тело обращается вокруг первого по орбите, близкой к круговой, то для третьего тела, которое притягивается к первому и ко второму, теория даёт интересное предсказание. Лагранж показал, что третье тело может двигаться по орбите второго, всё время находясь в одной из двух точек, одна из которых опережает второе тело на 60о, а вторая на столько же отстаёт – эти два положения, вроде бы, получаются устойчивыми. Какова же была радость астрономов, когда обнаружилось, что у Юпитера есть две группы компаньонов-астероидов: одна движется впереди Юпитера, а другая позади – и отстоят они от него, можно сказать, на 60о! Всё сходится: первое тело – Солнце, второе – Юпитер. Ну, и кучка третьих тел, которых стали называть Троянцами. Блеск! Но… была у Троянцев одна пикантная особенность: их открывалось всё больше и больше, так что ни в переднюю, ни в заднюю точки Лагранжа они все вместе не помещались. Но так и роились около этих точек, совершая колебания вперёд-назад. «Всё правильно, – разъяснили теоретики, – точки-то устойчивые, значит, там потенциальные ямочки имеются! А где потенциальные ямочки – там и свободные колебания!» – «О, да не иссякнет источник мудрости вашей!» – поблагодарили их астрономы и с поклоном удалились к своим телескопам. Но, чем больше они к Троянцам присматривались, тем большие сомнения их одолевали. Период колебаний у Троянцев в точности совпадал с периодом их обращения вокруг Солнца, который, как и у Юпитера, составлял почти 12 лет. Потенциальная ямочка, дающая такой огромный период свободных колебаний – это нечто запредельное. Может, кто-то и способен представить такую, с позволения сказать, ямочку – нам, например, не удалось воспалить своё воображение до такой степени. К тому же, совпадение периода колебаний Троянцев и периода их обращения вокруг Солнца проще объяснить эллиптичностью их орбит: Троянец движется то несколько быстрее, чем Юпитер, то несколько медленнее – вот и возникает видимость «колебаний». Наконец, по всем теоретическим раскладам размер той самой «потенциальной ямочки», т.е. размер области устойчивости около точки Лагранжа, должен быть много меньше, чем радиус орбиты Юпитера. По крайней мере, раз в сто. Помня об этом, взгляните на современную диаграмму, иллюстрирующую положения тел в Солнечной системе, в том числе и положения астероидов. Картинка не для слабонервных: размеры скоплений Троянцев, вытянутых вдоль соответствующих участков орбиты Юпитера (и даже повторяющих её изгиб!), практически, равны её радиусу. Это уже, как говорится, финиш. Это с очевидностью означает, что феномен Троянцев не объяснить их пребыванием в устойчивых точках Лагранжа. «Триумфальное подтверждение» закона всемирного тяготения обернулось грандиозным его проколом.
В чём же причина этого прокола? А в том, что закон всемирного тяготения утверждает, будто каждая массочка притягивает все остальные массочки во Вселенной. То есть, что расстояние, на котором каждая массочка всё ещё притягивает, простирается до бесконечности. Конечно, при практических расчётах учитывают лишь значимые воздействия, которыми нельзя пренебречь. В случае с Троянцами, учитывали их притяжение всего к двум телам: к Солнцу и к Юпитеру. И сели в лужу. Потому что подход был неадекватен реалиям. А реалии заключаются в том, что Троянцы притягиваются всего к одному телу – к Солнцу. Поскольку находятся за пределами сферы тяготения Юпитера: её размеры конечны. Вот при таком подходе естественно объясняется не только возможность наличия у Юпитера авангардного и аръергардного скоплений астероидов, но и то, каким образом астероиды в них попадают. Этот подход – на основе сфер тяготения – очень много чего проясняет. И то, что у сфер тяготения конечны размеры – это даже не самое удивительное. Ещё удивительнее то, что в большую солнечную сферу тяготения планетарные сферы тяготения встроены таким образом, что в их объёмах солнечное тяготение отключено – там действует только планетарное тяготение.
«Как это – только планетарное? – развеселятся физики. – Даже школьники знают про океанские приливы на Земле. Они ведь происходят из-за притяжения воды к Солнцу и Луне, не так ли?» Вот именно, что не так. Бедные обманутые школьники! Мы к этому вернёмся. А пока ещё раз подчеркнём, что области действия тяготения Солнца и планет разграничены. Планетарные сферы тяготения перемещаются внутри солнечной сферы тяготения из-за своего орбитального движения в Солнечной системе. Но там, где оказывается планетарная сфера тяготения, солнечное тяготение отключается. Кроме того, радиусы орбит планет таковы, что исключено хотя бы частичное перекрывание сфер тяготения соседних планет. В результате выходит, что, где бы ни находилось маленькое пробное тело, оно везде притягивается только к одному «силовому центру» – к планетарному или к солнечному. (Нам известно исключение из этого правила – в окрестностях Луны. Впрочем, у Луны нет ни одного «нормального» свойства, все её свойства аномальны; мы к ней ещё вернёмся).
В том, что маленькое пробное тело почти везде притягивается только к одному «силовому центру», есть немалый смысл. Такая организация тяготения, по сравнению с организацией по закону всемирного тяготения, не только кардинально упрощает мироустройство, но и обеспечивает нормальные условия для работы закона сохранения энергии при свободном падении. Дело вот в чём. Физические законы потому и являются законами, а не произволом, что каждый предписанный ими вариант протекания физического процесса, если уж он стартовал, протекает однозначно, что бы там ни говорили разные кривые и косые наблюдатели. В особенности эта однозначность характерна для превращений энергии, происходящих при том или ином физическом процессе. Так вот: при вертикальном свободном падении, малое пробное тело движется с ускорением, а значит его кинетическая энергия изменяется. Какова же истинная-однозначная скорость пробного тела, квадрат которой определяет его истинную-однозначную кинетическую энергию? Если бы пробное тело притягивалось и, соответственно, ускорялось сразу к нескольким «силовым центрам», то о его истинной-однозначной скорости не было бы и речи. Но, при разграниченных областях действия тяготения проблема легко решается. В пределах планетарной сферы тяготения истинной-однозначной является скорость в планетоцентрической системе отсчёта, а вне планетарных сфер тяготения, в межпланетном пространстве – скорость в гелиоцентрической системе отсчёта. Планетарные сферы тяготения движутся вокруг Солнца с космическими скоростями, и при пересечении пробным телом границы планетарной сферы тяготения происходит соответствующий скачок его истинной-однозначной скорости.
О том, что всё это – чистая правда, свидетельствует хотя бы практика межпланетных полётов. При управлении космическим аппаратом, понятие его истинной-однозначной скорости является исключительно важным. Именно её нужно знать, чтобы правильно рассчитывать траекторию и правильно выполнять манёвры, когда ключевым является вопрос о тяге двигателей и расходе топлива. Пока космические аппараты летали в околоземном пространстве, их траектории и манёвры отлично рассчитывались в геоцентрической системе отсчёта. Но при межпланетных полётах ситуация усложнилась. При вылете за границу земной сферы тяготения, ГЕЛИОцентрическая скорость аппарата, с которой он начинает движение по области солнечного тяготения, отнюдь не равна той ГЕОцентрической скорости, с которой он подлетал к границе изнутри. Пока аппарат находится вне планетарных сфер тяготения, превращения энергии при его полёте происходят в однозначном соответствии с его движением в гелиоцентрической системе отсчёта. Чтобы правильно рассчитать корректирующие манёвры на этом участке полёта, нужно знать именно гелиоцентрическую картину движения аппарата. Но, как только аппарат влетает в сферу тяготения планеты-цели, его дальнейшее движение определяется тяготением лишь в направлении к центру этой сферы, а истинной-однозначной становится его скорость в планетоцентрической системе отсчёта.
Вот и выходит, что для правильного расчёта межпланетного полёта следует использовать аж три различные системы отсчёта. Именно так оно и делается. Специалисты, которые это делают, приговаривают: «Делаем так, потому что так удобнее». Это – шутка из разряда «делаем, как удобнее, потому что по-другому не получается». Как же ему получаться по-другому, если быстрое изменение истинной-однозначной скорости аппарата при перелёте через границу сферы тяготения – это реальный физический эффект? Если с ним не считаться, он может доставить массу острых ощущений руководителям полёта – как это и было на заре межпланетной космонавтики. Тут надо ещё добавить, что с каждой сферой тяготения связана собственная система отсчёта, в которой скорость света ведёт себя как фундаментальная константа. При пересечении границы сферы тяготения, координатная привязка для скорости света переключается – как и для истинной-однозначной скорости тела. В итоге, если излучатель радиоволн находится в одной сфере тяготения, а приёмник – в другой, то эффект Допплера зависит не от относительной скорости излучателя и приёмника, а от истинных-однозначных скоростей того и другого. А теперь представьте одну из тех межпланетных станций, которым судьба улыбнулась: ни одна разгонная ступень под ней не взорвалась, бортовые системы не дали отказов, на траекторию межпланетного полёта её вывели удачно, корректирующие манёвры выполнили правильно… В общем, добралась она до сферы тяготения Венеры или Марса и влетела в неё. Из-за скачка истинной-однозначной скорости станции произойдёт соответствующий скачок допплеровского сдвига при радиосвязи с ней. Если не компенсировать этот скачок, связь со станцией прервётся. Трудно поверить, но по этому сценарию был обидно потерян целый ряд советских и американских межпланетных станций. Доходило до того, что в очередное благоприятное для запуска «окно» одинаковые аппараты с одинаковой программой запускали пачками, один за другим вдогонку в надежде на то, что хотя бы один удастся довести до победного конца. Но – куда там! Причина, обрывавшая связь на подлёте к планетам, поблажек не давала. Конечно, об этом помалкивали. Публике-дуре сообщалось, что станция прошла на расстоянии, скажем, 120 тысяч километров от планеты. Тон этих сообщений был таким бодрым, что невольно думалось: «Пристреливаются ребята! Сто двадцать тысяч – это неплохо. Могла бы ведь и на трёхстах тысячах пройти! Даёшь новые, более точные запуски!» Никто и не догадывался о накале драматизма – о том, что учёные мужи чего-то там в упор не понимали. А ведь не понимали: когда скачок допплеровского сдвига случайно обнаружился, это повергло руководителей полёта в очень сильное недоумение. В себя они пришли после того, как сообразили: чёрт с ним, с недоумением, зато теперь ясно, как восстанавливать пропадающую связь! Если бы не эта сообразительность, не видать бы нам выдающихся достижений межпланетной космонавтики.
О том, что эти достижения получались вопреки закону всемирного тяготения, а именно, с учётом принципа разграничения областей действия тяготения, публика-дура ничего не знала. Спецы по космонавтике, рулившие межпланетными станциями, были связаны секретностью. Брякни о том, что закон всемирного тяготения не соблюдается – и тебя привлекут за разглашение государственной тайны. А чем были связаны представители академической науки? Да светлыми воспоминаниями о своих школьных годах! Когда им на всю жизнь вдалбливали, что океанские приливы происходят в полном согласии с законом всемирного тяготения, потому что вода притягивается не только к Земле, но и к Солнцу и Луне. Да и может ли, мол, быть иначе?
Отчего же нет? Вы обратите внимание вот на что. Есть учебники по физике, где написано, каковы приливы должны быть в согласии с законом всемирного тяготения. А ещё есть учебники по океанографии, где написано, каковы они, приливы, на самом деле. Если закон всемирного тяготения здесь действует и океанская вода притягивается, в том числе, к Солнцу и к Луне, то «физическая» и «океанографическая» картины приливов должны совпадать. Так совпадают они или нет? Оказывается: сказать, что они не совпадают – это ещё ничего не сказать. Потому что «физическая» и «океанографическая» картины приливов вообще не имеют между собой ничего общего.
Помните, как нас учили: из-за притяжения, например, Луны, на Земле формируется приливный эллипсоид, один горб которого находится на стороне Земли, обращённой к Луне, а другой – на противоположной стороне… Из-за суточного вращения Земли эти два горба прокатываются по Мировому океану, отчего в каждом месте должно получаться два прилива и два отлива за сутки… Дяденьки, да где вы видели эти два горба, о которых толкуете? Ну, вот, допустим, что сейчас один из этих горбов находится в Индийском океане. Это значит, по-вашему, что в Атлантическом океане и в западной части Тихого океана сейчас находятся впадины. А через четверть суток горбы, стало быть, передвинутся на места впадин, и так далее. Такое было бы возможно лишь за счёт перетекания колоссальных масс воды из океана в океан. Но ничего подобного не происходит: каждый океан успешно обходится своими собственными водными ресурсами. Более того, каждый океан, оказывается, разделён на несколько смежных областей, в которых приливные явления происходят, практически, изолированно. В каждой такой области водная поверхность несколько наклонена относительно горизонта, причём направление этого наклона вращается. Это и есть вращающаяся приливная волна – как в тазике с водой, который двигают по полу круговыми движениями. При этом максимум и минимум уровня воды последовательно проходят по всему периметру. Еще Лапласа изумлял этот парадокс: отчего в портах одного и того же побережья максимумы уровня наступают со значительными последовательными запаздываниями, хотя по концепции приливных эллипсоидов они должны наступать одновременно. Дело ведь не в том, что приливным горбам мешают двигаться материки. Тихий океан простирается почти на половину окружности экватора и движения этих горбов, имей они место, были бы здесь заметны. Но – ничего подобного: огромный Тихий океан тоже разбит на смежные области с независимыми друг от друга вращениями приливных волн. Можно уверенно предположить, что подобная картина имела бы место и в том случае, если бы океан покрывал всю поверхность Земли. Потому что независимые вращения приливных волн на смежных участках – это и есть сущность океанских приливных явлений. А причина их в том, что везде на поверхности Земли местные отвесные линии не сохраняют свои направления постоянными, а испытывают вращательные уклонения. Спокойная поверхность воды стремится расположиться ортогонально к отвесной линии. Ну, вот, из-за этого водные поверхности на смежных участках и отслеживают вращательные уклонения местных отвесных линий.
Может, кому-то интересно, что за слепота поразила толпы исследователей, если они умудрились проигнорировать эти вращательные уклонения отвесов? Да дело не в слепоте: просто по закону всемирного тяготения этих уклонений не должно быть. И всё! Есть такая поговорка: «Нет ничего практичнее хорошей теории». Это – как раз про наш случай: теория-то всемирного тяготения ух как хороша! А уж практична – слов нет. Посудите сами. Говорит эта теория: максимальная высота прилива, когда действия Луны и Солнца складываются, должна составлять 80-90 сантиметров. Спрашивается: на практике это так? «Конечно так, – уверяют нас, – особенно в некоторых центральных районах океанов!» И приводят списочек: и на острове Св.Елены – 80 см, и на острове Гуам – столько же, и на островах Антиподов – чуть побольше метра… Вот тут-то и обратите внимание: до чего практично составлен этот списочек. Добрые люди, которые его составляли, скромно умолчали о том, что все его пункты находятся где-то на серединках между центрами вращающихся приливных волн и их перифериями. То есть, как раз там, где высоты приливов близки к тем, что предсказывает закон всемирного тяготения. А как же быть с центральными и периферийными участками вращающихся приливных волн? Али действие закона всемирного тяготения на эти участки не распространяется? Вот, на центральных участках – там высоты приливов, практически, нулевые. А на периферийных – они обычно в несколько раз больше тех, которые предсказывает закон всемирного тяготения. Мы говорим не про те случаи, когда приливы усилены ветровыми нагонами или подпором воды в узких бухтах – как, например, в заливе Фанди, где в самом укромном уголке набирается 24 метра. Мы говорим про «чистую» высоту приливов, которая на материковых побережьях составляет, в среднем, около 2.5 метров. До чего же чудно действуют приливообразующие силы, если они обусловлены всемирным тяготением: где-то получается пусто, а где-то густо! Как же извилист и ветвист оказывается путь пресловутых «приливных горбов»! На этот счёт у специалистов есть комментарии. Видите ли, в чём дело-то: материки торчат очень неудачно. И донный рельеф – он тоже повсеместно не такой, как нужно. Почти как в старом студенческом анекдоте:
- Почему ротор электродвигателя крутится? – спрашивает экзаменатор.
- Так у электродвигателя обмотки есть! – отвечает студент.
- Обмотки? Ну, у паяльника тоже обмотки есть. Почему тогда он не крутится?
- Так у паяльника подшипников нет!
Точно так же, про торчащие материки и неправильный донный рельеф можно долго разговоры разговаривать. Да толку-то? Фактическая картина приливных явлений настолько сильно отличается от теоретической, и качественно, и количественно, что на основе такой теории предвычислять приливы невозможно. Да никто и не пытается это делать. Не сумасшедшие ведь. Делают вот как: для каждого порта или иного пункта, который представляет интерес, динамику уровня океана моделируют суммой колебаний с амплитудами и фазами, которые находят чисто эмпирически. А затем экстраполируют эту сумму колебаний вперёд – вот вам и получаются предвычисления. Капитаны судов довольны – ну и ладушки! Впрочем, был случай страшного недовольства. Попросил капитан молодого штурмана пояснить, в двух словах, как это он так здорово приливы предвычисляет. А, надо сказать, что в той эмпирической сумме колебаний есть компоненты, происхождение которых весьма неочевидно – периоды у них странненькие. Продвинутые специалисты формально объясняют эти компоненты действием фиктивных светил, циркулирующих вокруг Земли. Ну вот, молодой штурман попытался изобразить из себя такого продвинутого специалиста. «Сейчас ты у меня, шутник, попрыгаешь, – решил капитан и для гарантии переспросил: Значит, приливы вызываются не только Луной и Солнцем, а ещё и фиктивными светилами?» – «Ну, да! – обрадовался штурман. – Точнее, «воображаемыми фиктивными». Вот, смотрите, в учебнике так и написано!» А капитан был отважный… В общем, в одной смачной тираде крепко досталось всем: и фиктивным светилам, и учебникам про них, и тем, кто эти учебники пишет, и их предкам по материнской линии…
На этой жизнеутверждающей ноте вернёмся к вращающимся приливным волнам. Вращательные уклонения отвесных линий, которыми эти волны обусловлены, представляют собой сумму «солнечных» и «лунных» уклонений. Причём «солнечные» и «лунные» уклонения порождаются совершенно разными причинами. К «лунным» уклонениям мы вернёмся в самом конце, после нескольких слов о том, как движется парочка Земля-Луна. А пока скажем о «солнечных» уклонениях.
Как уже говорилось выше, не вещество Земли порождает земную сферу тяготения. Правильнее сказать, что Земля всего лишь удерживается земной сферой тяготения в её центре, вблизи положения равновесия. Если земная сфера тяготения не двигалась бы с ускорением, то равновесное положение Земли было бы точно в её центре. Но ускорение-то у неё есть: из-за орбитального движения вокруг Солнца. Поэтому равновесное положение Земли оказывается сдвинуто из центра сферы тяготения в направлении от Солнца. Получается то, что сторонникам всемирного тяготения в страшном сне не приснится: у Земли центр тяготения и центр масс не совпадают друг с другом! И ведь об этом кошмаре свидетельства имеются.
Спутники-то притягиваются не к центру масс Земли, а к центру земного тяготения. Получается, что Земля должна быть сдвинута относительно клубка орбит спутников. Так и есть, судя по суточным эффектам, которые имеют место при работе спутниковой навигационной системы GPS, и которые до сих пор не нашли объяснения в рамках принятых моделей. По величине этих суточных эффектов можно даже сделать вывод о величине сдвига Земли от центра тяготения: сдвиг составляет около 1.6 метра. И тогда смотрите, что получается: везде на поверхности Земли векторы тяготения оказываются направлены не к центру Земли, а к точке, которая, по отношению к этому центру, находится ближе к Солнцу на 1.6 м. И, чтобы сохранять направления к этой точке в условиях суточного вращения Земли, векторы тяготения неизбежно должны совершать вращательные уклонения относительно местных участков твёрдой поверхности. Причём, максимальная угловая величина этих уклонений, равная отношению 1.6 м к радиусу Земли, при типичных размерах вращающихся приливных волн даёт вполне приемлемые максимальные высоты «солнечных» приливов.
«Но если всё это так, – скажет внимательный читатель, – то «солнечная» приливообразующая сила имеет суточный период, а приливы-то наблюдаются полусуточные!» Браво, внимательный читатель! Конечно, «солнечная» приливообразующая сила имеет период в солнечные сутки. Забегая вперёд, добавим, что и «лунная» приливообразующая сила имеет период в лунные сутки – они длятся примерно 24 часа 50 минут. Но зря Вы, внимательный читатель, полусуточными приливами козыряете – это, опять же, учебников по физике начитавшись, где написано, каковы приливы должны быть. А на самом-то деле, полусуточные приливы, которые должны быть главным типом приливов согласно закону всемирного тяготения, имеют место лишь в окраинных морях, прилегающих к материкам. В открытых же океанах, т.е. на гораздо большей площади, безраздельно властвуют суточные приливы, которые и являются настоящими главными. Потому что полусуточных приливообразующих сил просто нет – к прискорбию для закона всемирного тяготения. Но чем же тогда обусловлены те полусуточные приливы, которые всё-таки есть? Да совершенно очевидной причиной, которую, впрочем, сторонники всемирного тяготения будут отрицать до последнего вздоха. По-научному эта причина называется «резонансное возбуждение высших гармоник». А по-простому это вот что. У каждой колебательной системы есть собственная частота колебаний, или, как её ещё называют, резонансная. Подталкивая систему один раз за один цикл колебаний, можно увеличить их размах. Обычно таким резонансным образом и раскачивают качели. Но ведь качели можно раскачать, подталкивая их с частотой, которая в два раза меньше резонансной: делая толчки не на каждый цикл колебаний, а через раз. Видите, внешнее воздействие с частотой такой-то возбуждает колебание с частотой, в два раза большей. А можно и с частотой, в четыре раза большей! Так вот, вращающаяся приливная волна – это тоже колебательная система. Её собственная частота зависит, главным образом, от размеров занимаемого участка океана: от его характерной протяжённости и характерной глубины. Оказывается, что у многих окраинных морей эти характерные размеры таковы, что резонансные периоды вращения приливных волн в них близки к половине суток. И внешнее воздействие с суточным периодом возбуждает эти полусуточные вращающиеся волны! Более того, есть на Земле несколько небольших мелководных морей, например, Белое, где резонансный период вращения приливной волны близок к четверти суток. И в этих морях действительно происходят четвертьсуточные приливы!
Но даже подобные факты не смущают сторонников всемирного тяготения. Подумаешь, мол, какая мелочь – четвертьсуточные приливы! Да они могут вызываться чем угодно! Может там рыбьи косяки кругами ходят с периодом в четверть суток. Вот и гонят четвертьсуточную волну! Ну хорошо, пусть четвертьсуточные волны гоняют рыбьи косяки. Но ведь вопрос о том, каков период у главной компоненты приливных вариаций силы тяжести в том или ином наземном пункте, элементарно решается опытным путём. Закон всемирного тяготения утверждает, что эта главная компонента должна иметь полусуточный период. Спрашиваем бравых гравиметристов: на опыте это так? Ась? В ответ – тишина… Именно тишина: при идиотическом изобилии учебных и справочных пособий, где приведены теоретические кривульки приливных вариаций силы тяжести, попробуйте-ка отыскать публикации, где приведён их экспериментальный вид! А мы поглядим на ваши потуги, потому что сами уже прошли через это. Но может быть вам повезёт и вы доберётесь до трудов А.Я.Орлова, который ещё в 1909 году (!) исследовал горизонтальные вариации силы тяжести и опубликовал надёжные экспериментальные данные. Мать-перемать! В них убийственно доминируют суточные компоненты! Закон всемирного тяготения опять отдыхает! Как это книги Орлова оказались изданы – загадка истории. Ведь сколько было безвестных исследователей, которые обнаружили доминирование суточных компонент и пытались опубликоваться. Таким говорили, мол, ты чё, ручки твои очумелые против всемирного тяготения что ли? И – привет! А мы потом экспериментальных кривых найти не можем!
Как говорится, тяжёлый случай. Опыт говорит: «Нет двух приливных горбов, да и быть не может!» А учёные мужи на это – цитаточку: «Опыт, батенька, это сын ошибок трудных!» – и опять за своё: «Есть приливные горбы, есть! Никаких сомнений!» Причём, мол, есть не только приливные горбы на окияне-море, но и приливные горбики на суше. Это у них называется «твёрдые приливы». Ну, действительно, если уж горбатиться, так горбатиться от души! Эх, чем бы взрослые дяди не тешились, лишь бы диссертации защищали… Только вот какая штука: в мире всё взаимосвязано. А учёные мужи делают вид, будто суточных вращательных уклонений отвесов не существует. Ясно, что без последствий это не останется: где-нибудь возьмёт да вылезет пренеприятнейшим образом. И ведь уже вылезло, да ещё как! Через то, что по-научному называется «периодическое движение полюсов Земли».
Эта история приключилась из-за того, что астрономы, определяя положения звёзд с помощью своих телескопов, имеют обыкновение использовать в качестве опорной линии местную вертикаль. Если местные вертикали «гуляют», а в расчёт это не принимается, то, конечно, будут «гулять» положения звёзд. Когда это обнаружилось, где-то во второй половине XIX века, теоретики призадумались: как бы это чудо разъяснить, да поизящнее. Главными периодами «гуляний» были, конечно, суточный и ещё два более длинных: годичный и так называемый чандлеровский, составлявший в среднем 428 дней. И знаете, чего теоретики удумали? Ни за что не догадаетесь! Во-первых, про суточную болтанку звёзд устроить гробовую тишину (с тех пор здесь специалистами считаются те, кто знают про суточную болтанку, но помалкивают про неё). А, во-вторых, годичную и чандлеровскую компоненты, наоборот, раскрутить донельзя, но в том смысле, что это, мол, не звёзды колышатся, а сама Земля. Это был смелый шаг, опрокидывавший наивные представления о том, что географические полюса, северный и южный, всегда находятся там, где ось вращения Земли пересекает её поверхность. С тех пор стало так: ось вращения как смотрела на Полярную звезду, так и смотрит, но Земля, вращаясь, покачивается таким образом, что полюса перемещаются около оси вращения. Соответственно, изменяются координаты всех наземных пунктов! Чувствуете, как захватывающе получается?
Оставался пустячок: объяснить, с какой это радости Земля покачивается с теми двумя периодами, годичным и чандлеровским. Насчёт годичного периода думали недолго: мало ли сезонных перераспределений масс, которые могут перекосить планету! Тут вам и зимнее накопление снежного покрова в Сибири, и летнее отрастание травяной и лиственной биомассы… кажется, единственное, про что забыли, это сезонные миграции копытных и пернатых. Причём, интрижка здесь в том, что сроки накопления снегов и зелени меняются от года к году, а годичные изменения координат полюсов происходят-то по идеальным синусоидам! Но, как говорится, лучше хоть какое-то объяснение, чем никакого… К тому же, главные приключения оказались связаны с чандлеровской компонентой. Она-то, со средним периодом в 428 дней, откуда берётся? Навскидку, 428 дней – это средний период биений между колебаниями с двумя характерными лунными периодами: синодическим и апогей-перигейным месяцами. Но – ш-ш-ш! Луну сюда привлекать не надо! Надо справиться собственными земными силами!.. И – о, счастье! Вон же Эйлер получил, что твёрдое тело, если оно не сферическое, может вращаться, покачиваясь около оси вращения. Нутация, ёлы-палы! Это хорошо! Правда по Эйлеру период свободной нутации Земли равен всего-то 305 дням. Это плохо! Но ведь этот период можно подрастить, если считать Землю не твёрдой, а как бы резиновой! Это хорошо! Правда, тогда свободная нутация должна затухать, а она отчего-то не затухает. Это плохо! Намыкавшись вот так, из огня да в полымя, теоретики решили: забудем всё плохое, а оставим только хорошее. Ну, и оставили: чандлеровы покачивания – это свободная нутация твёрдой Земли, но с периодом, как у Земли резиновой. Ух, как геофизики-то обрадовались! Они тут же кинулись разрабатывать монструозные теории о том, насколько они резиновы, свойства Земли, и где же они скрываются. Снаружи-то Земля вроде как твёрденькая! Но, мол, под этой обманчивой внешностью скрывается хлябь, превосходящая всяческое разумение. Посудите сами: даже если приписать этой хляби сверхтекучесть, всё равно период покачиваний не дотягивает до фактического значения в 428 дней! Как же она великолепна в своей загадочности, наша родная планетка!
Самое смешное в этой истории то, что с некоторых пор процветает международная (!) контора – служба вращения Земли, которая регулярно рассылает по белу свету свежую информацию о том, куда и насколько Земля сейчас накренилась. Военных заверили, что оперативный учёт этого крена позволяет повысить точность наведения межконтинентальных ракет, причём, в случае чего, это повышение точности пойдёт на пользу всем заинтересованным сторонам. Военные и на этом остались страшно довольны. Как в анекдоте, в котором жильцы сумасшедшего дома хвалились: «А нам бассейн сделали, мы в него ныряем! А ещё обещали: когда поумнеем, тогда и воды в него нальют!» Ведь про главную-то компоненту «покачиваний» Земли, про суточную, военным не сказали! А её, если по-честному, тоже оперативно учитывать надо! Но служба вращения Земли прячет суточную компоненту так умело, что это происходит совершенно незаметно для клиентов. Понимаете, нельзя военным говорить про суточную компоненту. Не может Земля покачиваться так быстро. Ей, простите за интимную подробность, инертные свойства не позволяют. Узнают об этом военные и призадумаются: если главная компонента «покачиваний» Земли – откровенная туфта, то чего же ждать от второстепенных? Сообразят, чего доброго, что никаких «покачиваний» Земли не существует в природе. Лишь отвесные линии уклоняются на Земле, да орбиты спутников колышатся в небесах…
2.4. Аномалии системы «Земля-Луна».
Ну, конечно, и Луна ещё порхает по траектории, которая сведёт с ума самого закалённого сторонника всемирного тяготения. Очень мало кто из них знает о том, как движется Луна. Отшучиваются: вопрос, мол, узкоспециальный, да теория движения Луны, мол, достаточно сложна… Да нет, всё проще: правда про движение Луны такова, что шутникам, если они не собираются валять дурака дальше, останется либо свихнуться, либо признать, что эта правда ну никак не вписывается в шаблоны всемирного тяготения.
А уж как стараются создать видимость того, что она в эти шаблоны отлично вписана! Многочисленные справочники и даже специализированные учебники внушают нам, что Луна движется вокруг Земли по простенькому эллипсочку с такими-то максимальным и минимальным удалениями. Сопоставишь цифры из разных источников – и диву дашься: они разнятся на тысячи километров. И это при том, что нас заверяют насчёт сантиметрового уровня точности измерения расстояния до Луны! Как такое получается? Да легко.
Правда в том, что параметры орбиты Луны не остаются постоянными: максимальное и минимальное удаления периодически изменяются. Казалось бы, ну и что тут такого? С чего об этом помалкивать? О, причина для этого очень даже есть! Согласно закону всемирного тяготения орбита невозмущённого движения спутника планеты является кеплеровой, в частности, тем самым простеньким эллипсочком. А возмущения из-за действия третьего тела, в данном случае, Солнца, приводят, якобы, к эволюции параметров орбиты. Но! Они должны эволюционировать согласованно. Так, изменению большой полуоси должно соответствовать изменение периода обращения в согласии с третьим законом Кеплера.
Так вот, движение Луны является исключением из этого правила. Большая полуось её орбиты изменяется с периодом в 7 синодических месяцев на 5500 км. Размах соответствующего изменения периода обращения согласно третьему закону Кеплера должен составлять 14 часов. В действительности же изменение длительности синодического месяца составляет всего 5 часов, причём периодичность этого изменения составляет не 7 синодических месяцев, а 14! То есть в случае орбиты Луны большая полуось и период обращения эволюционируют «в полном отвязе» друг от друга – как по амплитудам, так и по периодичности!
Если такое издевательское поведение никоим образом не следует из закона всемирного тяготения, то как же можно было строить теорию движения Луны на основе этого закона? Да никак. А как же строилась теория движения Луны? Да тоже никак. Никакой «теории движения Луны» не существует. Словосочетание такое имеется, но оно означает сводку проверенных практических рекомендаций для предвычисления положений Луны. И ничего, кроме этого. Опять всё тот же чисто описательный подход, основанный на ползучем эмпиризме… Так ведь, дорогие потребители, чего вам ещё надо от теории движения Луны, кроме возможности предвычислять её положения? Они же, несмотря ни на что, вычисляются правильно. Ну так и вычисляйте, и при этом радуйтесь жизни! Правда, радость жизни несколько улетучивается, когда выясняется объём вычислений, который требуется провернуть. Понимаете, когда теория хотя бы в общих чертах адекватна физическим реалиям, то уже первое приближение этой теории даёт вполне сносный результат. Второе приближение ещё больше придвигает его к реальности, третье – ещё, и так далее. Весьма небольшого числа приближений оказывается достаточно для того, чтобы дальнейшие приближения стали ненужными: рассчитанное и фактическое значения уже совпадают с требуемой точностью. Математики в таких случаях говорят: «ряд быстро сходится». Так вот, при расчётах координат Луны, ряды сходятся, как бы это помягче выразиться, очень медленно. В современных «теориях» количество членов этих рядов исчисляется тысячами. Почувствуйте разницу, дорогие потребители!
Почувствовали? Но это ещё не всё! Всех нас учили, что согласно закону всемирного тяготения Земля и Луна обращаются в противофазе около их общего центра масс. Вообще-то, в вышеупомянутых «теориях» координаты Луны рассчитываются в системе отсчёта, связанной не с этим центром масс, а с центром Земли, как будто Земля около центра масс не обращается. Для описательного подхода так, конечно, практичнее. Но, мол, не следует забывать, что на самом-то деле по орбите вокруг Солнца «едет» не центр Земли, но центр масс Земли-Луны, а Земля выписывает около него кривую, подобную траектории движения Луны вокруг Земли, только с гораздо меньшим средним радиусом – около 4670 км. Мол, всё по закону, не извольте беспокоиться.
Простите, где ж это всё по закону? Если бы здесь всё было по закону, то не было бы проблемы с несогласованной эволюцией параметров орбиты Луны. Или, по-вашему, всемирный закон действует всё-таки избирательно: вот здесь, пожалуйста, смотрите, а вот здесь не смотрите? Давайте же аккуратненько разберёмся с движением Земли в паре Земля-Луна. Спрашивается: где доказательства того, что Земля действительно обращается около центра масс этой пары? Ну, как же, скажут нам, массу-то Луны определили как раз по величине динамической реакции Земли на Луну, т.е. по величине радиуса обращения Земли около центра масс. Но как именно был определён этот радиус обращения? А вот, мол, как: направление с Земли на Солнце изменяется не только из-за годичного движения Земли. Ещё Солнце периодически сдвигается вдоль линии восток-запад. Это оттого, что Земля движется вокруг Солнца неравномерно: то несколько быстрее, то несколько медленнее среднего. И происходит это с периодом в синодический месяц. Вот, мол, и доказательство обращения Земли около центра масс!
Нет, любезные, это не доказательство. Ясно лишь, что на ровное орбитальное движение Земли наложена болтанка, с периодом в синодический месяц, вдоль местного участка орбиты. Но при обращении Земли около центра масс была бы болтанка ещё и поперёк орбиты. Не хотим показаться назойливыми, но где же свидетельства об этой поперечной болтанке? Три таких свидетельства наберётся? – Нет, отвечают нам, многовато просите! – Ну, два-то наскребёте? – Нет-нет, это тоже слишком. – Ну, хоть одно, хоть самое захудалое? – Нет, нет, и нет!.. Да что же это делается?! Как будто мы просим о чём-то таком, что находится за пределами технических возможностей! Всё оно в пределах: синодическая болтанка Земли поперёк орбиты отлично могла быть засвидетельствована уже несколькими способами. Но разные группы исследователей, не сговариваясь, заладили – нет, нет, и нет! Отговорки-то у всех разные, а конечный результат один и тот же!
Вот, полюбуйтесь! Классический и самый прямой способ убедиться в наличии синодической болтанки Земли «к Солнцу – от Солнца» – это обнаружить соответствующее изменение углового диаметра диска Солнца: его увеличение в полнолуние и уменьшение в новолуние. Правда, величина эффекта маловата: всего шесть сотых угловой секунды и отследить его весьма и весьма сложно. А жаль, очень кстати бы пришлось. Ну да не беда: есть ведь и другие способы! Вот, например, исследование спектральных линий Солнца. Если бы Земля болталась «к Солнцу – от Солнца» с амплитудной скоростью 12.3 м/с, то из-за эффекта Допплера спектральные линии Солнца периодически сдвигались бы туда-сюда. Но чегой-то никто не выступает с радостными заявлениями на этот счёт. И не потому, что спектры Солнца недостаточно хорошо изучены: они изучены вдоль и поперёк. Может, исследователи скромничают? Да некогда им скромничать – они сейчас бурно развивают новое направление: открывание, понимаете ли, экзопланет. Так они называют планеты у далёких звёзд, которые обнаруживают себя единственно через периодические сдвиги спектров своих звёзд – якобы, из-за всё того же эффекта Допплера при обращении звезды около общего с планетой центра масс. Сбацали спектрографы, дающие уму непостижимую точность: в пересчёте на скорость получается всего 1 метр в секунду! Взять бы это чудо техники да с солнечными спектрами поработать: синодическая болтанка Земли поперёк орбиты стоит того! Но нет, допплеровский метод – он капризный какой-то получается. Лишь в случае далёких, неизученных звёзд всё выходит изумительно: сенсация на сенсации едет и сенсацией погоняет. А в случае Солнца, когда все важные параметры достоверно известны, что-то там фатально заклинивает…
Идём дальше, и видим ещё один распрекрасный метод: приём импульсов пульсаров. Здесь синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» проявилась бы во всей своей красе: накапливающиеся за полмесяца запаздывания-опережения моментов прихода импульсов от подходящих пульсаров достигали бы аж три сотых секунды! Чтобы это легко увидеть, нужно было бы всего лишь определять моменты прихода импульсов в системе отсчёта, связанной с центром Земли. Вместо этого, как нарочно, в хронометрировании пульсаров принято пересчитывать моменты прихода импульсов к центру масс Солнечной системы. При этом информация о движении Земли в паре Земля-Луна теряется полностью. Ну, знаете, это уже симптом! Непременно должны быть какие-то «высшие соображения», руководствуясь которыми, исследователи, не поморщившись, выбрасывают целый пласт информации! Что за страшную тайну скрывает этот пласт? Не ту ли, что синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» не существует?
Так или иначе, но эта болтанка упорно не обнаруживается прямыми методами. Поэтому, с горя прибегают к методам кривым. По-простому это называется «через задницу», а по-научному – «оптимизация многих параметров». Мало кто знает, в чём прелесть этого метода. Вон, бывает, что в потоке опытных данных имеются кое-какие особенности, которые из теоретических соображений являются лишними. Тогда проблема легко решается: известен целый набор математических процедур – фильтрация, сглаживание, и др., которые позволяют удалить из потока данных все лишние глупости. Это дело не хитрое: удалять-то. А что бедным учёным делать в противоположной ситуации: когда в потоке данных упорно отсутствует некоторая особенность, а очень хочется, чтобы она присутствовала? Вот для таких случаев и был разработан метод оптимизации многих параметров. Он тем и хорош, что позволяет вполне наукообразно засвидетельствовать наличие несуществующих эффектов. Для этого записываются сложные, аналитически не решаемые уравнения, в которых желаемый эффект – это ключевой момент! – учитывается так, как будто он реально существует. Чем сильнее уравнения наворочены, и чем больше параметров в них входит, тем лучше. Потому что тем неочевиднее для посторонних глаз становится смысл дальнейшего таинства «оптимизации». А таинство это вот какое. С помощью быстродействующих ЭВМ варьируются входящие в уравнения параметры таким образом, чтобы найти наилучшее согласие между теорией, в которой желаемый эффект есть, и опытными данными, в которых этого эффекта нет. Кому-то с непривычки может показаться странным, о каком же «наилучшем согласии» может идти речь в таком случае. Да уж о таком, какое получается! Конечно, здесь получается наилучший вариант из никудышных, но он по-честному наилучший! В этом и смысл «оптимизации»: не зря же ЭВМ гоняли, в самом деле! Вот и выдаст ЭВМ пачку значений «оптимизированных» параметров. Причём выходит особенно мило, если в число этих параметров были включены какие-либо физические постоянные, имеющие важное прикладное значение. После «оптимизации» значения этих постоянных оказываются уточнёнными! Пользуйтесь, товарищи дорогие! И пусть теперь попробует кто-нибудь из дорогих товарищей усомниться в том, что эффект, ради которого затевалась вся эта «оптимизация», реально существует. Как же, мол, ему не существовать, если он учитывался в теории, и было найдено наилучшее согласие этой теории с опытными данными!
Так вот, вернёмся к синодической болтанке Земли «к Солнцу – от Солнца». Все свидетельства о её существовании держатся на одном и том же честном слове: мы, мол, учитывали её в уравнениях, и после оптимизации многих параметров она чудненько засвидетельствовалась. Именно так делалось, например, при радиолокации планет, где синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца», имей она место, прямо дала бы соответствующую волну во временах прохождения радиоимпульсов туда-обратно. Казалось бы, чего проще – покажите нам эту волну! Нет-нет, отвечают нам, не всё так просто: без оптимизации многих параметров тут ни фига не получается! А с оптимизацией – милое дело; заодно и система фундаментальных астрономических постоянных уточнилась!
Или вот, ещё одна любимая игрушка: слежение за автоматическими межпланетными станциями. Полёт к Венере, например, обычно длится около трёх с половиной месяцев. При плотном радиоконтроле скорости станции и её удаления от Земли волна из-за синодической болтанки Земли проявилась бы, опять же, во всём своём великолепии. И снова нас методично лишают радости полюбоваться на это великолепие. Впрочем, известен случай, когда американцы обошлись без оптимизации многих параметров. По результатам слежения за «Маринером-6» и «Маринером-7», они чётко заявили о месячной волне в дальномерных и допплеровских данных, по амплитуде которой «прямо и надёжно» определялась амплитуда обращения Земли около центра масс Земля-Луна. Причём, геометрия слежения была такова, что месячную волну дала бы как раз болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца»! И мы поначалу недоумевали: что это за исключение вылезло? Неужто в самом деле, неужто не шутя?! Оказалось – шутя! Амплитуда-то болтанки Земли принималась такой, при которой «устранялась по методу наименьших квадратов месячная волна остаточных уклонений в данных слежения». Выходит, что месячная волна наблюдалась (держитесь крепче!) в остаточных уклонениях?! А, спрашивается, в уклонениях от чего? Ну, конечно же, от теоретического прогноза, в котором считалось, что болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца» имеет место. Но, если бы этот прогноз был верен, то остаточные уклонения были бы нулевые! И, значит… американцы, не желая того, доказали, что синодическая болтанка Земли «к Солнцу – от Солнца»… ну, в общем, что этой болтанки НЕТ! За что боролись, на то и напоролись!
Что же это получается, товарищи учёные? Вы, кажется, вслед за Лапласом утверждаете, что движение Луны вокруг Земли происходит в таком великолепном согласии с законом всемирного тяготения, что на этот счёт не может быть никаких сомнений. Но откуда же быть этому великолепному согласию при таких невероятных манёврах у пары Земля-Луна? Когда Луна совершает орбитальное движение вокруг некоторого условного центра, а Земля не обращается около него, как положено, а совершает одномерные колебания! И амплитуда у этих колебаний вполне приличная: те самые 4670 км. Прямо-таки неловко становится: обращение Земли – это одно, а одномерные колебания, даже с той же самой амплитудой – это ведь совсем другое! Мальчика от девочки отличить не можете! Вы ещё скажите, что если картина движения пары Земля-Луна была бы такой бредовой – Луна летает по орбите, а Земля под ней колеблется – то это с очевидностью проявилось бы в видимом движении Луны. Посмотрите же правде в глаза: именно это с очевидностью и проявляется!
Ведь с давних пор расписание движения Луны по небесной сфере представляло большой практический интерес. Нарушения ровного расписания хорошо известны, они называются неравенствами в движении Луны. Второе по величине периодическое неравенство в долготе, описывающее ускорения-замедления ходя Луны по небесной сфере, называется вариация. Именно такие, как говорит вариация, ускорения-замедления видимого хода Луны (и соответствующие им периодические изменения расстояния до Луны) должны иметь место, если Луна летает по орбите, а Земля под ней колеблется! Следует лишь уточнить, что при равенстве периодов орбитального обращения Луны и колебаний Земли эти обращение и колебания сфазированы определённым образом. А именно: в новолуние и полнолуние Земля проходит через центр своих колебаний, а в серединах между новолуниями и полнолуниями Земля находится в том или ином крайнем отклонении от центра своих колебаний – в противоположную от Луны сторону. Невероятно, но вариация и соответствующие ей периодические изменения расстояния до Луны оказываются чисто геометрическими следствиями того, что у Луны движение орбитальное, а у Земли – колебательное. Согласитесь, трудно назвать бредовой картину, которая обнаруживается самым прямым методом, т.е. методом пристального вглядывания!
Надо всего лишь верить своим глазам, вооружённым телескопами! И вот они, реалии: несмотря на то, что у Луны имеется собственное тяготение (действующее, впрочем, лишь в небольшой окололунной области), Луна движется в сфере тяготения Земли как болванка, которая Землю не притягивает. Ибо если бы Луна Землю притягивала, у Земли была бы полноценная динамическая реакция, т.е. обращение около общего центра масс. Но, как мы видели, вместо этого обращения имеют место одномерные колебания. Каково же их происхождение? Есть такая точка зрения: их происхождение обусловлено тем, что они специально организованы, для чего орбитальная скорость сферы тяготения Земли модулируется с периодом в синодический месяц.
Тут любознательные читатели могут спросить: «Кем же это специально организовано, кем?» А у вас, любознательные читатели, не возникает вопрос: кем специально организованы электроны, протоны, и всё остальное? Или, пардон, вы полагаете, что всё оно само собой организовалось? Тогда – тоже без проблем: считайте, что и модуляция орбитальной скорости земной сферы тяготения организовалась сама собой. Да так удачно, чертяка, к месту пришлась! Результирующая болтанка земной сферы тяготения вперёд-назад служит синхронизатором движения Луны, задавая период её обращения вокруг Земли! С ума сойти можно! Кстати, именно из-за этой болтанки земной сферы тяготения вперёд-назад, возникают обусловленные инерциальными свойствами Луны «ускорения сноса», которые приводят как раз к таким периодическим изменениям параметров орбиты Луны, о которых и говорилось выше. Эти периодические эволюции орбиты описываются неравенством в долготе, которое называется эвекция, а также соответствующими периодическими изменениями расстояния до Луны.
Смотрите, как складно получается: эвекция, со своими изменениями расстояния до Луны, отражает переменные деформации лунной орбиты, а вариация, со своими изменениями расстояния до Луны, отражает её постоянные деформации. Ньютон полагал, что и те, и другие имеют один и тот же источник: возмущения со стороны Солнца. Но тогда переменные и постоянные деформации должны быть взаимозависимы, поскольку одна часть возмущающего воздействия должна тратиться на переменные деформации, а другая – на постоянные. В действительности же эти два типа деформаций совершенно независимы друг от друга. Значит, их источник – не один и тот же. И, точно, у нас так и есть: постоянные деформации – это эффект чисто геометрический, несиловой; а переменные деформации – это эффект силовой, порождаемый «ускорениями сноса» Луны.
Как видите, Солнце здесь оказывается вообще ни при чём. Помните, мы говорили о том, что в пределах планетарных сфер тяготения солнечное тяготение отключено? Ну, вот, и земная сфера тяготения в этом смысле не исключение. Душераздирающее получается зрелище: Солнце не притягивает Луну, а Луна не притягивает Землю… И, если об этом знать, тогда-то и становятся понятны выкрутасы парочки Земля-Луна, которые певцами всемирного тяготения в лучшем случае лишь констатируются.
Ну, а помимо этих выкрутасов, проясняется кое-что из происходящего на самой Земле, для которой болтанка своей сферы тяготения вперёд-назад тоже не проходит бесследно. Ведь эта болтанка порождает колебательное ускорение Земли, текущий вектор которого следует прибавлять к векторам силы тяжести, действующей на различные объёмчики вещества планеты. Так вот, о том, что Земля при движении по орбите колеблется вперёд-назад, а не обращается около условного центра пары Земля-Луна, свидетельствовала бы даже статистика землетрясений. Ведь вероятность землетрясения повышается при максимальных возмущениях местного вектора силы тяжести. Согласно закону всемирного тяготения эти возмущения максимальны в окрестностях новолуния и полнолуния, когда максимальна сумма возмущающих воздействий Луны и Солнца. А согласно вышеизложенному возмущения максимальны, наоборот, в серединках между новолуниями и полнолуниями, когда колебательное ускорение Земли максимально по величине. Кому-то это может показаться антинаучным, но землетрясения заметно чаще происходят в серединках между новолуниями и полнолуниями. Хоть стой, хоть падай!
А ещё, мы обещали вернуться к лунным океанским приливам. Собственно, «лунные» – это, как говорится, одно название, раз уж Луна не вызывает на Земле никаких силовых реакций. Не Луна является генератором лунных океанских приливов! Их причина – хоть поверьте, хоть проверьте – в том самом векторе колебательного ускорения Земли, который прибавляется к местным векторам силы тяжести. Результирующие векторы совершают вращательные уклонения с периодом в сутки, генерируя, как рассказано выше, вращающиеся приливные волны. Их расчётная амплитуда вполне соответствует реальной. Но почему же они вращаются с периодом в лунные сутки, а не в солнечные? Дело в том, что вблизи новолуний и полнолуний при переходе Земли через нулевое колебательное смещение вектор колебательного ускорения также переходит через ноль и изменяет своё направление в пространстве на противоположное. При этом фазы вращательных уклонений отвесов (генераторов вращающихся приливных волн) испытывают скачок на 180о. После этого приливные волны восстанавливают синхронизм со своими генераторами, что из-за инертных свойств воды занимает некоторое время и осуществляется через небольшое увеличение периода вращения. Если такое восстановление синхронизма длится половину синодического месяца, то увеличенный период вращения равен как раз средним лунным суткам. Кстати, обычно максимальные и минимальные размахи суточных приливов запаздывают; иногда на несколько суток по отношению к соответствующим фазам колебательного цикла Земли. Если отбросить поправки на эти запаздывания, то на типичных кривых суточных приливов хорошо видно, что их минимальные, практически, нулевые, размахи приходятся на новолуния и полнолуния, а максимальные – на серединки между ними. Это соответствует изменениям колебательного ускорения Земли, и, опять же, жутко противоречит требованиям закона всемирного тяготения, согласно которому высоты приливов должны быть максимальны в новолуния и полнолуния!
Уважаемые читатели, у вас от проколов закона всемирного тяготения ещё в глазах не мелькает? А то хотелось бы ещё добавить несколько слов про аномальное тяготение Луны. В данном случае слово «аномальное» означает вовсе не то, что лунное тяготение не укладывается в рамки закона всемирного тяготения: в эти рамки не укладывается и нормальное планетарное тяготение. Лунное аномальное тяготение не укладывается вообще ни в какие рамки! Известно, что имеется окололунная область пространства, в которой могут двигаться искусственные спутники Луны, но эта область не обладает свойствами планетарной сферы тяготения! Не наблюдается никаких пограничных эффектов при влёте космического аппарата в область лунного тяготения: истинная-однозначная скорость не скачет, радиосвязь не пропадает… «Так это же здорово, – обрадуются сторонники всемирного тяготения, – это значит, никакой границы нет! Всё по нашему закону: тяготение Луны безгранично!» Ага! Мы же видели, что оно даже на Землю не действует! Границы-то у него есть… в пределах которых космический аппарат притягивается не только к Земле, но и к Луне. «Так это же здорово, – опять обрадуются сторонники всемирного тяготения. – Сложение притяжений – это как раз по нашему закону!» Ага! По вашему закону, большое космическое тело, имеющее собственное тяготение, характеризуется «сферой действия» (термин из космонавтики), в пределах которой движение космического аппарата определяется притяжением, практически только к этому телу, а действием других больших тел можно начисто пренебречь. Считается, что радиус сферы действия Луны равен 66000 км. Но орбиты искусственных спутников Луны, даже весьма низкие, испытывают сильные эволюции, которые не объяснить действием региональных аномалий лунного тяготения. Приходится теоретикам приговаривать что-то такое насчёт возмущений со стороны Земли и Солнца… Ну тогда скажите честно, что для Луны не писан закон сферы действия! Эволюции орбит спутников Луны вы этим всё равно не объясните, но хоть на душе у вас легче станет! В том-то и необычность, что в области действия тяготения Луны земное тяготение не только не отключено (как это было бы, имей Луна сферу тяготения, подобную планетарной), но и, вдобавок к этому, истинные-однозначные скорости там определяются не в селеноцентрической системе отсчёта, а в геоцентрической! Это касается и самой Луны: её истинная-однозначная скорость не равна нулю, как это было бы, имей она сферу тяготения, подобную планетарной. Эта скорость равна скорости орбитального движения вокруг Земли, т.е., примерно 1 км/с. Это касается и спутников Луны: их обращение по окололунным орбитам является результатом мелких окололунных трепыханий, наложенных на главное движение – вокруг Земли. Вот при таком подходе, сильные эволюции окололунных орбит находят хоть какое-то объяснение!
Но даже не это главное. Аномальность тяготения Луны ненавязчиво указывает нам на то, что тяготение можно устроить по-разному: и так, и этак! От универсальности механизма действия тяготения остаются рожки да ножки! Единственное, что есть общего у планетарного и лунного тяготения – и то, и другое порождаются не веществом. Причём, в случае Луны, непричастность вещества к порождению тяготения проявляется особенно изысканно. Вы только не волнуйтесь, но есть экспериментальные свидетельства о том, что Луна представляет из себя не сплошное тело, а тонкостенную оболочку. Об этом говорят, в частности, результаты работы сейсмодатчиков на её поверхности. Сейсмические события, на которые реагировали эти датчики, вызывали и искусственно, для чего на поверхность Луны направляли отработанные разгонные ступени ракет. Поразительным было то, что результирующие «лунотрясения» длились невероятно долго. Так, после удара о поверхность Луны третьей ступени ракеты, разгонявшей корабль «Аполлон-13», «сейсмозвон детектировался в течение более четырёх часов. На Земле, при ударе ракеты на эквивалентном удалении, сигнал длился бы всего несколько минут». Это было написано не где-нибудь, а в престижном супернаучном журнале Science – топором уже не вырубишь. Ясно, что сейсмические колебания, которые затухают так медленно, нетипичны для сплошного тела. Наоборот, они типичны для полого резонатора. Так что вопрос об истинной массе Луны, определяемой не силой тяжести в её окрестностях, а количеством её вещества – это вопрос очень интересный…
2.5. Ещё раз о лабораторных… болванчиках.
Наконец, хотелось бы уладить кое-какие формальности. Например, с законом сохранения импульса. А то нас всё попрекают: и тяготение-то у нас порождается не веществом, и есть малые тела, которые сами не притягивают, а только притягиваются… а при этом, между прочим, третий закон Ньютона нарушается, а, значит, и закон сохранения импульса с ним за компанию! Господи, да не нарушаются здесь ни третий закон Ньютона, ни закон сохранения импульса: они здесь просто не работают! Вон где они работают – при столкновениях тел! Ну, и в других случаях, когда взаимодействуют тела. Тяготение – это совсем другое дело. Тяготение действует на тела, но порождается не телами: какому же тут импульсу сохраняться? Не тот случай.
Для сравнения: вот ваши представления о тяготении таковы, что там третий закон Ньютона и закон сохранения импульса ни в коем случае не нарушаются. Ну, и сильно вам это помогло? Объяснили вы тот казус, который вышел с астероидами-Троянцами? Разобрались вы, отчего такие несуразные результаты дают определения масс больших спутников Юпитера, которые, якобы, притягивают друг друга? И как насчёт межпланетных полётов, где при пересечении аппаратом границы планетарной сферы тяготения происходит скачок вектора его истинной-абсолютной скорости, а значит и вектора его истинного-абсолютного импульса? Это, по-вашему, тоже законом сохранения импульса обеспечивается? А может вы поясните, каким это образом закон сохранения импульса приводит к лихим манёврам у парочки Земля-Луна, в результате которых Луна летает по орбите, а Земля лишь вперёд-назад ёрзает? Было бы очень интересно послушать!
И потом: плачете по закону сохранения импульса, а мечтаете о двигателе безопорной тяги! А здесь как раз тот случай, когда плачем делу не поможешь. Ведь при работе двигателя безопорной тяги импульс не сохраняется! И не надо далеко ходить: тяготение – это и есть реализация безопорной тяги в чистом виде. Камешек падает на Землю оттого, что на него безопорная тяга действует! Камешек при этом ускоряется, импульс при этом не сохраняется, но ничего страшного не происходит. Главное, что здесь соблюдается закон сохранения энергии: часть собственной энергии камешка, или, если хотите, часть его массы, превращается в его кинетическую энергию. А вы, наверное, и не знаете, какие превращения энергии происходят при свободном падении малых тел! Ведь ваша официальная теория тяготения – общая теория относительности – такими пустяками не занимается. Но без этих пустяков никакой безопорный движок не потянет!
И прототип у всех на виду – тяготение! Разберись, сделай, и лети себе! Но, чтобы разобраться, нужно хотя бы честно обходиться с опытными данными. Неспроста же космолог и астрофизик В.Л.Гинзбург сказал: «Физика – это наука, которая основана только на надёжных опытных данных!» Ну, и где они, надёжные опытные данные по вопросам, связанным с тяготением? Мы же видим: часть этих данных выбрасывается, часть отфильтровывается, часть замалчивается, часть просто перевирается, да ещё и отсебятина добавляется через оптимизацию многих параметров! А дяденьки из Комиссии по борьбе со лженаукой (создали такую при Российской академии наук) взирают на всё это с чугунной невозмутимостью. Ну, чисто лабораторные болваночки!
О теории относительности.
«Теория относительности так надёжно проверена опытом, что сегодня сомневаться в этом могут лишь совсем необразованные люди»
(Из сборника «Шутки больших учёных»)
Канонизированная версия появления теории относительности (ТО) вкратце такова. На рубеже XIX-XX веков был в оптике движущихся тел жуткий кризис. Физики захлебнулись в противоречиях, сидели в прострации и не знали, что делать дальше. Тут-то Эйнштейн и вывел этих недотёп на путь истинный. Все-то противоречия его ТО устранила, все-то эксперименты она объяснила, да ещё кучу предсказаний сделала – и все они великолепно подтвердились на опыте!
Ну, красная цена канонизированным версиям хорошо известна: «Боже мой, что скажет история?» – «Да не волнуйтесь, история солжёт, как всегда!» И точно! Никаких противоречий ТО не устранила: она их послала куда подальше, а от себя новых насадила, ласково называя их парадоксами. Никаких экспериментов она не объяснила: она выдала постулаты без каких бы то ни было объяснений. А что касается дух захватывающих предсказаний ТО: мол, у движущегося с околосветовой скоростью объекта продольный размер сокращается чуть не в ноль, время растягивается чуть не на веки вечные, а масса растёт в дурную бесконечность, так правда в том, что все эти предсказания великолепно подтверждаются лишь мысленными экспериментами. А в физических экспериментах, не считая тех, тривиальные результаты которых ничего не доказывают, всё получается не так, как предсказывает ТО. Вам трудно такое представить? Ничего страшного: по меткому выражению Ландау, «ныне учёные способны постигать даже то, чего не могут себе вообразить». Было бы желание!
3.1. Предыстория появления ТО.
Ради исторической справедливости напомним, что вышеупомянутый «жуткий кризис» случился из-за представлений о природе света. Которые были, мол, больно наивными. А особенно у Лорентца, чья концепция по законченности своей наивности была самой выдающейся. Всё пространство у него было под завязку заполнено особой субстанцией – эфиром. Механические напряжения в этой субстанции описывались уравнениями Максвелла. Читаешь Лорентца и изумляешься: становится совершенно понятно, почему уравнения Максвелла именно таковы, каковы они есть. А также, почему в эфире возможны упругие волны. Которыми, как считалось, и был свет. Причём, эта эфирная концепция охватывала и вещество тоже! Лорентц представлял «частички материи» как могущие свободно передвигаться «местные модификации в состоянии эфира». Развив теорию Максвелла на случай присутствия электрических зарядов и выведя законы их взаимодействия и движения, Лорентц объяснил все известные тогда явления в оптике, электродинамике, а также в испускании и поглощении тепла.
Но была здесь и закавыка, из-за которой-то всё и вышло. С эфиром, казалось бы, можно было связать выделенную систему координат для отсчитывания абсолютных скоростей физических объектов. Смотрите: скорость упругих волн определяется упругими свойствами среды, поэтому скорость света должна быть константой по отношению к эфиру. Значит, если прибор движется в эфире, то для этого прибора скорость света должна определяться по правилам векторного сложения. Тогда для света легко объяснялся бы линейный эффект Допплера. А также боковой снос (аберрация по Брэдли), из-за обращения Земли вокруг Солнца с линейной скоростью 30 км/с. Скорость эта приличная. Земля по идее должна со свистом пронизывать эфир. Но увы: наземные оптические эксперименты, например, опыт Майкельсона-Морли, показывают, что такого «пронизывания эфира» нет, как будто околоземный эфир вместе с Землёй тащится. Как же тогда околоземный эфир без всяких турбулентностей продирается сквозь эфир межпланетный? Эта проблема по линии гидродинамики устранялась бы, если плотность эфира у поверхности Земли была бы на несколько порядков больше, чем в межпланетном пространстве. Но скорость света и там, и сям одинакова! Неужели при изменении плотности среды на несколько порядков не изменяются её упругие свойства? Нет, концы с концами никак не сходились…
Положим, результат Майкельсона-Морли Лорентц объяснил сокращением размеров конструкций их установки вдоль направления её движения в эфире. Это не было вспомогательной гипотезой. Из теории Лорентца прямо следовало, что электроны деформируются вдоль направления своего движения в эфире, превращаясь из шариков в сплюснутые эллипсоиды, а магнитные и электрические силы при этом изменяются так, что атомы в твёрдом теле занимают новые положения равновесия. От этого размер тела вдоль движения сокращается на множитель, равный лорентцеву квадратному корню. С одной стороны, это было замечательно: хоть и наивное, но объяснение всё-таки. А с другой стороны выходило, что теория, основанная на абсолютных скоростях в эфире, в итоге разъясняла: вот этих-то скоростей, ребятки, вам и не видать, как своих ушей! Было в этом, знаете, что-то обескураживающее…
И вот, когда Лорентц по этому поводу пребывал в полном раздрае, стал ему чёрт нашёптывать:
- Душка моя! Ты проверь: вдруг невозможность засечь абсолютную скорость – это универсальный принцип? Такой, что любому оптическому приборчику безразлично, стоит он в эфире или едет!
- Сгинь, сгинь, – отмахивался Лорентц. – Такой абстракционизм моей теорией не опишется!
- Да не скромничай, – втолковывал чёрт, – дело нехитрое! Стоит приборчик или едет, а оптическая картинка в нём одна и та же, так? Значит, в обоих случаях уравнения Максвелла идентичны! Вот и прикинь, как такое может быть! Если не ты, то кто же?
Ну, Лорентц и прикинул. Вышла, как и следовало ожидать, чертовщина полнейшая. В движущейся системе отсчёта уравнения Максвелла принимают точно такой же вид, как и в покоящейся, если выполнить особые преобразования линейной и временной координат. В результате этих преобразований, в движущейся системе отсчёта линейные масштабы сокращаются в направлении движения на множитель, равный лорентцеву квадратному корню, а временной масштаб, наоборот, на такой же множитель растягивается. «Господа! – умолял Лорентц. – Преобразования, которые я получил – это всего лишь формальный математический приём! Вы не подумайте, что в движущейся системе отсчёта происходят реальные деформации пространственных и временных масштабов!»
Всё! На этом месте лорентцевы игрушки кончились и начался эйнштейновский монументализм.
3.2. Эйнштейновский монументализм.
Никто не оценил результаты Лорентца так высоко, как Эйнштейн. Он проворно положил их в основу свеженькой концепции. Всё её содержание в сущности сводилось к преобразованиям Лорентца и следовавшим из них деформациям пространственных и временных масштабов, с той лишь разницей, что эти деформации объявлялись реальными.
- Постойте, – говорили ошарашенные физики. – Вон у Лоренца теория, так теория. Преобразования Лорентца выведены им на основе его подхода. А у Вас?
- А у меня, – растолковывал Эйнштейн, – преобразования Лорентца изначально присутствуют!
- Да откуда они у Вас взялись-то?
- Ах, господа, вы совсем тупые, что ли? Я их просто у Лорентца, как бы это выразиться, спостулировал. Имею право!
Кроме этого, Эйнштейн ещё «спостулировал» у Лорентца соотношение между массой и энергией (для случая электрона), а также выражение, описывающее рост массы электрона при увеличении его скорости. Там тоже множителем является лорентцев квадратный корень, так что внешне всё получилось очень даже в масть. Кстати, в знак признания заслуг Лорентца это выражение поначалу так и называлось: формула Лорентца-Эйнштейна. Правда, у Лорентца эта формула была, опять же, чётко выведена, а у Эйнштейна, опять же, никакого вывода не было: эта формула у него тоже «изначально присутствовала». Уж на что Лорентц был утончённым интеллигентом, так даже он в своей «Теории электронов» высказал, что об Эйнштейне думает: «Его результаты… в основных чертах совпадают с теми результатами, которые мы получили… причём главное различие заключается в том, что Эйнштейн просто постулирует то, что мы старались, с некоторыми затруднениями и не всегда вполне удовлетворительно, вывести из основных уравнений электромагнитного поля».
Опять же, какая наивность! Во-первых, на утончённых интеллигентов и рассчитано. Во-вторых, многие ли читали «Теорию электронов»? А газеты читали многие. И в кинематограф ходили. Вот для всех них и устроили грандиозный кошачий концерт про то, что Эйнштейн сбацал не фигнюшку какую-нибудь, а теорию, да к тому же гениальную. Трудно было найти домохозяйку или портового грузчика, которым все уши не прожужжали про то, что теперь, оказывается, «всё относительно». Пришлось потихоньку и физикам подтягиваться к переднему краю.
Ох, с каким же скрипом это у них получалось! Инерция мышления мешала! Что это для физиков значило «всё относительно»? А это значило, что про абсолютные скорости в эфире следовало забыть. «И про эфир – тоже!» – настаивал Эйнштейн. Потому что про абсолютные скорости в эфире было забыть гораздо легче, если сначала забыть про сам эфир. Сейчас кому-то может показаться смешным расстраиваться из-за таких пустяков, но в то время на физиков было смотреть больно. Ведь отказ от эфира означал отказ от кучи наработок и, в первую очередь, от тогдашних представлений о свете, ради которых, собственно, эфир в своё время и придумали. «Но, – продолжал раздавать ценные указания Эйнштейн, – уравнения Максвелла нужно сохранить!» Это тоже понятно: без уравнений Максвелла теряли бы смысл преобразования Лорентца, а заодно и всё то, что называлось «теорией относительности». Поэтому уравнения Максвелла пришлось сохранить. Но без эфира.
Вот вы, дорогой читатель, можете представить упругие волны в среде, только без этой среды? Не получается? Странно… Впрочем, у физиков это тоже не сразу получилось. Они быстро поняли, в чём проблема: всё портило словечко «упругие». Это словечко они отбросили и картинка заиграла: получились у них просто-волны, без всякой среды. Вот, оказывается, что такое свет: это волны в том, чего нет!
Потихонечку-полегонечку даже теорию развили вот этого самого, чего нет. Это у них называется «теория поля». Презабавнейшая вещь! Студенты так и хлопают глазами, пытаясь сообразить, с какой стати это «поле» описывается уравнениями Максвелла и откуда эти уравнения взялись.
А всё из-за того, что «всё относительно». Из-за того, что к движению физических тел следует подходить, мол, с позиций формальной логики. Поясняем: с этих позиций плевать, кто относительно кого движется, ибо если тело А движется относительно тела В, то, формально, тело В тоже движется относительно тела А. Плевать-то плевать, но на практике движения тел зачастую оказываются однозначными. Например, камень падает на Землю, а не наоборот. Кто сомневается, тому можем справочку предъявить. Вот эта справочка: если скорость соударения камня с Землёй равна V, то кинетическая энергия, которую после этого соударения можно превратить в другие формы энергии, равна половине произведения квадрата V на массу камня, но уж никак не на массу Земли. Значит действительно падал камень. Сия справочка выдана на основании закона сохранения энергии. Законнее не бывает, так что не придерёшься.
Знаете, почему так получается? Потому что угораздило кинетическую энергию быть квадратичной по скорости! Из-за этой квадратичности превращения энергии при ускоренном движении конкретного тела адекватно описываются лишь в какой-то конкретной системе отсчёта. То есть для адекватного описания скорость тела приходится брать, так сказать, однозначную! Закон, как говорится, порядка требует. А особенно – закон сохранения энергии! Там, где этот закон работает, скорости оказываются истинными-однозначными, и никакого бардака (с относительными скоростями) нет!
О каком бардаке идёт речь? А вот, например, Эйнштейн утверждал, что «движущиеся часы замедляют свой ход». В терминах относительных скоростей это сразу приводит к «парадоксу часов» (или «парадоксу близнецов»): часы N1 движутся относительно часов N2, поэтому часы N1 идут медленнее; но часы N2 тоже движутся относительно часов N1, поэтому медленнее идут часы N2. Из такой находки популяризаторы ТО выжали всё, что только можно. Благодаря их подвижничеству, любой желающий мог в свободное от основной работы время попрактиковаться в вывихивании своих мозгов, пытаясь совместить два взаимоисключающих утверждения, да остаться при этом в рамках формальной логики. Это называлось «теория относительности для миллионов». Кстати, помимо «парадокса часов», можно было бы поизгаляться ещё насчёт совершенно аналогичных «парадокса длин» и «парадокса масс», но в приличном релятивистском обществе это было не принято. «Реальное» сокращение длины – оно ведь должно вызываться реальными силами, которые должны совершать реальную работу… Видите, куда заносит – даже с длинами? Не говоря уже про массы! Это приводит к парадоксам с энергией, что нехорошие ассоциации вызывает. А приколы с часами, как полагали, к парадоксам с энергией не приводят. Ведь атомных часов тогда ещё не было даже в проекте. Были, в лучшем случае, швейцарские хронометры. Так что насчёт «движущихся часов» грех было не поизгаляться!
Так вот, Эйнштейн отлично понимал: бардак с относительными скоростями возможен лишь там, где превращений кинетической энергии не происходит. Поэтому он и оговорил, что «специальный принцип относительности» применим лишь для систем отсчёта, «движущихся друг относительно друга прямолинейно и равномерно». Правда, ни одной такой системы отсчёта он не указал: в реальном физическом мире все практические системы отсчёта оказываются в той или иной степени ускоренными. Казалось бы, здесь у Эйнштейна очевидный недочёт! Но это для нас, для простых смертных, очевидный недочёт. А для гениев – всё по-другому. Этот недочёт Эйнштейн превратил в увесистую дубину против своих критиков. Они-то, глупенькие, выстраивали свои рассуждения, ориентируясь на реальный физический мир, в котором ускорения неизбежны. Как только у них доходило до ускорений, тут же следовал удар дубиной: «Вы вышли за границы применимости теории, которую критиковать пытаетесь! Тундра неогороженная!» Останавливающий эффект был колоссальный.
И ведь до сих пор релятивисты полагают, что специальная теория относительности (СТО) справедлива для неускоренных систем отсчёта. Только они не уточняют, где же сыскать дурака, сиднем сидящего в такой системе. Сел на пенёк – так перестал ускоряться, что ли? Не смешите! Во-первых, этот пенёк имеет центростремительное ускорение из-за суточного вращения Земли. Во-вторых, Земля сама обращается вокруг Солнца. В-третьих, Солнечная система обращается вокруг центра Галактики… Где же он, чудесный неускоренный пенёк, на котором седалище полноценно отдохнуло бы от суеты мирской? Или, выражаясь научным слогом, где же практические системы отсчёта, в которых должны работать предсказания СТО? Сотня лет прошла, а ни одной такой системы отсчёта релятивисты не указали. Но ведь это скандал: где же у этой теории область применимости?
«А вот область применимости не трожьте! – обижаются релятивисты. – Во-первых, даже криволинейное и ускоренное движение на маленьком отрезочке можно считать прямолинейным и равномерным, понимаете?» Понимаем. Это называется: «понарошку». Как в детском садике! «А во-вторых, – продолжают они, – если кто желает рассчитать, например, релятивистское изменение хода атомных часов, то непременно находится система отсчёта, в которой предсказания СТО срабатывают!» Ага, ага. Непременно находится! Только не благодаря СТО! Надо же было умудриться сморозить такой шедевр: великолепную, внутренне непротиворечивую теорию, из которой прямиком следует, что она неприменима на практике! «Но в этом нет ничего страшного, – успокаивают нас, – это следствие как раз ошибочное!» Ну, действительно: несмотря ни на что, подходящая-то система отсчёта находится! Если удачно применить метод научного тыка! Вон, какой-нибудь несчастный космический аппарат, с атомными часами на борту, движется и относительно других космических аппаратов, и относительно наземных лабораторий, и относительно Луны, планет, Солнца… Прикидываете, сколько у него относительных скоростей? И нужно не захлебнуться в этом изобилии, а, удачно научно тыкнув, выбрать одну-единственную относительную скорость – вот тогда для его бортовых часов предсказания СТО блестяще сработают!
3.3. О системах отсчета.
Ёлки-палки, до чего же мы докатились? Чем «одна-единственная относительная» скорость отличается от истинной-однозначной? Ну, разве вот чем: если вы хотите сделать правильные расчёты, то «одну-единственную относительную» скорость можно найти, действительно, лишь методом научного тыка, а истинная-однозначная скорость известна заранее. Надо только знать, как истинные-однозначные скорости отсчитывать.
Секрета из этого не делают. Прямо говорят: здесь не обойтись какой-то одной системой отсчёта; их – целое семейство. Причём области пространства, в которых следует опираться на ту или иную систему отсчёта из этого семейства, строго разграничены. Это разграничение в точности повторяет разграничение областей действия тяготения больших космических тел (см. наш очерк «Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения»). Действительно, имеется множество свидетельств о том, что в областях планетарных тяготений солнечное тяготение «отключено». Именно такой подход, дорогой читатель, объясняет не только фактическую картину океанских приливов (нет там никаких «приливных горбов»!), но и феномен астероидов-Троянцев, а также чудеса кинематики у парочки Земля-Луна, которая вовсе не обращается вокруг «общего центра масс»: Луна-то, можно сказать, обращается, а вот Земля всего лишь колеблется вперёд-назад вдоль местного участка своей околосолнечной орбиты. Так вот, из-за разграничения областей действия солнечного и планетарных тяготений малое тело, где бы оно ни находилось, тяготеет и, если есть возможность, падает только к одному «силовому центру»: к солнечному или планетарному. Этим и обеспечивается однозначность превращений энергии при свободном падении малых тел, благодаря чему и являются реалиями их истинные-однозначные скорости.
Так по отношению к чему эти скорости следует отсчитывать? Смотрите: малое тело испытывает тягу, направленную вниз по местной вертикали, подчиняясь определённым предписаниям. Которые задают «склоны» для собственных энергий (масс) элементарных частиц: «верх» – это там, где эти энергии больше, а «низ» – там, где они меньше. Чем круче местный участок такого «склона», тем больше местное ускорение свободного падения. Ведь кинетическая энергия малого тела при свободном падении за счёт того и растёт, что при перемещении его вниз обязана уменьшаться его масса. И, если превращения энергии при свободном падении определяются геометрией местного участка «склона» для собственных энергий, то истинная-однозначная скорость – это, по определению, и есть скорость относительно местного участка этого «склона» (авторское название этой скорости – локально-абсолютная). Правда, на практике такое определение мало что даёт: как можно знать скорость физического объекта относительно каких-то там «предписаний»? Ведь ещё великий Мах учил, что «на практике мы можем проследить движение тела только относительно других тел»… Не пужайтесь, граждане: как раз на практике легко находится подходящее тело отсчёта. Для физических явлений в пределах планетарной сферы тяготения таким телом отсчёта является планета, а для физических явлений между планетарными сферами тяготения – Солнце. Можно сказать, что в солнечное «инерциальное пространство» встроены области планетарных «инерциальных пространств», которые находятся в орбитальном движении вокруг Солнца. Причём в области планетарного «инерциального пространства» на истинной-однозначной скорости физического объекта никак не сказывается то, что сама эта область находится в орбитальном движении.
Может истинные-однозначные скорости кому-то кажутся умозрительными фантазиями? Отнюдь, истинная-однозначная скорость прибора детектируется на опыте! И это получилось задолго до первой эйнштейновской статьи. Знаете у кого? Вы только потерпите, не смейтесь – у Майкельсона и Морли в 1887 году! Вам наверное трудно в это поверить, потому что во множестве учебников и монографий подчёркивается огромная роль, которую сыграл в становлении СТО эксперимент Майкельсона-Морли. Результат его якобы оказался «нулевым», никакого «абсолютного» движения обнаружено не было. Те, кто такое пишут, что-то путают. Может они и правы насчёт «огромной роли», если, конечно, Эйнштейн считал эту роль настолько огромной, что просто не смог найти подходящих для такого случая слов, и поэтому про Майкельсона и Морли в своей статье даже не упомянул. А что касается «нулевого результата», то слухи о нём несколько преувеличены. Ну да, не проявилось орбитальное движение Земли вокруг Солнца – по этому поводу и устроили вселенскую скорбь. Но ведь был повод и для радости: интерферометр реагировал на своё движение в направлении на местный восток из-за вращения Земли вокруг своей оси. Правда, линейная скорость этого движения на два порядка поменьше, чем 30 км/с, но это всё же больше, чем совсем ничего. Заметьте, прибор Майкельсона-Морли – это вам не интерферометр Саньяка, где свет движется во встречных направлениях в обход контура с ненулевой площадью, благодаря чему детектируется собственное вращение прибора. У прибора Майкельсона-Морли площадь контура нулевая! И, к тому же, это вам не акселерометр, который используется в системах инерциальной навигации, где детектируется ускорение, а затем оно интегрируется и таким образом вычисляется скорость. Нет, к изумлению релятивистов прибор Майкельсона-Морли реагировал непосредственно на свою скорость, причём на вполне конкретную.
Далее был ещё целый ряд экспериментов, которых релятивисты называют «аналогами» эксперимента Майкельсона-Морли. В этих, с позволения сказать, «аналогах» результаты были действительно нулевые. То, что там не проявлялось орбитальное движение вокруг Солнца – это само собой. Но там не проявлялось и движение установки из-за суточного вращения Земли. Странно? Нет, не странно: оно и не могло там проявиться. Вот, например, что вытворяли Таунс с сотрудниками. Ставили пару мазеров на платформу, пучками атомов навстречу друг другу, причём, вдоль линии запад-восток. Измеряли частоту биений этой парочки. Затем поворачивали платформу на 180° и снова измеряли частоту биений. И так много раз, на протяжении более полусуток. «Орбитальный эфирный ветер» при такой методе обнаружился бы. А «суточный» – нет, поскольку при повороте платформы на 180° допплеровские сдвиги частот у мазеров просто менялись ролями, и частота биений оставалась прежней. Другие специалисты ставили на платформу два инфракрасных мазера ортогонально друг другу, и давай поворачивать эту платформу туда-сюда на 90° между положениями, когда резонатор одного мазера ориентирован по линии север-юг, а резонатор другого, соответственно, по линии восток-запад. Если бы дул «эфирный ветер», он приводил бы к неодинаковым сдвигам частот у резонатора, ориентированного «вдоль ветра», и у резонатора, ориентированного «поперёк ветра»; поэтому при тех самых поворотах платформы частота биений мазеров соответственно изменялась бы. Размах этих изменений, соответствующих скорости 30 км/с, составил бы 3 МГц. А обнаружили – 270 кГц, да не из-за «эфирного ветра», а из-за магнитострикции, т.е. изменения длин металлических стержней резонаторов под воздействием магнитного поля Земли. Вклад же из-за суточного движения установки должен был иметь размах около 300 Гц при синфазности с «магнитным» эффектом. Ясно, что этот вклад было невозможно увидеть. Как выражаются экспериментаторы, он был «погребён в шумах».
Другого рода шутки получались в тех случаях, когда измерения проводились при неизменной ориентации всех элементов установки по отношению к земной поверхности. Таких экспериментов было множество: исследования ионного стандарта частоты, двухфотонная спектроскопия в атомном пучке, сличения частот ортогонально расположенных лазеров… Всё это делалось с сумасшедшей точностью. Но что толку от этой сумасшедшей точности, если проявление суточного «эфирного ветра» было неизменным на протяжении всего интервала измерений? Как здесь увидеть, что это проявление вообще существует? Увидеть эффект можно тогда, когда его проявление хоть как-то изменяется. А если нет, то как ни всматривайтесь, эффекта всё равно не увидите!
А вот Брилет и Холл (1979 г.) исхитрились сличать частоты двух лазеров, один из которых был установлен на медленно вращающейся платформе. Это совсем другое дело! Эффект, конечно же, обнаружился. Соответствующая ему скорость «эфирного ветра» отличалась от линейной скорости суточного вращения на широте лаборатории менее чем на шесть процентов! Это – потрясающий результат. Он подтверждает, что если устранить технические и методологические «косяки»… в общем, если подойти к вопросу умеючи, то вполне реально детектировать свою скорость автономно, без оглядки на звёзды или на искусственные спутники Земли. Причём наземные приборы, которые на такое способны, исправно игнорируют своё орбитальное движение вокруг Солнца, но не менее исправно реагируют на своё движение из-за суточного вращения Земли. Всё в согласии с концепцией истинных-однозначных скоростей! Ведь в пределах сферы тяготения Земли истинные-однозначные скорости физических объектов – это как раз их скорости в геоцентрической невращающейся системе отсчёта. Покоящийся на поверхности Земли прибор, способный автономно детектировать свою истинную-однозначную скорость, отреагирует именно на линейную скорость своего суточного обращения вокруг земной оси. А от того, что у Земли есть линейная скорость орбитального движения, этому прибору не будет ни жарко, ни холодно. «Почему же, – недоумевают релятивисты, – на большую скорость прибор не реагирует, а на маленькую – реагирует?» Да ёлки-палки! Объясняем же русским языком: истинная-однозначная скорость у прибора одна. Если она маленькая, то прибор только на неё, на маленькую, и реагирует. И не надо реакции наземных приборов на своё движение в геоцентрической системе отсчёта называть паразитными эффектами. Не надо судить об этих эффектах по себе!
Понятно, что релятивистам страшно не нравится факт автономного детектирования истинной-однозначной скорости прибора. Ведь этим фактом сразу же сживается со света принцип относительности, он же первый постулат СТО. Эйнштейн сформулировал его так: «Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояний относятся». Могут возразить: почему же он сживается со света – он сформулирован так туманно, что непонятно, о чём тут вообще речь. Позвольте, позвольте! Несколько поколений толкователей потрудились на славу и пришли к согласию в том, что в переводе на общепонятный язык принцип относительности означает следующее: «Никакими физическими экспериментами внутри лаборатории обнаружить её прямолинейное и равномерное движение невозможно». А, оказывается – возможно!
Хорошо ещё, что остаётся справедлив второй постулат: «Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определённой скоростью [c], независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом». О независимости скорости света от характера движения источника давно говорили наблюдения за двойными звёздами. Из-за их обращения друг вокруг друга часто бывает, что одна звезда приближается к Земле, а другая, наоборот, удаляется. Если скорость света складывалась бы со скоростью источника, то с Земли наблюдалось бы, вместо Кеплерова обращения у таких парочек, нечто кошмарное. Так вот: почему скорость света не зависит от характера движения источника, Эйнштейн не объяснил. А ведь это так просто: те самые «склоны», которые обеспечивают тяготение, задают «инерциальную привязку» не только для истинных-однозначных скоростей малых тел, но и для фазовой скорости электромагнитного излучения. Можно сказать, что эти «склоны» играют роль «светоносного эфира». Земля вращается с запада на восток в «эфире» земной сферы тяготения – результирующий «эфирный ветер» с востока и ловили Майкельсон и Морли, а также Брилет и Холл. Следует только не забывать, что «эфир», о котором говорим мы, имеет природу не вещественную и не полевую. «Эфир», о котором говорим мы, это реальность не физическая, а надфизическая: это программные предписания. Потому-то при движении планетарной области «инерциального пространства» сквозь солнечное «инерциальное пространство» не возникает проблем ни по линии гидродинамики, ни по линии наложения полей друг на друга. Просто предписания таковы, что солнечный и планетарные «эфиры», так сказать, не смешиваются, и границы между ними сохраняют первозданную резкость. Ну, а фазовая скорость света ведёт себя, как фундаментальная константа, в пределах каждой из этих неперекрывающихся областей «инерциального пространства». А ведь эти области движутся друг относительно друга! И в итоге оказывается, что скорость света – это фундаментальная константа… лишь в локальном смысле. Например, пока свет движется в пределах планетарной области «инерциального пространства», его скорость равна с только в планетоцентрической системе отсчёта. А в гелиоцентрической системе отсчёта она векторно складывается с гелиоцентрической скоростью планеты! Напротив, по межпланетному простору свет движется со скоростью с только в гелиоцентрической системе отсчёта, и уже для его скорости относительно какой-либо планеты следует делать соответствующий векторный пересчёт. Заметьте, эти пересчёты следует делать по простому, классическому закону сложения скоростей!
Именно такой подход, дорогой читатель, единым махом устраняет проблемы в оптике движущихся тел, которые так и не осилила ТО, что бы там не верещали её популяризаторы. Вот вы, наверное, слышали про такое скромное физическое явление – про годичную звёздную аберрацию, которую давным-давно открыл Брэдли. Там штука в том, что видимые положения звёзд выписывают на небесной сфере замкнутые кривульки с периодичностью ровно в один год. Эти кривульки являются, вообще говоря, эллипсочками, вытянутыми тем больше, чем меньше угол между направлением на звезду и плоскостью земной орбиты; но большая полуось у всех этих эллипсочков одинакова и равна, в угловой мере, отношению орбитальной скорости Земли к скорости света. Во многочисленных учебниках это явление комментируют в том духе, что, мол, если в неподвижной системе отсчёта свет летит вертикально, то в системе отсчёта, движущейся поперёк полёта света, этот свет летит под соответствующим углом к вертикали. И ещё пояснение дают: мол, когда поезд стоит, то капли дождя оставляют на вагонном окне вертикальные следы, а когда поезд едет, то следы получаются не вертикальные, а «под углом». Это же, мол, так просто, что даже до жирафа быстро дойдёт…
Дяденьки, да вы основополагающую статью Эйнштейна читали? Он ведь там пытается всё строить на относительных скоростях. А в формуле для годичной аберрации фигурирует орбитальная скорость Земли. Она, простите за каламбурчик, относительна по отношению к чему? Да только по отношению к Солнцу. Но причём тут Солнце, если речь идёт о свете от звёзд? У Эйнштейна чёрным по белому написано, что угол аберрации должен зависеть от относительной поперечной скорости источника света и его приёмника; в данном случае, звезды и Земли. Начитавшись подобных предсказаний, релятивистски настроенные астрономы с жаром брались за их подтверждение. Но, всматривались они в собственные движения звёзд, всматривались – и у них тихо сносило крышу. Понимаете, у тех же двойных звёзд, которые обращаются друг вокруг друга, поперечные скорости относительно Земли заведомо различны. И при этом не наблюдается никаких отклонений от их кеплерова движения: аберрационные смещения изображений этих парочек не только одинаковы по величине, но ещё и синхронны. Получается, что звёздную аберрацию никак не объяснить в терминах относительных скоростей: она зависит только от конкретной собственной скорости приёмника!
Но ведь так и должно быть. При переходе света через границу раздела двух областей «инерциального пространства» происходит переключение скорости света на новую «инерциальную привязку» с соблюдением простого правила: начальное движение света в новой области происходит в том направлении, в котором свет в эту область влетел. Прикиньте, что при этом происходит со светом от звёзд, влетающим в земную область «инерциального пространства», которая обращается вокруг Солнца с периодом в один год – и вы сразу получите адекватное объяснение годичной звёздной аберрации.
А у релятивистов эта больная мозоль так и осталась. Впрочем, кое-какие меры они приняли. Мне как-то рассказывали про первый том трудов Эйнштейна из фондов Центральной Ленинской библиотеки. Тот самый лист, где Эйнштейн с треском прокололся со звёздной аберрацией, в этом томе заботливо вырван. Не удивлюсь, если физическое лицо, совершившее сей научный подвиг, впоследствии заслуженно защитило диссертацию на тему «Способ решения проблемы звёздной аберрации в рамках принципа относительности».
Но это ещё не всё! В электродинамике движущихся тел имеется ещё один линейный по скорости феномен, где истинные-однозначные скорости излучателя и приёмника заявляют о себе во весь голос. Это (страшно вымолвить) линейный эффект Допплера. Откуда берётся эффект Допплера в акустике – это понятно: скорость звуковой волны «привязана» к среде, в которой она распространяется, поэтому при движении в этой среде как источника звука, так и его приёмника происходят соответствующие изменения как излучаемой, так и принимаемой длины волны (или частоты). Аналогичную картину представляли и для электромагнитных волн, пока считали, что они являются волнами в эфире. Но Эйнштейн упразднил эфир, а заодно и скорости излучателя и приёмника по отношению к нему. И заявил, что линейный эффект Допплера в электродинамике определяется, опять же, только относительной скоростью излучателя и приёмника: скоростью их сближения или расхождения. Откуда при таких делах могут браться допплеровские сдвиги, да ещё если скорость света всегда одинакова как для излучателя, так и для приёмника, релятивисты до сих пор не понимают. Кроме абстрактных математических фокусов-покусов на этот счёт, никакого физического объяснения у них нет. А ведь без физического объяснения опять с треском проколешься. Так и вышло. Заявление Эйнштейна о зависимости линейного эффекта Допплера лишь от относительной скорости излучателя и приёмника оказалось, вообще говоря, неверно в корне. Верно оно только тогда, когда излучатель и приёмник находятся в одной и той же области «инерциального пространства», например, в одной и той же планетарной сфере тяготения. А когда они находятся по разны стороны границ, разделяющих области действия солнечного и планетарных тяготений, то с линейным эффектом Допплера творится, по меркам релятивистов, полная жуть!
Смотрите: если истинные-однозначные скорости излучателя и приёмника имеют чёткий физический смысл (а выше мы пояснили, как следует отсчитывать эти скорости), то линейный эффект Допплера в электродинамике объясняется аналогично тому, как он объясняется в акустике. Соответственно, и величина его должна зависеть только от проекций истиннных-однозначных скоростей излучателя и приёмника на соединяющую их прямую. А теперь, внимание: планеты покоятся в центрах своих сфер тяготения, поэтому истинные-однозначные скорости планет равны чему? Правильно, они равны нулю! Теперь представьте: мы посылаем с Земли на другую планету узкополосный сигнал и принимаем его отражение. Вопрос: проявится ли через допплеровский сдвиг сближение или расхождение Земли и этой планеты? Ответ: нет, не проявится!
И на опыте это так и есть. В 1961 г. группа под руководством Котельникова провела удачную радиолокацию Венеры не импульсами, а именно узкополосным сигналом. Причём принцип детектирования эхо-сигнала был основан на выделении его из шумов в очень узкой полосе. А чтобы он в эту полосу попал, требовалось по релятивистским меркам компенсировать огромный допплеровский сдвиг, соответствующий удалению Венеры со скоростью более 2 км/с. Так вот, результат оказался ошеломляющим. Когда компенсация допплеровского сдвига проводилась, никаких эхо-сигналов не обнаружилось. А когда компенсация НЕ проводилась, эхо-сигналы убедительно обнаруживались!
Об этом секрете удачной радиолокации Венеры мало кто знает. Даже за словесную критику ТО можно было не только распрощаться с научной карьерой, но и скоротать остаток жизни в психлечебнице. А тут получился не просто трёп, а убийственный для ТО опытный факт… Котельников и его сотрудники нашли соломоново решение. Они написали про этот факт, но, так сказать, по частям, рассредоточенным аж в трёх статьях одного и того же номера «Радиотехники и электроники». «Публикаций у нас маловато!» – пояснили они редактору. Каждая из этих статей по отдельности выглядела серенько и ни о чём таком убийственном не говорила. Но тот, кто догадался бы их сопоставить, имел бы дело со страшным коктейлем.
Впоследствии радиолокационщики чуть не наизнанку вывернулись, чтобы убедить научную общественность в наличии эффекта Допплера при радиолокации Венеры. Смотрите, мол: и собственное-то вращение Венеры мы замерили по противоположным допплеровским сдвигам у отражений от западного и восточного краёв её диска, и даже некоторые крупные особенности её поверхностного рельефа различили! Ну, какие молодцы, возьмите с полки по пирожку! Если уж Венера имеет собственное вращение, то, конечно, истинные-однозначные скорости элементов её поверхности не равны нулю, что и даст соответствующие вкладики в допплеровские сдвиги. Надо же: нет главного вклада, который тянет на километры в секунду, но зато есть вкладики, которые тянут на несколько метров в секунду! Это, конечно, здорово утешает. Родная мама не утешила бы лучше!
Вот так и вышло, что специалисты по дальней космической связи, управлявшие автоматическими межпланетными станциями, тоже пребывали в несокрушимой уверенности насчёт того, что линейный эффект Допплера здесь определяется скоростью удаления космического аппарата от наземной антенны, или наоборот скоростью его приближения к ней. Так говорит ТО! Какие, мол, сомненья?! Вот так под знаменем ТО и летели аппараты к Венере и к Марсу. А когда долетали они до чужой сферы тяготения и пересекали её границу, радиосвязь с ними немедленно пропадала, и операторам только и оставалось, что помахать им ручкой (мы об этом уже писали в «Бирюльках…»). Вот так под знаменем ТО и потеряли целый ряд советских и американских аппаратов на первых подлётах к Венере и Марсу. Помните, перед влётом в планетарную сферу тяготения истинная-однозначная скорость аппарата – это его скорость в гелиоцентрической системе отсчёта, а после влёта – в планетоцентрической? А сама-то планетарная сфера тяготения движется вокруг Солнца, да с приличной скоростью. Видите, при пересечении аппаратом границы планетарной сферы тяготения просто обязан происходить скачок его истинной-однозначной скорости по правилам векторного сложения. А значит, и соответствующий скачок допплеровского сдвига при радиосвязи с ним. Руководители межпланетных полётов отлично знают про эти пограничные скачки скорости: игнорируя их, межпланетный полёт правильно не рассчитаешь. И про пограничные допплеровские скачки они тоже отлично знают: игнорируя их, пропавшую радиосвязь не восстановишь. И не могли эти руководители быть такими идиотами, чтобы не сопоставить те и другие скачки. И не увидеть, что они вполне соответствуют друг другу. И не понять при этом, что успешные межпланетные полёты начали получаться тогда, когда управление аппаратами начали выполнять совершенно диким по меркам ТО образом. Всё эти руководители знают, всё они понимают. И при этом, загадочно улыбаясь, уверяют всех и вся, что и ближние, и дальние космические полёты происходят в согласии с ТО, да с неслыханной точностью. Впрочем, что верно, то верно: кроме них, никто про эту «точность» не слыхивал.
Заметим: этот бесценный опыт межпланетных полётов говорит о том, что при пересечении границы планетарной сферы тяготения переключается «инерциальная привязка» не только для скорости космического аппарата, но и для скорости света! Кстати, а вы знаете, сколько у света скоростей? Или вы полагаете, что она у него одна? Вот похоже Эйнштейн именно так и полагал: он везде говорил про скорость какого-то «луча света». Летит, мол, себе этот «луч», да со скоростью, ну и слава Богу. Если бы сегодняшние студенты знали, что на такой формулировочке держится фундамент теоретической физики, то им, право, стало бы неловко. Им-то известно, что у света есть фазовая скорость, с которой движутся световые волны, и групповая скорость, с которой движутся световые импульсы. Как измерять фазовую скорость, экспериментаторам хорошо известно. И как измерять групповую скорость, им тоже известно не хуже. Но попросите-ка их измерить скорость «луча света»! Они посмотрят на вас умными глазами и спросят: «Батенька, о чём вы?» Ну, кто бы мог по горячим следам подумать, что всё так выйдет? По горячим следам думалось о другом – и додумалось вот до чего: «Никакой физический объект не может двигаться быстрее света!» И для слабоумных примечание сделалось: «В том числе, и сам свет!» Поясняем: в противном случае вся математическая конструкция ТО рассыпалась бы.
И что же? Первого противного случая оказалось совсем недолго ждать. Обнаружилось, что при движении света в вещественных средах происходят дивные вещи: у света с длинами волн, попадающими на ту или иную линию поглощения в веществе, фазовая скорость может превышать скорость света в вакууме в разы и даже на порядки. Пришлось релятивистам комментарии сооружать: «Ах, ну что такое фазовая скорость, в конце концов? Она же явно какая-то ненастоящая! Ничего с этой скоростью не летит, только фаза сдвигается, а это, уверяем вас, совсем не страшно! Вот если, господа экспериментаторы, вы обнаружите групповую сверхсветовую скорость, тогда, действительно, нам будет крышка. Ищите-свищите!»
.
3.4. Сверхсветовые скорости? Пожалуйста!
То, что свершилось дальше, не укладывается в шкалу не только релятивистских, но и общефизических ценностей.
В 1966 г. Басов с сотрудниками сообщили о результатах исследований временных задержек на движение лазерного импульса в системе генератор-усилитель. Между рубиновым лазером-генератором и парой рубиновых стержней-усилителей было расстояние около 2.5 м. Делительная пластинка делала из одного лазерного импульса два, каждый из которых в итоге попадал на свой фотодетектор, но разница была в том, что один путь проходил сквозь усилитель, а другой – нет. Ну, а сигналы с фотодетекторов подавались на скоростной двухканальный осциллограф. И вот, представьте. При выключенном усилителе, т.е. при отключенных лампах его «накачки», согласовывали задержки в электрических схемах двух каналов так, чтобы на экране осциллографа оба всплеска фототока происходили синхронно. А потом – всего лишь включали усилитель. И – приходили в крайнюю степень изумления. Всплеск фототока от импульса, проходившего через усилитель, теперь опережал во времени другой всплеск, который служил опорным. Изумляла величина этого опережения: она была запредельно велика. Казалось бы изменения, которые могли сказаться на задержке, делались лишь на протяжении усилителя. Если допустить немыслимую ситуацию, при которой лазерный импульс проходит по включённому усилителю мгновенно, то даже тогда выигрыш во времени составил бы всего 1.6 наносекунды. А осциллограф весело показывает: не 1.6, а целых 9 наносекунд! Кстати, длительность самого-то импульса составляла что-то около трёх наносекунд, т.е. эффект вырисовывался очень уверенно.
Впоследствии всё подтвердилось в ряде других лабораторий с использованием различных лазеров и различных нелинейных ячеек: не только усиливающих, но и поглощающих. Главное – спектральные линии генератора и нелинейной ячейки должны были совпадать. И тогда результат был неизменно превосходен, причём «запредельность» опережения исчислялась уже десятками и сотнями раз…
У теоретиков интерес к этой проблеме как-то сам собой угас. Не корите вы их, не браните: их мучения можно понять. Если задача ставится так: «Каким образом лазерный импульс проходит по нелинейной ячейке быстрее чем мгновенно? или, другими словами, каким образом групповая скорость света может быть больше чем бесконечная?» – тут даже самая буйная фантазия заглохнет. Но зачем же ставить заведомо нерешаемые задачи? Может здесь дело всё-таки не только в нелинейной ячейке? Вот что заслуживает внимания: во всех подобных экспериментах, «выпадающая» задержка – это как раз то время, за которое лазерный импульс пролетает промежуток от генератора до нелинейной ячейки! Чем меньше протяжённость нелинейной ячейки, тем «запредельнее» оказывается опережение! Самый оглушительный результат был получен с тонкой поглощающей плёнкой! И напрашивается вот какая версия: когда нелинейность «выключена», лазерный импульс идёт от генератора к нелинейной ячейке со скоростью света, а когда нелинейность «включена», импульс перебрасывается из генератора в нелинейную ячейку почти мгновенно.
Тогда всё становится на свои места. Правда, следует уточнить, как распространяется свет, а то, наверное, не все ещё знают.
Нас ведь как учили: с позиций квантовой теории свет – это не что иное как летящие фотоны. А что такое фотон, никто из учителей толком не понимает. Грубо говоря, это, якобы, отрезочек электромагнитной волны, который излучается атомом и, долетев до другого атома, может им поглотиться. А знаете, сколько длин волн укладывается на этом отрезочке? Интерференция при больших разностях хода подсказывает: как минимум, несколько миллионов. Умножьте на эти несколько миллионов длину волны в видимом диапазоне, скажем 5000 Ангстрем: получится нижняя оценка для «длины фотона». А расстояния между атомами в твёрдом теле несколько Ангстрем. Вы, дорогой читатель, представляете, как от одного атома к другому летит «отрезочек», длина которого на 8-9 порядков больше, чем расстояние между этими атомами? Не получается? Странно…
Впрочем, у физиков это тоже не получается. А ведь это – самое простенькое. С другими свойствами фотона ещё хлеще выходит. Собственно, а зачем они, фотоны, нужны? Без них всё гораздо проще: квант световой энергии не движется по пространству между атомами, а перемещается непосредственно с атома на атом с помощью почти мгновенного квантового переброса. Цепочка таких квантовых перебросов с атома на атом – это и есть движение кванта световой энергии. А поскольку это движение подчиняется определённым закономерностям, то ясно, что действует некоторое управление, прокладывающее путь кванту световой энергии. Это оно, управление, производит поиск очередного атома-получателя. В ходе этого поиска пространство вокруг атома-отправителя сканируется. Угадайте, с какой скоростью? Правильно, со скоростью света в вакууме по отношению к местному участку «инерциального пространства».
Такой подход объясняет многое: и конечность скорости света, и прямолинейность его распространения, и его волновые свойства, и особенности его движения в вещественных средах, в том числе и в движущихся. К тому же, проясняется причина «запредельных» опережений у Басова и его последователей. Смотрите: управление, прокладывающее пути квантам света, работает особенно эффективно, если длина волны попадает на спектральную линию в веществе. А в данном случае у генератора и нелинейной ячейки спектральная линия одна и та же. Лазерный импульс генерируется, когда путь ему уже проложен до выходного торца нелинейной ячейки. Почти мгновенный переброс квантов света из генератора в нелинейную ячейку происходит точно так же, как их почти мгновенные перебросы с атома на атом в генераторе. Вот и всё!
Заметьте, какой простор для синхронизации часов раскрывается! Ведь скорость перемещения светового импульса при почти мгновенном перебросе может превышать скорость света в вакууме на много порядков! Релятивистов это страшно не устраивает, но никакой разумной альтернативы они до сих пор не предложили. Не надо колотить себя в грудь, так что от одёжи клочья летят, вопия при этом о величии ТО. Просто возьмите да объясните на основе этой ТО «запредельные» опережения у Басова. Ведь, как ни крути, здесь получается сверхсветовое движение лазерного импульса. Вы, кажется, по такому случаю застрелиться собирались!
3.5. …И другие интересные предсказания ТО.
А мы пока расскажем, что вышло с другими шикарными предсказаниями ТО. Что касается релятивистского сокращения размеров, то из этого ничего и не вышло. Разговоров-то было много; обсуждались даже такие тонкости, как оптимальное положение астронавтов в фотонной ракете, чтобы им легче было перенести сплющивание в лепёшку. А экспериментов не было. Но совсем другое дело вышло по вопросу о «замедлении времени». Это – целая поэма. Релятивистов хлебом не корми, а дай им только пожужжать про то, как время замедляется. Вот, специальная теория относительности (СТО) утверждает, что чем быстрее объект движется, тем медленнее для него течёт время (только сам объект при этом всё равно ничего не почувствует: он же относительно себя всегда покоится). А общая теория относительности (ОТО) добавляет: там, где гравитация сильнее, там и время течёт медленнее. И вот эти два замедления времени, релятивистское и гравитационное, на опыте, мол, наблюдаются! В точности так, как предсказывают СТО и ОТО!
Неужели это и вправду так? Ну, как же, кричат нам, кто ж не знает, что движущиеся мезоны живут дольше, чем покоящиеся! Да, многие слышали о том, что с мезонами что-то такое делали, но мало кто знает, что именно. А знающие помалкивают. Ибо помалкивать есть о чём. У теоретиков-то всё гладко получается. Берём, дескать, время жизни покоящегося мезона, потом берём время жизни движущегося мезона, и сравниваем их. Ну, ну. «Одну ягодку – беру, на другую – смотрю, третью – примечаю…» И так далее. А на практике с мю-мезонами (мюонами) знаете какие ягодки получились?
Вначале работали с мюонами природного происхождения, которые с околосветовой скоростью летят в атмосфере вниз, за компанию с ударно их породившими быстрыми протонами космических лучей. Электрон, который выстреливается при распаде мюона, даёт вспышку в сцинтилляторе: так регистрировались моменты распада мюонов. Моменты же их рождения были заведомо неизвестны. Представьте, дают вам даты смертей по N-скому району за такой-то месяц такого-то года и просят установить на основе этой статистики смертей среднюю продолжительность жизни тамошнего населения. Не возьмётесь? А вот среди физиков есть любители подобных задачек. Глядя на всё с присущим им юмором, эти любители быстренько установили время жизни покоящегося мюона. Вы, небось, грешным делом подумали, что речь идёт о времени жизни мюона, покоящегося всю свою жизнь? Да откуда же такому взяться, если при рождении он приобретает околосветовую скорость?! Притормаживали их, конечно, плитами-ослабителями. А измеряли промежуток времени между влётом мюона в поглотитель и вылетом оттуда электрона распада. Этот-то промежуток времени, в среднем 2.2 микросекунды, специалисты и стали называть временем жизни покоящегося мюона. Когда мы увидели это впервые, то подумали, что здесь какая-то ошибка. Но нет, разные авторы твердили одно и то же. Если вы, дорогой читатель, думаете, что эти авторы белены объелись, то попробуйте воспринять формулировочку «время жизни покоящегося мюона» как можно буквальнее, и вы испытаете просветление. Смотрите, перед тем, как застрять в поглотителе, мюон жил ещё чёрт знает сколько, так ведь на лету! А, застрявши-то, он жил именно 2.2 микросекунды!
Основываясь на этой цифре, уже можно было хвататься за подтверждение ТО. Первое «подтверждение» получилось без всяких измерений, навскидку. Согласно тогдашним теоретическим воззрениям, мюоны рождались на высотах 15-20 км. Следите за логикой: если движущийся мюон жил бы столько же, сколько покоящийся, т.е. 2.2 микросекунды, то, двигаясь в течение этого времени даже со скоростью света, он пролетел бы всего 660 м. А он, как бы, пролетает многие километры! Видите, мол, без замедления времени тут никак не обходится! Логика настолько проста, что это «подтверждение» включили чуть не во все учебные пособия. Читатели от восторга кипятком писали. Ну, всё, мол, в полном согласии с ТО! Как предсказала, так и вышло! Этим читателям не приходило в голову даже то, что на пролёт мюоном, скажем, 15 км тратилось какое-то время и «по его собственным часам». Чтобы его найти в согласии с ТО, надо время, затрачиваемое «с точки зрения экспериментаторов» (для 15 км это около 50 микросекунд) разделить на релятивистский фактор (это величина, обратная лорентцеву квадратному корню). При релятивистском факторе, равном, скажем, десяти, получается, что в полёте мюон жил, «по собственным часам», 5 микросекунд. Так что же, следует ли эту цифру приплюсовать к тем двум микросекундам, в течение которых мюон прозябал в поглотителе? Ась? А если мюон летел с высоты 20 км, а релятивистский фактор равен пяти, сколько тогда приплюсовывать придётся? Харя не треснет?
Тут, наверное, релятивисты упрекнут нас в том, что мы издеваемся почём зря. Сегодня-то хорошо известно, что мюоны рождаются не только на высотах 15-20 км, а на всей толщине атмосферы: везде, где её пронизывают протоны космических лучей. Если, любезные, вам это хорошо известно, то пора бы признать: ваши слова о том, будто сам факт регистрации природных мюонов на уровне моря говорит о замедлении их времени в полёте – это неудачная шутка. Вот признаете – глядишь, и издеваться перестанут.
Кстати, помимо слов, были ведь, гляди ты, измерения! Так, улыбчивые американцы Фриш и Смит набрали статистику потоков мюонов на двух различных высотах: сначала на вершине горы, а затем почти на уровне моря. Полученная ими «постоянная распада» превышала те самые 2.2 микросекунды в 8.8 раз, что, в пределах погрешностей, соответствовало релятивистскому фактору 8.4 у мюонов, попадавших в обработку. Вот, мол, и доказательство! Увы, эта логика работала бы, если бы все мюоны рождались где-то высоко. А они рождаются, в том числе, и на высотах в промежутке между вершиной горы и уровнем моря. Так что, опять же, никакой доказательности… Впрочем, откуда ей вообще взяться? Вспомните, 2.2 микросекунды – это вовсе не время жизни мюона, который покоился всю свою жизнь. Поэтому, если вас уверяют, что удалось измерить, будто движущийся мюон живёт 2.2 микросекунды, умноженные на релятивистский фактор, знайте: о релятивистском замедлении времени это ни в коем случае не свидетельствует!
Похоже об этом даже не подозревала команда, работавшая на кольцевом накопителе мюонов в ЦЕРНе. Небось взяли время жизни покоящегося мюона из справочника, и давай доказывать, что движущийся мюон живёт дольше, причём отношение равно релятивистскому фактору. Очень старались! А мюоны у них рождались в результате искусственных реакций, так что моменты их рождения были известны! Ну вот, делали инжекцию порции релятивистских мюонов в накопитель и регистрировали электроны распада детекторами, размещёнными внутри кольца. Для двух различных энергий мюонов с релятивистскими факторами примерно 12 и 29 надыбали именно то, что хотели, т.е. соответствующие средние времена у распределений электронов распада. А отчего бы такие времена не надыбать? Мюоны-то удерживаются на кольце сильным однородным магнитным полем, вектор которого ортогонален плоскости кольца, и слабым фокусирующим электрическим полем. Так эти поля и на электроны распада действуют! Масса покоя электрона примерно в 200 раз меньше, чем «масса покоя мюона», а релятивистский фактор у электрона распада примерно во столько же раз больше, чем у породившего его мюона. Значит, циклотронная частота у электронов распада примерно та же, что и у мюонов кольца. К тому же, электрон распада начинает полёт с наибольшей вероятностью в том же направлении, в котором летел породивший его мюон. Выходит, что этот электрон, прежде чем попасть в детектор, успеет сделать сколько-то оборотов, двигаясь по скручивающейся спирали. Вот и получится распределение электронов распада с увеличенным средним временем… Тоже мне, властелины накопительных колец! «Мюоны кручу-верчу, всех надурить хочу!»
Ну, хватит про подопытных мюончиков. Смотрите, какой дивный эффект открыл Мёссбауэр: получил исключительно узкие спектральные линии при излучении-поглощении гамма-квантов! Настолько узкие, что можно было проверять предсказания СТО и ОТО!
Само собой, мёссбауэровские источники и поглотители пошли нарасхват. Сразу же проверили предсказание ОТО насчёт «гравитационного красного смещения». Это они вот о чём: если уж «внизу» время течёт медленнее, чем «наверху», то свет, двигаясь вверх или вниз, обязан изменять свою частоту. Ну, вот, Паунд и Ребка думали, что такое изменение частоты гамма-квантов они и засекли. Источник и поглотитель у них были разнесены по высоте на 22.5 м; полезный эффект выцарапывали по скорости, с которой следовало двигать поглотитель, чтобы благодаря линейному эффекту Допплера восстанавливалось резонансное поглощение. Величина полезного эффекта оказалась в точности такой, как предсказывала ОТО для сдвига частоты света! Ошалев от радости, совсем забыли, что ОТО предсказывала ещё кое-что. А именно: если источник и поглотитель с идентичными спектральными линиями находятся на разных высотах, то эти линии не совпадают на такую же величину, как и величина «гравитационного красного смещения». Кто не верит, внимательно читайте Эйнштейна или хотя бы загляните в «Теорию поля» Ландау и Лифшица. Там чётко сказано: во-первых, свет, двигаясь в изменяющемся гравитационном потенциале, должен изменять свою частоту, и, во-вторых, двое одинаковых часов, находящихся в разных гравитационных потенциалах, должны иметь разный ход. Для квантовых системок это напрямую и означает несовпадение их спектральных линий.
Когда мы показали всё это одному знакомому, который честно встроил ТО в своё мировоззрение, он впал в сильное волнение и брякнул, что Ландау и Лифшиц имели там в виду совсем другое. Ну, нет, друзья: если вы пишете одно, а имеете в виду совсем другое, то вы пишете не научный труд, а девочке записку! А разволновался наш знакомый оттого, что сразу сообразил, к чему идёт дело. Такой фундаментальный феномен, как замедление времени, должен действовать на всё, что попадётся под руку – и на свет, и на вещество. И если при разъехавшихся линиях у источника и поглотителя ещё и гамма-кванты изменяли бы свою частоту в полёте, то эффект у Паунда и Ребки был бы удвоенный. А он был одинарный. Причём поначалу нельзя было сказать уверенно, чем же был обусловлен этот одинарный эффект: то ли только несовпадением линий источника и поглотителя, то ли только изменением частоты гамма-квантов. Забегая немного вперёд, скажем: сегодня наука знает ответ. Знает – и помалкивает. Эксперименты с перевозимыми атомными часами показали: гравитационные сдвиги спектральных линий, несомненно, имеют место, причём, именно такие, что в точности объясняют весь эффект у Паунда и Ребки. Но это означает, что у света-то, летящего в изменяющемся гравитационном потенциале, частота не изменяется! Вот и верь после этого предсказаниям ОТО!
Не меньшие чудеса обнаружились, когда эффект Мёссбауэра призвали для подтверждения «релятивистского замедления времени», т.е. квадратичного эффекта Допплера. Квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий заметили ещё раньше Айвс и Стилуэлл, которые получили спектр атомов быстрого пучка, летевшего поперёк луча зрения спектрографа. Объяснение прошло «на ура»: обнаружилось, мол, релятивистское замедление времени у движущихся атомов. Тогда вопросик: означает ли «замедление времени у движущегося атома», что его спектральные линии соответственно сдвинуты? Казалось бы да, ведь все процессы в атоме должны замедлиться! И результат опыта – как раз сдвиги спектральных линий! И не свет же здесь изменял свои длины волн: при поперечном движении излучателя, его расстояние от приёмника практически не изменяется!
Ну, прям детская загадка: «Кожура у него оранжевая, как у апельсина, внутри дольки, как у апельсина, и вкус у них, как у апельсина – что это?» Даже детям понятно: это – апельсин. А релятивисты говорят: нет, банан. Потому что про сдвиги спектральных линий релятивистам даже заикаться нельзя. Сдвиги спектральных линий – это физическая конкретика, это сдвиги уровней энергии. А значит для релятивистов это опять проблемы с законом. Конкретно, с законом сохранения энергии. Ведь пришлось бы объяснять, откуда эти сдвиги уровней берутся. А это релятивистам слабо. Поэтому они и говорят: «Обнаруживаемые на опыте квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий – это просто результат релятивистского замедления времени, без всяких сдвигов спектральных линий!»
Сей милый трёп продолжился с новой силой, когда дело дошло до мёссбауэровских источников-поглотителей. Их устанавливали на ультрацентрифугах и крутили-вертели от души. Да разные конфигурации использовали: то источник в центре, а поглотитель на ободе, то наоборот. В этих случаях «сдвиги спектральных линий, только без сдвигов спектральных линий» происходили как надо: формула для квадратичного эффекта Допплера отлично работала. А потом Чампни и Мун взяли да источник и поглотитель установили на ободе, с противоположных сторон, при этом их относительная поперечная скорость удвоилась. Но квадратично-допплеровский эффект вместо того, чтобы в согласии с той же формулой учетвериться, обнулился!.. «Тю ты, – вновь обрели дар речи Чампни и Мун, – так и заиками можно стать! Всё правильно: ведь теперь оба болтаются – и источник, и поглотитель. Значит, и время замедляется у каждого из них, причём одинаково. Вот разность и нулевая. Всё в полном согласии с ТО!»
Что-то вы плохо подумали, любезные. Какое же это полное согласие с ТО, если результат не объясняется в терминах относительных скоростей? Для сравнения: квадратично-допплеровские эффекты, и при поперечном пролёте, как у Айвса-Стилуэлла, и в разных опытах на ультрацентрифугах, легко и единообразно объясняются в терминах соответствующих сдвигов спектральных линий в движущемся веществе. Всё те же эксперименты с перевозимыми атомными часами подтвердили: квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий – это реальность. Правда, релятивисты не понимают, откуда эти сдвиги берутся.
Не так уж это и сложно; мы к этому вернёмся ниже. А пока, оглядываясь на вышеизложенное, обратим внимание вот на что: т.н. «гравитационное и релятивистское замедление времени» проявляется через физические эффекты, происходящие только с веществом, но не со светом!
Странное оно какое-то получается, замедление времени. Чересчур разборчивое! На вещество оно действует, а на свет, видите ли, не действует. За что же свету такая немилость? Уж не за то ли, что фотонов и вправду нет? Мы ведь уже говорили, что без них всё гораздо проще. Есть фотоны – есть проблемы, а нет фотонов – нет проблем! Кстати, фотоны ведь и импульс не переносят. Давление света – это шутка! Лебедев раскачивал светом крыльчатку из тонюсенькой фольги, но дело там было не в давлении света, а, скорее всего, в его тепловом действии, вызывавшем изгибные деформации. Не верится? Ладно, тогда простенький вопрос: в каком диапазоне импульсы фотонов самые большие? Конечно, в гамма-диапазоне. Так спросите специалистов по экспериментальной ядерной физике. Они подтвердят, что на практике от импульсов гамма-квантов остаются нулики с хвостиками… Вот интересно, как должен поступить настоящий релятивист – чем он должен пожертвовать: фотонами или замедлением времени? А пока релятивисты на эту тему в носу ковыряют (до сих пор руки-то не доходили!), мы расскажем про эксперименты с перевозимыми атомными часами. Тем и хороши эти эксперименты, что здесь все эти мутные проблемы с фотонами удаётся отсечь начисто.
Вот, смотрите, что проделали Хафеле и Китинг с четвёркой атомных часов. Каждые часы из этой четвёрки аккуратно сличили со шкалой времени Военно-морской обсерватории США, и спрогнозировали их хода по отношению к этой опорной шкале на ближайшее обозримое будущее. А затем с величайшей осторожностью, не пиная часы ногами, прокатили их вокруг света на самолёте. Да опять провели сличения с той же шкалой. И вот что увидели: после воздушных приключений, свои хода часы сохранили, но их разности с прогнозами оказались сдвинуты, практически, на одну и ту же величину. Ага! Значит, это и есть накопившаяся сумма релятивистских и гравитационных эффектиков, которых часы нахватали в ходе своей кругосветки. Высший пилотаж! Затем для контроля часы прокатили вокруг света второй раз, в противоположном направлении. Поскольку сличения проводились в том же самом месте, где формировалась опорная шкала, то и вправду не было никаких кривотолков, связанных с загадками при распространении света.
Ещё убедительнее сумма релятивистских и гравитационных эффектиков проявилась, когда запустили первые экспериментальные спутники навигационной системы GPS с квантовыми стандартами частоты на борту. Если у Хафеле и Китинга запас по точности был невелик, то здесь этот запас составлял почти четыре порядка! Правда, здесь без радиосвязи со спутниками не обошлось, но кривотолки также были исключены. Ведь спутники летают долго, и разность между бортовыми и наземными часами монотонно накапливается. Если информация о показаниях бортовых часов передаётся на Землю в импульсных кодах, то радиосигналы, несущие эту информацию, отсебятины в неё при своём движении практически не добавляют. Вот так и убедились в том, что сумма релятивистского и гравитационного эффектов у бортовых часов GPS – это серьёзно! На радостях частоты бортовых стандартов перед запуском их на орбиту стали специально сдвигать в конкретную сторону и на конкретную величину, чтобы системная шкала GPS, подправленная релятивистским и гравитационным эффектами, имела такой же ход, что и наземная. Тютелька в тютельку!
Радости действительно было полные штаны: вот оно, мол, релятивистское и гравитационное замедление времени – с полной очевидностью! Бей в барабаны, труби в трубы! Пусть веселится и ликует весь народ! Ну, народ и ликовал, не догадываясь о двух тонкостях из разряда «Совершенно секретно».
О первой из них мы уже упоминали выше: как ни дико это звучит, релятивистские эффекты на опыте всегда получаются однозначные. Например, если пару атомных часов сличить рядышком, затем одни из них повозить, нахватав релятивистских и гравитационных эффектиков, и затем снова сличить эту пару рядышком, то набежавшая разность будет конкретная: скажем, -230 наносекунд. Хоть ты тресни: -230 наносекунд, ни наносекундой больше или меньше. А ведь расчёты релятивистского вклада в эту набежавшую разность, выполняемые в различных системах отсчёта, будут давать различные предсказания. Именно потому, что релятивистский эффект квадратичен по скорости. Верный расчёт получится лишь в какой-то одной системе отсчёта, остальные расчёты окажутся неверными.
И впервые этого хлебнули как раз Хафеле и Китинг. Они фактически устроили проверочку того, как на опыте обстоят дела с пресловутым «парадоксом близнецов». Помните? Один остался сиднем сидеть, другой покатался и вернулся. Так кто из них оказался постаревшим больше? СТО утверждает, что у движущегося объекта время течёт медленнее, чем у покоящегося. Смешной вопрос: какие часы у Хафеле и Китинга двигались, а какие покоились? Смешной ответ: те, которые повезли на самолёте, двигались, а те, что остались в лаборатории, покоились. Хафеле и Китинг не подозревали, что этот ответ смешной: они именно так и думали. И поэтому расчёт они сделали в системе отсчёта, связанной с наземной лабораторией, подставляя в формулу квадрат скорости транспортируемых часов относительно лабораторных. Сделали они этот расчёт и ахнули: он дал совершенно не те цифры, которые получились на опыте. «Это потому, – догадались Хафеле и Китинг, – что мы неудачно выбрали систему отсчёта. Ну, с кем не бывает! Будем искать дальше: глядишь, удача и улыбнётся!»
Им ещё крупно повезло: удача улыбнулась уже на второй попытке. Как вы наверное догадываетесь, «удачной» оказалась невращающаяся геоцентрическая система отсчёта. По отношению к ней двигались не только те часы, которые возили на самолёте. Те часы, которые оставались в лаборатории, двигались тоже – из-за суточного вращения планеты. Соответственно, расчёт квадратично-допплеровских эффектов пришлось делать и для транспортируемых, и для лабораторных часов – индивидуально. Вот тогда всё сошлось. Задним-то умом даже СТО крепка! Авторы и шуточку-прибауточку по этому поводу выдали. Мол, система отсчёта, связанная с наземной лабораторией, она неинерциальна, и делать в ней расчёты – это дохлый номер. А вот система отсчёта, связанная с центром Земли, она инерциальна, и делать в ней расчёты – одно удовольствие. Ну, ну.
Во-первых, не одно удовольствие, а два. Релятивистский-то эффект следует считать дважды: и для тех часов, и для этих, а потом ещё разность брать. А, во-вторых, скажите на милость, что же такого инерциального в геоцентрической системе отсчёта? Или вы совсем позабыли, что она ускорение имеет в направлении к Солнцу? Не в инерциальности дело, любезные! А в том, что каждые атомные часы имеют квадратично-допплеровское замедление хода в соответствии с квадратом своей индивидуальной, истинной-однозначной скорости! Вот такой подход даёт верный расчёт квадратично-допплеровских эффектов. А концепция относительных скоростей верного расчёта не даёт, она даёт лишь «парадокс часов», которого на опыте-то и нет.
Когда релятивисты в этом убедились, они быстренько разъяснили, что здесь всё дело в асимметрии: несущее возимые часы транспортное средство разгоняется, тормозится, разворачивается, и т.д. В общем, из ускорений не вылезает. Вот, мол, и разгадка «парадокса часов»: движутся те часы, чьё движение ускоренное, а другие часы покоятся. Ну, и сильно эта «разгадка» помогает по жизни, например, в случае у Хафеле-Китинга? Не говоря уже про случай с GPS!
Будем же реалистами: в терминах относительных скоростей не получается верный расчёт квадратично-допплеровских эффектов в экспериментах с перевозимыми атомными часами! Относительные скорости – это, граждане, чистая формальность. А к реальным физическим эффектам приводят скорости истинные-однозначные! Для СТО здесь – полный конец. Даже названия от неё не останется, ибо относительности-то на опыте и нету! Вот об этом и помалкивали, когда раздували горнило триумфа GPS. «Главное, – кричали, – что здесь релятивистское замедление времени отлично заметно!» Вот оно, мол, вот оно! На шкалу намотано! Откуда публике было знать, что эта намотка на шкалу происходит совсем не так, как предсказывает СТО?
Напоминаем, это был первый из двух секретиков. Сейчас про второй скажем, приготовьтесь. Если стоите, лучше присядьте. И вдохните поглубже. В общем, так: пятнадцатью годами раньше начала «эры GPS» у экспериментаторов была ещё одна возможность отличиться. Сподобились они запустить первую парочку спутников низкоорбитной навигационной системы TIMATION. На бортах этих спутников работали великолепные кварцевые стандарты, частоты которых контролировались с точностью не хуже 10-11. А сумма релятивистского и гравитационного эффектов для спутников на орбите с высотой 925 км, составляет около 2×10-10. Имей место эти эффекты, их сумма непременно обнаружилась бы. Но разочарование оказалось страшным: эта сумма и не подумала обнаружиться. Естественно, перспективную программу TIMATION наглухо прикрыли. В гробу они видали такие перспективы. Кому нужна навигационная система, которая работает, попирая СТО и ОТО? Прям как в детском мультике, когда, помните, Чебурашку в зоопарк не приняли, сказавши: «Нет, не пойдёть! Неизвестный науке зверь!» Короче, экспериментаторам популярно разъяснили, что спутниковую навигационную систему можно сделать только с квантовыми стандартами на бортах. Мол, как хотите, так их в космос и выводите! Да лишнего не болтайте!
А теперь, дорогой читатель, сопоставьте поведение стандартов частоты на бортах спутников GPS и TIMATION. И издайте вопль изумления. Релятивисты тычут вас носом: вот, мол, квадратично-допплеровские и гравитационные сдвиги частот в GPS – это и есть очевидное свидетельство о замедлении времени! А ведь обманывать – нехорошо. Мы уже говорили (да и без нас это ясно!) что такой фундаментальный феномен, как замедление времени, влиял бы на все периодические процессы и, значит, приводил бы к одинаковым относительным сдвигам частот у генераторов любых типов. Ну, и где оно всё? Что это за «замедление времени» получается, которое на квантовые генераторы действует, а на кварцевые – нет? А вот что: никакое это не замедление времени! Извините, любезные, но причина квадратично-допплеровских и гравитационных эффектов – совсем другая.
3.6. А ведь всё просто!
Вот эта причина: программные предписания, управляющие положениями уровней энергии в веществе. Лишь вещество со всем многообразием форм его энергий является физической реальностью. А ещё есть реальность надфизическая, которая обеспечивает выполнение физических законов. Программисты наверное хорошо нас понимают: ясно же, что устойчивые закономерности происходят не сами по себе, а не иначе как потому, что такие варианты развития событий предписаны. В частности, предписаны возможные варианты превращений энергии из одних её форм в другие. Да предписаны так, чтобы выполнялся закон сохранения энергии.
Что интересно: любая форма энергии обязательно проявляется через ту или иную форму движения. Это касается и собственной энергии элементарной частицы вещества. Спрашивается, какое может быть движение в элементарной частице? Отвечается, самое простое, какое можно представить. А именно, циклическая смена всего двух состояний. Это можно проиллюстрировать меандром, т.е. прямоугольной волной. Верхняя полочка меандра соответствует одному состоянию, а нижняя – другому. Переходы между этими двумя состояниями происходят практически мгновенно. Вот такой простейший физический объект стали называть квантовым пульсатором. Физический мир, оказывается, «цифровой», а не «аналоговый»! В физическом мире ничего фундаментальнее квантовых пульсаторов нет. Но существуют они благодаря программам, которые их формируют и ими управляют. В отличие от случая классических колебаний, энергия которых зависит от двух параметров – от частоты и от амплитуды, энергия квантовых пульсаций зависит только от одного параметра – от частоты.
Умножьте на постоянную Планка частоту квантового пульсатора и сразу получите его собственную энергию.
А поделите собственную энергию квантового пульсатора на квадрат скорости света и сразу получите его массу.
Типичным квантовым пульсатором является электрон. Зная его собственную энергию покоя, 511 кэВ, можно легко найти частоту его квантовых пульсаций. Она оказывается равна примерно 1.24×1020 Гц.
К чему мы это так подробно рассказываем? А вот к чему. Универсальное соотношение между массой и энергией, т.н. формула века – «е равно эм це квадрат» – считается великим достижением ТО. Правда, в свете этого великого достижения никак не удаётся понять, откуда при образовании структур из элементарных частиц берётся дефект масс. Связуемые частицы удерживает энергия связи, которая согласно «формуле века» тоже эквивалентна массе. Тогда, казалось бы, масса структурки должна быть больше, чем сумма масс отдельных частичек. А на самом деле она меньше. Это и называют дефектом масс.
Не могут ведь энергия связи и эквивалентная ей масса быть отрицательными: у отрицательной массы инертные свойства должны быть слишком сказочными. Короче, в случае с энергией связи в «формуле века» верен только знак равенства.
Здесь у ТО ещё один грандиозный прокол. Потому что «формула века» не универсальна: массе эквивалентна не любая форма энергии, а одна-единственная – собственная энергия квантового пульсатора. Причём при связывании частичек в структурку энергия связи берётся не абы откуда, а за счёт уменьшения собственных энергий, т.е. масс, этих частичек. Вот оттого у структурки дефект масс и приключается.
Видите, многое становится на свои места!
Надо только иметь в виду, что структуры, удерживаемые на дефекте масс, т.е. ядерные и атомарные, образуются не самопроизвольно, а благодаря опять же особым программным предписаниям, которые задают возможные устойчивые конфигурации. Оттого-то атомы таковы, каковы они есть. Уж простите, если мы обидели кого из сторонников учения Пригожина, полагавшего, что атомы образуются благодаря «способности вещества к самоорганизации». Вы, чудаки, не обижайтесь, а возьмите-ка вакуумную камеру да пуляйте туда протоны, нейтроны и электроны, и порадуйтесь, если из этого добра там «самоорганизуется» хотя бы один атом. Все искусственные ядерные превращения, как известно, делались с атомами природного происхождения. Изуродовать или разрушить атом – это наука может, а создать его из свободных частиц – это ей слабо.
Так вот, у связанной частицы энергия связи для каждой устойчивой конфигурации составляет фиксированное количество процентов от собственной энергии свободной частицы. Поскольку в условиях «склона», порождающего тяготение малых тел, собственные энергии частиц изменяются вдоль местной вертикали, то совершенно аналогично изменяются и положения всех ядерных и атомарных уровней энергии. В этом и заключается причина гравитационных сдвигов частот у квантовых генераторов.
Как видите, дело здесь не в замедлении времени, а в программных манипуляциях частотами квантовых пульсаторов. Аналогичная картина получается и для квадратично-допплеровских эффектов. Тут, правда, следует преодолеть порождённый многовековым опытом штамп: чтобы разогнать тележку, требуется, мол, совершить работу и сообщить тележке кинетическую энергию. Этот штамп – «сообщить кинетическую энергию» – прочно вошёл в учебники по физике. Он однозначно подразумевает, что кинетическая энергия может быть сообщена разгоняемому объекту лишь откуда-то извне. Так вот, в микромире, на уровне элементарных частиц эта логика ломовой лошади не работает. Как ни упирайтесь, вы не сможете сообщить элементарной частице кинетическую энергию. Вы сможете лишь превратить в её кинетическую энергию часть её собственной энергии. Потому что таковы программные предписания: у элементарной частицы других вариантов приобретения кинетической энергии не предусмотрено.
Понимаем, это звучит непривычно.
Но смотрите, как всё складно получается! Если сущностью квантового пульсатора является циклический скачкообразный процесс, то и перемещается в пространстве он, конечно, скачкообразно. Его движение с постоянной скоростью означает, что после некоторого числа собственных циклов он совершает элементарное скачкообразное перемещение – квантовый шаг. Длина квантового шага равна характерному размеру квантового пульсатора – его комптоновской длине. По мере роста скорости частота квантовых шагов растёт а частота собственных пульсаций убывает, и они становятся равны друг другу при скорости, равной скорости света.
Ясно, что частота квантовых шагов не может превышать собственной частоты пульсатора, поэтому он и не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. И при этом, заметьте, в кинетическую энергию квантового пульсатора превращается его собственная энергия, а не какая-либо другая!
Физикам трудно в это поверить. Они полагают, что в кинетическую энергию электрона превращается энергия ускоряющих электромагнитных полей. И что, мол, богатый опыт на этот счёт имеется. Вон, на ускорителях именно с помощью электромагнитных полей электроны разгоняются до околосветовых скоростей, для этого они должны пролетать километры. Да, на ускорителях это так. А вот при бета-распаде из ядра выстреливается готовенький релятивистский электрон. Спрашивается, что за чудовищные поля разгоняют его на длине, сравнимой с размером ядра, да при этом не разрывают само ядро к чёртовой матери? Это великая тайна для науки. Считается, что в кинетическую энергию превращается разность энергий связи, если в результате реакции энергия связи увеличивается (кстати, на этом принципе основана работа ядерных реакторов!). Но, мол, это превращение происходит слишком быстро: не успеть разглядеть.
А ведь это так просто! Алгоритм, который превращает собственную энергию электрона в кинетическую, работает (по логике вышеизложенного) с дискретом во времени, равным периоду собственных пульсаций электрона. Такое превращение, даже на максимально допустимую величину, может произойти за один цикл работы этого алгоритма. И полетел он себе, релятивистский электрон! Причём при движении с предельной скоростью расклад энергий получается такой: на собственную энергию приходится две трети энергии покоя, а на кинетическую – одна треть. Т.е. максимальная кинетическая энергия электрона составляет около 170 кэВ.
Знаем, знаем, что физики встретят эту цифру громовым хохотом. Это у них профессиональный рефлекс такой. Действительно, смешно, если правда, что электронам на ускорителях накручивают энергии, которые исчисляются миллиардами электрон-вольт. Если правда, что при приближении скорости электрона к скорости света у него происходит релятивистский рост массы (или энергии, или импульса). «Ну, а как же не происходит-то? – втолковывают нам. – Должон происходить! Ведь накручиваем же! Всё в полном согласии с СТО!» О, это знакомая песенка. Вы, дорогой читатель, обратили внимание, сколько раз специалисты пели про это «полное согласие»? И сколько раз оказывалось, что там не полное согласие, а полная задница? Так откуда же взяться исключению на этот раз? Вот посудите-ка сами!
Сначала – небольшое лирическое вступление. Результаты, получаемые в экспериментальной физике, обычно стараются проверять и перепроверять. Особенно ценны проверки, получаемые различными, независимыми друг от друга способами. Взять хотя бы скорость света – как только её, бедную, не измеряли! Если независимые результаты худо-бедно сходятся, то это говорит об отсутствии грубых ошибок. Напротив, если в некотором вопросе зацикливаться только на одну экспериментальную методику, то гарантий от грубых ошибок нет. А теперь представьте, что в этой любимой методике грубая ошибка имеется. И что есть другие, независимые методики, которые кричат: «Ошибка! Ошибка!» Что в такой ситуации делать дяденькам, которые упорствуют в своих заблуждениях? Да взгляните на ситуацию вокруг релятивистского роста энергии-импульса, и получите совершенно исчерпывающий ответ!
Где там она, эта любимая методика? А вот она: это отклонение быстро движущихся заряженных частиц магнитным полем. Понимаете, когда Эйнштейн свистнул у Лорентца формулу для релятивистского роста массы, других методик ещё и не было. А Кауфман уже увидел: эффект вроде бы есть! Вот Эйнштейн и подсуетился. А эффект вот какой: чем больше скорость частицы, тем более сильное магнитное воздействие требуется приложить, чтобы свернуть частицу с пути прямого. При большом желании эти результаты можно истолковать так: по мере увеличения скорости частицы, у неё, вишь ты, масса растёт, отчего увеличиваются её инертные свойства, поэтому магнитному полю становится всё труднее на неё действовать. Вот вам и метод измерения энергии быстро движущейся частицы: чем меньше кривизна её траектории в магнитном поле, тем больше её энергия. Вплоть до бесконечности! Так, как предсказывает СТО!
Заметьте, такое толкование возможно и в самом деле, только при большом желании. Известен универсальный принцип: воздействие на объект стремится к нулю, если скорость объекта приближается к скорости передачи воздействия. Вот классический пример из механики: ветер разгоняет парусник. Когда скорость парусника сравнивается со скоростью ветра, ветер на него совсем не действует. Даже детям понятно: это получается не оттого, что масса парусника становится бесконечной. Аналогичные вещи происходят и при раскрутке ротора асинхронной машины вращающимся магнитным полем, и при взаимодействии сгустков электронов с замедленной электромагнитной волной в лампе бегущей волны. Лишь для методики магнитного отклонения делается исключение: не сомневайтесь, мол, вот там не что иное, как релятивистский рост! Да как же не сомневаться? Где гарантии, что шкала энергий-импульсов, получаемая по вашей любимой методике, не имеет искажений в области больших скоростей? «Ну, как же! – разъясняют нам. – Смотрим мы на розеточки треков частиц. И видим. Треки эти кривые из-за магнитного поля. Вот треки до соударения, а вот – после. Суммы релятивистских импульсов до соударения и после него одинаковы. Сохраняется релятивистский импульс! Значит, он и реален! Всё сходится!»
Да… тяжёлый случай. Как будто не ясно, что если вы не выходите за рамки методики, дающей иллюзорные завышения энергий-импульсов, то только с иллюзорно завышенными величинами вы и будете ковыряться. И даже при чудовищных иллюзорных завышениях всё оно будет неплохо сходиться!
Уж простите, ничего не остаётся, кроме как задать вопрос в лоб. Вы утверждаете, что чудовищные энергии у тех же электронов – это реальность. Можно ли эту энергию выделить, превратить её в другие формы? Удалось ли кому-нибудь хотя бы раз извлечь из одного электрона при его взаимодействии с веществом энергию в несколько ГэВ? Или хотя бы в несколько МэВ? Что-то про такое не слышно!
Вот, например, частицы оставляют треки в камере Вильсона или в пузырьковой камере. При формировании этих треков превращения энергии по меркам микромира огромны, но они происходят не за счёт энергии пролетающих частиц. Дело в том, что здесь регистрирующая среда пребывает в неустойчивом состоянии. Это переохлаждённый пар или перегретая жидкость. Ничтожных воздействий достаточно, чтобы инициировать переходы среды в устойчивое агрегатное состояние. Потому и получаются вдоль траектории частицы центры конденсации или парообразования. Не зазевайся только, успей их сфотографировать – вот тебе и трек. А частица-то на него свою энергию не тратила. «Мышка бежала, хвостиком махнула – яичко упало и разбилось».
Совсем другое дело – измерения ионизационных потерь энергии частицы! В своё время пользовались популярностью замечательные приборчики: пропорциональные счётчики. Влетев в такой счётчик, частица растрачивает свою кинетическую энергию на ионизацию атомов вещества-наполнителя принципиально до полной своей остановки. Чем больше энергия частицы, тем больше число ионизированных атомов, и тем больше генерируемый приборчиком импульс тока. Что особенно здорово, энергия в несколько электрон-вольт, требуемая для ионизации одного атома, настолько невелика, что применительно к ней говорить о релятивистском «завышении» просто смешно. Поэтому к показаниям пропорциональных счётчиков следовало бы относиться с большим доверием: есть веские основания полагать, что они измеряют энергию частицы честно.
И вот как выглядят результаты этих честных измерений. В «нерелятивистской области», пока энергия частиц малая, результаты её измерения пропорциональными счётчиками совпадают с результатами её измерения по методике магнитного отклонения. Но в «релятивистской области» выходит неувязочка: энергия, измеряемая по «магнитной» методике, лезет в релятивистскую бесконечность, а энергия, измеряемая пропорциональными счётчиками, выходит на насыщение и дальше не растёт. Причём не похоже на то, что счётчики «шалят»: существует много их различных типов и конструкций – и все они показывают одно и то же. А именно, никакого релятивистского роста энергии нет.
Как в такой ситуации поступают настоящие релятивисты? Вопроса о том, кому верить («магнитной» методике или пропорциональным счётчикам), у них даже не возникает. «Магнитная» методика непогрешима! И все остальные методики нужно по ней калибровать! Вот, например, как судить об энергии гамма-квантов? А вот как: по энергии вторичных электронов, а саму эту энергию измерять по «магнитной» методике! Аналогично определять пороги ядерных реакций, разности ядерных уровней энергии, а также энергии вторичных ядерных частиц! И даже измерения длин волн гамма-излучения с помощью дифракции на кристалле ни в коем случае без калибровки по «магнитной» методике не оставлять! Чтобы было единство измерений! Говорите, какие-то там пропорциональные счётчики нарушают это стройное единство? Говорите, их показания выходят в релятивистской области на насыщение? Значит чушь показывают эти счётчики! Значит в релятивистской области они не работают!
Тут, правда, возникает дурацкий вопрос: а что же им мешает работать в релятивистской области? Вот! Над этим вопросом пришлось попыхтеть изрядно. Дурацкий-то он дурацкий, а в больное место попал. Трудно поверить, но вот чем занимались талантливые учёные: сочиняли вспомогательные теории, призванные объяснить увеличение аппаратурных погрешностей у пропорциональных счётчиков при работе в релятивистской области. Тут, конечно, требовались чудеса изобретательности. Ведь до чего подло увеличивались эти аппаратурные погрешности – точно компенсируя релятивистский рост энергии, как будто этого роста и нет вовсе! Поди-ка разбери все эти подлости! Да ещё у счётчиков разных конструкций и подлости разные! Тут одной теорией, пригодной для всех, не обойдёшься! Ну, ничего, ничего. Талантливо грязно выругались, посопели, побрюзжали, а все необходимые теории понаписали. Сразу легче стало.
Думаете, этим всё и закончилось? Ах, если бы!.. Была ведь ещё одна методика измерения тормозных потерь – в фотоэмульсиях. Здесь частица тоже теряет энергию на ионизацию атомов, причём каждый получившийся ион формирует фотографическое зёрнышко. И эти зёрнышки различимы под микроскопом! Значит число ионизаций, произведённых частицей, можно пересчитать! А затем умножить это число на энергию одной ионизации, вот и получится исходная энергия частицы!
Да уж… на словах-то всё просто. А на деле получались такие же подлости, как и в пропорциональных счётчиках. В «нерелятивистской области» число зёрнышек, умноженное на энергию одной ионизации, великолепно соответствовало результатам «магнитной» методики. А в «релятивистской области» число зёрнышек выходило на постоянную величину и дальше не росло. И опять же использовались различные составы фотоэмульсий. И опять же все они говорили одно и то же. А именно, если подходить к вопросу незамутнённым методом пристального вглядывания, то никакого релятивистского роста энергии не видать.
И опять пришлось релятивистам отдуваться, гипотезы выдвигать. Насчёт того, что быстрая частица теряет энергию в фотоэмульсиях не только на ионизацию, но и на другие фокусы, которые незаметны без специальной подготовки. И что эти фокусы в точности «съедают» ожидаемый релятивистский рост энергии. Мол, таковы законы природы, ничего не поделаешь. Если б не они, то релятивистский рост был бы как на блюдечке!
Вообще, странная складывалась ситуация. Целым толпам экспериментаторов было по-человечески обидно. Хорошо было тем, которые носились с «магнитной» методикой, как с писаной торбой, да всем в нос тыкали насчёт того, что релятивистский рост должен быть везде. А каково было остальным, которые работали с другими методиками? Они и рады были бы внести свой скромный вкладец в мировую науку – подтвердить наличие релятивистского роста. Да не тут-то было! Обязательно вылезали какие-нибудь «законы природы», которые всё портили. Ну, разве это жизнь?
А всех тоскливее было тем, кто занимался измерениями импульса отдачи у атома, из ядра которого выстреливался релятивистский электрон при бета-распаде. Здесь устраивалась как бы «очная ставка» двум методикам: импульс отдачи атома измерялся по «немагнитной» методике, а импульс выстреливаемого электрона – по «магнитной», во всей своей красе. И вот, закон сохранения импульса нарушался: импульс электрона получался чудовищно больше, чем импульс отдачи атома. Теперь, внимание! Не потеряйте нить рассуждений. Импульс электрона измерялся по непогрешимой «магнитной» методике, значит, правильно измерялся именно он. Следовательно, импульс отдачи у атома оказывался чудовищно меньше, чем требовалось по закону сохранения импульса. Куда же тогда пропадала эта недостающая часть? Пялились исследователи на фотопластинки, вертели ими так и сяк… Можно было поступить совсем просто: отбросить иллюзорные релятивистские завышения импульсов у электронов, и тогда их результирующие импульсы становились бы равными импульсам отдачи! Но, что вы! Это было бы святотатство! Уж лучше было сидеть и страдать молча…
Ферми смотрел-смотрел на эти страдания, и его доброе сердце дрогнуло.
- Ладно, – подмигнул он, – вы только не плачьте! Вот что мы сделаем: введём новую частицу. И припишем ей всё, что требуется. Вам нужен импульс? – у неё он есть!
- Как?! – просияли от радости экспериментаторы. – Так просто? Впрочем, погодите-погодите. Мы же такую возможность исследовали. Никаких следов третьей частицы при бета-распаде не обнаруживается!
- Ну и что такого? Если следов не обнаруживается, значит эта частица их не оставляет! Я же говорю – припишем всё, что требуется!
- Да, но… странно как-то. Трудно поверить! Частица… импульс имеет… и никаких следов… Как же её поймать?
- А зачем обязательно поймать? Сам по себе процесс ловли, разве он удовольствия не доставляет? Так ловите до скончания века и наслаждайтесь! На зависть окружающим!
- А ведь действительно! Позвольте полюбопытствовать, а как предлагается назвать эту неуловимую прелесть?
- Да придумаем хохмочку какую-нибудь… Вот: назовём эту прелесть нейтрончиком!
Слово «нейтрончик» на родном итальянском языке Ферми звучит как «нейтрино». Ну, так и повелось… А карьеру эта «неуловимая прелесть» сделала на редкость головокружительную. Шутка ли, её быстренько перевели в разряд фундаментальных частиц, которых всего-то считается четыре. Из грязи – да в князи! В физике появился новый раздел – «Физика нейтрино». Понастроили грандиозных «детекторов». Думаете, эти детекторы реагируют на нейтрино? Ну что вы! Они реагируют на продукты реакций, которые, как полагают теоретики, может инициировать только нейтрино: одно на триллион, да и то в урожайный год. С этими «детекторами» получается как с заборами, которые строят известным методом: пишут неприличное слово из трёх букв и прибивают к нему доски. Вот на чём держится закон сохранения релятивистского импульса!
Все эти истории с пропорциональными счётчиками, с фотоэмульсиями, с выдуманным нейтрино очень поучительны. Они наглядно показывают, что «любое высказывание может во что бы то ни стало сохранять свою истинность, если сделать достаточно радикальную перестройку в каком-то ином месте системы». Но даже такой приёмчик применительно к релятивистскому росту энергии-импульса не всегда срабатывает. Потому что иногда на опыте творится такая хренотень, что непонятно, в каком же месте системы делать радикальную перестройку.
Вот, например, известно немало реакций ядерных превращений с очень низким энергетическим порогом – всего в 2-3 МэВ. Это значит шваркни по исходному ядру чем угодно, лишь бы энергия возбуждения ядра оказалась не меньше, чем пороговая, и реакция произойдёт. Иметь энергию в 2-3 МэВ не возбраняется ни гамма-кванту, ни протону, ни нейтрону. Если шваркнуть по ядру кем-нибудь из них, то реакция происходит. А вот электрону похоже иметь такую энергию возбраняется. Шваркали уже до посинения и убедились в том, что электроны ядерных превращений не инициируют.
И возникает вопрос: а почему, собственно? Если, как нас уверяют, у электронов бывают энергии, исчисляемые ГэВами, то что мешает электронам инициировать ядерные превращения? Это же дикость какая-то: вылететь из ядра электрон может (при бета-распаде), а шмякнуть по ядру – не может! Что об этом говорит физика высоких энергий? А она об этом умалчивает. По её понятиям электрон – это объект несерьёзный. Подумаешь, мол, ГэВы имеет. Всё равно мелочь пузатая. Вот протон – это другое дело. Высокие энергии, дорогие товарищи, оказалось гораздо практичнее измерять не по электронной, а по протонной шкале. Тут уже не до единства измерений, быть бы живу! Ибо, скажем, 3 МэВа у протона – это полноценные 3 МэВа. А 3 МэВа у электрона – это так себе, одно название.
А почему так? А потому что не бывает у электрона энергии в несколько МэВ. Помните, мы говорили, что его максимальная кинетическая энергия – это треть его энергии покоя, т.е. всего-то 170 кэВ? Вы ещё хохотали по этому поводу – вспомнили? Ну, вот! Маловато получается? А откуда же взяться больше, если электрону приходится обходиться только своими запасами? Таковы программные предписания: всё, что тебе положено, дружок, ты уже получил. Вот и крутись, как хочешь. Чтобы двигаться быстрее, замедляй собственные трепыхания! Причём это замедление собственных трепыханий скажется и на энергии связи электрона, если он входит в состав атома. Помните, мы говорили, что энергии связи составляют фиксированное число процентов от собственной энергии частицы? А это значит, что при увеличении истинной-однозначной скорости атома будут всё больше сдвигаться его уровни энергии. В этом-то и заключается причина квадратично-допплеровских эффектов. И здесь – убийственное свидетельство о том, что, в отличие от относительных скоростей, истинные-однозначные скорости не являются чистой формальностью. Вещество-то несёт в себе чёткий признак движения с истинной-однозначной скоростью: у свободных частиц соответственно уменьшены их собственные энергии, а у связанных частиц имеются ещё и соответствующие квадратично-допплеровские сдвиги уровней энергии! В полном согласии с опытом! И со здравым смыслом!
Надо лишь добавить, что эти сдвиги квантовых уровней энергии никаким замедлением времени не сопровождаются. А то была такая сказочка на ночь: космонавты, благодаря быстроходности ракеты, смогли бы растянуть свои жизни настолько, что успели бы сгонять до ближайшей звезды и обратно. С какой это стати? Из-за большой истинной-однозначной скорости сдвинулись бы квантовые уровни энергии у космонавтов, но при этом отнюдь не замедлились бы «все их жизненные процессы» (вспомните про спутники TIMATION!) Здесь не замедление времени, а опять же всего лишь программное управление превращениями энергий квантовых пульсаторов. Три энергии электрона (собственная, кинетическая и энергия связи) могут превращаться друг в друга, но суммарная его энергия остаётся при этом прежней (при постоянном гравитационном потенциале). Ибо электроном он был, электроном и остаётся!
«Ага! – возрадуются релятивисты. – Вот тут-то мы автора и ущучим! Потому что не всегда электрон остаётся электроном! Есть такое замечательное явление – аннигиляция электрон-позитронных пар. Такая парочка полностью исчезает, превращаясь в гамма-излучение! И обратное явление – рождение электрон-позитронных пар – тоже есть! Пусть автор учебники читает!»
Благодарствуем! Читали мы эти учебники, которые вдохновили немало писателей-фантастов. Душераздирающе у них потом получалось: даётся залп из аннигиляторов – ффах! – и тебе полная крышка. Ничего от тебя не осталось, весь ты в свет ушёл! На впечатлительных читательниц это сильно действовало. Они же не знали, как на опыте происходит то, что выдают за полную аннигиляцию.
Здесь, кстати, тоже можно полюбоваться на релятивистский рост, имей он место. Ведь казалось бы, чем больше исходные энергии у электронов и позитронов, тем более сильными спецэффектами должна сопровождаться их аннигиляция. Фиг вам! Из области взаимодействия электронов и позитронов прёт всего лишь скромненькое гамма-излучение с характерной энергией кванта аннигиляции – 511 кэВ. Это, напомним, как раз энергия покоя электрона, и позитрона тоже. С какими бы скоростями электроны и позитроны ни двигались до взаимодействия, т.е. по высоконаучной логике, какие бы чудовищные энергии они ни имели, энергия гамма-квантов аннигиляции остаётся неизменной! Этот примечательный факт прояснил учёным очень многое. «Стало быть, электроны и позитроны… того… тормозятся как-нибудь перед тем, как проаннигилировать», – сообразили они. И тормозятся-то скромненько-незаметненько, без всяких спецэффектов!
Ну ладно, а если парочка этих тормознутых исчезает при аннигиляции начисто, то сколько при этом должно получаться квантов по 511 кэВ? Несложный подсчёт показывает: два. И по закону сохранения импульса (ведь учёные полагают, что фотоны переносят импульс!) эти два кванта должны разлетаться в строго противоположных направлениях.
Ну, вот. Гамма-кванты из области аннигиляции летели во всех направлениях, а два их детектора устанавливались строго с противоположных сторон от этой области. Когда эти детекторы улавливали по гамма-кванту одновременно, схема совпадений срабатывала и экспериментаторы прыгали от радости: «Ещё одна аннигиляция! И ещё! И ещё!» Юморные такие! Не сделали ни одной проверки того, что регистрируемая пара гамма-квантов вылетала действительно при одном и том же акте аннигиляции. А вдруг схема считала случайные совпадения? Об этом на радостях не подумали. Ну и нарвались, когда решили немного сдвинуть вбок один детектор, т.е. нарушить геометрию наиболее вероятного детектирования продуктов аннигиляции. Сдвинули и перестали прыгать от радости: число срабатывания схемы совпадений ничуть не уменьшилось. Сдвинули ещё больше – эффект тот же!
Экспериментаторы похолодели от ужаса: стало ясно, что схема срабатывала именно на случайные совпадения. Но не губить же обалденную идею! Да и фантастические произведения уже строчились… Короче, спасительные меры были приняты незамедлительно. Во избежание повторения казуса область аннигиляции стали прикрывать свинцовыми экранами, оставляя выходы лишь для двух узких противоположно направленных пучков гамма-квантов. На эти-то пучки и «сажали» детекторы. Вот теперь, если сдвигали один детектор в сторону от пучка, число его срабатываний уменьшалось, и соответственно уменьшалось число срабатываний схемы совпадений. Вот теперь всё выглядело так, как будто продукты аннигиляции разлетались в согласии с предсказаниями высоконаучной теории! Ну, цирк просто. Мировой аттракцион!
Как же она, электрон-позитронная пара, на самом деле аннигилирует-то? Ну, если при этом излучается не два гамма-кванта с энергией 511 кэВ, значит такой гамма-квант излучается один. При этом электрон и позитрон не исчезают полностью, а образуют предельно связанную пару с рекордным, в относительном исчислении, дефектом масс. И если хорошенько пнуть такую предельно связанную пару с энергией пинка, не меньшей чем энергия связи пары, то связь может разорваться. Это будет выглядеть как рождение электрон-позитронной пары. Всё получается натурально.
Обратите внимание, квант с энергией 511 кэВ, излучаемый при образовании одной предельно связанной пары, способен эффективно разрушить другую. При достаточно сильном инициирующем воздействии могут происходить цепочки многократных диссоциаций-рекомбинаций предельно связанных пар. В этом похоже и заключается секрет электрон-фотонной компоненты каскадных ливней, порождаемых релятивистскими протонами космических лучей. При большом желании можно считать, что все электроны и позитроны в ливне рождаются за счёт убыли кинетической энергии инициирующего протона. Тогда для случаев сильных ливней эта энергия должна на порядки превышать энергию покоя протона – к радости релятивистов. Но картины треков в ливнях говорят о том, что большинство треков оставляют электроны и позитроны вторичные, возникающие и пропадающие в цепочках диссоциаций-рекомбинаций предельно связанных пар, что происходит без потерь энергии инициирующего протона. Опять всё получается натурально! И, заметьте, неполная она оказывается, аннигиляция-то. Даже у электрона с позитроном. А у протона с антипротоном получается вообще тихий ужас: разлетаются не гамма-кванты, а несколько пи-мезонов! И это тоже называется аннигиляцией. Слово уж больно красивое!
Не спорим, красиво. Но опять же: где релятивистский рост? Он вообще-то в природе бывает? «Бывает, бывает! – уверяют нас. – Специально в этом убеждались! Было это, дети, в 1955 году…» И далее рассказывают трогательную историю. Вот что задумали сделать на протонном ускорителе в Беркли: разогнать протон так, чтобы его кинетической энергии хватило на рождение пары протон-антипротон «из ничего»! И утверждают: такое рождение удалось осуществить!
Эх, опять дяденьки на себя наговорили. Взгляните на уравнение их реакции! Исходники: протон плюс «ядро». Продукты: протон плюс протон плюс антипротон плюс, опять же, «ядро». Без «ядра» тут конечно не обошлось. Это ядро атома медной мишени, по которому бабахнул разогнанный протон. А где тогда гарантии, что пара протон-антипротон получилась именно из кинетической энергии разогнанного протона? Что эта пара по-простому не вылетела из возбуждённого ядра? Говорите, что антипротонов в ядре не бывает? Так электронов там тоже кажись не бывает, однако вылетают иногда. Короче, пока не доказано, что исходное и результирующее «ядра» идентичны, нечего говорить зря. Получили вы антипротон – это действительно достижение. Но не привирайте, что получили его «из ничего». На Демиургов, любезные, вы не тянете!
Так, блин горелый, а проводились ли опыты по прямому измерению энергии быстрых частиц калориметрическим методом? О, да! Только не «проводились», а «проводился». Потому что такой опыт был всего один. После чего специалисты посоветовались и решили, что повторять не стоит. Выполнил этот эксклюзивный опыт некто Бертоцци. Он использовал двухступенчатую схему ускорения электронных сгустков. В первой ступени электроны разгонялись статическим электрическим полем, формируемым с помощью высоковольтного генератора Ван-де-Граафа. А второй ступенью был линейный индукционный ускоритель. Разогнанные электронные сгустки улавливались алюминиевым стаканчиком, по нагреву которого экспериментатор судил об энергии электронов. И ещё он определял их скорость пролётно-импульсным методом: по времени, разделявшему всплески тока, которые наводились пролетающим сгустком в электродах, разнесённых на известное расстояние. Задумка была такая: при изменении ускоряющего вольтажа скорость электронов должна была практически не изменяться (будучи близкой к скорости света), а их энергия должна была изменяться весьма заметно. Автор даже график привёл с пятью экспериментальными точками, которые неплохо накладываются на релятивистскую кривую. Смотрите, завидуйте: скорость электронов остаётся прежней, а мишень-стаканчик греется всё сильнее и сильнее! Ну чистый релятивистский рост!
А ведь взял грех на душу этот автор. Если внимательно прочитать его статью, то обнаружится, что фактических-то экспериментальных точек у него было всего две. Причём, одна из них была получена, когда индукционный ускоритель был выключен, а другая – когда он был включён. А знаете, чем отличаются эти два случая? Когда индукционный ускоритель работает, он индуцирует вихревые токи в металлических штучках. Его самого приходится охлаждать проточной водой! Само собой, вихревые токи наводятся и в мишени-стаканчике. Вот и греется стаканчик сильнее. Эту мелочь автор почему-то не учёл и соответствующей калибровки не проделал. «Как у него при этом две-то точки легли на релятивистскую кривую? – недоумевали специалисты. – Это же редкостная удача!» Было совершенно ясно, что второй раз так ни за что не повезёт. Вот и решили – не повторять! И так сойдёт!
А ведь это странно, почему бы, спрашивается, не провести калориметрические измерения на кольцевых циклических ускорителях? Почему бы там мишеньки не погреть, хотя бы между делом? Релятивистский рост энергии-импульса стоит того! Враз все недоумения специалистов развеялись бы! Ну да ладно, откроем вам страшный секрет. Только, как говорится – никому! Каждый удачный прогон на серьёзном ускорителе… ну, в общем, это для релятивистов чудо, секрет которого они до сих пор понять не могут. Надо же, вкачивают-вкачивают сумасшедшую энергию в ускоряемые частицы, потом этими частицами по мишени – хрясь! А там, вместо ожидаемой сумасшедшей энергии, выделяется смехотворный пшик. Соревнование между научными коллективами развернули: кто больше энергии вкачает, которая затем пропадёт неизвестно куда. И это – не криминал, Боже упаси! Здесь мы имеем дело с тружениками образцово-показательной законопослушности. Работают под девизом: «Ни одного кэВа налево!»
И вот, оглядываясь на путь, которым СТО протащилась по полигону с кодовым названием «Эксперимент», констатируем: везде, где можно было провалиться, шлёпнуться, или набить себе шишку, это происходило по полной программе. И даже сверх программы. Но мощная группа поддержки сопровождала это жалкое зрелище воплями восторга, речёвками и овациями, так что у широкой публики создавалось впечатление, будто совершается не что иное как триумфальное шествие.
3.7. О святой и непорочной ОТО
Ну, а с ОТО вышло ещё забавнее. Вот тут некоторые учёные берут на себя смелость утверждать, что ОТО – это теория тяготения. Как они пришли к такому поразительному выводу, нетрудно догадаться. Наверняка популярных книжек начитались. Там действительно написано, что именно ОТО вскрыла сущность тяготения, заявив, что эта сущность заключается не в силовом воздействии, а в искривлении пространства-времени вблизи массивных тел.
Ну а дальше-то что? Откуда эти искривления пространства-времени берутся? Если их порождают массивные тела, то каким образом они это вытворяют? И что это вообще такое – искривления пространства-времени? А это, оказывается, литературными языковыми средствами не выражается. Наука уже добралась до таких зияющих вершин, где свои ключевые понятия она может выразить только математическими закорючками. Утверждают, что есть высокообразованные специалисты, которые понимают смысл этих закорючек. Но объяснить этот смысл простым смертным они не могут даже с помощью размахивания руками и распальцовок. Членораздельная речь тут вообще бессильна.
А ведь язык правды прост. В размахивании руками и распальцовках конечно есть некоторая своеобразная прелесть. Но какое отношение это имеет к тяготению? Ведь тяготение – это всё-таки силовое воздействие. А силовое воздействие только и может, что работу совершать, по ходу которой происходят превращения энергии из одних форм в другие. Поэтому теория тяготения просто обязана разъяснить, какие превращения энергии происходят, скажем, при свободном падении камня на Землю. Откуда у этого камня берётся прирост кинетической энергии.
Так вот, никаких разъяснений насчёт превращений энергии ОТО не даёт. У неё, вообще от слова «энергия» истерика начинается. И лечиться уже бесполезно, слишком всё запущено. Предложили было ей одно успокаивающее средство. Рецепт его совсем простой. Никаких, мол, превращений энергии при свободном падении камня не происходит. Он же в искривлённом пространстве-времени падает, а оно искривлено так, что это падение получается без ускорения! «Правда?!» – аж подпрыгнула больная. Ой, а через некоторое время она узнала: если камень тюкнет тебя по башке, упав с высоты 5 сантиметров, то шишкой отделаешься, а если он тюкнет, упав с высоты 5 метров, то можно и копыта отбросить. Поняла она, что в действительности-то камни падают с ускорением свободного падения! Ой, как ей плохо стало…
Тогда, чтобы отвлечь её от проблем с превращениями энергии, ей подсунули ещё одну пустышку – принцип эквивалентности. Вот уж на нём она просто помешалась. Случай безнадёжный. Страдающих этим типом помешательства можно условно разделить на две категории: тихих и буйных. Тихо помешанные полагают, что результат действия на физическое тело реального тяготения эквивалентен результату ускорения этого тела, сообщаемого ему негравитационным способом. Примерчик приводят: для слепого и глухого наблюдателя, сидящего в лифте, неотличимы две ситуации – лифт покоится, подвешенный вблизи поверхности Земли, или же лифт тащится «вверх» с ускорением 9.8 м/с2 где-то далеко-далеко от тяготеющих масс. Следите за логикой: тяготение эквивалентно ускорению, а в ускоренной системе отсчёта действуют силы инерции… Вот, оказывается, почему малое тело при свободном падении не деформировано: в системе отсчёта, связанной с падающим телом, сила тяготения в точности компенсируется силами инерции! Мировое открытие!
Только непонятно, отчего же тело оказывается деформировано при ускорении негравитационным способом, отчего же силы инерции не устраивают компенсацию в этом случае? Этим силам ведь всё равно, каким способом ускорение сообщено. Ан нет. При свободном падении они срабатывают, а в остальных случаях у них какие-то спазмы приключаются. Вот!
Если тихо помешанные добираются до этого места, они становятся буйными. Которые полагают, что точно к таким же последствиям для физического тела, как и в результате действия на него реального тяготения, приводит подходящий теоретический выбор ускоренной системы отсчёта. А раз так, то незачем возиться с такой чепухой, как превращения энергии при действии реального тяготения! Эйнштейн прямо рубанул: «…мы получаем принцип, имеющий большое эвристическое значение… с помощью теоретического изучения явлений, протекающих относительно равномерно ускоренной координатной системы, мы получаем представление о ходе явлений в однородном гравитационном поле». Ну и кинулись все, кому не лень, «получать представление». Как это делалось? А вот, например, рассматривали простейший случай – падение камня на Землю. Делали подходящий выбор системы отсчёта, связывая её с этим камнем. Получали, что в этой системе отсчёта Земля налетает на камень с ускорением свободного падения. Поясняли это тем, что на Землю действует соответствующая сила инерции. Ну, а потом пытались постигнуть сущность тяготения, разбираясь с тем, как на камень налетает Земля, влекомая силой инерции. Главное здесь было не зацикливаться на том, что эта сила инерции является фикцией, которая никакой работы не совершает. Но ведь для того, чтобы на работу можно было начхать, и был введён принцип эквивалентности!
Кстати, с этим принципом каким-то мистическим образом связано «равенство инертной и гравитационной масс» у физических тел. Эйнштейн полагал, что это равенство имеет страшно фундаментальный характер. Ну, ну. Знаете, откуда взялось это равенство? В выражение закона всемирного тяготения входит т.н. гравитационная масса малого тела, а в выражение второго закона Ньютона – инертная масса. Комбинация этих выражений даёт, что ускорение свободного падения тела зависит от отношения его гравитационной массы к инертной. А это ускорение в каждом месте одинаково для различных малых тел, значит и отношение масс у каждого из них одинаково, и пусть оно будет равно единице!
Всё это было бы крайне мило, если понятие «гравитационная масса» имело бы физический смысл; если массы действительно обладали бы притягивающим действием. Но увы, тяготение порождается отнюдь не веществом. Об этом имеется множество экспериментальных свидетельств (см. «Бирюльки…»). Вещество лишь подчиняется тяготению! А одинаковость ускорения свободного падения у разных тел обусловлена тем, что в любом месте крутизна «склона», обеспечивающего тяготение, одинакова для всех. Поэтому, когда говорят, что опыты Этвёша, Дикке и Брагинского установили равенство инертной и гравитационной масс с точностью уже до двенадцатого знака, то это шутка конечно. Установили-то с этой точностью одинаковость ускорений свободного падения у различных тел, и ничего сверх этого. Достигнутая точность конечно впечатляет, но идентичность ускорений, сообщаемых разным малым телам одним и тем же участком «склона» – это, выражаясь научно, по определению так. Никакой здесь заумной «фундаментальности»!
Эх, бедная ОТО! Зря она на принципе эквивалентности помешалась. Пустышка и есть пустышка. Известно уже: отличительным признаком действия тяготения является «склон» собственных энергий элементарных частиц, из которых состоит тяготеющее тело. А если тело ускоряется негравитационным способом, то никаким «склоном» собственных энергий в теле это не сопровождается. А в особенности, если ускорение тела обусловлено всего лишь остроумным выбором системы отсчёта: той, которая сама является ускоренной.
Заметьте, эти два случая (есть в теле «склон» энергий или нет) вполне различимы на опыте: Паунд и Ребка не зря старались! Кстати, были затрачены титанические усилия на поиски сдвигов спектральных линий, обусловленных ускорениями источников и поглотителей. Землю носом рыли, но ничего похожего не нашли. На тех же ультрацентрифугах: из-за скорости сдвиги есть (квадратично-допплеровские), а из-за ускорений сдвигов нет! На тех же циклотронах, на накопительных кольцах нет эффектов из-за ускорения, вплоть до его величин порядка 1018×g (g=9.8 м/с2). Вот так! Рыльцем об косяк! Тяготение на собственные энергии частиц влияет, а ускорение – не влияет! Где же эквивалентность, дяденьки? Что-то мы её в упор не видим! Может и вам пора глазёнки проморгать?
Вы ещё скажите: «Теперь-то легко рассуждать! А каково было тогда, когда ОТО выходила в свет!» Ну конечно, тогда рассуждать было гораздо труднее! Выходит в свет супер-теория, всё в ней красоты изумительной, вот только строится она не на физических реалиях, а на математических выкрутасах. Как будто непонятно, что такая супер-теория сможет уцелеть лишь в условиях искусственной изоляции от эксперимента! «Никаким количеством экспериментов нельзя доказать теорию, но достаточно одного эксперимента, чтобы её опровергнуть», – сокрушался Эйнштейн. «Поэтому, доченька, – продолжал он, обращаясь уже к ОТО, – никаких тебе экспериментов! Ни одного! И думать забудь! Потому как у тебя особое предназначение! Чего кривишься-то? Я те дам «фи, папенька»! Святой и непорочной будешь, бестолочь! Вся в белом! Остальная физика будет вокруг тебя на карачках ползать и ручки тебе целовать! Толпы учёного быдла тебе поклонятся!» И так далее, в том же духе.
Но, пока папенька для доченьки белые одеяния кроил… в общем, первый раз её на полигон почти насильно затащили. Это Эддингтон постарался. Очень уж ему хотелось сделать ей приятное. Поэтому и пустился во все тяжкие. Решив, что если кто и способен обнаружить гравитационное отклонение света, проходящего вблизи Солнца, так это он, Эддингтон. Засечь, мол, как смещаются видимые положения звёзд во время солнечного затмения – вот и все дела!.. Потом он взахлёб рассказывал, как классно у него получилось: всё, о чём грёзила ОТО, вышло наяву! Впрочем, рассказами и ограничился: не опубликовал ни анализа погрешностей, ни полученных им фотографий, ни методики отбраковки того подавляющего большинства из них, которых посчитал «неудачными»… К тому же, не особо распространялся про бессмысленность самой идеи своей затеи, ведь свет, формировавший изображения звёзд на фотопластинке, прежде проходил через нестационарную солнечную корону, из-за чего изображения могли смещаться в произвольном направлении и на произвольную величину. Совершенно ясно: ловить было нечего.
Но даже если бы Эддингтону сказочно повезло и солнечная корона на нужное время сгинула бы к едреней фене, всё равно он остался бы с носом: требуемая точность измерений в 0.1-0.3 угловых секунд не могла быть обеспечена даже чисто технически. Почему речь идёт о точности в 0.1-0.3 угловых секунд, если для величины эффекта называют цифру 1.7 угловых секунд? Эта цифра – для пролёта света впритирку с краем диска Солнца, когда ничего путного не увидеть. При пролёте света на двух солнечных радиусах ожидаемый эффект в два раза меньше, на трёх радиусах – в три раза меньше, и т.д. Так вот, специалисты по практической астрономии хорошо знают, чего можно было ожидать от телескопа, фотокамеры и гидирующего устройства выездной астрономической экспедиции. На выезде мог использоваться только широкоугольный телескоп с малым диаметром зеркала, а значит и с малым угловым разрешением. При диаметре зеркала 300 мм теоретическая величина кружка изображения звезды составляет 0.8 угловой секунды, а практическая (из-за недостатков оптической системы) в 2-3 раза больше! Неидеальность гидирущего механизма должна была дать дополнительное размывание изображений: минимум на несколько десятых угловой секунды. К тому же, использовавшиеся тогда фотопластинки имели крупный размер зёрен, при котором ошибка определения положения изображения составляла не менее одной угловой секунды. В довершение ко всему этому Эддингтон наделал ещё и методологических ошибок, из которых самой непростительной считают вот какую. Съёмку опорной пластинки он сделал в Англии, где Солнце не поднимается высоко над горизонтом, а затмение снимал вблизи экватора, когда Солнце было в зените. Атмосферная рефракция для этих двух случаев существенно различается, а точно учесть результирующие различия на фотопластинках было весьма проблематично. Ой, да надо ли было это точно учитывать? Маразм всё равно был доведён до абсурда. И всё – для ОТОшеньки, всё – для ненаглядной!
Вот так и вышло, что задумка Эйнштейна (насчёт «святости и непорочности» ОТО) в одночасье прахом пошла. Принял он, конечно, кое-какие меры, чтобы случившееся выглядело потриумфальнее. После чего завёл такие речи:
- Вот что, доченька. Этот экспериментик англицкий – тебе не пара. Сопля на сопле! Ты лучше погляди, чего папа тебе присмотрел. Прямо скажу, штучный товар! Небось не слышала о том, что у Меркурия перигелий есть… Чего хихикаешь, бестолочь? Перигелий – это ближайшая к Солнцу точка орбиты! Так вот, этот самый перигелий у Меркурия, понимаешь, движется, а объяснить это до конца не могут. Движется он, конечно, медленно, но зато верно! Улавливаешь? Я уже прикинул: получается в самый раз для тебя!
- Вечно вы, папенька, меня смущаете! – отвечала на это доченька.
На том и порешили. Тут же на радостях закатили ещё одну триумфальную кампанию. Эйнштейн прямо до слёз растрогался, до того серьёзно всё это выглядело…
Эх, папаша! Прикинул он, видите ли. Устроил брак по неверному расчёту! Разве может верное выражение для движения перигелия содержать в скобочках единицу минус квадрат эксцентриситета орбиты? Устремите эксцентриситет к нулю и эта скобочка станет равна единице. У круговой орбиты получится… ненулевое движение перигелия! И ведь толпы специалистов созерцали это выражение. Да толку-то… Похоже, у всех них зрение такое же, как у индейца по имени Зоркий Глаз, который сумел убежать из сарая, в который его посадили, поскольку на третьи сутки заметил, что у сарая одной стены не было! Так же и с «движением перигелия круговой орбиты». Ну колет глаза же!
И если бы дело было только в этом пустячке! Всё гораздо хуже: в знаменателе эйнштейновского выражения уютно пристроился квадрат скорости света! Это означает, что выражение получено на основе неявного допущения о том, что скорость действия тяготения именно скорости света и равна! На хрена тогда было устраивать триумфальную кампанию? Или расчёт был на то, что у дорогих гостей память начисто отшибло? Ведь уже Лапласу были известны экспериментальные свидетельства о том, что нижнее ограничение на скорость действия тяготения превышает скорость света в вакууме на 7 порядков! А сегодня по результатам обработки пульсарных данных эта цифра составляет уже 11 порядков! Так-с, 11 порядков в квадрате – это будет 22 порядка. Значит по меньшей мере на 22 порядка промахнулся Эйнштейн, когда говорил доченьке: «В самый раз для тебя!» Такой промах – он на абсолютный рекорд в истории науки тянет.
А уж как хотелось-то, чтобы скорость действия тяготения была равна скорости света! Ну, просто невтерпёж. И не только для того, чтобы делать вид, будто объяснилось движение перигелия Меркурия. Ещё для того, чтобы целеустремлённые ребята делали вид, будто они гравитационные волны ловят. А другие ребята – делали вид, что одобряют эту ловлю. Как будто там есть какие-то шансы на успех. Ведь со скоростью, на 11 порядков большей скорости света, вообще непонятно, как обращаться. А со скоростью света обращаться – милое дело. Вот и рыщут, факты ищут, которые можно было бы хоть с какой-нибудь стороны проинтерпретировать так, будто скорость действия тяготения равна скорости света. Упёртые! Иногда им кажется – нашли такой факт! Вот недавно обнаружились искажения волнового фронта радиоизлучения квазара, когда линию квазар-Земля пересекал Юпитер: эти искажения были обусловлены, якобы, тяготением Юпитера. И якобы, «впервые измерилась скорость гравитации»! Та, какая хотелась, конечно! Но стряпня оказалась с таким пересолом, что разгорелся скандал в благородном семействе! Ну, бывает… Милые бранятся – только тешатся!
Короче, проблема движения перигелия Меркурия не решилась ни в рамках ньютоновских представлений о тяготении, ни, тем более, в рамках представлений эйнштейновских. А что говорит об этом новая концепция тяготения? Давно известно, что Меркурий очень похож на Луну: и по размерам, и по отражательной способности поверхности, и по её оптическим и термоэмиссионным свойствам, и даже по особенностям поверхностного рельефа. А новая концепция тяготения, глядя на результаты радиоконтроля пролёта зонда «Маринер-10» вблизи Меркурия, добавляет: и тяготение Меркурия организовано не так, как у планеты, а так, как у Луны!
Тогда проблема движения перигелия Меркурия легко решается, но при одном интересном допущении. А именно, Меркурий представляет собой не сплошное тело, а тонкостенную оболочку, опять же, как и Луна. И, зная величину векового движения перигелия Меркурия, можно рассчитать толщину его оболочки. Этот расчёт даёт примерно 20 км. Всё похоже на правду! Кстати, на экваторе Меркурия имеется огромный по размерам «кратер» с пологими стенками, т.н. котловина Калорис, она же бассейн Жары. Диаметр поперечника 1300 км, а вот про глубину чего-то помалкивают. Судя по фотоснимкам, сделанным «Маринером-10», центральная часть этой котловины теряется в полном мраке. Такое может быть, если там имеется сквозное отверстие в оболочке. Представляете? Сейчас к Меркурию летит зонд «Мессенджер». Глядишь, он и подтвердит наличие этой «дырочки в левом боку». Вот смеху-то будет!
Но вернёмся к бедной ОТО. Эддингтон, если помните, был первый, кто дал чёткий ответ на вопрос, можно ли обнаружить гравитационное отклонение света, проходящего вблизи Солнца. Ответ звучит так: «Нельзя, но если очень хочется – то можно». Такая постановка ответа очень понравилась релятивистски настроенным астрономам. Весёлой пёстрою толпою они повторили всё, что проделал Эддингтон. Но это были так себе, мелкотравчатые подражатели. А вот Шапиро внёс в весёлый поток свежую струю. Он крепко взялся за подтверждение ОТО с помощью радиотелескопов. Первым делом в качестве лёгкой разминочки он проделал эксперимент по обнаружению отклонения радиоволн гравитационным полем Солнца. Чем, мол, радиоволны в этом смысле хуже света? Ну, то-то же. Приёмной системой служила пара радиотелескопов, разнесённых для улучшения углового разрешения, а источниками радиоизлучения были весьма кстати открытые квазары. Если гравитационное отклонение радиоволн есть, то, когда квазар наблюдается рядом с Солнцем, его радиоизображение должно соответственно сместиться. Ну и как, смещается? О, разумеется! Как же ему не смещаться в результате непредсказуемой рефракции радиоволн в нестационарной солнечной короне?! Опять же, статистика здесь набирается богатейшая: смещения получаются куда хочешь и на сколько хочешь. И чтобы блестяще подтвердить ОТО, остаётся лишь применить всё тот же метод Микеланджело. Слышали, небось? Этого выдающегося скульптора как-то попросили раскрыть секрет, благодаря которому получаются такие великолепные статуи. «Секрет простой, – раскололся Микеланджело. – Беру глыбу мрамора и отсекаю от неё всё лишнее!»
Ну, а после разминочки Шапиро устроил такое, что даже матёрые релятивисты рты разинули, не ожидав от него такой прыти. Помните, ОТО предсказывает замедление времени вблизи массивных тел? Если это так и есть, то всё, что может двигаться, должно вблизи массивного тела двигаться медленнее, а значит и скорость света там должна быть меньше. Об этом и Эйнштейн твердил. Тогда радиоимпульс, пролетающий, скажем, неподалёку от Солнца, должен притормозиться. Результирующее увеличение задержки на его полёт должно быть эквивалентно удлинению пути аж на 60 километров! Ну вот, Шапиро это самое, якобы, и обнаружил при радиолокации Венеры, когда она была вблизи противостояния с Землёй. А почему «якобы»? Потому что обнаружил только на словах. Экспериментальных данных не опубликовал даже в своей статье с многообещающим названием: «Четвёртое подтверждение ОТО». Его чуть не за грудки хватали:
- Это же эпохальный эксперимент! Сами же говорите – четвёртое подтверждение! Так покажите данные измерений!
- Да я бы с радостью, – чуть не плакал в ответ Шапиро, – но права не имею! Эксперимент финансировало NASA, без разрешения ничего не могу! А вы что, на слово не верите, что ОТО подтвердилась?!
Ну, те, кому хотелось верить, разумеется верили. «Ах, обмануть меня не сложно, я сам обманываться рад!» А вот мы обманываться не рады. Мы-то знаем, что время вблизи массивных тел не замедляется, а значит и свету там притормаживаться никакого резона нет. И точно! Помните, что получается, если сопоставить результаты, во-первых, Паунда-Ребки, и, во-вторых, экспериментов с перевозимыми атомными часами? А вот что: свет не изменяет свою частоту при движении в изменяющемся гравитационном потенциале, а обнаруживаемые эффекты полностью объясняются гравитационными сдвигами уровней энергии в веществе. Но это означает, что никакой зависимости скорости света от гравитационного потенциала тоже нет. Железобетонно! Спрашивается: какую же тогда дополнительную задержку радиоимпульсов отлавливал Шапиро? Да никакую и не отлавливал! Потому данные измерений и скрыты от любознательных глаз. Если это называется наукой, то что тогда называется лжепредпринимательством?
Ну, короче, как маленьких детей пугают Бабой Ягой, так и дилетантам очки втирают насчёт того, как здорово Шапиро подтвердил ОТО. А специалисты-то знают, что это не подтверждение, а так, сотрясение воздуха. И опытных подтверждений ОТО насчитывают по-прежнему всего три. Ну вот, по всем трём мы и прошлись. И по гравитационному отклонению света, якобы наблюдённому Эддингтоном, и по вековому движению перигелия Меркурия, якобы объяснённому Эйнштейном, и по гравитационному изменению частоты света в полёте, якобы обнаруженному Паундом и Ребкой. Вспомните ещё парочку шальных спутников TIMATION, засвидетельствовавших, что нет никакого «замедления времени вблизи массивных тел»… И окажется, что ОТО не имеет ни одного подтверждения физическим экспериментом. И это при чудовищном объёме теоретических излияний! Столько всего намолотили при стопроцентном коэффициенте бесполезного действия!
3.8. …И о релятивистской астрофизике.
«Позвольте! – вскинутся физики. – А разве вся релятивистская астрофизика – это не сплошное подтверждение ОТО?» Нет, конечно. Релятивистская астрофизика – это не сплошное подтверждение ОТО, а её сплошное применение. Не понимаете разницу, что ли? Поясняем. Вот, например, измерили вы скорость движения радиоимпульсов, а потом используете значение этой скорости в радиолокации: определяете дальности до объектов. Данные радиолокации не подтверждают значение скорости радиоимпульсов: если это значение неверно, то и данные радиолокации будут неверными.
Так же и в релятивистской астрофизике: она ничего не подтверждает, она лишь интерпретирует наблюдательные данные в духе ОТО. Едрит твою налево: здеся – изображение далёкой туманностии искажено гравитационным линзированием! Кто не верит, сбегай, проверь! Едрит твою направо: тута и тама – чёрные дыры! Прошу прощения, кандидаты в чёрные дыры, ведь в списке сказочных свойств чёрной дыры имеется, понимаете ли, её невидимость. Знаете, сколько уже таких невидимых кандидатов углядели? По пальцам не пересчитать, каталоги издают! Стопроцентным кандидатом считается, например, объект в центре нашей Галактики. Что он там делает? А звёзды, мол, пожирает, больше ему делать нечего. Поэтому с некоторых пор считается, что звёзды нашей Галактики рождаются где-то на её периферии, а затем долго-долго падают к центру… где выстраиваются в два спиральных рукава… и стройными колоннами, организованно отправляются кандидату в пасть. Или, там, в две пасти. Всё культурненько!.. было. Потому что угораздило каких-то любителей звёздного неба открыть вблизи центра Галактики молодые звёзды! И враз вся культурка рухнула…
Или, вон, был ещё один стопроцентный кандидат. Можно даже сказать, двухсотпроцентный: он считался супермассивной чёрной дырой в центре скопления галактик в созвездии Жирафа. Даже маленькая чёрненькая дырочка имеет, как полагают, такое сильное тяготение, которое и свет не может преодолеть. А тут – супермассивный амбал! И вот чего этот амбал учудил: начал извергать из себя колоссальные струи вещества («джеты»). По такому случаю на астрономических форумах в Интернете появлялись темы с весёлыми заголовками, например: «Три телескопа надругались над чёрной дырой». Специалисты расстраивались. «Мы всю жизнь занимались чёрными дырами!» – причитали они. Подумаешь, какая важность! Во времена средневекового мракобесия были учёные, которые всю жизнь занимались расчётами числа ангелов на острие меча. Эти учёные тоже полагали, что заняты очень полезным делом.
Но если средневековые занятия учёных ангелами называются мракобесием, то как же называть их сегодняшние занятия чёрными дырами и тёмной материей? Им ведь ещё тёмная материя понадобилась! Наблюдаемого вещества оказалось недостаточно для того, чтобы с учётом его тяготения теоретики смогли объяснить слишком быстрое вращение некоторых галактик. Значит, мол, есть ещё вещество «гравитирующее», как они выражаются, но ненаблюдаемое! Количество этого ненаблюдаемого вещества во Вселенной непрерывно уточняется. Оно, если не ошибаюсь, уже достигло 80% от общего количества. И как мы раньше жили без тёмной материи? На сайте какого-то университета уже опубликовали её фотоснимок. Напоминает известный «квадрат Малевича». Разница лишь в том, что здесь всё-таки не квадрат, а прямоугольник. Где-то раньше мы видели аналогичное произведение искусства. Оно называлось «Негры ночью уголь тырят»..
3.9. Итого, для чего нужна ТО ?
Эх, смешат народ, смешат, а ради чего? Думают, что гипотеза о тёмной материи поможет им разобраться с быстрым вращением галактик? Нет, не поможет. На движении звёзд в галактических масштабах вовсе не сказывается притяжение вещества этих звёзд к остальному галактическому веществу: нет этого притяжения. Объясняем-объясняем: нет «гравитирующего» вещества, тяготение порождается вовсе не веществом! От базового утверждения ОТО, будто геометрические свойства пространства-времени определяются пространственным распределением масс, остаётся мокрое место!
Поэтому ОТО ничего не может поделать со всеми теми проколами, которые достались ей в наследство от закона всемирного тяготения. Например, с тем, что в опыте Кавендиша дело было вовсе не в гравитационном притяжении лабораторных болваночек. И с тем, что форма геоида с очевидностью свидетельствует: триллионы тонн экваториальной выпуклости Земли не обладают притягивающим действием. И с тем, что гравиметрические приборы не реагируют на неоднородности поверхностного распределения масс Земли. И с тем, что у малых космических тел (спутников планет, астероидов) нет собственного тяготения. И с тем, что аномальное тяготение Луны действует лишь в небольшой окололунной области и не действует на вещество Земли! Помимо этих наследственных проколов, ОТО ещё и своих добавила. Откуда взяться чёрным дырам, гравитационным волнам и гравитационному линзированию, если тяготение порождается не веществом, если вещество только подчиняется тяготению? Всё физическое содержание ОТО, выражаясь научным слогом, стремится к абсолютному нулю!
И вопрос не в том, для чего же нагородили всё это: сначала СТО, а потом ещё и ОТО. Городят-то много чего: дурное дело нехитрое. Вопрос вот в чём: для чего эту дурь раскрутили и вознесли чуть не до небес? На этот счёт разное бают. Даже что-то вроде такого: «…здравомыслящие люди понимают, что никакой научной ценности теория относительности не представляет. И дело здесь не в научной ценности. Чтобы управлять большими массами людей, нужны религии, идеологии… ну, и теория относительности. И она должна быть непонятна! Потому что понятное поддаётся критике, а непонятное – не поддаётся! Толпы людей получили пожизненный комплекс неполноценности из-за того, что ничего в этой теории не поняли. Для этого она и нужна. Теми, у кого комплекс неполноценности, легче управлять!..»
Ха! Так теми, кто утверждает, что понял теорию относительности, тоже легко управлять. Не зря же говорят, что комплекс полноценности неизлечим!
4. О квантовой теории.
«В сущности, научно-технический прогресс в ХХ веке происходил лишь там, где начинали понимать, что такое квантовые эффекты.»
(Из сборника «Шутки больших учёных»)
Квантовая теория приводит в трепет даже многих физиков. Ох, как они горды тем, что всякие там доморощенные опровергатели основ суются со своими умничаниями в самые разные области: и в классическую механику, и в электродинамику, и, в особенности, в теорию относительности, но никто не покушается на квантовую теорию! «Даже этим олухам ясно, – веселятся академики, – что без квантовой теории люди бы до сих пор жили в пещерах и бегали с каменными топорами!» Без квантовой теории, мол, не было бы лазеров, а без лазеров, девочки и мальчики, не было бы у вас таких балдёжных дискотек! Без квантовой теории, мол, не было бы понимания того, как движутся электроны в металлах и полупроводниках, а без этого понимания, девочки и мальчики, не было бы у вас ни компьютеров, ни мобильных телефончиков!
Откуда девочкам и мальчикам знать, что всё это – шутки? Лазеры, компьютеры, мобильные телефончики своим появлением вовсе не обязаны квантовой теории. Эти и целый ряд других примечательных технических устройств были созданы исключительно на основе экспериментальных и технологических прорывов. А то, что называется квантовой теорией – это просто пачка изысканных математических процедур, с помощью которых задним числом описывали эмпирические факты из жизни микромира. Почему задним числом? Так ведь факты были совершено неслыханные!
Видите ли, классическая физика имела дело с объектами и процессами, которые можно было наблюдать глазом, пусть даже и вооружённым. Физические величины при таких процессах изменялись неразрывно, последовательно принимая все значения из некоторого диапазона. Например, когда камень летел по параболе из точки А в точку В, то на глаз он последовательно проходил через все точки этого отрезка параболы. А теоретические формулы конструировались по принципу «что вижу, то и пою». Вот и выходило, что в формулах классической физики неразрывность изменения физических величин была зашита намертво. Ничего здесь не изменило даже изобретение дифференциального и интегрального исчисления. Хотя там использовалась идея разбиения интервала изменения физической величины на мелкие одинаковые кусочки, в пределе-то величина этих кусочков устремлялась к нулю, и в итоге получалась всё та же неразрывность.
Но оказалось, что подход, заквашенный на неразрывности, совершенно непригоден для описания явлений микромира. В микромире, куда ни ткнись, во всём царит дискретность. Физические величины принимают не любые значения, а выделенные из дискретного набора. Состояния изменяются скачкообразно, а не плавным перетеканием друг в друга. И главная проблема, которая здесь возникла, была связана вовсе не с конструированием математического аппарата, который блестяще описывал бы дискретность. Неизменно получалось так, что великие теоретики, потратив 10% своей умственной энергии на блестящее описание, далее тратили оставшиеся 90% на то, чтобы выискивать физический смысл, который скрывался за этим блеском. Поиски велись до хрипоты, до истерик и горячек. Это у них называлось «драма идей». При классической физике подобные страсти даже в страшном сне не могли присниться: с физическим смыслом проблем не было…
Помните, дорогой читатель, какой вопрос у вас возник, когда вы обнаружили, что телевизионное изображение не сплошное? Футболисты по полю чешут, мяч туда-сюда пинают, и всё это из отдельных точек! Вопрос наверное возник такой: «Ух ты, а как это сделано?» Это очень правильный вопрос. Хотя логическое ударение в нём приходится на слово как, в нём сама собой подразумевается сделанность. Ну, вот: физики попали в аналогичную ситуацию, обнаружив дискретность в микромире. Небось все они чувствовали, кто спиной, кто кожей, кто задницей (интуицией, короче говоря), что эта дискретность не может быть самодостаточна. Как может быть самодостаточен мир, который на фундаментальном уровне оказывается «цифровой»? Экспериментаторы добрались до границы, на которой происходит качественный скачок от физической реальности к надфизической, благодаря которой физическая реальность трепыхается. Благодаря которой существуют частицы вещества с заданными физическими свойствами и вариантами физических взаимодействий, в которых они могут участвовать…
Но нет! Так рассуждать теоретикам положение не позволяло: нельзя-с, антинаучно-с! Ибо по-ихнему нет иной реальности, окромя физической! Вот и принялись они искать первопричины несамодостаточной сущности (физической реальности) в ней же самой. А поскольку этих первопричин в ней нет, то их приходилось, как бы помягче выразиться, придумывать. От каждой такой удачной придумки непонимание происходящего в микромире всё приумножалось и приумножалось. Но теоретики – весёлый народ! Углубление непонимания они с помпой выдавали за углубление понимания. Конечно, для этого им приходилось ух как щёки надувать!
4.1. Предыстория возникновения квантовой теории.
А началось всё с какого-то, не в обиду будь сказано, пустячка. В конце XIX века атом представляли как осциллятор, а свет – как волны в эфире. Эти представления классической физики обладали мощной эвристической силой. Не вдаваясь в подробности о том, что там осциллирует в атоме, и о том, как там устроен эфир, можно было вполне сносно разъяснить кучу вещей – излучение-поглощение, дисперсию… Но не равновесный (тепловой) спектр, который на малых и на больших частотах спадал в ноль, а где-то посерединке имел максимум, положение которого зависело от температуры излучающего объекта.
«Ах, доктор, поверьте, у меня такая драма! С одной стороны, есть формула Рэлея-Джинса, которая работает только на низких частотах, а на больших – лезет в бесконечность! С другой стороны, есть формула Вина, которая тоже только там и хороша. А страсть как хочется единую формулу, которая давала бы всё сразу – и оба хвоста, и горб. Умоляю, помогите!» Ну, добрый доктор Планк и помог, прописал нужную формулу. Знаете, уже позже подобные формулы стали называть «полуэмпирическими». В этом шуточном эпитете содержится тонкий намёк на то, что теоретики вкалывали не меньше, чем экспериментаторы. Ну, а Планк проскочил. Его формула так и осталась просто формулой. Тем более, что он, окрылённый успехом, быстренько разобрался с подгоночными коэффициентами.
Оказалось, что если одному из них приписать значение 6.63×10-27 эрг×с, то достигалось, как говорится, блестящее согласие с опытом.
Впрочем, насчёт «блестящего согласия» – это только для красного словца говорится, а на самом деле там творилось такое, от чего неподготовленного фаната квантов может кондрашка хватить. Распоследнему такому фанату известно, что выражение для одного и того же электромагнитного спектра можно написать двояко: так, чтобы аргументом являлась либо частота, либо длина волны. Ну, вот: оба этих варианта Планк и забабахал. На взгляд-то они хороши… Но прикиньте, совпадают ли положения их максимумов. Дело нехитрое: там и там берётся производная по аргументу, и приравнивается нулю. Далее останется лишь привести результаты к какой-то одной физической величине, например, к энергии, удачно выражаемой в единицах kT, где k – постоянная Больцмана, а T – абсолютная температура. И окажется, что у одного и того же спектра (!) максимум, который даёт длин-волновое выражение Планка, соответствует энергии 4.97kT, а максимум, который даёт частотное выражение Планка, соответствует энергии 2.82kT. Проверено электроникой!
Немного поразмыслив, можно прийти к выводу: при таких делах оба варианта формулы Планка не могли быть в блестящем согласии с опытом. И точно, на опыте блистал лишь длин-волновый вариант. Как это было? Излучение нагретого объекта направляли на фотоприёмник через монохроматор, прокалиброванный по длинам волн. Перестраивая монохроматор, перемещались по спектру. Максимум сигнала с фотоприёмника давал положение максимума спектра, которое соответствовало энергии 5kT. А частотный вариант формулы Планка никто на опыте не проверял. Причин для этого было множество, особенно если учесть, что в требуемом диапазоне все спектральные приборы работают с длинами волн, а не с частотами.
Тут бы физикам покаяться, мол, с частотным вариантом неувязочка вышла, поскольку он даёт совершенно неверные предсказания. Так ведь нет! Понимаете, интегрировать частотный вариант формулы Планка несравненно приятнее, чем длин-волновый. Поэтому именно в частотный вариант теоретики и вцепились. Его не только сохранили, его-то дальше и окучивали. Неслыханно: всю теорию строили на одной формуле, а для блестящего согласия с опытом подсовывали другую, подставную! Публике об этом говорить не стали, чтобы её не расстраивать. Она же думала, что на подобные штуки горазды только шулеры какие-нибудь, но уж никак не учёные мужи. А сами учёные мужи, по-видимому, рассчитывали на то, что «время лечит», т.е. что со временем забудется, из чего была слеплена конфетка. Которой впоследствии вскормилась добрая половина теорфизики…
Влип Планк, чего уж там. Впрочем, он делал всё что мог, пытаясь прояснить физический смысл, который скрывался за его формулой. Вон, что это за постоянная вылезла, с размерностью «энергия на секунду»? Умножение этой постоянной на частоту давало энергию. Но энергию чего? Для конкретной частоты эта энергия тоже конкретная: столько-то долей джоуля. Но равновесный спектр сплошной, и количество частот в нём бесконечно. Помножь их всех на постоянную, да просуммируй, бесконечную энергию и получишь. Ну, хоть волком вой! Впрочем, погодите, волчатки мои: можно немного сжульничать и разбить сплошной спектр на интервальчики, на каждом из которых частоту считать постоянной. И тогда всё срастётся: нужный спектр получится, если в каждый интервальчик влепить нужное число конкретных порций энергии! Тех самых!
Казалось бы, дальше всё совсем просто? Отнюдь. Смотрите, распределение энергии в спектре излучения-поглощения удачно моделируется набором порций энергии – набором квантов. Что это означает физически? Тут были разные мнения. Планк поначалу полагал, что кванты проявляются лишь при взаимодействии атомов с морем электромагнитной энергии, т.е. что порциями происходит лишь обмен энергией между атомами и этим морем. Эйнштейн пошёл дальше, полагая, что электромагнитная энергия порциями не только излучается-поглощается, но и распространяется, т.е. что само «море энергии» состоит из отдельных квантов. Здесь-то настоящие трудности и начались. Потому что здесь наконец-то проклюнулся физический смысл. А с физическим смыслом у квантовой теории отношения весьма своеобразные: что для физического смысла хорошо, то для квантовой теории – смерть. И наоборот.
Вот, посудите сами. Забыв обо всём на свете, физики просто с ума сходили, мучаясь над глупейшими вопросами. Если энергия кванта света зависит только от частоты, то, к примеру, сколько раз должно что-то колебнуться в кванте с этой частотой, чтобы энергия кванта была в точности равна произведению постоянной Планка на эту частоту? Дичь какая-то! А ведь эта дичь ещё передавала свою порцию энергии атому, отчего в нём что-то осциллировало. Только энергия этих осцилляций зависела уже от двух параметров: от частоты и амплитуды. Спрашивается, каким же чудесным образом энергия трепыханий, зависящая только от частоты, превращается в энергию трепыханий, зависящую от частоты и от амплитуды? Вот с какой амплитудой и сколько раз должен трепыхнуться атом, чтобы отработать поглощённый световой квант?..
Сегодняшние академики этакими вопросами, конечно, не мучаются. «Мы же не дураки, – поясняют они. – Потому и появилась квантовая теория, что перестали работать старые подходы!» Ну, ну. Старые подходы работать перестали, а новые заработали, что ли? Или шулерство в вопросе о согласии с опытом – это и есть «новые подходы»? Тогда позвольте вас поздравить: рождение квантовой теории прошло как нельзя лучше! Лихо разобравшись с равновесным спектром, новорожденная направила свой прищуренный взор на учение об атомах. И с улыбочкой многообещающе потёрла ладошки одна о другую…
Вообще-то, тогдашние представления об атомах и впрямь были чересчур примитивными: компоновку положительных и отрицательных зарядов приходилось додумывать. Так пользовалась популярностью модель Томсона, в которой почти вся масса атома и его положительный заряд мыслились распределёнными по некоторому шаровому объёму, а отрицательные электроны мыслились вкраплениями, как «изюм в пудинге». Но вот лаборант Резерфорда обнаружил, что при обстреле тончайшей фольги альфа-частицами часть из них отскакивает назад. Такое возможно, если почти вся масса атома сосредоточена в очень малой части его объёма. Отсюда у Резерфорда родилась идея об атомном ядре, которому присуща почти вся масса атома и положительный заряд, а заодно идея о том, что электроны, чтобы не упасть на ядро из-за кулоновского притяжения, должны вокруг него обращаться, будучи удерживаемы центробежными силами.
Как и сейчас, тогда мало кто понимал, что центробежная сила не может действовать на элементарную частицу. Она может действовать лишь на структурное образование из элементарных частиц, возникая из-за радиального градиента их линейных скоростей вращения. А обращение электрона вокруг ядра нисколько не препятствовало бы падению на него. К тому же, непонятно, какие таинственные силы обеспечивали бы восстановление электронных орбит после их возмущений. Вот, для сравнения: спутник на околоземной орбите. В результате небольшого возмущения, например, кратковременного включения двигателя, свободный полёт продолжается уже по новой орбите. Здесь никаких восстанавливающих сил нет. А в атомах они непременно должны быть, потому что атомные конфигурации имеют запас устойчивости. А также механизм самовосстановления. Об этом свидетельствуют и воспроизводимость размеров атомов, и характеристические атомные спектры излучения-поглощения. И ведь самовосстанавливаться есть после чего. Вон, при столкновении пары спутников, запущенных во встречных направлениях и летящих со скоростями в несколько километров в секунду, от них останется мало чего пригодного к употреблению. А орбитальные скорости электронов в атомах по теоретическим раскладочкам составляют пару тысяч километров в секунду. Прикиньте-ка, что будет даже при лёгком соприкосновении двух атомов, электроны которых столкнутся своими лобешниками. Ну, допустим, что лобешники у них достаточно железобетонные, так что ошмётки от электронов не полетят. Но ведь их орбитальное движение как бы немного нарушится, правда? А теперь вспомните, что в газах при нормальных условиях из-за теплового движения атом испытывает примерно миллиард столкновений в секунду. И ничего, остаётся самим собой. Живучий, стервец!
Тут академики попытаются нас образумить, мол, обращение электронов происходит так быстро, что имеет смысл говорить о непроницаемости орбит, из-за которой атомы в газах и отскакивают друг от друга при столкновениях, а электроны разных атомов никак не могут «столкнуться лобешниками». Позвольте, а куда же девается эта непроницаемость орбит, когда атомы, пардон, вступают в химическую связь? Али вы подзабыли, насколько глубоко они при этом проникают друг в друга? Так посмотрите в справочниках: раздел называется «Размеры молекул». Не редкость, что расстояние между центрами атомов в молекуле меньше, чем радиусы самих атомов! Ну, полная гармония: когда хочется, на тебе проницаемость, а когда не хочется, на тебе непроницаемость! И в чём разница, со стороны совершенно незаметно! Да… такие представления об атомах только и надеялись на ревизию, как на избавление…
4.2. Квантовые подходы к тупикам теоретической физики.
Но пришло не избавление, а безысходность пуще прежней. Понимаете, нельзя было ревизию мотивировать тем, что, мол, планетарная модель атома, господа, годится лишь для наивных чукотских девушек. Не дай Бог, кто-нибудь обиделся бы. Поэтому повели такую политику: «Ах, какая она замечательная, планетарная модель! У неё всего один недостаточек! Связанный с излучением электрона, движущегося по орбите! Устранить этот недостаточек – и будет полный ажур!»
Это они вот о чём. По классическим представлениям осцилляции электрона в атоме означали его пребывание в возбуждённом состоянии. При поглощении электромагнитной энергии эти осцилляции «раскачивались», а предоставленные самим себе, затухали, но при этом запасённая электромагнитная энергия излучалась. Теперь, смотрите-ка, что такое орбитальное движение электрона в планетарной модели? Да не что иное, как его двумерные осцилляции! Никто отчего-то не пояснял, откуда это орбитальное движение бралось, кто это так удачно давал электрону пинка нужной силы и в нужном направлении. Но все сходились в том, что, выйдя на атомную орбиту после этого удачного пинка, предоставленный самому себе электрон начал бы терять энергию на излучение. И очень быстро потерял бы её всю, за несколько оборотов упав на ядро. Выходила нелепица: атомы, мол, долго жить не должны, а они живут. Вот, мол, в какой тупик заводят классические представления при умелом пользовании! Ищи, мол, теперича выход из этого тупика!
Тут-то опять и сработал квантовый подход, на основе которого Бор предложил на редкость блистательный выход. Учитесь, студенты: если проблема связана с излучением движущегося по орбите электрона, то эта проблема устраняется простеньким постулатом о том, что движущийся по орбите электрон не излучает. Делов-то, господи! Только требовались ещё кой-какие уточнения. Судя по обилию линий в атомных спектрах, в атомах допустимы целые наборы волшебных орбит, на которых электрон не излучает. А, дескать, излучает он только при перескоке с одной орбиты на другую, более низкую. Соответственно, поглощает он при перескоке на орбиту более высокую. Причём такие излучения-поглощения с очевидностью должны происходить порциями, т.е. квантами, в великолепном, мол, согласии с гипотезой Планка!
Стойте, стойте! Позвольте вам напомнить, что в гипотезе Планка квант имеет физический параметр – частоту. Только этой частотой и определяется величина порции энергии. И вот, оп-ля, эта порция энергии поглотилась атомом, отчего его электрон сиганул на более высокую орбиту. Спрашивается: что же при этом колебнулось в атоме с частотой кванта? Ответ на этот вопрос искали долго, до мелькания чёртиков в глазах, так что можно с полной определённостью сказать: ничего там в атоме с частотою планковского кванта не колеблется. Так-так. Вот значит о чём вы умалчиваете, любезные! Значит, когда планковская порция энергии находится в атоме, то её величина определяется вовсе не частотой?!
Это называется – согласие с гипотезой Планка? Вы ещё скажите, что при поглощении кванта атомом энергия кванта банально превращается в прирост энергии орбитального движения электрона, так что от бывшей частоты кванта остаётся одно воспоминание. Ладно, но тогда каким макаром возобновляются трепыхания на той самой частоте при обратном процессе, когда квант излучается? Может в атомах имеются портативные аналого-цифровые преобразователи? Валяйте, не стесняйтесь!
Тут академики опять попытаются поставить нас на место. Мол, отчего это автор делает акценты на какой-то ерунде-мелочёвке, когда главное содержание постулатов Бора совсем другое! Это оттого, чтобы вас подготовить. Перед тем, как сделать акцент на главном содержании. Оно ведь сводится к чему? К тому, что атом может поглотить и излучить только резонансные порции энергии, которые равны разностям энергий движения электрона на тех самых, стационарных боровских орбитах. Это и есть «главное содержание» – центральный догмат квантовой теории.
Как можно было дойти до жизни такой? Ведь у атомов различных химических элементов различны и системы стационарных орбит, а значит и соответствующих квантовых уровней энергии, а значит и разностей между ними. Тогда из центрального догмата следует, что без специальных мер, сдвигающих или уширяющих квантовые уровни, излучённый атомом одного элемента квант не может быть поглощён атомом другого элемента. Ей-богу, в такой ситуации даже этой троице, двум атомам и одному кванту, стало бы не по себе от осознания идиотизма происходящего. «Универсальное взаимодействие», растудыт его, которое оказывается «только для своих»!
И нам ещё морочат головы про то, что лазеры появились благодаря квантовой теории?! Не «благодаря», любезные, а «вопреки»: в первых лазерах использовалась широкополосная накачка лампами-вспышками! А это прямое экспериментальное опровержение вашего центрального догмата: резонансное излучение генерируется в результате поглощения нерезонансных квантов накачки, энергия которых больше энергии лазерного перехода! Или вот ещё: облучают вещество заведомо нерезонансным ультрафиолетом, и оно начинает флуоресцировать на длине волны, в точности соответствующей разности энергии облучения и энергии ближайшего нижерасположенного квантового уровня в этом веществе!
Впрочем, о чём это мы распелись? Теоретики нынче пошли какие-то особенные, закалённые: убийственными опытными фактами их уже не прошибёшь. Чихать они на них хотели. Единственное, что их ещё может пронять, так это убийственное противоречие в обожаемой теории. Ладно, сделаем! Если по-другому никак. Надо всего лишь сопоставить пару первых же квантовских достижений. То, которое воспевает равновесный спектр (как мы помним, сплошной), и то, которое обязывает атомы поглощать и излучать только резонансные порции энергии, т.е. обязывает их спектры излучения-поглощения быть дискретными…
Что же у вас получается, закалённые вы наши? Что атомы не могут быть источниками равновесного излучения?! И не могут участвовать в равновесном радиационном теплообмене?! Но тогда нужно было сразу же объявить термодинамику лженаукой и выкинуть её в специально отведённое место. Отчего же не объявили, не выкинули? Не нашлось, что ли, желающих ручки марать? Э, нет, тут были мотивы более высокоидейные. А ну как специалисты по термодинамике развернулись бы, да хорошенько дали в ответ? Моментально бы прояснилось, что в равновесном радиационном теплообмене атомы непременно участвуют, а как же иначе! И что в специально отведённое место нужно отправлять не термодинамику, а квантовую теорию. Поэтому квантовикам-затейникам и вправду лучше было помалкивать. И при встрече даже с заштатным термодинамщиком вежливо с ним раскланиваться. Чтобы публика ни о чём таком не догадалась.
И главное, теперь надо было на каждом углу тарахтеть про постулаты Бора. Если на них как следует зациклиться, то кошмар с равновесным сплошным спектром забудется, мол, сам собой. А для пущей важности давай-ка сюда притягивать за уши опытные свидетельства о том, что кванты световой энергии – это конкретно настоящие частицы. Чтобы никаких сомнений на этот счёт не оставалось, как в случае с фотоэффектом. А то действительно стыдно было любимым девушкам в глаза смотреть: облучаешь металлическую пластинку ультрафиолетом и вышибаешь оттуда электроны, но каждый такой электрон вышибается так, словно хватанул лишь порцию энергии, но не порцию импульса! Словно его только припекло, но не пнуло! Причём «не пнуло» – это ещё мягко сказано: фотоэлектроны-то вылетали из освещённой стороны пластинки, т.е. навстречу вышибавшим их квантам. Как это у них так весело получалось, никто из квантовиков объяснить не брался, даже Эйнштейн. Его знаменитое уравнение фотоэффекта описывало лишь баланс энергий при вышибании электрона квантом. Этого было мало: хотелось свидетельств о том, что кванты света переносят не только энергию, но и импульс.
А откуда же их было взять? Вон, смелую гипотезу о том, что хвосты комет образуются из-за давления солнечного света, выдвинул ещё Кеплер в 1619 г. Ну, ему было простительно. Он же не знал, что от Солнца разлетается поток высокоэнергичных частиц, т.н. солнечный ветер. «Да наплевать на этот ветер, – разъяснят вам специалисты, – солнечный свет давит гораздо сильнее!» Они это вот с чего взяли. Зная концентрацию и скорость частиц солнечного ветра на радиусе орбиты Земли, рассчитали результирующее давление и сравнили его с расчётным давлением, полученным на основе потока световой энергии, т.н. «солнечной постоянной». При таком раскладе получается, что солнечный свет давит на три порядка сильнее, чем солнечный ветер. Но заметьте, солнечная постоянная описывает поток энергии в огромном сплошном спектральном диапазоне, а молекулы, которыми «газит» ядро кометы, рассеивают свет селективно. Если это учесть, то давление солнечного света окажется на порядок меньше, чем давление солнечного ветра!
Тут специалисты помычат-помычат и укажут нам на то, что расчёты, вообще-то, ничего не доказывают. Так вам, дяденьки, доказательства нужны? А чем же вы занимались последнюю сотню лет, когда доказательства были перед вами на блюдечке? Разве вы не знаете, что в годы активного Солнца интенсивность солнечного ветра возрастает на порядок, а световой поток от Солнца остаётся постоянен? Если хвосты комет формируются главным образом солнечным ветром, то у этих хвостов должна наблюдаться разница при спокойном и активном Солнце, а если здесь главную роль играет световое давление, то разница наблюдаться не должна… «Молчать, шума не поднимать! – шушукались астрономы. – Если что – всё отрицать!» К счастью, нашёлся отважный астроном Бирманн, который во всеуслышание заявил, что названная разница наблюдается. Значит хвосты комет свидетельствуют вовсе не о том, что свет давит.
А как там насчёт знаменитых опытов Лебедева? Ведь нас учат, что виртуозность экспериментаторского искусства здесь была такова, что световому давлению ничего не осталось, кроме как обнаружиться. Смотрим… Свет от электрической дуги направлялся на мишеньки из тонкой фольги, прикреплённые к крылышкам лёгких крутильных маятников. Мишенька освещалась то с одной, то с другой стороны не для раскачки маятника, а для смещения нулевого положения его колебаний. По величине этого смещения и делался вывод о силовом эффекте от светового давления. Но ведь ещё здесь вмешивались радиометрические силы. Из-за того, что температура остаточных газов несколько выше с освещённой стороны мишеньки, чем с неосвещённой, возникает соответствующая разница давлений. Чтобы уменьшить этот эффект, баллон с маятником откачивали, но полностью радиометрические силы, конечно, не устранялись. Как же можно было убедиться в том, что давил именно свет? А вот как. Согласно теории Максвелла давление света на абсолютно отражающую поверхность в два раза больше, чем на абсолютно поглощающую. Вот Лебедев и виртуозничал с двумя типами мишенек: с зеркальными и чернёными. Но вышел конфуз какой-то: силовой эффект для зеркальных мишенек оказался всего в 1.2-1.3 раза больше, чем для чернёных. К гадалке не ходи – это радиометрические силы резвились… Что интересно, спустя десятилетия опыты Лебедева можно было повторить в условиях несравненно лучшего вакуума, устранив радиометрические силы подчистую. Удача сама лезла в руки, да что-то не нашлось охотников сгрести её в охапку. Оскудела, что ли, земля виртуозами экспериментаторского искусства? Ну что вы! Дело похоже вот в чём: когда эти виртуозы устраняли радиометрические силы, то пропадал и силовой эффект. А чтобы публика об этом не догадалась, придумали игрушку с очаровательным названием «радиометрическая вертушка». Светишь на её крыльчатку, а она и вертится. «Пусть вас не смущает название игрушки, – разъяснили балбесам, – она вертится из-за давления света!»
Впрочем, для квантовой теории подобные закидоны про давление света были что называется, сбоку припёка. А хотелось ей гораздо большего: свидетельств о том, что импульс переносится отдельным квантом. Добыть такое свидетельство – это вам не то, что подшипники у вертушки смазывать, и не то, что подглядывать, как кометы хвостами машут. Квант нельзя было ни увидеть, ни потрогать. Поэтому нужные свидетельства были получены силой великих мыслей. А точнее, силой великих домыслов.
Взять хотя бы историю Комптона. У него получилось в некотором роде эффектно. Была такая странность при рассеянии рентгеновских лучей на мишенях из лёгких элементов: длина волны сдвигалась, причём этот сдвиг зависел лишь от угла рассеяния. Но это было странно с позиций классической, т.е. волновой, теории. А Комптон попробовал применить квантовый подход, в котором рентгеновскому кванту приписан импульс. Предполагалось, что квант со своим приписанным импульсом соударяется со «слабо связанным» атомарным электроном и выбивает его из атома, превращая его в «электрон отдачи». Тогда из законов сохранения энергии-импульса следовало уменьшение энергии рассеянного кванта в соответствии с наблюдавшимся увеличением длины волны! Ну Комптон и обтяпал это дело так, что ахнули почти все, кроме разве что специалистов по рассеянию рентгеновских лучей. Они-то знали, что этот ловкач соловьём заливался лишь про компоненту с увеличенной длиной волны, но помалкивал про компоненту с настолько же уменьшенной длиной волны.
Ибо, если говорить всю правду, то пришлось бы делать грустные выводы. Либо законы сохранения энергии-импульса в половине случаев работают, а в половине – нет. Либо, что более разумно, приписанный кванту импульс – это полная туфта… «Ты, Комптон, главная штука, не тушуйся, – утешали друзья-экспериментаторы. – Мы твой эффект поддержим!» И кинулись поддерживать: доказывать на опыте, что рассеянный квант и «электрон отдачи» ведут себя правильно, т.е. вылетают одновременно и разлетаются именно под теми углами, какие требуют законы сохранения. Об этих поддерживающих опытах в учебниках пишут очень скупо, без подробностей. Это понятно. Если студенты узнали бы подробности, они оценили бы «доказательную силу» этих опытов: хохот грянул бы гомерический.
Таким вышел первый блин на кухне, где стряпали доказательства переноса импульса отдельным квантом. Но вот, из этой кухни опять запахло чем-то свеженьким. На этот раз дело касалось гамма-квантов, которые капризничали, не желая резонансно поглощаться, хотя у ядер-поглотителей имелся такой же квантовый переход, как и у ядер-излучателей. «Это всё из-за того, – втолковывали теоретики, – что гамма-квант сообщает импульс отдачи как излучающему его ядру, так и поглощающему, отчего их изначально совпадавшие спектральные линии разъезжаются из-за эффекта Допплера на величину, превышающую их ширины». Ну, ну.
Вообще-то, спектральная линия излучателя испытывает допплеровский сдвиг тогда, когда соответствующая скорость у излучателя уже имеется. В рассматриваемом же случае, ядро-излучатель приобретает отдачу в результате излучения кванта. Значит, на момент излучения, никакого сдвига линии ещё нет. Мы говорим «на момент», поскольку Первый Сольвеевский конгресс чётко постановил: квант излучается мгновенно. (Правда, тогда ядро, приобретая импульс отдачи, должно двигаться с бесконечным ускорением. Ну, мало ли… открытий чудных. Умом которых не понять!) Само собой, поглощается квант тоже мгновенно. Значит и здесь тот же номер: сначала должно произойти поглощение, и лишь потом появился бы результирующий сдвиг линии. Когда процесс, на который этот сдвиг, якобы, влияет, уже закончился! Не работает толкование про разъезжание спектральных линий из-за эффекта отдачи!
А ведь как красиво выходило: когда Мёссбауэр обнаружил, что резонансное поглощение получается, если ядра-излучатели и ядра-поглотители встроены в кристаллические структуры, находящиеся при достаточно низкой температуре, был сделан логичный вывод о том, что здесь отдача воспринимается не единичным ядром, а всем кристаллом, становясь при этом практически нулевой. Тут же разродились славненькой теорией, согласно которой мёссбауэровский режим наступает, когда температура кристалла становится ниже т.н. дебаевской температуры. Ну и опять промашечка вышла. Вон, у железа наблюдается мёссбауэровское поглощение для перехода 14.4 кэВ при температурах вплоть до 1046оК, хотя дебаевская температура у железа равна 467оК. Чихало железо (и не только оно!) на вашу славненькую теорию. Ибо для каждой длины волны гамма-излучения своя температура перехода в мёссбауэровский режим!
А знаете, почему? Да вроде как потому, что в обычных условиях резонансному поглощению мешает вовсе не эффект отдачи, а допплеровские сдвиги из-за тепловых колебаний ядер. При понижении температуры размах этих колебаний уменьшается и наконец он становится меньше, чем рабочая длина волны гамма-излучения. А известно, что если размер области, в которой движется излучатель или поглотитель, меньше длины волны излучения, то линейного эффекта Допплера нету. Вот и наступает мёссбауэровский режим. Причём в этом режиме, когда допплеровские сдвиги из-за тепловых колебаний ядер пропадают, кристалл превращается в великолепный интерференционный фильтр: сверхузкие мёссбауэровские линии говорят не о свойствах квантовых переходов в ядрах, а о свойствах структуры кристалла! Не верите? Так это легко проверить. Если здесь дело в свойствах структуры кристалла, то для монокристалла должна наблюдаться… анизотропия эффекта Мёссбауэра! Проверено: так и есть. Тихий ужас какой-то! Если кто-то до сих пор верит в «эффект отдачи» из-за гамма-кванта, пусть-ка объяснит эту самую анизотропию. Причём пусть исходит из того, что в мёссбауэровском режиме у кристалла подразумевается абсолютная жёсткость, при которой «отдача» воспринимается «всем кристаллом» одинаково во всех направлениях! Ну, кто? Куда же вы попрятались, сладкоголосые?
Может вы оскорбились в своих лучших чувствах? Понимаем… Вам же небось в детстве рассказывали сказки про фотонные ракеты – вот уж где отдача, так отдача! Но кто же виноват в том, что с возрастом вы так и не поняли, что это были сказки?
В этом месте верующие в то, что кванты света переносят импульс, выкладывают последний аргумент, на их взгляд, совершенно убойный. В 1960 г. на околоземной орбите заработал американский спутник «Эхо-1» – 30-метровый сферический надувной баллон с металлизирующим покрытием. Отношение массы к площади поверхности у него было ничтожным. И вот, его орбита стала сильно эволюционировать, как будто солнечный свет и впрямь на него давил. Казалось бы, случай чистый. Ан нет! Вредное ультрафиолетовое излучение Солнца должно было вырывать электроны из поверхности спутника, заряжая его положительно. Компенсирующий приток электронов из окружающего пространства происходил бы не симметрично. Из-за магнитного действия фотоэлектронов, летевших в основном в сторону Солнца, притекавшие электроны формировали бы область избыточной концентрации отрицательного заряда с противосолнечной стороны от баллона. Этот избыточный отрицательный заряд притягивал бы положительно заряженный баллон. Вот вам и сила, тянувшая баллон в направлении «от Солнца». Оценки величин показывают: этот механизм совершенно реалистичен. Тогда доказывает ли случай со спутником «Эхо-1», что свет производит давление? Угадайте! Теоретикам угадать будет сложно, уж больно крепка их вера. «Веруем, что в звёздах-гигантах свет, идущий из недр, сдерживает гравитационное сжатие! Веруем, что в эпицентре ядерного взрыва давление света так велико, что ударная волна им и порождается! Кто не верит, сунь туда пальчик, проверь!»
4.3. Тьма проблем со светом.
Но вернёмся в бурное начало ХХ века, когда теоретикам пришлось туго из-за простого вопроса: если свет – это полноценные частицы, то откуда же у света берутся волновые свойства? Взять хотя бы явление интерференции, когда свет падает на систему из множества параллельных щелей. То, что происходит дальше, волновая теория объясняет, ничуть не напрягаясь. Волновой фронт, проходя сквозь эти щели, дробится на множество участочков, которые становятся источниками вторичных волн. Складываясь, эти вторичные волны либо усиливают друг друга, либо, наоборот, гасят в соответствии с разностью фаз, которая зависит от направления распространения света за щелями. Отчего на экране и получается интерференционная картинка – чередующиеся светлые и тёмные полосы.
Прекрасно, но как объяснить происхождение этой картинки с квантовых позиций? По этой картинке, кстати, и судят о длине волны света. Что такое длина волны у волны, это понятно. А что такое длина волны у кванта? И если квант – полноценная частица, то он должен пролетать сквозь какую-то одну щель, а не сквозь несколько щелей сразу. Откуда же тогда взяться интерференционной картинке? Причём, чем больше щелей, тем эта картинка резче. Что же получается: квант пролетает сквозь одну щель, но каким-то образом чувствует все остальные?
Сначала попробовали обойтись здесь лихим наскоком. Мол, каждый квант проходит сквозь одну щель, но полосы получаются, когда квантов пролетает много. Вот они и взаимодействуют друг с другом. Пусть, мол, не вполне понятно, что такое длина волны у кванта, но она у него, безусловно, есть. Ну и всё! Разные кванты проходят сквозь разные щели при разных фазах своих волн? Вот и накладываются потом друг на друга, отчего и получается картинка!
Да уж… до щелей-то кванты тоже друг на друга накладываются? А где же она там, картинка? И ещё: если фазы квантов при прохождении щелей распределены случайным образом, а это обычное дело при нелазерных источниках света, то из названного лихого объяснения никак не следует, что на экране получится система светлых и тёмных полос. И, чтобы дальше не трепаться зря насчёт интерференционной картинки как результате взаимодействия квантов друг с другом, добавим вот что. Были специально поставлены опыты при сверхмалых световых потоках: кванты летели практически поодиночке. И нужно было долго-долго ждать, пока этих квантов пролетит достаточно для того, чтобы на результирующей фотке удалось что-нибудь разглядеть. Выяснилось: картинки, полученные при обычных световых потоках и малых временах экспозиции, идентичны картинкам, полученным при сверхмалых световых потоках и достаточно больших временах экспозиции. Вот вам и «взаимодействие квантов друг с другом»!
Кстати, результаты этих опытов оказали на некоторых теоретиков жуткое воздействие. «Раз уж полосы получаются даже тогда, когда кванты летят поодиночке, – рассудили они, – то имеем право допустить, что каждый квант рисует сразу всю картинку, только очень слабенькую. А с каждым новым квантом вся эта картинка только усиливается!» Их послушать, так каждый квант размазывается на весь экран. Или на всю фотопластинку. Дяденьки, да вы хоть раз рядом с физической лабораторией стояли? Хоть одну фотопластинку проявили? Ну хотя бы поинтересуйтесь, что такое фотографические зёрнышки, из которых эти пластинки состоят. Чтобы зёрнышко сработало, оно должно поглотить квант целиком! Реалии таковы: каждый квант попадает в одну точку на фотопластинке как при обычных световых потоках, так и при сверхмалых. Просто в первом из этих вариантов светлые и тёмные полосы получаются быстренько, а во втором – нужно ждать, пока они нарисуются. Из отдельных точек! Но это значит, что если квантам присущи волновые свойства, то они присущи каждому кванту в отдельности!
Дальше – больше. В оптических приборах широко используется т.н. просветлённая оптика, у которой по сравнению с обычными линзами меньше обратное отражение и, соответственно, лучше пропускание. Не секрет, что нужно сделать, чтобы оптика получилась просветлённая, но при попытке разобраться, как эта штуковина работает, можно запросто свихнуться. Смотрите: на поверхность линзы, отражение от которой требуется уменьшить, наносят тонкослойное покрытие. Его толщина подбирается для света из желаемого диапазона таким образом, чтобы при отражениях волнового фронта от двух поверхностей раздела («воздух-покрытие» и «покрытие-линза») разность фаз соответствовала нечётному числу полуволн (две волны с такой разностью фаз гасят друг друга). И, пожалуйста, отражение уменьшается, а пропускание увеличивается!
Наивно полагать, что здесь гасят друг друга кванты, отражённые от той и другой поверхности раздела. Во-первых, загасив таким образом друг друга, эти кванты должны чудесным образом перескакивать из отражённого потока в проходящий. Во-вторых, гашение-то возможно здесь лишь для синфазных квантов, а при нелазерных источниках фазы квантов распределены случайно… Выходит опять же, что каждый квант индивидуально находит свой путь истинный! Но, бляха-муха, как же он это делает? Может он умудряется отражаться от двух поверхностей сразу, в результате чего гасит сам себя и перескакивает из отражённого потока в проходящий? А может он и не отражается вовсе, а заранее знает, что в результате отражения назад здесь получится хренотень, поэтому он и прёт только вперёд?
«Ну, нет, – прикидывали теоретики, – квант ничего заранее знать не может. По сравнению с нами, это же полная бестолочь!» Из этой предпосылки и исходили. И с неизменным успехом получали ошеломляющие результаты. С одной стороны, на фотопластинках квант вмещался в махонькое зёрнышко. С другой стороны, при волновых явлениях квант каким-то образом взаимодействовал сам с собой, для чего он должен был быть растянут по пространству ой как сильно! Что там жалкие интерференционные кольца Ньютона, которые образуются на зазорах в несколько микрон! Лорентц обращал внимание коллег на то, что для зелёной линии ртути, при разности хода более двух миллионов длин волн, интерференция ещё возможна, т.е. «длина кванта» должна составлять не менее метра. Но ведь и это не предел. Ширина спектра у излучения лазера на красителе фирмы «Coherent Radiation» составляет всего 15 кГц. Эквивалентная длина когерентности – 3 км. Прикиньте, сколько длин волн видимого света укладывается на этой длине. И вот, при такой разности хода, интерференция ещё возможна!
Это что касается «длины» кванта. А ведь у него ещё и «ширина» есть! Вон, если разрешение телескопа улучшается при увеличении апертуры, то придётся допустить, что поперечный размер кванта с ней сравним. «Как тогда может видеть человеческий глаз? – спрашивал Лорентц. – Зрачок пропускает лишь ничтожную долю кванта…» А ведь для воздействия на светочувствительную клетку сетчатки требуется квант целиком! Заметим, недоумение Лорентца возникло тогда, когда научно-техническим чудом считался телескоп с диаметром зеркала в один метр. Что бы Лорентц спросил про человеческий глаз сегодня, когда, например, телескоп на Зеленчукской имеет шестиметровое зеркало?
В общем, пыхтели-пыхтели теоретики и сошлись вот на чём: надо бы исхитриться как-нибудь так, чтобы квант оказался не только полноценной частицей, но и полноценной волной. «Это не страшно, – подбадривали они друг друга, – это можно будет трактовать как диалектический подход!» Ну и исхитрились… не найдя ничего лучшего, кроме как использовать свой излюбленный метод – метод приписки. Взяли, да приписали кванту, короче, волновую функцию. Что такое волновая функция, они сами толком не знают; даже после грандиознейшей дискуссии о том, каков у этой функции физический смысл. Мы к этому ещё вернёмся. Навскидку, волновая функция – это математическая конструкция, якобы помогающая теоретикам решать проблемы, которые они сами и наворотили. При допущении о том, что каждый квант является счастливым обладателем волновой функции, можно было описать и какое хочешь размазывание кванта по пространству, и дифракцию с интерференцией. Правда, тут же полезли новые дурацкие вопросы.
Например, если квант размазан по пространству, скажем, на сто метров (как это описывает его волновая функция), то означает ли это, что и энергия кванта размазана на те же сто метров? Вопрос дурацкий, но принципиальный: «или-или». Если энергия кванта не размазана, то все разговоры о волновой функции и о её физическом смысле – это просто милый трёп. А если энергия кванта размазана, то каким же дивным образом она схлопывается в точку при поглощении кванта в фотографическом зёрнышке или в светочувствительной клетке глаза? Да кто его знает! Ответа на этот вопрос так и не выработали. Лишь придумали для такого «схлопывания» высоконаучный термин: редукция волнового пакета. А как происходит эта редукция – не придумали. «Как, как…» А вот так: раз – и всё!
Видите, как бывает: теоретики делали всё возможное и невозможное, а полноценная волна из кванта всё равно не получалась. Кстати, полноценные волны, например, звуковые волны или волны на поверхности воды, имеют легко узнаваемую особенность. Такие волны, будучи порождаемы различными независимыми источниками, отлично интерферируют; тем лучше, чем ближе друг к другу частоты вибраций их источников. Но мало кто знает, что со светом этот номер не проходит: интерференции света от независимых источников нет, как бы здорово ни совпадали их спектральные линии. Даже в случае лазеров, когда эти совпадающие линии очень-очень узкие. Те, кто пытались получить интерференционную картинку, смешивая свет от двух однотипных лазеров, дрючились долго, упорно и безуспешно. Желающие могут повторить. Только не сделайте ошибочку, называя интерференцией биения. Чтобы получить биения частот двух лазеров, долго дрючиться не нужно: направляете лучи на достаточно быстродействующий фотодиод, да снимаете сигнал на разностной частоте. Мы же говорим о другом – об интерференционной картинке, которая по определению является статической, например, статическая система светлых и тёмных полос. Думаете, такая статическая картинка как раз и есть на мордочке фотодиода, только полосы там маленькие и незаметные невооружённым глазом? Так увеличьте! Что мешает? Вон же эти полосы – на весь киноэкран, даже от нелазерных источников! Подсказываем: секрет здесь не в том, лазерные источники, или нелазерные. Все без исключения интерферометры работают так: они расщепляют свет от одного и того же источника, прогоняют его по различным путям, а затем вновь сводят. Только так получаются световые интерференционные картинки! Да почему же? А вспоминаем: при волновых явлениях каждый отдельный квант каким-то образом находит для себя путь истинный! Работа интерферометров – лишнее тому подтверждение!
Получалось прям как в страшных сказках. Чем больше напрягалась теоретическая мысль, пытаясь превратить квант в волну, тем всё с большим ужасом выяснялось: таких волн в физическом мире не бывает, и быть не может. Хороша волна, которая взаимодействует только сама с собой, зная заранее, как именно проделать это в том или ином случае; а под конец, освобождая от себя приличный объём пространства, мгновенно схлопывается в точку!
По ночам теоретиков мучили кошмары. В них шайки обнаглевших квантов, наделённых волновой функцией, надругались над теоретиками, как хотели. Так или иначе, а стало понятно, что теоретическая мысль залезла здесь в такую трубу, из которой уже нет хода ни вперёд, ни назад. Чтобы убедить общественность в том, что виновата в этом труба, а не теоретическая мысль, придумали высоконаучный термин: корпускулярно-волновой дуализм. Этот термин означает, что у кванта имеются свойства и частицы, и волны, но как они уживаются друг с другом, ни фига не ясно, хотя мы, мол, сделали всё, что могли. Поэтому, если кто-то ещё что-то недопонял про кванты, пусть предъявляет претензии к корпускулярно-волновому дуализму. А ещё лучше, пусть тихо привыкнет к этому дуализму, да на том и успокоится…
4.4. Так что же такое свет?
Эк у вас безысходно-то, любезные! Наверняка же возможны и другие подходы, при которых в трубу залезать не нужно.
Вот, пожалуйста, ознакомьтесь с одним, где главное дело в том, что физической энергией в её разнообразных формах обладает только вещество. Это означает, что и кванты световой энергии могут быть локализованы только на частицах вещества, в частности, на атомах. Значит не бывает световых квантов в том виде, как их обычно представляют, т.е. в виде автономных порций энергии, летящих в пространстве со скоростью света. Световые кванты перебрасываются непосредственно с атома на атом без прохождения по разделяющему атомы пространству. Причём, как показывают результаты исследований времён прохождения лазерного импульса между генератором и нелинейной ячейкой, перебросы квантов света с атома на атом происходят практически мгновенно (первый такой получил Басов с сотрудниками).
Таким образом, процесс распространения света – это цепочки мгновенных перебросов квантов света с атома на атом. Конечность же скорости света, а не её бесконечность, обусловлена конечным быстродействием алгоритма, который находит атомов-получателей и таким образом прокладывает путь кванту света. Этот алгоритм предложили называть «навигатором квантовых перебросов энергии» или кратко – навигатором. Именно работой навигатора обусловлены все эффекты, связанные с распространением света, в том числе и волновые явления. Вот вам и решение великой проблемы: совсем не нужно приписывать кванту принципиально несовместимые свойства, прикрывая это термином «корпускулярно-волновой дуализм».
Световой квант – это просто порция энергии, и никакими волновыми свойствами он не обладает. А за дифракцию и интерференцию отвечает навигатор! Это он обсчитывает вероятности всевозможных вариантов переброса светового кванта, и переброс его происходит на тот атом, для которого расчётная вероятность переброса оказывается максимальной. Светлые полосы интерференционной картинки соответствуют как раз таким местам, перебросы квантов в которые наиболее вероятны.
При таком подходе единым махом устраняются вышеназванные парадоксы с интерференцией квантов, летящих поодиночке, с «редукцией волнового пакета» и т.д. Дело в том, что каждому кванту путь прокладывает свой канал навигатора независимо от других! Никакой «трубы», всё чинно-благородно!
4.5. Сага об электроне.
Но куда там! Теоретическая мысль работала совсем в другом направлении. Знаете, теоретики страшно любят вырабатывать универсальные принципы. Ну вот, здесь эта тяга к универсальности и сказалась. Задачка ставилась так: если с корпускулярно-волновым дуализмом у квантов получилась «труба», то нельзя ли из соображений универсальности загнать в эту «трубу» всю физику? Как было бы восхитительно, если точно такой же «дуализм» оказался бы присущ и частицам вещества тоже! Эту идею проталкивал Луи де Бройль. «Каждой частице, – твердил он, – можно сопоставить волну. Чтобы найти длину этой волны, надо постоянную Планка разделить на импульс частицы, т.е. на произведение её массы на скорость. Всё получается изумительно!»
Да уж… особенно изумительно получалось то, что в разных системах отсчёта скорость частицы разная, значит должна быть разной и её длина волны. А, не дай Бог, частица покоится в лабораторной системе отсчёта, при этом её длина волны равна чему? Делим постоянную Планка на нуль и получаем бесконечность. Господа теоретики, что означает сия сингулярность? До сих пор не въехали? Или вы разбираетесь с подобными сингулярностями методом «начхать и забыть»? Тогда секундочку, сейчас вы страшно заинтересуетесь.
Вот частица пролетает сквозь дифракционную решётку. По-вашему, должна быть дифракция, да? А согласно принципу относительности ничего не изменится, если дифракционная решётка налетает на неподвижную частицу. Но в этом случае дебройлевская длина волны бесконечна и никакой дифракции не будет! Вы уж определитесь, что для вас важнее: волны де Бройля или догматы теории относительности. А то ведь издёргали месье почём зря: не по принципиальным вопросам, а по каким-то пустякам вроде «А Ваши волны – это волны чего в чём?» Как будто он это знал. «Главное не то, чего они в чём, – втолковывал он, – а то, что они – волны! Каждая частица – это не то, что мы думали раньше. Это – волновой пакет!»
Поясним: при таком подходе частица представляет собой «пик на ровном месте», получающийся в результате удачного совмещения горбов множества волн, длины которых попадают в небольшой интервальчик. Причём скорость перемещения такого «волнового пакета» как раз и равняется скорости частицы! Полный триумф? Как бы не так. Дотошные коллеги подметили, что интервальчик для длин волн означает соответствующий интервальчик для скоростей этих волн. А раз так, то волновой пакет обязан расплываться: «пик» превратится сначала в бугор, потом в возвышенность, и в конце совсем сровняется с «ровным местом». Прикинули: размер волнового пакета, соответствующего электрону, удваивался бы за время около 10-26 секунды! Чтобы оценить эту цифру, надо учесть, что в атоме водорода электрон на первой боровской орбите совершает один оборот примерно за 10-16 секунды. Т.е., по волновым раскладочкам выходило, что электрон расплылся бы, не успев пройти даже миллиардной части орбиты! Народ просто отпал…
- Месье, – пытались утешать де Бройля, – а давайте трактовать Ваши волны в статистическом смысле! Там, где пики волн, там вероятность пребывания частицы больше!
- Как же, «в статистическом смысле», – переживал де Бройль. – Особенно эта статистика хороша для покоящейся частицы… Ну ничего, вы у меня попомните свою мелочную дотошность. Надо лишь обнаружить волновые свойства у частиц на опыте!
Это ответственное задание, если верить историкам, было выполнено вполне успешно, качественно и в срок. Первыми частицами, у которых усмотрели волновые свойства, стали электроны. В «Фейнмановских лекциях» описан потрясающий опыт с прохождением электронов сквозь две щели. Мол, если не мешать им пролетать им сквозь две щели, то на сцинтилляционном экране за щелями получаются интерференционные полосы. Перекроешь одну щель – полосы пропадают. Попытаешься проследить, через какую щель пролетает электрон – полосы тоже пропадают… Очень это всё впечатляет читателей. Одна беда – никто никогда таких опытов не делал. У электрона дебройлевская длина волны, понимаете, маленькая. Щелью для неё является зазор между атомами. Ну, прикиньте: как для электронов можно сделать экран всего с двумя щелями? Как можно перекрывать одну из них? Нанотехнологи, одно слово!
Дэвиссон и Джермер делали совсем другое – вполне возможное. Они направляли низковольтный пучок электронов ортогонально на полированный срез монокристалла никеля (с никелем у них особенно здорово получилось) и исследовали угловое распределение электронов, рассеиваемых кристаллом в обратную полусферу, за вычетом центрального створа, затенённого электронной пушкой. Обнаружились пики рассеяния, соответствовавшие брэгговской дифракции, т.е. резонансному отражению волн от параллельных атомных плоскостей, наклонённых к поверхности среза. Причём эти пики получались при подходящих энергиях пучка, т.е. теоретически, при подходящих резонансных длинах волн. Казалось бы, вот они, волновые свойства электронов, во всей своей красе! Но, прежде чем прыгать от восторга, давайте-ка посмотрим: а может и здесь о чём-то умолчали? Не в первый раз же!
Смотрим… и видим… ну полная жуть. Во-первых, авторы сказали не про все пики рассеяния, которые наблюдались. Самым сильным был широкий пик зеркального рассеяния, который наблюдался всегда, при любых энергиях пучка, и значит он не мог быть порождением брэгговской дифракции. Да и под другими углами были «лишние» пики рассеяния, которые никак не вписывались в концепцию этой дифракции. Далее, при уменьшении скорости падающих электронов казалось бы должна уменьшаться глубина их проникновения в кристалл, и значит должен уменьшаться эффективный рассеивающий объём кристалла, т.е. должна уменьшаться резкость дифракционных пучков. В действительности всё происходит… наоборот! Ну знаете, это уже совсем не похоже на брэгговскую дифракцию!
Терпение, осталось чуть-чуть: если нанести на рассеивающую поверхность плёнку другого металла толщиной всего в два атомных слоя, то прежняя картина рассеяния практически исчезает, заменяясь картиной для этого другого металла. Какие же могут быть наклонные атомные плоскости при толщине в два атомных слоя? Совершенно ясно, что Дэвиссон и Джермер имели дело с поверхностным эффектом, и конечно не с брэгговской дифракцией, которая является эффектом объёмным. Что же это за поверхностный эффект? Да вроде как вторичная электронная эмиссия. При таком допущении здесь всё встаёт на свои места. Правда, никакими волновыми свойствами электронов тут и не пахнет…
Но кто там кого спрашивал, пахнет тут волновыми свойствами или нет? Волновые свойства были востребованы, вот их и изобразили. Толпы экспериментаторов ринулись продолжать это славное дело: «Девиссону и Джермеру можно, а нам нельзя, что ли?!» Пропуская быстрые электроны сквозь тонкие фольги, получили, что называется, «дифракционные кольца» при рассеянии на хаотически ориентированных микрокристалликах. Эти картинки подозрительно сильно смахивали на те, которые получались при прохождении электронов сквозь слой газа или паров, где конечно никаких микрокристалликов нет, и где могло быть рассеяние лишь в результате банальных механических соударений. Но это тоже называли дифракцией! А ведь углы рассеяния при дифракции зависят от соотношения между длиной волны и размером препятствия, на котором происходит рассеяние. Вот интересно, на каком же препятствии «дифрагировали» электроны в газах, где происходит хаотическое движение частиц? Да, впрочем, кого это волновало… Главное, картинки вполне оправдывали ожидания!
И, кроме того, тут же получилась ещё одна радость. Все эти фокусы по извлечению волновых свойств из пустой шляпы делались со свободными электронами. А как насчёт этого у атомарных электронов? Прикинули и ахнули: стационарные боровские орбиты подчинялись простому условию – уложению на длине такой орбиты целого числа электронных длин волн! Это называется: выкрасили теорию Бора перед тем, как её выбросить. Жалко конечно, да что поделаешь? Она ведь лишь на то и годилась, что описать уровни энергии у водорода да у водородоподобных атомов, имеющих один электрон на внешней оболочке. А, например, даже в случае с гелием, у которого внешних электронов всего два, выходило уже нечто совершенно неописуемое. Что уж там говорить про атомы с большим, чем два, числом внешних электронов! И, в отличие от классической теории Лорентца, теория Бора обидным образом не объясняла размножение спектральных линий, когда излучающие атомы находились в магнитном поле. В общем, как с этой коровой ни бились, а молока от неё больше не добились…
Дохлую ситуацию оживил Паули. Он непринуждённо разделался со спектральными мультиплетами, выдав свой принцип запрета: «Да не вздумай ты, атомарный электрон, иметь все значения квантовых чисел такие же, как и у хотя бы одного другого твоего собрата по атому!» Причём, чтобы охватить и спектральные дублеты в магнитном поле, Паули лихо довесил электрону четвёртое квантовое число, которое могло принимать два значения. Специалисты, уже обалдевшие от новых теоретических методов, не стали мучить Паули вопросами вроде «А откуда следует Ваш принцип запрета?» или «А каков физический смысл у четвёртого квантового числа?» Иначе было бы в зародыше удушено одно из самых выдающихся достижений квантовой теории – учение о спине.
Весьма кстати четырьмя годами раньше Штерн и Герлах получили интересный опытный результат. Они пропускали пучок атомов серебра (у которых один внешний электрон) через область с сильным неоднородным магнитным полем, и пучок там расщеплялся на два. Поскольку атомы электрически нейтральны, то казалось ясным, что расщепление было обусловлено силовым воздействием на магнитные моменты атомов, которые по такому случаю должны были быть ориентированы либо по магнитному полю, либо против. Эта интерпретация казалось бы решала проблему спектральных дублетов, если бы не одно «но»: никто не мог внятно разъяснить, каким это дивным образом атомы, влетавшие в область взаимодействия, имели лишь две противоположные ориентации из множества самых разнообразных.
И вот, будучи под впечатлением от публикации Паули про «четвёртое квантовое число», Гаудсмит и Уленбек испытали прозрение: результат Штерна-Герлаха становится, мол, куда понятнее, если вести речь не о магнитных моментах атомов, а о собственных магнитных моментах атомарных электронов. «Есть же у электрона ненулевой размер, – рассуждали они, – и распределён же по его объёму электрический заряд! Значит, чтобы у электрона был собственный магнитный момент, электрон должен делать что? Да вращаться вокруг своей оси!» Вот с идеей о таком вращении, которое в английском языке называется словом «спин», молодые люди и пришли к Эренфесту.
- Любопытно! – прокомментировал тот. – А, главное, наглядно! Публикуйте!
- Да боязно нам, кабы не засмеяли!
- А что такое?
- Да мы тут прикинули: линейная скорость вращения на периферии электрона должна во много раз превышать скорость света!
- Хм… действительно, немного смешно. Знаете, что? Напишите-ка короткую заметку и дайте мне. А сами расскажите-ка всё это Лорентцу. Он ведь у нас главный по электронам-то!
Рассказали… Лоренц обещал подумать. Через несколько дней он передал Гаудсмиту и Уленбеку рукопись, где изложил, к чему приводит их идея. Получались страшилки какие-то: магнитная энергия вращающегося электрона должна быть столь велика, что эквивалентная масса превысит массу протона; а при обычной массе электрона, его радиус должен превышать радиус атома! Молодые люди кинулись к Эренфесту:
- Верните нашу заметку, пожалуйста!
- Это вы про вращающийся электрон? – осведомился тот. – Так я её сразу отправил. Она уже в печати!
- Что вы наделали, герр Эренфест!
- Да не расстраивайтесь. Посмеются-посмеются, да и умолкнут. А идея останется!
Всё так и вышло. Надо было всего лишь не идиотничать, пытаясь представить себе наглядно, что такое спин, и тогда это понятие работало с потрясающей эффективностью. На спин электрона навесили ответственность не только за спектральные дублеты, но и за намагниченность ферромагнетиков, за сверхпроводимость, за сверхтекучесть и за много-много чего ещё…
На фоне этого обвального успеха даже неловко упоминать о том, что никому не удалось на опыте доказать, что свободный электрон спином действительно обладает. Например, так и не удалось расщепить надвое пучок электронов. Пучок атомов расщепить – это пожалуйста, а пучок электронов – фигушки! Как интересно получается: силы взаимодействия спинов электронов с магнитным полем не хватает, чтобы растащить эти электроны, но зато хватает, чтобы растащить атомы, массы которых на пять порядков больше! Вы когда-нибудь видели лошадку, которая способна тащить железнодорожный состав, но не способна тащиться сама по себе, без полезной нагрузки?
Но ещё интереснее получалось, когда такие лошадки собирались табунами. Помните, Паули сформулировал принцип запрета для электронов в одном атоме? Но было решено не останавливаться на достигнутом и распространить этот принцип вообще на все электроны. В частности, на электроны проводимости в куске металла. Соорудили чудненькую формулу Ферми-Дирака, которая описывает распределение этих электронов по энергиям. Согласно принципу запрета каждое значение энергии могут иметь только два таких электрона (с противоположными спинами). Очаровательно! Открываем учебник. Условие, задающее дискретные значения энергии, таково: на характерном размере куска металла должно укладываться целое число длин дебройлевских волн электрона – одна, две, три, и т.д. Зная, что электронов проводимости в куске металла не меньше, чем атомов, можно прикинуть, какие энергии должны достаться последним парам этих электронов, если состояния заполняются снизу и без пропусков. Прикинем… и ахнем: даже при сверхнизких температурах практически все электроны проводимости в куске железа оказываются ультрарелятивистскими! При таких делах кусок железа не мог бы существовать: во славу квантовой статистики он испарился бы моментально!
Теоретики это быстренько подметили. «Что-то нас действительно немного занесло на повороте, – констатировали они. – Даже школьникам смешно будет…» Пришлось опять мухлевать. При том, что статистика Ферми-Дирака – это распределение по энергиям, состояния электронов стали пересчитывать не по энергиям, а по импульсам. Казалось бы, в чём здесь выгода? Ведь, чем больше энергия электрона, тем больше и его импульс! Но заметьте, энергия – скаляр, а импульс – вектор. Одну и ту же энергию позволили иметь, в виде исключения, тучам электронов – были бы по-разному направлены их импульсы. Этим трюком резко сокращалось требуемое число состояний по энергии, так что кусок железа уже смог бы многое повидать на своём веку. «Это нас устраивает, – оживились теоретики. – Теперь школьникам смешно не будет!»
Вот так, да? Лишили детей радости и счастливы? Ладно-ладно. Вы ещё пожалеете. Вот, ответьте-ка на простой детский вопросик. Электроны проводимости в металле сталкиваются с атомами, отчего векторы их импульсов изменяются по миллионам раз в секунду. Каким же образом из этого хаоса чеканится идеальный порядок, при котором каждое значение импульса имеют не более двух электронов? Кто это после каждого столкновения электрона с атомом заботливо перетряхивает всё распределение по импульсам для несметного числа электронов?
4.6. Сказки о демонах и чудищах.
Знаете, дорогой читатель, в своё время физики, не лишённые чувства юмора, придумали «демона Максвелла»: маленькое хитренькое существо с шаловливыми ручками. Сидит этот демон на стенке, разделяющей два сосуда с газом, и вовремя приоткрывает маленькую заслоночку, чтобы из первого сосуда во второй пролетали самые быстрые молекулы. Без особенных затрат манипулирует распределениями молекул по энергиям! Так вот, рядом с чудищем Ферми-Дирака демон Максвелла сдох бы сразу – от осознания своего ничтожества…
Кстати, чудище Ферми-Дирака должно трудиться не только в металлах, но и в диэлектриках, а ведь их свойства совсем другие. Почему другие? Казалось бы, чего тут вымудряться. У атомов металлов всего 1-2 внешних электрона, а у атомов диэлектриков их больше – 4-7. Чтобы поддерживать трёхмерную структуру твёрдого тела, атомы металла непременно должны циклически переключать свои химические связи с соседями. А у атомов диэлектриков хватает внешних электронов для того, чтобы поддерживать трёхмерную структуру на постоянных связях. Вот и получается, что металлы хорошо проводят электрический ток и тепло, а диэлектрики – плохо. Металлы легко отдают электроны (при фотоэффекте или термоэмиссии), а диэлектрики – не легко. Металлы пластичны, а диэлектрики – хрупки…
Но нет! Тут, мол, так просто не надо! Тут надо «кванто-механически» – так, как учит нас зонная теория твёрдых тел! А она учит, что газ свободных электронов есть и в диэлектриках тоже. Почему же они не проводят электрический ток? Сейчас поясним! Считается, что в любом твёрдом теле каждый свободный электрон взаимодействует лишь со всеми положительными ионами решётки, а других свободных электронов как будто нет. По-научному этот прикол называется «одноэлектронное приближение». В этом прикольном приближении решается волновое уравнение (уже на полном серьёзе) и получается, что энергии у свободных электронов в твёрдом теле не могут быть абы какими. Есть, мол, разрешённые энергетические зоны, а есть запрещённые. У металлов якобы верхняя разрешённая зона заполнена не полностью; свободные электроны могут изменять векторы своих импульсов, потому там и возможен электрический ток. А вот у диэлектриков якобы верхняя разрешённая зона пуста, а следующая, отделённая запрещённой зоной, заполнена под завязку: в ней вообще нет свободных состояний. Для диэлектрика это весьма кстати: прикладываешь к нему разность потенциалов, а свободные электроны в нём и рады бы, мол, током потечь, да изменить векторы своих импульсов не могут. Бедненькие! Небось сталкиваться с атомами решётки по миллионам раз в секунду – это они могут. Значит могут-таки изменять свои импульсы, куда ж деваться. Ну тогда вся надежда на чудище Ферми-Дирака. Лишь ему по силам обеспечить, чтобы встречные токи электронов в диэлектрике (вверх-вниз, взад-вперёд и вправо-влево) всегда поддерживались равными. От профессионализма этого чудища дух захватывает!
Одно непонятно: каким образом это чудище догадывается, в каком образце ему работать, как в проводнике, а в каком – как в диэлектрике? Ведь зонная теория ни фига не предсказывает, какова будет электропроводность у конкретного материала. Расположению разрешённых энергетических зон соответствует набор подгоночных параметров, которые находят не иначе как эмпирически… И вот это, дяденьки, вы называете «пониманием того, как движутся электроны в металлах и полупроводниках»? И без этого, говорите, не было бы компьютеров и мобильных телефонов? Ох, шутники!
Да и не только электроны, мол, подчиняются квантовой статистике! Спин приписали и многим другим частицам, даже квантам света, которых с некоторых пор стали называть фотонами (только не спрашивайте теоретиков, что в фотонах вращается вокруг своей оси – за такие «некорректные» вопросы побить могут). Но у фотонов, дескать, статистика не такая, как у электронов: чихать фотоны хотели на принцип запрета. Т.е. им не запрещается быть в одном и том же состоянии, хоть всем до единого. «Более того, они к этому и стремятся – быть идентичными друг с другом», – уверяют нас теоретики.
Да где вы такое видели, любезные? Ах, в лазерах! И только-то? Что-то у вас, вместо всеобщности, получается какой-то жалкий частный случай. Вообще, о статистике фотонов говорить смешно: параметры светового излучения определяются только условиями, при которых оно генерируется. Сделай одни условия генерации, «статистика» фотонов будет одна, а сделай другие – и «статистика» будет другая. В лазерах – то же самое. Вы пытаетесь убедить нас в том, что одночастотный (одномодовый) лазер – это воплощение величия статистики фотонов? За кого вы нас держите? Мы-то знаем, сколько пришлось помучиться экспериментаторам, чтобы добиться этого одномодового режима. Чтобы научиться «давить» все моды, кроме одной – ведь любая мода «пролазит» при малейшей возможности! Где же оно, стремление фотонов к идентичности друг с другом? Известный афоризм «Есть три типа лжи: ложь, наглая ложь, и статистика», конечно неполон. На четвёртое место нужно добавить квантовую статистику. А ведь её созидатели «хотели, как лучше»!
Впрочем, теоретики всегда «хотят, как лучше». В частности, теоретическая мысль неустанно работала над тем, чтобы странные свойства микромира не постулировались, как у Бора, а получались. Ясно же, что это «лучше»! То-то. И что же такое лучшее было предложено? Да было из чего выбирать: во-первых, матричная механика Гейзенберга, а, во-вторых, волновая механика Шрёдингера.
У Гейзенберга главная идея заключалась в том, чтобы использовать в математическом аппарате только такие величины, которые наблюдаются на опыте, в том числе и для объектов микромира. «Кто-нибудь видел, как электрон в атоме летает по орбите вокруг ядра? – вопрошал Гейзенберг. – Что, никто не видел? Ну так и нечего сотрясать воздух насчёт этого! Ишь, орбиты выдумали! Лично я буду строить теорию исключительно на наблюдаемых величинах: на характеристических оптических частотах атомов и интенсивностях их спектральных линий!» – «Ну и строй себе», – поощрили его коллеги. И ведь никто ему не подсказал, что он дал маху на первом же шаге, сделав не самый лучший выбор «наблюдаемых». С «оптическими частотами» – это ещё куда ни шло, хотя, вообще-то, здесь наблюдаются длины волн. Но вот под «интенсивностями» понимались эквивалентные амплитуды дипольных колебаний в классическом смысле. Так никто же не наблюдал этих амплитуд! Потому что нет в атомах колебаний на оптических характеристических частотах! Ужас… Но это для нас – ужас. А для квантовой теории это нормально: нелепица на первом же шаге нисколько не отразилась на конечных результатах.
Задача решалась такая. Набору «наблюдаемых» величин ставился в соответствие набор абстрактных квантово-теоретических величин и искался ответ на вопрос, можно ли, оперируя первыми, судить о вторых. Оказалось, что можно – бумага всё стерпела. Но при этом вылезло, на первый взгляд, странное правило комбинирования тех самых наборов. Приглядевшись повнимательнее, математики ахнули – да это же, мол, обычное правило перемножения матриц! Сама судьба, мол, указала на то, что для адекватного описания абстрактных квантово-теоретических величин следует использовать матричные представления!
И понеслась она, матричная механика, вскачь да без остановок, давая столько пищи для теоретического ума, что озарения попёрли весёлым фейерверком. О чём были эти озарения? Поясняем. Логика была вот какая. Если уж матрицы адекватно описывают абстрактные квантово-теоретические величины, то правила алгебраических операций с матрицами описывают что? – Конечно же, физические процессы и закономерности в микромире! Зря, что ли, старались создатели матричной алгебры полвека назад? Поди ты, теперь всё пригодилось! Значит делали так, брали обычное уравнение классической механики (ньютоново, или лагранжево, или гамильтоново) и подставляли в него вместо классических величин их матричные формы. И, трепеща от предвкушения восторга, искали решения у такого чуда-юда. А когда решения находили, тут-то и начиналось самое увлекательное. Компоненты-то в матрицах были не простые, а комплексные, с мнимой единицей. И после перемножений и других математических фортелей с матрицами чудо-юдовы решения имели неслыханный ранее экзотический характер. И у каждой такой экзотики искали (для порядка) физический смысл. «Куда же ты, негодник, запрятался? Ау-у!» Искали этот смысл, искали, да всё у них какой-то сизифов труд получался. Никак не могли сообразить, что в математических операциях никакого физического смысла нет. Он есть лишь в физических представлениях, да и то не во всех! Так и заглохла бы матричная механика, если бы не один скромный, но очень ценный подарок, который получила от неё теорфизика. В обычной математике от перестановки мест сомножителей произведение не изменяется. А в алгебре матриц это не всегда так. Оказалось, что произведение матриц координаты и импульса зависит от того, какая из них является первым сомножителем, а какая вторым (такие парочки величин стали называть некоммутирующими). Из этой математической причуды и получилось то, что называется соотношением неопределённостей Гейзенберга: произведение неопределённости координаты на неопределённость импульса не может быть меньше, чем постоянная Планка.
Если это соотношение породила математическая причуда, то почему оно сегодня считается фундаментальнейшим законом микромира? Было ли оно подтверждено экспериментами? Ещё как было! Только все эксперименты, подтверждавшие его, были мысленными. Например, знаменитый опыт с гейзенберговским микроскопом, который как дважды два показал, что не увидеть вам, глазастики, классической траектории у электрона! Отчего же такой кукиш получился? А оттого, что логика была железобетонная: чтобы различить такую мелочь, как электрон, нужно использовать кванты с малой длиной волны, т.е. гамма-кванты, но гамма-квант, мол, имеет большие энергию и импульс, и, рассеиваясь на электроне, шваркает его так, что безнадёжно портит его моцион.
Одно было плохо у этой железобетонной логики: её возвели на зыбком песке, свято веря в то, что гамма-квант переносит импульс и отдаёт его часть электрону. Нашли, ёлки-палки, во что поверить! Впрочем, куда же им было без этой веры? Без неё вся их квантовая теория рухнула бы в одночасье. Только на вере соотношение неопределённостей и держалось. Но держалось крепко. Почему? Ну, во-первых, здесь оказалась хороша уже простота формулировки. Даже дилетанты, не знавшие матричной механики, вполне могли рассуждать о физическом смысле принципа неопределённости. А, во-вторых, соотношение неопределённостей получилось ещё и для пары «энергия – интервал времени». Именно в этом варианте оно распахнуло перед теоретиками совершенно новые перспективы.
Есть поговорка: «кондитер прикрывает свои ошибки кремом, архитектор – фасадом, врач – землёй». Ну, а теоретики стали с шиком использовать в аналогичных целях принцип неопределённости. Мы к этому ещё вернёмся.
4.7. Волновая механика и вероятностные интерпретации.
А сейчас заметим, что пока матричная механика продвигалась своими чудо-юдовыми путями, тихо зрела и наливалась соками волновая механика. Её автор, Шрёдингер, был большим специалистом по физике сплошных сред, которых, как известно, в природе не бывает. Зато для этой небывальщины прекрасно ставились и решались задачи на нахождение собственных значений, набор которых получался дискретным. А это как раз то, что было надо!
Правда, обычным волновым уравнением в обычном трёхмерном пространстве физиков было уже не удивить. Поэтому ради новизны Шрёдингер записал аналогичное уравнение для многомерной математической конструкции, т.н. волновой функции. Решениями этого уравнения были волны во многомерном пространстве, которые частично проявлялись и в физическом трёхмерном пространстве. Попробовал Шрёдингер применить свой подход к некоторым частным задачам: к одномерной потенциальной яме, затем к двумерной, затем к трёхмерной – и впал в эйфорию. Понимаете, в чём был секрет: следовало лишь грамотно задать граничные условия и конечное решение великолепно описывало любые встречающиеся в природе пространственные конфигурации. И любые дискретные наборы собственных значений энергии!
«Ля-ля-ля, шу-шу-шу – всё что хочешь опишу»! – мурлыкая этот привязавшийся куплетик, Шрёдингер опубликовался. Но коллеги поначалу то ли сделали вид, то ли и вправду не оценили важности нового предложения, особенно те, кто занимались матричной механикой. Вместо того, чтобы прийти в восторг, они издевательски поинтересовались, а что, мол, за физический смысл скрывается за энтой самой волновой функцией. «Физический смысл им подавай, – сокрушался Шрёдингер. – Чья бы корова мычала!» В общем, дёрнули Шрёдингера за чувствительную струнку в его душе. Не подумав как следует, он заявил, что волновая функция, например, электрона, описывает пространственное распределение его электрического заряда, а сам электрон – это, опять же, волновой пакет, как и у де Бройля. Тут уж Шрёдингеру растолковали всё по полной программе. И что заряд электрона не размазан по пространству, а сконцентрирован в малом характерном объёме. И что электрон не может быть волновым пакетом. Ибо, во-первых, этот пакет, как и у де Бройля, расплывался бы моментально. А, во-вторых, если частицы были бы волновыми пакетами, то каким же образом они могли бы соударяться и отскакивать друг от друга? Они должны были бы проходить друг сквозь друга, как это делают волны!
На это Шрёдингер ответил вот чем. Он обнародовал работу, где чётко показал эквивалентность матричного и волнового подходов в вопросе об описании явлений микромира. Эквивалентность, действительно, получалась полная: если, мол, вы, господа специалисты по матричной механике, что-то в чём-то понимаете, то, мол, и я тоже понимаю, а ежели я только головы морочу себе и другим, то и вы занимаетесь тем же самым. Выбирайте, мол!
Между прочим, такая эквивалентность или, как выражался Шрёдингер, «формальная тождественность» матричного и волнового подходов выглядела на первый взгляд чем-то совершенно невероятным, ведь эти два подхода были диаметрально противоположны. И неспроста сторонники этих двух подходов смотрели друг на друга, как солдаты на вошь. У Гейзенберга был формально-математический подход, изначально базировавшийся на идее о дискретности, и здесь отправным понятием была «частица». У Шрёдингера же подход был основан на дифференциальных уравнениях, работавших в классической механике сплошных сред, и здесь отправным понятием была «волна». Но, несмотря на такую противоположность, оба этих подхода пытались сделать одно и то же: подмять под себя корпускулярно-волновой дуализм, только с разных сторон. А он, понимаете, не поддавался ни тому, ни другому.
Противоречия, вшитые в этот дуализм, не сглаживались, а только обострялись, и понимание того, что же происходит в микромире, так и не приходило. Вот, посудите сами, до чего порой доходил накал драматизма. Летом 1926 г. на Мюнхенском семинаре Шрёдингер так красиво рассказал про свою волновую механику, что очаровал почти всех. Слушатели заговорили о том, что с квантовыми скачками покончено! Гейзенберг, само собой, расстроился. И написал письмо Бору о том, какие тут дела творятся. Ну и пригласил это Бор Шрёдингера на пару недель к себе в Копенгаген за жизнь поговорить. Гейзенберг тоже подъехал, интересно же. Разговоры «за жизнь» начались ещё на вокзале. Шрёдингер нападал на квантовые скачки и доказывал, что это – чушь несусветная, а Бор разъяснял, что без этой несусветной чуши всё равно не обойтись. И это продолжалось ежедневно с раннего утра до позднего вечера. Через несколько дней в таком режиме Шрёдингер свалился с горячкой. «Фрау Бор ухаживала за ним, приносила чай и сладости, – вспоминал Гейзенберг, – но Нильс Бор сидел на краешке кровати и внушал Шрёдингеру: «Вы все-таки должны понять, что…» – ну, и далее, что он там должен был понять.
Даже Гейзенберга дискуссии с Бором приводили «почти в отчаяние» и его мучил вопрос: «действительно ли природа может быть такой абсурдной, какой она предстаёт перед нами в этих атомных экспериментах». Ну, конечно! Абсурдной, мол, может быть только природа, а теория абсурдной быть не может! Небось Гейзенберга не мучил вопрос: «Зачем было приписывать электронам волновые свойства, которых у них нет?» А ведь их нет. На то, что Дэвиссон и Джермер имели дело отнюдь не с дифракцией электронов, неоднократно указывали разные исследователи, повторявшие их опыт. Но куда там! Теоретикам до безумия хотелось, чтобы волновые свойства у электронов были. Мол, так гораздо красивее! С голой попой, но в брюликах! Только брюлики-то оказались фальшивые…
А может всё гораздо проще? Если осознать, что вещество на фундаментальном уровне дискретно не только в пространстве, но и во времени! Смотрите: элементарная частица – это квантовый пульсатор, т.е. циклическая смена с характерной частотой двух состояний. Здесь хорошей аналогией является пиксель на мониторе, который циклически то светится, то не светится. Даже дети догадываются, что подобная штуковина и передвигаться может только скачкообразно. Тут-то и стало бы ясно, почему для микромира не годятся уравнения классической механики, в которых всё плавненько и непрерывненько.
Но – нет! Допускать квантовые пульсации было никак невозможно. Это сразу сколько бы дурацких вопросов возникло! Откуда эти квантовые пульсации берутся? Чем определяется их частота? Вы нам, мол, аналогию с пикселями на мониторе не подсовывайте! Пиксель мигает, потому что так сделано. Но электроны-то по высоконаучным раскладам не могут быть сделанными! Они появились на свет божий не иначе как своими собственными силами! Ну прелесть просто: непрерывный во времени шарик с характерным объёмом, в котором сосредоточена масса, способная лезть в дурную релятивистскую бесконечность, и по которому как-то размазано хрен знает что, называемое электрическим зарядом; да со спином в придачу, который вообще не имеет наглядных представлений. Вот это, мол, по-нашему – и без дурацких вопросов!
Впрочем, один вопрос оставался: почему в камере Вильсона классическая траектория электрона казалось бы предстаёт во всей своей красе, а в атоме электрон ведёт себя совершенно не классически? Правда никто не видел, как он там себя ведёт, как он там движется, и движется ли он там вообще! Но, судя по тому, как атомы излучали и поглощали, было бессмысленно использовать для атомарного электрона такие классические понятия как «положение», «скорость», «орбита».
Пикантность ситуации заключалась вот в чём: те квантово-механические дебри, которые на взгляд теоретиков адекватно описывали внутренние атомные дела, работали в абстрактных многомерных пространствах и использовали некоммутирующие величины, поэтому они были принципиально несовместимы с классическими интуитивными пространственно-временными представлениями. Но, видите ли, других пространственно-временных представлений в наших бестолковках нет. Поэтому, когда даже иные продвинутые теоретики пытались въехать со своей классической интуицией в квантово-механическую область, результаты неизменно получались плачевные. Чтобы обрести утешение, можно было, например, сдвинуть себе крышу так, чтобы переделать свои пространственно-временные представления под квантово-механические понятия. Целые научные школы пошли по этому пути, страшно гордясь тем, что их ученики обретали возможность квалифицированно рассуждать о том, чего даже не могли себе представить. Дискуссия с этими детьми научного прогресса была заведомо дохлым номером…
Чтобы не остаться не у дел, Гейзенберг предложил, ладно уж, сохранить классические пространственно-временные представления, но установить предел, до которого они работают. Роль этого предела и играли соотношения неопределённостей.
- Точнее, чем задают соотношения неопределённостей, о траекториях частиц говорить не имеет смысла, - объяснял Гейзенберг. – Поэтому и не говорите. Наплюйте, и ваш сон сразу нормализуется!
- Как это – наплюйте? – не унимались коллеги. – Одно дело, если в каждый момент точные положения и импульс у частицы есть, но мы их не можем точно измерить. И другое дело, если их на самом деле нет. Так как же?
- А какая разница, – растолковывал Гейзенберг, – если эти два случая всё равно неразличимы на опыте? Кстати, об опыте. Результаты измерений, производимых над микрообъектом, непременно выражаются на классическом пространственно-временном языке, но микрообъект-то ведёт себя принципиально иначе! Значит только измерения и порождают ту реальность в микромире, которую мы можем переварить! А вы пристаёте с вопросом – «а что там на самом деле»! Когда никаких измерений не производится! Проспитесь, и всё пройдёт!
Отсюда оставался один шаг до жемчужины квантовой механики, т.н. вероятностной интерпретации.
Надо сказать, что ещё несколько раньше отличился Борн, подсобив Шрёдингеру с физическим смыслом волновой функции. По Борну квадрат амплитуды волновой функции описывает распределение вероятности пребывания электрона в различных точках пространства, в частности, в различных точках внутри атома. Над борновской трактовкой даже историки хихикают. Она основана на классическом представлении о локализации частицы, о её «положении», а ведь всем разъяснили уже, что внутри атома классические представления не работают! Хоть говори, мол, хоть не говори, всё равно полезут с классическим рылом в квантовый ряд!..
Да, но давайте же заметим, что есть у борновской трактовки и достоинства: она ведь столько радости плутишкам принесла! Это благодаря ей для атомарного электрона было окончательно отброшено классическое понятие «орбита» и введено квантовое понятие «орбиталь» или «электронное облако», по которому электрон как-то там размазан в согласии с тем самым распределением вероятностей. Каким образом электрон в атоме движется, будучи размазнёй, над этим вопросом наука больше не мучается. Раньше хоть какие-никакие центробежные силы удерживали электрон от падения на ядро. А теперь в случае с размазнёй и с отсутствием классического движения центробежные силы превратились в полную бессмыслицу. Что же удерживает электронное облако от схлопывания на ядро?
К такому вопросу академики готовы. «Один дурак может задать столько вопросов, – подмигивают они, – что десять институтов их за десять лет не разгребут!» Вот так у них: с шуточками, с прибауточками! Ну, а если серьёзно? «А если серьёзно, – поднимают они пальчик кверху, – то зачем электронному облаку схлопываться? Орбиталь такая, и всё тут!» Да… с умным видом дурачками прикинулись и враз отпала необходимость объяснять, почему кулоновское взаимодействие зарядов в атоме не работает. Это какая же гора с плеч свалилась!
А может всё гораздо проще и честнее? Атомные структуры создаются и поддерживаются не электромагнитными взаимодействиями, а специальными программными воздействиями на частицы. Оттого-то атомные структуры не бывают произвольными: устойчивыми могут быть только те из них, варианты которых программно предписаны! Алгоритм, который обусловливает атомную связь электрона с протоном, отключая их кулоновское взаимодействие, попеременно прерывает их квантовые пульсации: когда они есть в электроне, их нет в протоне, и наоборот. В результате получается новая форма движения – циклический переброс квантовых пульсаций из электрона в протон, и обратно. И эта форма движения обладает энергией, которая берётся не из пальца и не с потолка; она берётся за счёт уменьшения собственных энергий электрона и протона, т.е. за счёт уменьшения их масс.
Остаётся добавить, что эта энергия зависит от расстояния, на котором работает названный циклический переброс. А это значит, что при заданной частоте циклических прерываний пульсаций в электроне и протоне они обязаны находиться на соответствующем расстоянии друг от друга. Вот вам и простейшая атомная структурка! Кстати, и ядерные структуры формируются по такому же принципу. Только частоты квантовых пульсаций там побольше и частоты их прерываний – тоже, оттого и дефект масс там гораздо заметнее.
При таком подходе одним махом объясняются все основные свойства ядер без привлечения, как в официальной физике, целого набора моделей ядра (капельной, оболочечной и т.д.), исходные предпосылки которых противоречат друг другу. Заодно объясняется многострадальный эффект Комптона, с анти-комптоновской компонентой в придачу!
Заметим, если ядерные и атомные структуры формируются программными предписаниями, то молекулярные структуры – это совсем другое дело. Молекулы бывают самые разнообразные, и значит их структура не задана программно: здесь допускается произвол. Но по химической связи квантовая теория тоже потопталась. Ионную химическую связь трогать не стали: с ней и так всё было ясно.
Знаете, как по-научному образуется молекула хлористого натрия, та самая, солёненькая? У атома натрия один внешний электрон, и он ему сильно мешает по жизни, поэтому атом так и ищет, кому бы его сплавить. Атому хлора наоборот как раз одного электрона не хватает для полного счастья, поэтому он всегда готов принять его в свои распростёртые объятия. И вот, при личной встрече атом натрия «легко отдаёт» свой электрон атому хлора к обоюдной радости. Из двух атомов получаются два иона – положительный да отрицательный, которые притягиваются друг к другу; вот вам и молекула!
Да… если бы атомы могли слышать это, они бы очень удивились. Они ведь, вообще-то, устойчивы: атом натрия не отдаст электрон просто так, его придётся оторвать. При обычных температурах характерная тепловая энергия на два порядка меньше, чем энергия ионизации натрия, значит «тепловой» вариант отрыва электрона отпадает. Атому хлора тоже не по силам оторвать электрон у атома натрия: в ионе хлора этот электрон связан слабее, чем в атоме натрия. Вот интересно, какие заветные слова говорит хлор натрию, после чего тот «легко отдаёт» свой электрон? А ведь через эти заветные слова получаются не только двухатомные молекулы, но и целые кристаллы, так называемые «ионные». Которых, согласно теореме Ирншоу, и быть-то не может: статическая система электрических зарядов не может быть устойчивой.
Ну, точно: с ионной химической связью всё было ясно… Поэтому взялись прояснять ковалентную химическую связь между однотипными атомами: водорода, например. Само собой, без волновых функций тут ничего не прояснилось бы. Ведь какая прелесть обнаружилась! При описании того, что атомы водорода вдавливаются друг в друга, волновые функции электронов частично перекрываются и становится возможен математический трюк с этими функциями, в результате которого электроны как бы меняются местами друг с другом. Казалось бы, ну и что с того? А то, что из этого «как бы обмена местами» вылазит выражение для так называемой обменной энергии. Вот на ней-то, мол, молекула и держится! Фокус здесь в том, что этот «как бы обмен местами» – не более чем формальная математическая процедура. «Как математическая процедура может порождать связь в молекуле?» – поражались те, кто впервые об этом слышал. «А это чисто квантово-механический эффект, – поясняли им. – Классических аналогов не имеет. Привыкайте!»
Кстати, в дальнейшем выяснилось, что аргумент «это квантово-механический эффект!» производит на спорщиков почти волшебное просветляющее действие.
- С какой это радости в сверхпроводнике электроны соединены в пары Купера?
- Ну, это чисто квантово-механический эффект!
- А почему возникает сверхтекучесть?
- Это тоже чисто квантово-механический эффект!
И так далее – до полного просветления. Студентам рекомендуем: научите попугая чирикать «Это квантово-механический эффект!» – и он сможет вполне квалифицированно отвечать на любые вопросы по проблемам физики микромира.
Но вернёмся к вероятностной интерпретации! Ведь теоретиков озарило, что вероятностный-то подход и даёт заветный ключик к пониманию сути той загадочной границы, которая разделяет классический и квантовый миры. Интересно у них получилось! В макромире законы, как известно, проявляются через взаимно-однозначные соответствия: при конкретных начальных условиях результат выйдет тоже конкретный. Когда же исследователи пытались влезть в микромир, они неизменно нарывались на отсутствие однозначности. Ну и наконец-то придумали, как из наличия однозначности получить её отсутствие: однозначные законы действуют, мол, и в микромире, но они определяют не сами физические величины, а только вероятности их значений!
Вот оказывается почему в микромире всё так зыбко и склизко, всё расплывается и ускользает между пальцами! Вот оказывается откуда берётся неопределённость! И дело оказывается не в том, что по любому поводу для изменения состояния микрообъекта у него имеется богатый выбор других состояний, в которые можно перейти с той или иной вероятностью. И какое из них реализуется в каждом конкретном случае, заранее предсказать невозможно. Нет, переход из одного чистого состояния в другое, это было бы слишком просто. Всё гораздо веселей: микрообъекты, уверяют нас, норовят пребывать в смешанных состояниях, т.е. в нескольких чистых состояниях сразу. Например, иметь сразу пять различных энергий. Или быть сразу в трёх различных местах. Ну, типа, сразу и рядом с женой, и у любовницы, и в библиотеке. Главное, чтобы у смешанного состояния сумма вероятностей пребывания во всех его чистых состояниях была равна единице. А в результате взаимодействий, мол, происходят всего лишь перераспределения вероятностей чистых состояний. Ну, типа, заедет жена сковородкой между глаз – и вероятности пребывания у любовницы и в библиотеке несколько уменьшатся. Но полная сумма всё равно останется равна единице. Представляете, красотища какая! Наконец-то теоретики создали могучий и универсальный инструмент познания, который легко рассеивал недоумение по поводу любых чудес, получавшихся в экспериментах с микрообъектами! Осознавши это, они заговорили о том, что квантовая механика достигла своего логического завершения, добравшись до самых фундаментальных основ устройства физического мира.
Ну, это само собой. Было время, когда все проблемы мироустройства объясняли тем, что «Бог так сотворил». А теперь стали всё объяснять тем, что, мол, «вероятности такие». Но наверное от радости не заметили, что второе из этих объяснений в сущности тождественно первому. Поясняем. Как ни крути, а закономерности в микромире действуют: атомы имеют характерные структуры и характеристические свойства, обмениваются друг с другом квантами энергии отнюдь не хаотически и т.д. Если всё это обусловлено вероятностями, то закономерностям должны подчиняться сами вероятности, иначе в микромире был бы полный бардак. А если закономерностям подчинены вероятности, то это означает, что вероятности изначально заданы! Кто же потрудился их задать, господа теоретики? Или вы до сих пор от радости плохо соображаете?
Кстати, и радовались-то поначалу далеко не все. Эйнштейн, например, вообще перепугался. Дело и впрямь выходило нешуточное: если на фундаментальном уровне миром правят вероятности, то что же станет с теорией относительности, которая выстроена на детерминистских преобразованиях Лорентца, появившихся благодаря детерминистским уравнениям Максвелла? Вэй, вэй, непорядок! Если раньше Эйнштейн на правах доброго дядюшки лишь слегка подтрунивал над квантовой механикой, то теперь, когда дело дошло до вероятностной интерпретации, дядюшку словно подменили: он был готов прихлопнуть обнаглевшую соплячку на месте. И то в ней стало не так, и это – не этак! Судьба бедняжки висела на волоске: Эйнштейн упорно выискивал всё новые возможности, чтобы заклеймить её как неисправимо порочную, но плеяда копенгагенцев под предводительством Бора талантливо отвергала все притязания Эйнштейна, как недостаточно обоснованные… Вконец охрипнув, высокие стороны уже шёпотом озвучили мирное соглашение: «Пусть живут и теория относительности, и квантовая механика, хотя они принципиально несовместимы друг с другом. А ежели кто попытается их совместить и получит, знамо дело, чушь собачью, так пусть это будут его, идиота, трудности!»
Мало кто слышал этот зловещий шёпот, и уж наверняка его не слышал Дирак. Иначе он и не взялся бы соорудить релятивистское квантово-механическое уравнение для электрона. Зачем стараться, если заранее известно, что получится «чушь собачья»? Впрочем, Дирак был на редкость целеустремлённым, и чушь в итоге получилась не такая уж и собачья. Вот, посудите сами. Из теории Дирака прямо следовало, что свободные электроны могут иметь не только положительные энергии (суммы собственных и кинетических энергий), но и точно такие же по величине, только… отрицательные. Причём немедленно получалось, что электроны, имеющие отрицательную энергию, должны иметь отрицательную массу. Представляете? Все приколы «Страны чудес» Кэррола – это детский лепет по сравнению с одним таким приколом, как «отрицательная масса».
Смотрите, электрон, испытывающий силу притяжения к положительному заряду, из-за своей отрицательной массы ускоряется не туда, куда его тянут, а в противоположном направлении! Про таких говорят: если в реке утонет, то искать его нужно будет выше по течению. Представили? Ну вот ещё примерчик: бьёт электрон, имеющий отрицательную массу, теоретика по башке. Натурально, передаёт этой башке импульс. Только импульс этот направлен не так, как казалось бы, а наоборот. Хлоп теоретика – что в лоб, что по лбу – а башка его, вместо того, чтобы откинуться назад, клюёт вперёд! «Слушайте, – тактично обращались к Дираку оппоненты, – давайте не будем доводить маразм до абсурда!» – «Чего-чего? – вскидывался Дирак. – Теорию относительности и квантовую механику вы называете маразмом, а их прямые следствия – абсурдом?! Так и запишем…» И оппоненты моментально испарялись с горизонта. «Наскоком Дирака не ущучить, – прикидывали они, – уж больно он талантлив! Ладушки, мы вот что тебе устроим…» И устроили.
Понимаете, согласно релятивистским воззрениям, энергия свободного электрона может быть как угодно большой – вплоть до бесконечности. С лёгкой руки Дирака энергии электронов с отрицательной массой тоже могли забираться в бесконечность, только в отрицательную. Но это значит, что состояния с наинизшей энергией не существует, а тогда неустойчивы состояния нормальных электронов, имеющих положительные энергии: все эти электроны через квантовые скачки сваливались бы в бездонную пропасть отрицательных энергий. Довольно скоро мир остался бы без нормальных электронов! Что, мол, на это скажете, Дирак Вы наш?.. Ха-ха!
С этой проблемой Дирак разделался одним плевком, выдав дополнительное предположение: все состояния с отрицательной энергией уже заняты, господа! Бездонная пропасть уже заполнена, так что некуда сваливаться нормальным электронам! Пусть живут и радуются! «Так это что же, – обалдевали коллеги, – мы живём в бесконечном океане отрицательной энергии, и не замечаем этого?» – «Ну, зачем вы так, – приводил их в чувство Дирак. – Если присмотреться, то можно кое-что заметить». И начинал ликбез: если, мол, электрон с отрицательной энергией возьмёт да поглотит себе достаточно энергичный гамма-квант… (в этом месте у слушателей отваливались нижние челюсти: по всем раскладам, поглотить квант свободный электрон не может) …то, мол, этот электрон забросится в состояние с положительной энергией. И получится в итоге что? А вот, мол, такая парочка: нормальный электрон и – на месте прежнего – «дырка» в океане отрицательных энергий, чуете? Причём эта «дырка», мол, не простая, а вся из себя положительная: и по заряду, и по массе! Коллеги чуяли и цепенели от ужаса, и вправду кое-что замечая: у Дирака внаглую нарушались законы сохранения и заряда, и массы.
Но уж так запугал своих оппонентов талантливый Дирак, что никто и пикнуть не смел. В довершение к этому кошмару Андерсону удалось сфотографировать след частицы, которая ионизировала газ так же, как и электрон, но имела, несомненно, положительный заряд. Дираковская «дырка от бублика» оставляла трек в камере Вильсона! «Ну, что я вам говорил ещё год назад?!» – ухахатывался Дирак.
В общем, чтобы пресечь массовую истерику среди физиков, самые стойкие из них дали необходимые разъяснения. Да, мол, Дирак немного погорячился со своим релятивистским квантово-механическим уравнением: никто в здравом уме не будет применять его для расчёта движения электрона в ускорителе или в электровакуумном приборе. Да, Дирак немного погорячился также насчёт океана отрицательных энергий. Да, а ещё он немного погорячился насчёт «дырок» в этом океане: Андерсон запечатлел совсем не «дырку», а натуральную частицу. Видите, погорячился, погорячился, погорячился… Так он и дальше будет горячку пороть: горланить, что он первый брякнул про штучку с массой электрона и положительным зарядом! Ей-богу, дешевле будет признать его великим теоретиком, предсказавшим существование первой из открытых античастиц – позитрона! Виват, господа! Гоним зайца дальше!
4.8. Квантовая теория… поля.
Здесь самое время заметить: всё то, до чего дошёл пылающий разум теоретиков, когда они квантовали состояния вещества – это пустяки по сравнению с тем, до чего они дошли, квантуя электромагнитное поле. Ведь между веществом и полем есть принципиальная разница. Вещество – оно в природе есть. А поле… ну, в общем, его нет. Теория поля – это теория того, чего нет. Квантовая теория поля – это квантовая теория того, чего нет. Поле вообще-то понадобилось лишь как посредник во взаимодействиях электрических зарядов на расстоянии. Без такого посредника физикам и белый свет не мил. Если, мол, такого посредника нет, то от взаимодействия зарядов на расстоянии попахивает «мистикой и спиритизмом». Эк куда хватили! Да если мистики и спириты попытались бы разобраться в квантовой теории поля, они бы позеленели от зависти!
Помните, мы говорили, что различными формами физической энергии обладает только вещество? Ну, вот: тогда не нужен заполняющий пространство между зарядами посредник для передачи энергии. «Кому-то не нужен, – возразят нам, – а кому-то очень нужен! Вопрос должен решаться не на уровне субъективных склонностей, а на уровне объективных экспериментов!» Так мы разве против? Смотрим правде в глаза: ни один объективный эксперимент не говорит прямо о поведении поля, все они говорят о поведении только вещества. Смотрят на поведение зарядов и выводы делают: «Ах, вон куды электрончик понесло… Ах, вот какой точок в катушечке наводится… Ну, стало быть, поле там такое!» Только так! Глядя на поведение вещества, поведение поля домысливают. Ёлки-палки, объективнее некуда: поведение поля – это сплошные домыслы! Кому-то там очень нужные!
Ну, вспомним историю. Было время, когда считалось, что пространство между атомами заполняет эфир, в котором возможны механические напряжения-натяжения и даже механические волны. Всё это описывалось уравнениями Максвелла. Заряды дёргались, от этого по эфиру бежали волны, которые приводили в движение другие заряды. Никакой мистики, всё очень физично-с! А потом, ради нужд теории относительности, эфир пришлось упразднить. И что же предложили взамен прежнего посредника во взаимодействиях зарядов? Да только и предложили, что одно название: поле. Новая физическая реальность, мол, просим любить и жаловать! А за что её любить, спрашивается? За то, что ей на халяву досталось чужое добро – уравнения Максвелла? Так ведь говорят же, что на чужом несчастье своего счастья не построишь. И точно!
Раньше уравнения Максвелла имели чёткий физический смысл, и волны, которые бегали между зарядами, были волнами в среде, как волнам и положено. Теперь же уравнения Максвелла утратили физический смысл, а волны стали волнами… в пустоте. «Да не в пустоте, – поправляют нас, – там же поле есть!» Ну, ладно, бывшие волны в среде стали волнами в поле – вам от этого легче? Волновое движение среды – это понятно. А что такое «волновое движение поля»? Что там, в чистом поле, колеблется? «Энергия поля!» – отвечают нам. Слушайте, милейшие: для колебательных движений необходимы возвращающие силы. Какова же природа возвращающих сил, действующих на «колеблющуюся энергию» в чистом поле? До сих пор не надыбали? Ай-яй-яй! Чем же вы занимались сотню лет, делая вид, что развиваете теорию поля?
Развивали-развивали, а две главные проблемы поля так и остались. Во-первых, полевая энергия заполняет всё пространство сплошняком, а также имеет бесконечно широкий спектр, т.е. поле имеет, как говорится, бесконечное число степеней свободы. А поскольку на каждую степень свободы приходится конкретная тепловая энергия, то оказывается, что при температурах выше абсолютного нуля (проще говоря, всегда) энергия любого конечного объёма поля бесконечна! Где вы такое видели, милейшие? Во-вторых, в отличие от эфира, который, как считалось, существовал независимо от зарядов, поле зарядами-то и порождается. До чего красиво: каждый заряд даёт свой скромный вкладец в суммарное поле, а это суммарное поле, в свою очередь, действует на каждый заряд. Выходит, что каждый заряд действует, в том числе, и сам на себя. Шутка, да? Отнюдь: из-за этой «шутки» даже в теории получались жуткие проблемы с расходимостями. Как только с этими расходимостями не боролись: и «обрезали» их, и «перенормировали» – да толку-то? Как уродство ни ретушируй, оно уродством и останется!..
Но вот… чей это вкрадчивый голосочек послышался?
- Только я помогу решить ваши проблемы!
- Кто ты? – обомлели измученные теоретики.
- Не признаёте, что ль? Обидеться могу!
- Ах, боже ты мой, господа! Это же квантовая теория поля! Долгожданная ты наша!
И там такое началось…
Короче, проквантовали поле начисто: никаких непонятных волн в нём больше не осталось. Стало поле набором квантов или фотонов. Летают они, друг сквозь друга проходят, друг другу при этом не мешаючи… А почему так? А потому что фотон – это как бы отрезочек волны, понимаете? А для волн это нормально, мол – проходить друг сквозь друга! Слушайте, милейшие: с этим открытием вас, конечно, можно поздравить, но как там дела с предвыборными обещаниями – насчёт решения проблем? Число степеней свободы поля уменьшилось? Да нет, так и осталось бесконечным. Более того, проквантовать поле ухитрились так, что на одну степень свободы, даже при абсолютном нуле температуры, стала приходиться ненулевая энергия! Теперь поле сохранялось даже в немыслимой ситуации – при абсолютном нуле! – имея всё ту же бесконечную энергию! Вот так мы, значит, проблемы решаем? Ну, ну. А действие заряда самого на себя устранилось? Ну, что вы! Устранится оно здесь, как же. Впрочем, продвижение налицо: прежнее классическое уродство стало квантовым уродством, теперь оно только специалистам бросается в глаза.
Кстати, как бы не пыжилась квантовая теория поля, помимо квантовой передачи энергии на расстояние есть ещё и передача волновая. В смысле, принципиально волновая. Можно квантовать её до потери пульса, но она от этого не перестанет быть волновой. В ней даже атомы участвуют! Речь о распространении радиоволн, которое никакими квантовыми скачками в атомах не сопровождается. Как можно не видеть принципиальную физическую разницу между волновой и квантовой передачами энергии? Это ведь так просто: в первом случае те или иные колебания зарядов на частоте волны происходят, а во втором случае – не происходят! Зачем же было простирать длань квантующую в область радиоволн? Гулять, так гулять, да? Раз пошла такая пьянка, режь последний огурец?
Погуляли, чего уж там. Помните, выше мы говорили о проблемах с размерами фотонов? Так это были ещё пустячки, ведь речь шла о видимом свете, с длинами волн всего-то около полмикрона. А теперь представьте, что вместо радиоволн летают радиокванты, скажем, с метровыми длинами волн. Проблемы с их размерами обостряются, как показывает несложный расчёт, в пару миллионов раз. Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами отлично работают, при том, что их приёмные антенны разнесены на межконтинентальные расстояния. Радиоквант при этом должен иметь тысячи километров в поперечнике и ещё больше – в длине. И вот такая тысячекилометровая дура, значит, способна лететь от атома-источника к атому-приёмнику, когда расстояние между ними составляет, скажем, десяток Ангстрем? Причём эта дура умудряется излучаться и поглощаться мгновенно – согласно постановлению Первого Сольвеевского конгресса? Дяденьки, вы что же – во всё это верите?
А ведь главные достижения квантовой теории поля были ещё впереди. И касались они взаимодействия с полем не атомов, а свободных зарядов, например, электронов. Если поле – это набор фотонов, то, чтобы свободным зарядам взаимодействовать через поле, им пришлось бы обмениваться фотонами. Но свободный электрон не может ни поглотить, ни излучить фотон, поскольку у электрона нет необходимой для этого внутренней структуры. Некоторые теоретики считают, что в фотон может прямо превратиться кинетическая энергия электрона, и пример приводят: рентгеновские лучи, мол, порождаются при резком торможении электронов, бомбардирующих антикатод рентгеновской трубки. Но тогда (ведь тормозиться можно по-разному!) спектр излучения рентгеновской трубки был бы сплошной. А он имеет характеристические пики, свои для каждого материала антикатода. Стало быть, дела такие: налетающие электроны вышибают из атомов антикатода внутренние электроны, и при сваливании в эти вакансии внешних атомарных электронов излучаются рентгеновские кванты. Это подтверждается тем, что характеристические пики имеются лишь в рентгеновских спектрах излучения, но не поглощения! Короче, не могут обмениваться фотонами свободные электроны, особенно покоящиеся, при этом нарушался бы закон сохранения энергии.
Как быть? А помните, чему учит квантовая теория: возможны какие угодно большие неопределённости у энергии, правда на достаточно малых интервальчиках времени. Как говорится, хорошего – понемножку. Но теоретики и этому были рады без ума. Ведь какая прелесть получилась! Если допускать, что основной закон не работает даже в течение короткого периода, и успевать за этот период обтяпывать свои делишки, то можно смело творить что угодно! Ну и кинулись теоретики наперегонки – тоже творить, значит. И сотворили то, что называется виртуальными фотонами. Для которых «как бы не выполняется закон сохранения энергии» (это официальная формулировка!).
Внимание, мистики и спириты! Чтобы не отвечать за это «как бы невыполнение закона сохранения энергии», теоретики постулировали, что виртуальные фотоны принципиально не поддаются детектированию. Этим виртуальные фотоны существенно отличаются от реальных: их «как бы нет»! А в остальном у них всё по науке: они должны переносить вполне реальные энергию и импульс! Это само собой, ведь взаимодействие между двумя электронами рассматривается как испускание виртуального фотона одним электроном и поглощение его другим. Главное, чтобы это проделывалось достаточно быстро, чтобы публика не успевала глазом моргнуть. Ну а для облегчения публике привыкания к подобным чудесам разработали схематические комиксы, которые по-научному называются «фейнмановские диаграммы». Тут достаточно научиться отличать волнистые линии от прямых и сразу начинаешь чувствовать себя крутым специалистом по виртуальной реальности. Вишь, как эта реальность виртуальничает: и прямо тебе, и внахлёст, и стежками тебе, и петельками! И, главное, всё это неопровержимо, поскольку виртуальная реальность, мол, не поддаётся детектированию! Такие весёлые картинки и самому рисовать можно – «твори, выдумывай, пробуй!», надо лишь соблюдать единственное правило: при проведении прямой линии, рука не должна дрожать. Нарисуешь твёрдой рукой парочку таких картинок, и само собой приходит убеждение в том, что виртуальная реальность не менее реальна, чем реальность реальная! Студенты просто балдеют…
Втолкуй потом этим фанатам виртуальной реальности, что никакого поля нет! Вон, сегодня медицина совершенно официально говорит о синдроме пристрастия к виртуальной реальности. Медицинские светила дают рекомендации по уходу за больными: контакт с виртуальной реальностью позволять не более часа в день, вести побольше разговоров на разные отвлекающие темы и т.д. Хватились, Склифософские! Прикиньте, как долго физики буквально вопили о том, что страдают этим самым синдромом, а медицина не приходила им на помощь! Но радует, что процесс наконец-то пошёл!
Тем из фанатов поля, кому трудно сразу представить, что никакого поля нет, можно попробовать справиться с этой задачей в два приёма: для начала освоиться с тем, что нет никаких фотонов.
Как уже говорилось, эксперименты показывают следующее. Кванты световой энергии перебрасываются с атома на атом практически мгновенно на расстояния, по крайней мере, в несколько метров. При таком перебросе не происходит передача импульса. Вам мало того, что «фотоны» не летят вообще и не летят со скоростью света в частности, а также не переносят импульс? Ладно, можем продолжить. «Фотоны» не испытывают ни гравитационных, ни квадратично-допплеровских сдвигов частоты – этим сдвигам подвержены лишь уровни энергии в веществе (см. «Фиговые листики…»). «Фотоны», далее, не испытывают и линейно-допплеровских сдвигов частоты: с этими сдвигами работает навигатор квантовых перебросов энергии, но на величине перебрасываемой порции энергии не сказывается то, что отдающий и принимающий атомы как-то там движутся. Наконец, совершенно не по делу к фотону пытаются прицепить ярлык полноценной талантливой частицы, которая способна полностью превращаться в частицы вещества и обратно. По жизни эти таланты никогда не проявляются! В россказнях про то, как гамма-квант, имеющий достаточную энергию, лихо превращается в пару электрон-позитрон, кое-что умалчивается. А именно: гамма-квант должен попасть в тяжёлое ядро, откуда и вылетит та парочка. Без ядра сей фокус не получается…
Вроде дипломированные специалисты (святая наука, мол, то да сё), а на мелком надувательстве ловятся. Что уж говорить про надувательство крупное – насчёт т.н. аннигиляции электрона с позитроном, которые, якобы, исчезают полностью, превращаясь в два кванта по 511 кэВ штука. Дурить нас изволите! Здесь получается один квант на 511 кэВ, а электрон и позитрон не исчезают полностью, а образуют сильно связанную пару, которая может вновь распасться, получив достаточную энергию. Нету у фотонов и частиц вещества взаимопревращаемости. Есть только сказочки о ней. О, , чтобы выдавать эти сказочки за действительность!
Ну, и что же остаётся у фотона от полноценной частицы? Только служебное удостоверение, да? В котором для лопухов прописано, что предъявитель сего является одной из четырёх фундаментальных, абсолютно стабильных частиц? Прописями для лопухов не сваяешь физических свойств, любезные! Все кажется согласны с тем, что верховным судьёй в подобных разборках является Его Величество Эксперимент? Так извольте принять его вердикт: фотонов нет. А теперь вспомните, чему учит квантовая теория: поле – это, мол, набор фотонов. Нет фотонов – нет и поля. Понимаете?
«Но не могут же заряды действовать друг на друга непосредственно!» – кричат нам. Конечно, не могут. Иначе до смешного бы доходило. Особенно если верить тому, что одноимённые заряды отталкиваются друг от друга. Вот, смотрите: свободный электрон. Считается, что его заряд как-то там размазан по его объёму. Правда-правда: есть целое экспериментальное направление в физике элементарных частиц – определение форм-факторов, т.е. функций, описывающих распределение заряда в объёме частицы. Ну, вот: размазан заряд по объёму электрона, значит на каждый кусочек электрона приходится какой-то зарядик. Если эти зарядики расталкиваются, причём со страшной силой, то пришлось бы допускать наличие контр-воздействия, которое сдерживает электрон от того, чтобы он взорвался. Мало того, что при таком допущении подмачивалась бы репутация электрона как элементарной частицы. Энергии разрывающих и сдерживающих электрон воздействий были бы чудовищны, на порядки превышая энергию, соответствующую его массе покоя. Но тогда выходило бы, что при аннигиляции эта чудовищная энергия исчезает бесследно. Тут даже виртуальные фотоны ничем не смогли бы помочь!
А может всё гораздо проще? Частица обладает электрическим зарядом, если в ней имеются квантовые пульсации на определённой частоте, которую предложили называть электронной. Потому что у электронов эта частота именно такая (около 1.24×1020 Гц). Разноимённость электрических зарядов обусловлена противофазностью квантовых пульсаций на электронной частоте. Таким образом, электрический заряд не является энергетической характеристикой, и заряды вовсе не действуют друг на друга. Наличие у частицы электронной частоты – это всего лишь маркер для пакета программ, который обеспечивает работу того, что называется электромагнитными взаимодействиями. Имеет частица такой маркер, значит этот пакет программ на неё действует, управляя превращениями её энергий. У свободных заряженных частиц управляются превращения между их собственными и кинетическими энергиями. Алгоритм примерно таков: двигайтесь так, чтобы нейтрализовывать нарушения равновесных распределений зарядов. Грубо говоря, вот вам и вся электродинамика свободных зарядов! Никакого поля, никаких волн. То, что кажется нам волной – это просто последовательные подвижки зарядов с запаздываниями, обусловленными быстродействием того самого пакета программ. Это быстродействие и определяет величину «скорости электромагнитных волн в пустоте».
Аналогично проявляется и быстродействие навигатора квантовых перебросов энергии. Поиск атома-получателя производится со скоростью света, а потом – раз! – и делается мгновенный переброс порции энергии с атома на атом. Конечно, такие процессы никак не вытекают из свойств самих атомов, и поэтому они должны быть обусловлены каким-то дополнительным управлением. «Ага, чем-то сверхъестественным, – подсказывают нам академики. – Так сверхъестественного не бывает! Всё, что бывает, оно естественно. А что сверх того – с тем обращайтесь к психиатрам!»
Минуточку, давайте уточним, кому следует обращаться к психиатрам. Словечко «сверхъестественное» – многозначное. Сверхъестественное – в смысле, что не действует на физические приборы? Так это как раз характерная особенность вашего «поля». Типичная сверхъестественность! Которой, по-вашему, не бывает. А может вы имели в виду сверхъестественное в смысле «лишняя сущность», по которой бритва Оккама плачет? Ой-ой-ой! Да в вашей теории поля, которого нет, лишние сущности приходится штабелями складывать. Тут бритвы мало, тут бульдозер нужен!
А может имелось в виду сверхъестественное в смысле «чересчур сложное для понимания»? Ладно вам прибедняться-то! Помните, мы иллюстрировали квантовый пульсатор мигающим пикселем на экране монитора? Развиваем эту аналогию: два пикселя мигают в разных местах экрана. И вот (по команде «Оп!») производится следующее: частота миганий одного пикселя уменьшается на некоторую величину, а частота миганий другого – на такую же величину увеличивается. Вот вам и модель квантового переброса энергии. Школьникам понятная! Для сравнения: что такое, например, «оператор рождения фотона», школьники не понимают категорически. Скажем вам по секрету: психиатры тоже этого не понимают! Только не пытайтесь им объяснять, иначе вам же хуже будет.
После всего сказанного имеются ли у кого ещё свидетельства в защиту идеи о том, что световая энергия может пронизывать пространство, имея независимое существование от излучателей и приёмников? «Имеются, имеются!» – вопиют академики. И рассказывают трогательную историю. Пусть, мол, в десяти световых годах от нас сгенерировали мощную вспышку света, после чего излучатель сразу уничтожили… а приёмник мы еле успели построить к концу десятого года, но световой сигнал всё же приняли! Где же, мол, находилась световая энергия все эти десять лет, когда излучателя уже нет, а приёмника ещё нет? Отвечаем. Ясно, где она находилась: скакала с атома на атом в межзвёздном пространстве, продвигаясь к строящемуся приёмнику. «Тогда, – торжественно восклицают академики, – предельная интенсивность пропускаемого света определялась бы концентрацией атомов, по которым он «скачет»! Чем меньше была бы концентрация, тем хуже пропускался бы свет! А это не так: в лабораториях мы пропускаем сквозь сверхвысокий вакуум лазерные интенсивности!»
Конечно, пропускаете. Только заметьте, в лабораториях. Где длина участка со сверхвысоким вакуумом копеечная. Где свет может «скакать» со входного окошка прямо на выходное. А вот на космических просторах всё совсем по-другому. Там малая концентрация вещества действительно служит ограничителем пропускной способности. Есть мнение, что постоянство «солнечной постоянной», т.е. мощности солнечного излучения, обусловлено отнюдь не стабильностью работы Солнца-излучателя (какая там стабильность? Вы взгляните на то, что там творится!), а как раз малостью концентрации межпланетного вещества, пропускающего солнечное излучение на пределе своих возможностей. Была бы эта концентрация на порядок больше, Солнышко нас сожгло бы. Не верите? А знаете, что получалось, когда большая комета проходила между Солнцем и Землёй? Хвост кометы, направленный от Солнца, формировал створ с повышенной концентрацией вещества, через который Солнце припекало Землю сильнее, чем обычно. Где-то от этого приключались незапланированные засухи, а где-то, наоборот, наводнения… а через это – голод, эпидемии, войны… Но нынешняя наука полагает, что тянущийся из глубины веков ужас перед кометами, как предвестниками катаклизмов – это не более чем глупые суеверия. Выдуманные тёмными народными массами от нечего делать…
А скажи-ка, нынешняя наука: почему провалилась такая интересная затея – поражать лазерными лучами космические объекты? Есть же опытные образцы газодинамических лазеров, которые прожигают броню и сшибают крылатые ракеты. Правда вблизи поверхности Земли. А в открытом космосе ничего подобного не получается. С чего бы? Вакуум там вполне хорошего качества. Бери да пропускай сквозь него «лазерные интенсивности»! Ан нет. Лазер, который сквозь воздух прожигает металл, в космосе едва справляется со смехотворной задачей – выведением из строя светочувствительных элементов у спутника-шпиона. Только, дорогой читатель, смотрите – это военная тайна! Если её разгласить, то что же будет с мультиками, киношками и компьютерными игрушками, которые фабрикуют по тематике «звёздных войн»? Спрос на них резко упадёт! К такому удару мировая экономика не готова!
4.9. Физика атомного ядра и квантовая хромодинамика.
Ну, и под занавес мы ещё успеем увидеть, до чего дошли учёные мужи, вооружённые квантовой теорией, в физике атомного ядра. Исходили-то из того, что протоны, имея положительные заряды, должны кулоновски отталкиваться друг от друга. Ядерные силы, мол, гораздо сильнее, но зато они короткодействующие: протоны сцепляются, лишь касаясь друг друга бочками. Значит, чтобы протонам сблизиться до касания бочками, они сначала должны пересилить отталкивание – преодолеть т.н. кулоновский барьер. Чтобы такое происходило в естественных природных условиях, протоны должны весьма нехило соударяться, имея энергии, соответствующие температурам в десятки миллионов градусов. Где же в природе бывают такие температуры? «А в звёздах! – догадались учёные мужи. – Там-то атомные ядра и слипаются!»
Но позже выяснились кошмарные вещи: в Солнце ядра, скорее, разлипаются, поскольку к Солнцу падают самые разные атомы, а вылетают из Солнца – протоны! Как-то это не стыкуется с версией о том, что на Солнце идут термоядерные реакции! «Ничего, ничего! – не растерялись учёные мужи. – В лабораторных условиях у нас всё получится! Ведь протоны можно разогнать до нужной энергии на ускорителе. Щас как обстреляем мишень протонами – то-то они на её ядра поналипнут!» Ну, и чего? Вышло опять какое-то конфузище: при малых энергиях протоны просто рассеивались на ядрах, а при энергиях поболе они вызывали ядерные реакции. Даже если протон и «прилипал» к ядру, такое ядро долго не жило. Бывали, впрочем, исключения; например, таким образом из лития получался изотоп бериллия, но эта реакция имела резонансный характер; она происходила лишь при одной определённой энергии налетавшего протона. В общем, лабораторный опыт с полной определённостью подтверждал: откуда берутся составные ядра, науке было совершенно непонятно.
«А чё нам мучиться над тем, откуда они берутся? – зашептали учёные мужи. – Делать нам больше нечего, что ли? Будем исходить из того, что они уже откуда-то взялись. Вот сообразим, на чём они держатся – и все дела!» Сказано – сделано. Получите, мол, мезонную теорию ядерных сил! Без обману, всё по последней «квантово-механической» моде! Короче, нуклоны (протоны и нейтроны) притягиваются друг к другу потому, что, дескать, обмениваются друг с другом пи-мезонами. Да не простыми, а виртуальными. Что виртуальными – это принципиально, это сразу развеивает разные недоумения.
Например, недоумение первое: откуда пи-мезоны берутся в нуклонах? Да ниоткуда не берутся! Их же «как бы нет»! Или, вон, недоумение второе: перебрасывание друг другу массивных частиц может породить лишь силы отталкивания, но не притяжения! Ха-ха! Это в классической механике так; а в микромире, мол, возможны любые чудеса, даже притяжение вбок! Постойте, постойте! Виртуальные пи-мезоны, по-вашему, могут переносить из нуклона в нуклон реальный заряд, превращая нейтрон в протон, или наоборот. Нейтрон, как известно, может превратиться в протон, но ведь освобождается при этом электрон, а не пи-мезон, масса которого на два порядка больше разности масс нейтрона и протона! Ха-ха! А на что же, мол, принцип неопределённости, согласно которому закон сохранения энергии может «как бы нарушаться»? Исходя из «нарушения», соответствующего массе пи-мезона, получили ограничение на время его жизни в ядре: не более 10-23 с. За это время он едва успевал бы преодолеть «радиус действия ядерных сил», двигаясь со скоростью света. На соплях, но успевал бы! Вот на этом-то, мол, ядра и держатся!
Эта склизкая версия не давала ответов даже на простейшие вопросы. Если ядерные силы одинаковы между любой парой нуклонов (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон), то почему не бывает нуклонных комплексов из одних протонов или одних нейтронов? И зачем вообще нужны нейтроны в ядре? Да не просто нужны: почему, чем больше в ядре протонов, тем всё большее число избыточных нейтронов требуется, чтобы ядро было стабильно? И так далее: почему, да зачем, да с какой стати… Простейших вопросов было столько, что мезонная теория так и не добралась до главного вопроса, на который должна отвечать теория ядерных сил: откуда у связанных нуклонов берётся дефект масс? Тот самый, не понимая природы которого, сделали атомную бомбу!
Ободрённые этим оглушительным успехом, затеяли ещё одно доброе дело – так называемый управляемый, так называемый термоядерный, и так называемый синтез. Печальный опыт, полученный при попытках синтеза ядер на ускорителях, академиков ничуть не смущал. «Мировые энергетические проблемы будут решены, – втолковывали они публике, – если мы научимся разогревать сверхлёгкие ядра до десятков миллионов градусов. При этом ядра смогут преодолевать кулоновский барьер. И начнут слипаться, как миленькие – с выделением огромной энергии!» Дяденьки, а зачем вам для этого нужны десятки миллионов градусов? Возьмите простейшую реакцию синтеза лёгких ядер – слияние протона и нейтрона. Эта реакция шла бы с выделением огромной энергии даже при комнатной температуре, поскольку здесь реагентам не надо преодолевать кулоновский барьер. Вот же оно, решение мировых энергетических проблем! Может у вас трудности с добычей протонов и нейтронов в промышленных масштабах? Ну, сделали бы для начала небольшой протон-нейтронный обогреватель. И подарили бы его президенту. Вот ужо он был бы рад! Ни у кого, дескать, нет, а у него – есть! К тому же удобно, безопасно, экологически чисто! Да ещё и безотходно: тяжёлую водичку, которая капала бы из этого обогревателя, президент мог бы собирать в специально подставленную бутылочку и загонять по сходной цене руководителю атомной энергетики. Там эта водичка, говорят, до сих пор пользуется бешеным спросом… Но, увы! Использовать реакцию слияния протона с нейтроном академикам неинтересно. Дело в том, что она у них почему-то не идёт. Вот реакции при десятках миллионов градусов – это то, что надо! Это и интересно, и перспективно!
Сегодня можно с определённостью сказать, что позитивная роль, которую сыграла мезонная теория, заключалась не в том, что она хоть что-нибудь прояснила в физике ядра, а в том, что она послужила хорошей основой для более навороченной версии: квантовой хромодинамики. Там обмен нуклонов виртуальными пи-мезонами оставили в полной сохранности, как жалкий частный случай из богатейшего набора кипучих процессов в ядре. Спрятав подальше бритву Оккама, чтобы она не отсвечивала, завели разговоры о составных частях нуклонов, т.н. кварках, имеющих дробный электрический заряд. Это – нечто! Помните, мы говорили, что электрический заряд – это наличие квантовых пульсаций на электронной частоте? Есть эта частота – есть заряд, а нету этой частоты – нет и заряда. Дробных зарядов не бывает! Ну, ладно, а как же эти чудики с дробными зарядами удерживаются вместе? Да по старому доброму образу и подобию: благодаря обмену т.н. глюонами. Сразу виден полёт теоретической мысли! Ой, а чтобы было веселей, кваркам и глюонам столько новых квантовых параметров приписали – вы не представляете! Дескать, и верхние они бывают, и нижние, и цвета у них есть, и очарование, и даже ароматы! «Фу, фу, фу, нижним кварком пахнет!»
Понимаете, квантовую хромодинамику строили, свято соблюдая основной принцип теорфизики: «В тех теориях, что уже приняты, никаких глупостей нет. Поэтому новая теория ни в коем случае не должна отвергать старую: она должна включать её в себя, как частный случай». Понятно, что при таких порядочках квантовая хромодинамика нисколько не почистила мезонную теорию ядерных сил. Наоборот, ещё своих блох добавила. Самой жирной и зловредной из них оказалась т.н. проблема конфайнмента. Казалось бы: если нуклоны состоят из кварков и глюонов, то возможно разбить нуклоны на эти составляющие. И получить, понимаете ли, кварк-глюонную плазму, чтобы подтвердить квантовую хромодинамику! Ну и бросились экспериментаторы дробить нуклоны. Били-били – не разбили. Причём, воздействовали на них энергиями, в массовом эквиваленте на многие порядки превышавшими массы самих нуклонов. А нуклоны всё не разбивались – до того сильно, мол, кварки в них связаны. Для тех, кто привык к термину «дефект масс», поясняем: дефект масс здесь оказывается на многие порядки больше самих масс! До сих пор учёные мужи делают вид, что они здесь ещё чего-то недопоняли. Говорят, нужно ещё сильнее по нуклонам вдарить. Столкнуть их лбами, да покрепче! Тогда, глядишь, они и расколются! Даёшь Большой адронный коллайдер! И, чтобы публика-дура не усомнилась в исключительной серьёзности этой затеи, организовали публичную дискуссию в популярном жанре клоунады.
- Слышал, Бим, учёные строят огромный, как его, кол-лайдер!
- Да и нехай себе строят, Бом!
- Вот и я говорю, что нехай. А ты не боишься, Бим, что, когда они его запустят, у них там ка-а-к вспыхнет! Вдруг оно, это самое, всех нас сожжёт? Ведь жалко будет! – куксится Бом и пускает две струи, изображающие слёзы.
- Что ты, что ты, – суетится Бим. – Я полагаю, что нет никаких оснований для опасений! На вот, возьми платочек!
- Спасибо, Бим… теперь мне ни капельки не страшно! Пожелаем этим учёным удачи?
- А как же, Бом? Чай, им приятно будет!
Казалось бы, куда ещё приятнее? Ведь эти учёные уже заявили, что квантовая хромодинамика подтверждается на опыте с точностью аж до 10-19! Но тут они конечно переборщили. Нет физической величины, которая измеряется с такой сумасшедшей точностью. Точнее всех физических величин измеряется частота и на сегодня рекордная точность её измерения имеет порядок 10-16. Откуда же там у подтверждателей квантовой хромодинамики могла взяться цифра 10-19? Понятно, откуда. Это был вовсе не результат измерения, а результат «оптимизации многих параметров». Проще говоря, это был результат математической подгонки. Которую можно выполнить с двойной точностью, и даже с тройной – дисковое пространство всё стерпит… А мы поначалу недоумевали: зачем это специалисты по коллайдерам скрывают от нас экспериментальные подробности и кормят научную общественность только конечными продуктами – сенсационными результатами своих исследований? Из которых самый простенький – это якобы рождение струй тяжёлых частиц в результате хорошо поставленного соударения одного электрона с одним позитроном! Причём, никто там электроны с позитронами поодиночке не соударял – схлёстывали пучки тех и других, да весьма неслабые. А где тогда доказательства, что тяжёлые частицы получались всего из одной пары электрон-позитрон? Спрашиваешь об этом специалистов, а они в ответ: «Всё, что законами не запрещено – то и разрешено!» Ну чисто криминальная психология!
Потому-то, когда иные учёные заводят разговоры о том, что «пора соединить науку с нравственностью», нам вспоминается недоумённый вопрос сатирика Жванецкого: «Как это можно – сначала наладить выпуск продукции, а потом начинать борьбу за её качество?»
5. Догонялки с теплотой.
«Сегодня правильные представления о теплоте дети усваивают уже в седьмом классе.»
(Из сборника «Шутки больших учёных»)
Палимая Солнцем казахстанская степь. Учёные из небольшой экспедиционной группы, вытирая пот, наблюдают за сайгаками. Эти учёные проводят ответственное научное исследование. Они хотят на опыте подтвердить слова академика Тимирязева: «Все проявления энергии в организме должны быть прослежены до какого-нибудь известного её физического или химического источника… Мышечная работа, животная теплота происходят за счёт потенциальной энергии, заключённой в органическом веществе, принятом в пищу». Методика у наших учёных – проще некуда. Они отслеживают, сколько травы поедают животные в естественных условиях. Калорийность этого корма, т.е. количество теплоты, которая выделяется при сжигании его в калориметре, учёным уже известна. Остаётся лишь сопоставить количество этой «потенциальной энергии», заключённой в пище сайгака, с работой, которую производят его мышцы по ходу жизни.
Но… чем дольше учёные наблюдали, тем тоскливее им становилось. Понимаете, эти сайгаки были какие-то неправильные. Маловато они жрали. Количество калорий их пайка оказывалось в разы меньше, чем энергозатраты их мышц. Жировые запасы здесь были ни при чём. Какие вам жировые запасы летом? Самое обидное, что сайгаки опрокидывали все «научно обоснованные нормы»: калорийности их пищи явно не хватало на жизнь, а они выглядели вполне жизнерадостно… Вот очаровательная сайгачка, подмигнув учёным, изящно задрала хвостик и выдала очередную порцию какашек.
- Видали, что вытворяет? – не выдержал один наблюдатель. – Издевается над нами, жвачная тварь!
- Успокойтесь, коллега! – отозвался второй. – Наоборот, она нам подсказывает: мы не довели эксперимент до конца! Вот это… сено, пропущенное через корову – оно, высушенное, тоже горит! Местные жители используют его как топливо!
- Вы хотите сказать, коллега, что у этого… этого самого… тоже есть калорийность?
- Именно! И мы её измерим!
Сказано – сделано. Невесело пришлось калориметру, когда в нём жгли какашки, но уж ради науки пришлось потерпеть. Впрочем, ещё невеселее пришлось исследователям, когда они убедились в том, что калорийность какашек такая же, как и калорийность исходного корма. Выходило, что на уровне тимирязевской «потенциальной энергии, заключённой в органическом веществе», животное не только потребляет гораздо меньше, чем требуется для работы его мышц, но и выделяет столько же, сколько потребляет. Т.е. на работу мышц не остаётся совсем ничего. Наши учёные отлично понимали, что такие любопытные выводы – не для их отчётов. Поэтому они посыпали себе волосы пеплом тех самых сожжённых какашек, этим дело и закончилось.
И до сих пор ситуация в вопросе о «калорийности пищи» – это висяк какой-то. Если вы спросите диетологов о том, сколько калорий в день следует потреблять с пищей, чтобы «гарантированно похудеть за две недели», то они вам всё подробно разъяснят, причём недорого возьмут и глазом не моргнут. Работа у них такая… Но спрашиваем академиков: откуда берутся калории, на которых сайгаки ходят, жуют, хвостики задирают? А академики очень не любят этот вопрос. Уж больно он для них неудобный. Максимум, чего от них добьёшься, это апелляции к тому, что живые организмы, мол, это сложнейшие высокоорганизованные системы, а потому они, мол, ещё недостаточно изучены. Так вы, дяденьки, в рамках изучения живых организмов, что ли, помалкиваете о результатах калориметрических измерений, подобных вышеописанным? Или вы боитесь, что краснеть придётся, когда над вами будут смеяться дети? Хорошо, вот для вас испытанное народное средство: свёклой морды себе натрите. Если покраснеете, не так заметно будет.
Как академики дошли до жизни такой? Ладно, пусть одушевлённые организмы – это для них слишком сложно. Но в неодушевлённом-то веществе, которое подвержено действию только физических и химических законов, тут-то вопросы с калориями должны быть совершенно прозрачны? Речь ведь идёт не о тех явлениях, которые обнаруживаются на ускорителях и коллайдерах. Речь идёт о явлениях, которые любой желающий может воспроизвести у себя на кухне. Казалось бы, колоссальный практический опыт должен был отлиться в совершенно ясные представления о теплоте. Но мы расскажем, во что этот опыт отлился на самом деле.
5.1. О теплоте и теплотворной материи.
Ещё античные философы в вопросе о природе теплоты делились на два лагеря. Одни полагали, что теплота – это самостоятельная субстанция; чем её больше в теле, тем оно теплее. Другие полагали, что теплота – это проявление некоторого свойства, присущего веществу: при том или ином состоянии вещества тело холоднее или теплее. В средние века доминировала первая из этих концепций, что легко объяснимо. Представления о строении вещества на атомарном и молекулярном уровнях были тогда совершенно неразвиты, и поэтому было загадкой то свойство вещества, которое могло бы отвечать за теплоту. Философы в подавляющем большинстве своём не заморачивались в попытках отыскать это загадочное свойство, а, ведомые стадным инстинктом, придерживались удобной концепции о теплоте как о «теплотворной материи».
Ох, как же цепко они её придерживались – до судорог в хватательных мышцах. Вникайте: теплотворная материя как бы передаётся от горячих тел к холодным при их контакте. Чем больше теплотворной материи в теле, тем выше температура тела. А что такое температура? А это как раз мера содержания теплотворной материи. Если теплотворная материя передаётся справа налево, то справа температура выше. И наоборот. Если же теплотворная материя не передаётся ни направо, ни налево, то температуры справа и слева одинаковые. Пусть понятия «теплотворная материя» и «температура» получались связаны логическим порочным кругом, зато в остальном всё было изумительно. Можно было даже делать практические выводы: чтобы нагреть тело, нужно добавить в него теплотворной материи по сравнению с тем, которая у него уже имеется. А для такого добавления требуется более нагретое тело, иначе теплотворная материя не передастся. Блеск! На основе этих представлений делались работающие тепловые машины! Был даже сформулирован принцип неуничтожимости теплотворной материи, т.е., фактически, закон сохранения теплоты!
Конечно, сегодня нам легко рассуждать о наивности этих средневековых закидонов. Сегодня-то мы знаем, что теплота – это одна из форм энергии, а закон сохранения энергии не работает для какой-то одной из её форм. Этот закон работает для энергии в целом, с учётом того, что одни формы энергии могут превращаться в другие. Но в ту эпоху, когда неотъемлемой частью Мироздания считалась теплотворная материя, принцип её неуничтожимости из-за претензий на Вселенский размах приводил философов в благоговейный трепет. Для экспериментального подтверждения этого принципа (правда, не во вселенских, а в локальных масштабах) изобрели и ввели в обиход эти коробчонки с двойным дном, называемые калориметрами.
Поразительно: по ходу научно-технического прогресса от механических секундомеров перешли сначала к кварцевым, а затем и к атомным часам; от землемерных лент перешли к лазерным дальномерам, а затем и к GPS-приёмникам; и только калориметры оказались совершенно незаменимыми в деле прямого определения тепловых эффектов. До сих пор калориметры служат своим пользователям верой и правдой; пользователи в них верят и думают, что с их помощью знают правду. А в средние века на них молились, берегли их от сглаза и даже окуривали ладаном, что, впрочем, мало помогало.
Вот смотрите: исследуемый процесс протекал в стаканчике с теплопроводящими стенками, который находился внутри большого стакана, заполненного буферным веществом. Если при исследуемом процессе теплотворная материя выделялась или поглощалась, то температура буферного вещества, соответственно, повышалась или понижалась. Измеряемой величиной в обоих случаях являлась разность температур буферного вещества до и после исследуемого процесса. Эта разность определялась с помощью термометра. Вуаля! Правда, быстро обнаружилось небольшое затруднение. Повторяли измерения при одном и том же исследуемом процессе, но с разными буферными веществами. И оказалось, что одинаковые веса разных буферных веществ, приобретая одно и то же количество теплотворной материи, нагреваются на разные количества градусов.
Недолго думая, тепловых дел мастера ввели в науку ещё одну характеристику веществ – теплоёмкость. Это совсем просто: теплоёмкость больше у того вещества, которое вмещает больше теплотворной материи для того, чтобы, при прочих равных условиях, нагреться на одинаковое количество градусов. Стойте, стойте! Тогда, чтобы определить тепловой эффект калориметрическим способом, требуется заранее знать теплоёмкость буферного вещества! А откуда это знать? Тепловых дел мастера, не напрягаясь, дали ответ и на этот вопрос. Они быстро смекнули, что их коробчонки являются приборами двойного назначения, которые пригодны для измерения не только тепловых эффектов, но и теплоёмкостей тоже. Ведь если вы измеряете разность температур буферного вещества и знаете количество поглощённой им теплотворной материи, то искомая теплоёмкость у вас на блюдечке! Так и повелось: тепловые эффекты измеряли на основе знания теплоёмкостей, а теплоёмкости узнавали на основе измерений тепловых эффектов. И если кто-то не по злому умыслу, а чисто из любознательности спрашивал: «А что вы измерили сначала – теплоту или теплоёмкость?» – то ему отвечали в таком духе: «Слушай, умник, а что было сначала – курица или яйцо?» – и умник понимал, что не надо задавать дурацкие вопросы.
Короче, если не задавать дурацких вопросов, то всё было распрекрасно в калориметрическом методе, за исключением одного нюанса. Этот метод с самого начала был основан на ключевом постулате о том, что теплотворная материя способна перетекать только от более нагретых тел к менее нагретым. Тогда никто ещё не додумался до простой вещи: если этот ключевой постулат верен, то со временем температуры всех тел выровняются – и, как говорится, аминь. Впрочем, если кто и додумался бы, то ему резонно возразили бы, что Божий замысел не может вмещать такой глупости, и на этом все бы успокоились.
Словом, концепция теплотворной материи в науке уютно пригрелась. Поэтому наш Ломоносов со своей деревенской простотой в эту идиллию не вписался. Он ведь не придерживался тех или иных концепций, он их исследовал и предлагал взамен более адекватные. В «Размышлениях о причине теплоты и холода» (1744) Ломоносов достаточно ясно сформулировал причину теплоты, которая заключается «во внутреннем движении» частичек тела. Кстати, он сразу же сделал феноменальный вывод: «должна существовать наибольшая и последняя степень холода, состоящая в полном покое частичек». Сегодня используется более высоконаучный термин – «абсолютный нуль температуры», но имя Ломоносова при этом не упоминается. Он ведь имел неосторожность разгромить концепцию теплотворной материи! Так, он писал, что философы не показали «чем именно теплотворная материя вдруг загоняется в нагреваемые тела». «Спрашиваю: каким образом в самую холодную зиму, когда всюду лютый мороз, …порох, зажжённый малейшей внезапно проскочившей искрою, вспыхивает вдруг огромным пламенем. Откуда и в силу какой удивительной способности материя эта собирается в один момент времени?»
Если бы у философов были тогда в ходу методы квантовой механики, они бы придумали какую-нибудь «редукцию тепловой функции». Хотя при всём «средневековом мракобесии» считалось неприличным так откровенно идиотничать. Это стало обычным делом лишь в ХХ веке. Ждать было ещё долго… А Ломоносов разобрал следующее заблуждение – насчёт весомости «теплотворной материи». «Философами, а особенно химиками, принимается, что этот блуждающий огонь показывает своё присутствие в телах не только увеличением объёма их, но и увеличением веса. Весьма известный Роберт Бойль… доказал на опыте, что тела увеличиваются в весе при обжигании». Увы, известный Роберт Бойль начудил: при обжигании металла, на нём образуется окалина, и вес образца увеличивается, но за счёт вещества, присоединённого в результате окислительной реакции. «Хотя окалины, удалённые из огня, сохраняют приобретённый вес даже на самом лютом морозе, однако они не обнаруживают в себе какого-либо избытка теплоты. Следовательно, при процессе обжигания к телам присоединяется некоторая материя, только не та, которая приписывается собственно огню… Далее, металлические окалины, восстановленные до металлов, теряют приобретённый вес», причём, «восстановление, так же как и прокаливание, производится тем же – даже более сильным – огнём». Но Ломоносов проделал ещё и контрольные «опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы иссследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожженного металла остаётся в одной мере».
По сравнению с этими убийственными доводами, всё учение о теплотворной материи было детским лепетом. Это понимали даже подмастерья в химических лабораториях. Но академические мэтры не признавали правоту Ломоносова. Они мудро хранили гробовое молчание. «По делу нам возразить нечего, – прикидывали они. – Но не может же такого быть, что мы все дураки, а он один – гений». Причём эта мысль навязчиво приходила во все академические головы. Хотя академики не сговаривались, внешне это проявлялось как стопудовый мировой заговор. И это всё были честнейшие и благороднейшие люди. Как на подбор – один другого честнее и благороднее. Честный на честном ехал и благородным погонял.
Взять хотя бы Эйлера, который считался другом Ломоносова. Когда Парижская Академия наук объявила конкурс на лучшую работу о природе теплоты, то выиграл конкурс и получил премию Эйлер, который в представленной работе писал: «То, что теплота заключается в некотором движении малых частиц тела, теперь уже достаточно ясно» (1752). Но этот случай с Эйлером был исключением. Остальные «честные и благородные» помалкивали и терпеливо ожидали кончины Ломоносова (1765). И лишь после этого, выждав для верности ещё семь лет, они снова завели свою шарманку про теплотворную материю. Понимаете, признавать правоту Ломоносова было никак нельзя. Вот если бы он сделал какую-нибудь малость, например, разоблачил заблуждения того же Бойля, и всё, то был бы сейчас в учебниках закон Ломоносова, как есть закон Бойля-Мариотта. А Ломоносов увлёкся и перелопатил всю тогдашнюю науку. Согласитесь, не писать же в учебниках «первый закон Ломоносова», «второй закон Ломоносова» и т.д., когда счёт идёт на многие десятки! Ученики запутаются! Вот почему свежие экспериментальные факты, которые можно было истолковать в духе теплотворной материи, прошли «на ура».
А факты вон какие. В те времена у естествоиспытателей была мода: смешивать такое-то количество холодной воды с таким-то количеством горячей и определять результирующую температуру смеси. Опыт подтверждал формулу Рихмана: значение температуры было средним взвешенным. В частном случае, при равных количествах холодной и горячей воды, оно было средним арифметическим. И вот: химик Блэк, а затем ещё и химик Вильке, затеяли проверить формулу Рихмана для случая смешивания горячей воды не с холодной водой, а со льдом, решив, что в точке плавления «что лёд, что вода – одна лабуда». Результат вышел, сегодня это можно точно сказать, совершенно умопомрачительный. Конечная температура воды для случая исходных равных весов льда при 0оС и воды при 70оС оказалась равной далеко не среднему арифметическому. Она оказалась равной 0оС. Умопомрачительно? А то!
Умы помрачились настолько, что с восторгом отдались концепции о «скрытой теплоте плавления льда». По этой концепции для расплавления льда мало нагреть его до температуры плавления, на что потребуется сообщение ему некоторого количества теплотворной материи в соответствии с его теплоёмкостью, ещё потребуется впендюрить в лёд дополнительное огромное количество теплотворной материи, которая пойдёт на само плавление. Правда, при плавлении температура льда не изменяется и термометры не реагируют на эту дополнительную теплотворную материю, оттого теплота плавления и называется «скрытой». Всё продумано! А главное, опытом подтверждается: куда, мол, уходит запас тепла воды при 70оС, если не на плавление льда?! Так и нашли численное значение его скрытой теплоты плавления.
Академики плакали от радости, закрывая глаза на то, что логика Блэка и Вильке работает при непременном предварительном допущении: количество теплоты в природе сохраняется. При этом бредовом допущении результаты Блэка и Вильке действительно подтверждали наличие теплотворной материи. Всё понеслось по новой. Впрочем, старания Ломоносова не пропали даром: теперича теплотворной материи приписали такое специфическое свойство, как отсутствие веса, иначе в самом деле смешно получалось. И вышел у них вместо теплотворной материи невесомый теплотворный флюид, для которого подобрали меткое название: теплород. И стало у них всё краше прежнего.
5.2. Скрытая теплота и температура плавления.
Мы почему об этом так подробно? Потому что полезно знать, как в физике появилась эта дичь про скрытые теплоты агрегатных превращений, которая до сих пор считается научной истиной. Придётся сказать пару слов про «научность» этой «истины».
Представьте: во внутреннем стаканчике калориметра находятся вода и лёд в тепловом равновесии друг с другом и с буферным веществом. Ничтожное повышение температуры, до т.н. точки ликвидуса, и фазовое равновесие между льдом и водой нарушится: лёд начнёт таять. Откуда будет заимствоваться тепло на это таяние? Из буферного вещества, что ли? Но тогда его температура понизится и поток тепла «на таяние» прекратится. На самом же деле, лёд растает весь, а температура так и останется в точке ликвидуса. Скандал!
Может сегодняшние академики считают этот результат каким-то досадным исключением, поскольку в остальных случаях, мол, концы с концами отлично сходятся, например, при расчётах теплового баланса звезды тау-Кита. Нет, любезные, «исключением» вы здесь не отделаетесь. По-вашему, образование льда на открытых водоёмах тоже должно сопровождаться тепловым эффектом, только теперь та самая «теплота плавления» должна выделяться. Вы, любезные, давали себе труд прикинуть, к каким результатам это должно приводить? Лёд нарастает снизу, а теплопроводность у льда на два порядка хуже, чем у воды. Поэтому практически вся «теплота плавления» должна выделяться в воду подо льдом. Если подставить справочные величины в простейшее уравнение теплового баланса для рассматриваемого случая, то получится, что образование слоя льда толщиной 1 мм вызывало бы нагрев прилегающего слоя воды толщиной 1 мм на 70 градусов (а слоя воды в 0.5 мм – аж на 140 градусов; правда, уже при 100°С началось бы кипение).
Как вам этот результатец, любезные? Может вы скажете, что мы напрасно не учли тепловое перемешивание воды? Ведь в интервале от 0° до 4°С более тёплая вода опускается, а более холодная – поднимается. У, какая! Но даже в условиях такого перемешивания при наличии на поверхности воды источника тепла вода наверху была бы теплее чем внизу. На самом же деле, типичный арктический профиль температуры в воде подо льдом таков: контактирующая со льдом вода имеет температуру, близкую к точке замерзания, а по мере увеличения глубины (в пределах некоторого слоя) температура увеличивается. Это с очевидностью свидетельствует: нет потока тепла в воду от льда, даже от растущего. Океанологи это давно сообразили, поэтому они изобрели такую дурилочку: «тепло кристаллизации… уходит через лёд в атмосферу». Что дальше вытворяет это тепло, которое исчисляется в региональных масштабах триллионами килокалорий, это океанологов уже не волнует; пусть дальше с этим теплом атмосферщики разбираются. Можно подумать, будто океанологи не знают, что теплопроводность у льда на два порядка хуже, чем у воды. Куда же, спрашивается, раз за разом прутся арктические экспедиции, и чем там занимаются гидрологи вместе с метеорологами – ледяные скульптуры выпиливают, что ли?
Да и не нужно тащиться в Арктику, чтобы убедиться в отсутствии выделения тепла при замерзании воды. В телепрограмме «Разрушители легенд» демонстрировали хорошо воспроизводимый опыт. Из холодильника аккуратненько берётся бутылка переохлаждённого жидкого пива. Тюкнешь по этой бутылке – и пиво в ней за несколько секунд замерзает в ледяные хлопья. А бутылка остаётся холодной… У этого опыта потрясающая популяризаторская сила. Ключевые слова: «тепло, холод, бутылка, пиво» – всё очень доходчиво. Даже для нынешних академиков. Представляете, как этим академикам тяжело. Раз никакой «скрытой теплоты плавления» нет, то придётся не только переписывать физику для седьмого класса, но и оправдываться, как это их обвели вокруг пальца какие-то средневековые химики Блэк и Вильке. А как оправдываться, если секрет того фокуса академики до сих пор не понимают?
Ладно уж, подскажем. Секрет в том, что лёд при 0°C после смешения его с горячей водой не повышает свою температуру: он тает при постоянной температуре. И пока он не растает весь, он является источником охлаждения: контактирующая с ним вода, которая сначала была горячей, становится тёплой, потом прохладной, потом ледяной… при равных стартовых весах льда при 0°С и воды при 70°С, вся результирующая вода окажется при 0°С.
Дело, как видите, нехитрое. Но нет, от нас требуют объяснений: а куда же, мол, делось тепло, которое было у горячей воды? Друзья, этот вопрос был бы уместен, если в природе работал бы закон сохранения тепла. Но тепловая энергия не сохраняется: она свободно конвертируется в другие формы энергии. Ниже мы проиллюстрируем, что замкнутая система вполне способна изменить свою температуру, да ещё разными способами.
А что касается такого агрегатного превращения вещества, как плавление, то с очевидностью получается, что ни в какой «скрытой теплоте» оно не нуждается. Нагрей образец до температуры плавления, да поддерживай её, если требуется, и образец расплавится уже без посторонней помощи. Те, кто смотрели киноэпопею «Властелин колец», наверное помнят последние секунды Кольца Всевластья. Оно упало в жерло «огнедышащей горы». И вот оно лежит там, лежит… нагревается, нагревается… и, наконец – чавк! И вместо кольца – уже растёкшиеся капельки. Эта сценка создателям фильма очень удалась. Полное ощущение реальности! У золота хорошая теплопроводность, да и колечко было махонькое, поэтому оно прогревалось сразу во всём своём объёме. А сразу во всём объёме нагрелось до температуры плавления – сразу и расплавилось, без лишних тепловых запросов. Кстати, очевидцы нагрева в индукционных печах металлического лома, например, алюминиевого, свидетельствуют: он не плавится постепенно, по капельке. Наоборот, торчащие фрагменты начинают плыть и течь сразу по всему своему объёму. В случае льда отсутствие лишних тепловых запросов на таяние неочевидно просто потому, что теплопроводность льда гораздо хуже, чем у металлов. Поэтому лёд и тает постепенно, по капельке. Но принцип тот же: что нагрелось до температуры плавления, то тут же и расплавилось.
И ещё интересный нюанс. Если вода в открытых водоёмах покрывается льдом благодаря контакту с более холодным воздухом, то таяние снегов происходит, наверное, благодаря контакту с более тёплым воздухом? Ну давайте прикинем, как весело это происходило бы, если у льда имелась бы приписываемая ему скрытая теплота плавления. Для чистоты эффекта, пусть Солнышко закрыто сплошной облачностью и радиационного нагрева снега нет. При температуре воздуха в +5°С, снег по идее начал бы таять, правда? Да уж начать-то он начал бы, только где начал бы, там бы и закончил. Потому что таяние слоя снега, эквивалентного сплошному слою льда в 1 мм, потребовало бы охлаждения прилегающего слоя воздуха толщиной в 10 метров аж на 23 градуса. Если учесть, что охлаждаемый воздух остаётся внизу, т.е. теплового перемешивания воздуха здесь нет, то совершенно ясно: заметного таяния снега от воздуха при температуре +5°С не было бы. А оно есть: по весне чавкает под ногами не только в солнечные, но и в пасмурные дни.
И ещё, любителям математики: если для плавления требуется дополнительное тепло, то получается чудо чудное, диво дивное. Даже старшеклассник сможет набросать график, изображающий зависимость количества тепловой энергии в образце от его температуры в окрестностях точки плавления. Если у него рука не дрогнет, то получится следующее. Подходим мы к точке плавления со стороны низких температур: температура растёт монотонно, и количество тепловой энергии растёт монотонно. Но вот добрались до точки плавления: количество тепловой энергии продолжает расти, а температура остаётся постоянной, т.е. на графике будет вертикальный участок с бесконечной производной от тепловой энергии по температуре. А производная от тепловой энергии по температуре – это и есть теплоёмкость. Выходит, что у плавящегося образца теплоёмкость должна быть бесконечна!?
Да уж… Дойдя до этого места, теоретики ради самоуспокоения начинают здраво рассуждать в том духе, что на самом деле плавление происходит не строго при одной и той же температуре, а как бы в небольшом температурном интервальчике, чтобы теплоёмкость была не бесконечной, а как раз в соответствии со скрытой теплотой плавления. Ну, коли так, тогда оно, конечно… Вы бы, теоретики, тогда подсказали полярникам, что по нарастающей льдине можно гулять в пляжных костюмчиках благодаря «теплу кристаллизации, уходящему через лёд в атмосферу», а то они, глупенькие, сами не догадываются.
И ведь не только плавлению приписывают скрытую теплоту перехода, испарение тоже не обделили. «Мало нагреть воду до температуры кипения, – поучают нас, – чтобы её всю выпарить, нужно и далее подводить к ней кучу тепла! Это каждая домохозяйка знает!» Да, домохозяйки это знают. Только они к тому же понимают, что «дальнейший подвод тепла» требуется просто для поддерживания температуры кипения, иначе кипение быстро прекращается. А академики этого не понимают. Они полагают, что «дальнейший подвод тепла» идёт как раз на испарение. Кто же ближе к истине, домохозяйки или академики? Сейчас поглядим!
Нас ведь как учили: если тепло на испарение не подводят добровольно… то, получается, что оно должно заимствоваться насильственно. Вот, например, вода теряет молекулы на испарение даже при комнатной температуре. Так нас уверяют, что при этом непременно охлаждаются окружающая среда и сама вода, которая ещё не успела испариться. И в доказательство приводят пример с измерителем влажности воздуха на основе двух одинаковых термометров, у одного из которых шарик со ртутью обмотан влажной тряпочкой. Из-за испарения воды с этой тряпочки «влажный» термометр показывает меньшую температуру, чем «сухой». Но говорит ли эта разность показаний о верности справочного значения теплоты испарения воды? Если прикинуть, какая часть воды от её исходного количества должна испариться, чтобы оставшаяся часть оказалась охлаждена до 0°С, то получаются, опять же, пугающие цифры (даже если считать, что лишь половина тепла на испарение заимствуется из остающейся воды, а другая половина – из окружающего воздуха). Так, при стартовой температуре воды 10°С, оставшаяся часть воды окажется при 0°С, если испарится всего 7% от исходного количества воды, а при стартовой температуре воды 90°С для того же конечного результата потребуется испарение 32% исходной воды.
Как в XXI веке может считаться научной концепция, из которой прямо следует такая чушь?
Ведь в действительности, даже если вода испаряется с тряпочки полностью, показания «влажного» термометра отнюдь не приближаются к 0°С. Пока идёт это испарение воды, разность показаний «сухого» и «влажного» термометров составляет всего-то единицы градусов. Так что пусть не морочат нам головы. Работа этого измерителя влажности наглядно демонстрирует: теплота испарения воды тут совершенно ни при чём. Да, но ведь при испарении воды охлаждение всё-таки имеет место. Если теплота испарения тут ни при чём, то что же тут при чём?
А вот нам подсказывают: конденсированное состояние воды возможно лишь при наличии достаточно большого коллектива её молекул. В процессе испарения воды с тряпочки уменьшаются размеры остающихся микрокапель, и, при достижении микрокаплей некоторого критического размера происходит её скачкообразный переход в парообразное состояние. Т.е. происходит взрывное испарение микрокапли с расширением получившихся водяных паров, а при расширении газа он, как известно, охлаждается. И немного охлаждает тряпочку, с которой разлетается. Красота!
И ещё, возвращаясь к разногласиям между академиками и домохозяйками. Домохозяйки, как и академики, знают про сублимацию льда, т.е. про его испарение. Но, в отличие от академиков, домохозяйки имеют здесь практический опыт: они сушат сырое бельё на морозе: вода на белье сначала замерзает, а потом этот лёд испаряется. Домохозяйки отлично знают, высушенное таким образом бельё имеет температуру окружающего воздуха. Они даже не догадываются о том, насколько этот факт антинаучен. Ведь академики из своих академических соображений полагают, что скрытая теплота сублимации равна сумме скрытых теплот плавления и испарения. И тогда сублимация должна сопровождаться мощным охлаждающим действием. Желающие могут прикинуть, нельзя ли, с помощью циклически сохнущих на морозе тряпок, наладить дешёвое производство жидкого азота?
Нам наверное вежливо укажут на то, что для лазерного воздействия на металлы известны пороговые плотности мощности, выше которых происходит испарение металла. Эти пороговые величины, мол, вполне отвечают тепловому балансу, в котором фигурирует тепло, идущее не только на нагрев металла, но и на его плавление и испарение. Значит, мол, скрытые теплоты плавления и испарения физически реальны! На это мы культурно ответим: дяденьки, вы невнимательно читали того же Григорьянца, у которого выставлены на всеобщее обозрение формулы для тех самых пороговых плотностей мощности. В этих формулах отнюдь не фигурируют скрытые теплоты плавления и испарения. В них фигурируют эмпирические коэффициенты: пороговые величины получаются верные, но что там происходит в лазерном фокусе, сие остаётся не расшифровано.
Такой подход можно истолковать как проявление гуманности: у читателей, мол, и так мозг плавится, так пусть он только плавится, но не испаряется. Этот гуманизм можно понять; но про подтверждения-то реальности скрытых теплот плавления и испарения не надо ля-ля, хорошо? «Но ведь при плавлении и испарении, – кричат нам, – разрушаются структуры, рвутся связи! Есть у этих связей энергия, или нет?!» Вон оно чего. Связи-то рвутся! Но, видите ли, связи связям рознь. Есть связи физические, на которых держатся ядерные и атомные структуры. Вот эти связи действительно обладают энергией. Она так и называется – энергия связи. А при плавлении и испарении рвутся не физические связи, а химические. А у них-то энергии связи как раз и нету. Это не шутка, дорогой читатель. Этот вопрос ключевой, и ниже мы его подробно распишем.
5.3. Механический эквивалент теплоты и «начала» термодинамики.
А пока вернёмся в мракобесное средневековье, в те времена, когда концепция теплорода получила мощную академическую поддержку. Впрочем, как эти академики ни пыжились, концепция теплорода уступила-таки место механической модели теплоты. Обычно историки в качестве ключевого события упоминают открытие Румфорда (1798), который в Мюнхене издевался над мастеровыми, заставляя их рассверливать стволы пушек тупым сверлом. «Ваша светлость, – пытался смягчить его благородные нравы старшой мастеровой, – оно тупым сверлом сверлить труднее, да и ствол, опять же, греется, а через это калибер вниз уходит!» – «Что сверлить труднее, это я, болван, и сам знаю! А что греется… это интересно!.. Может получиться очень недурно!.. Ай, молодца! Держи вот, выпей кружку пива за здоровье моей светлости!»
В докладе Королевскому обществу Румфорд излагал: «источник тепла, возникающего при трении в этих опытах, представляется, по-видимому, неисчерпаемым» – а, значит, это тепло «не может быть материальной субстанцией», а должно сводиться «к представлениям о движении». Сразу чувствуется намётанный взгляд проницательного исследователя. Фурор, как есть фурор! Если забыть про то, что так называемые дикари испокон веков умели добывать огонь трением (причём несколькими способами)… если забыть про то, что вода нагревается при встряхивании сосуда, в котором она находится… если забыть про то, что Дэви, немного попыхтя, расплавил трением лёд на морозе… если забыть про труды Ломоносова, который 54 годами ранее, в тех же «Размышлениях…», писал: «Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: …железо накаливается докрасна от проковывания частыми и сильными ударами»… Если про всё это забыть, то открытие Румфорда было и вправду выдающееся. Бурные продолжительные аплодисменты!
Чтобы как следует закрепить этот успех, раз и навсегда установили механический эквивалент теплоты. С помощью филигранных калориметрических опытов нашли соответствие между таким-то количеством теплоты, измеряемой в калориях, и таким-то количеством механической работы, измеряемой в джоулях. Эквивалентность заключалась в том, что столько-то калорий или столько-то джоулей давали одинаковое повышение температуры буферного вещества в калориметре. Вот оно! Теплота и работа стали «одной крови» – с размерностью энергии! Температуру тела, как оказалось, можно повысить не только через сообщение ему теплоты, но и через совершение над ним работы! На радостях сформулировали то, что до сих пор называется первым началом термодинамики.
Тут, правда, возникло небольшое затрудненьице. Требовалось просто и чётко выразить математически ту идею, что теплота и работа с равным успехом способны давать приращение температуры. В одной части равенства пишем теплоту плюс работу… а в другой чего? Приращение температуры имеет другую размерность! И чёрт его знает, как быть с коэффициентом пропорциональности – теплоёмкости-то у разных веществ разные! Чтобы не лезть в эти дебри, сделали проще: записали в другой части равенства величину, которую назвали внутренней энергией тела. И размерность у неё подходящая, и название скромное, но очень полезное: ну, подарок просто.
Вот если кто спросил бы тех, кто вводил понятие внутренней энергии – а что это, мол, такое? – так ему бы сразу ответили: «Это та энергия тела, которая увеличивается при повышении его температуры». А он бы спросил тогда: «А температура – это что?» А ему бы ответили: «А тебе больше всех надо, что ли?»
Потому что не говорить же, что температура – это то, что повышается при увеличении внутренней энергии. От понятия «температура» и без понятия «внутренняя энергия» тошно. Самое честное её определение в рамках традиционного подхода, следующее: «Температура – это то, что измеряется термометрами». Оно самое честное, потому что здесь дурь сразу видна. А в других определениях температуры дурь видна не сразу, а когда уже жжёт позор за бесполезно прожитые годы.
Что и говорить, повезло создателям первого начала термодинамики, что его уравнение удалось записать без использования температуры. Легко запомнить: внутреннюю энергию тела можно увеличить либо через сообщение теплоты, либо через совершение работы. Ибо теплота – это энергия хаотического движения частиц тела. Сообщи телу теплоту или поработай над ним, это хаотическое движение так и так станет интенсивнее, и температура тела так и так повысится. Всё сходится, в том числе и тепловой баланс! Первое начало термодинамики впечатали в учебники и справочники, на нём взрастили вереницу поколений теплотехников, до сих пор взращивают.
И наверное лишь очень немногих из них не терзают смутные сомнения. Ведь по «первому началу» температура тела может измениться только при воздействии на это тело откуда-то извне. Получение тепла – извне! Принятие работы – извне! «Первое начало» однозначно утверждает, что температура тела не может измениться в результате каких-нибудь внутренних процессов в этом теле. Но ведь это шутка, таких процессов полным-полно!
Самым жутким в ряду злостных нарушений первого начала термодинамики являются химические реакции с выделением или поглощением тепла, которые без затруднений протекают в условиях термоизоляции от окружающей среды. Вот, скажем, начинается реакция с выделением тепла. А выделяться ему некуда: термоизоляция мешает. Ладно, греет зона реакции саму себя, не пропадать же добру. Но в случае реакции с поглощением тепла всё получается гораздо веселее: неоткуда его поглощать в условиях термоизоляции. Каков смысл формулировки «реакция с поглощением тепла», если единственным тепловым результатом является охлаждение зоны реакции? Это умудриться надо: так «поглощать тепло», чтобы при этом охлаждаться! Заметьте, мы сейчас не уточняем источники тепловых эффектов химических реакций. Мы просто говорим о ситуациях, когда тепловой эффект есть, а передачи тепла или совершённой работы – нет. Укладывается это в первое начало термодинамики? Никоим образом!
А вот ещё тоже известный случай: электрическая цепь, по которой течёт ток. Особенно, когда источником тока является аккумулятор. Проводники имеют ненулевое сопротивление, и в них выделяется джоулево тепло. Это называется «тепловое действие тока». Опять же, никакой передачи тепла при этом не происходит. Если бы она происходила, то тело, которое отдавало бы тепло, охлаждалось бы. Но мы не обнаруживаем такого тела: нагревание есть (всей цепи, в том числе и источника тока), а охлаждения нет. Что же мы видим? Происходит нагрев, когда нет передачи тепла, да и работа над электрической цепью очевидно не совершается. Опять тело само себя греет. Опять первое начало термодинамики оказывается не при делах!
Так ведь и это не всё. Выделение тепла при радиоактивных распадах атомных ядер тоже происходит, начхавши на первое начало термодинамики. Чудны дела ваши, господа теоретики! И вы ещё нам вдалбливаете, что первое начало термодинамики выражает собой фундаментальный принцип: невозможность вечного двигателя первого рода! А ваше «первое начало» – уже трижды подкачало! Прям бери да клепай себе вечные двигатели на выбор: химические, электрические, ядерные!
Эх, дяденьки учёные. Этот ваш прокол конечно можно извинить роковым стечением исторических обстоятельств: «первое начало» было сформулировано в эпоху паровых машин. Да, для паровозов и пароходов оно сошло за милую душу. Но технический прогресс-то не стоял на месте. Появились теплоходы и тепловозы, трамваи и электровозы, да ещё и мирные ядерные реакторы… А первое начало термодинамики так и зависло на правах догмата. Ай-яй-яй. Вы, дяденьки учёные, брали бы пример со служителей культа, что ли. Они время от времени устраивают Вселенские соборы, на которых подправляют свои догматы. Издают официальные указы, в которых так прямо и провозглашают: с такого-то числа веруем по-новому!
Короче, годилось «первое начало» только для паровых машин, да и то, громко говоря. Даже тут не по Сеньке шапка была. Потому что «первое начало» не описывало работу паровой машины в целом. Оно описывало лишь пыхтение пара, а горение топлива, с помощью которого получали и нагревали этот пар, оно не описывало. И, что ещё обиднее, казалось, что пыхтящий пар совершал гораздо больше бесполезной работы, чем полезной. Ведь в полезную работу удавалось превратить лишь малую часть тепла, которое давало сгорание топлива. Мистика какая-то! Сожгут в калориметрической бомбе порцию уголька – и вот она, его теплотворная способность! Бери потом да превращай тепло от его сгорания в работу, согласно «первому началу»! Ан нет. Теплотворная способность – это одно, а работоспособность – это, как выяснилось, совсем другое. Устанавливали-устанавливали механический эквивалент теплоты, а ради чего, спрашивается? Ради того, чтобы от него оставались жалкие 10%, да и то, если повезёт?
Нет, такую жизнь надо было если уж не изменить, то хотя бы оправдать. Вот на это (на оправдание) и решился Карно. Он задумался: как бы это сконструировать формулу, из которой следовало бы принципиальное ограничение на коэффициент полезного действия (КПД) тепловой машины, и соорудил знаменитый рабочий цикл машины, которая для такой задумки подошла идеально. Поэтому её так и стали называть: идеальная тепловая машина. Что тепловая машина должна работать циклически – это, мол, принципиально. Рабочее тело, получив порцию тепла, должно отдать часть приобретённой энергии на совершение полезной работы и охладиться, чтобы иметь возможность получить следующую порцию тепла. Поэтому при анализе работы тепловой машины следует, мол, рассматривать не только нагреватель, от которого получает тепло рабочее тело, но и т.н. холодильник, которому рабочее тело отдаёт тепло, не превращённое в полезную работу (отсюда и пошло выражение «эта машина хорошо атмосферу греет»).
Так вот, одним из лучших описаний цикла Карно считается описание в известном учебнике – А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, «Молекулярная физика». Это просто сказка. Логика такая: чтобы КПД тепловой машины был максимален, следует исключить необратимые потери тепла. А эти потери тепла непременно имеют место при теплопередаче. Следовательно, в идеальной тепловой машине следует исключить… процессы теплопередачи! Вы не подпрыгнули, дорогой читатель: «Как?! Как же такая машина сможет работать?»
А вот, Кикоины сейчас всё разъяснят. Цикл начинается с того, что рабочее тело «находится в контакте с нагревателем и, следовательно, имеет такую же, как он, температуру… Предоставим теперь рабочему телу возможность расшириться и переместить… поршень, не прерывая контакт с нагревателем. Расширение, следовательно, будет изотермическим… При этом будет совершена работа. Она совершается за счёт тепла, отнятого от нагревателя… Полученное рабочим телом тепло нужно теперь передать холодильнику. Эту передачу тоже не следует осуществлять прямым соприкосновением рабочего тела с холодильником… рабочее тело надо сначала охладить до температуры холодильника и уже после этого их можно привести в соприкосновение… Теперь необходимо вернуть рабочее тело в исходное состояние, т.е. …в контакт с нагревателем. Этот контакт по-прежнему не следует осуществлять, пока температура рабочего тела ниже температуры нагревателя… Сначала рабочее тело сжимают, не прерывая его контакта с холодильником, т.е. изотермически… Затем, изолировав рабочее тело от холодильника, его дополнительно сжимают… После того как… температура рабочего тела станет равной температуре нагревателя, их приводят в контакт, и цикл на этом завершается: рабочее тело находится в исходном состоянии».
Видите, всё гениально просто: чтобы не было потерь тепла, рабочее тело должно контактировать с нагревателем, будучи лишь при температуре нагревателя, а контактировать с холодильником, будучи лишь при температуре холодильника. Дяденьки, а сколько тепла «отнимет» рабочее тело у нагревателя, если за всё время контакта с ним оно будет иметь одинаковую с ним температуру? Правильно, ноль целых и шиш десятых. Цикл ведь специально разрабатывался так, чтобы теплопередач не было! Бляха-муха, а зачем тогда нужен нагреватель!? Если рабочее тело и без его помощи нагревают до температуры, с которой начинается цикл?! Да и для холодильника – всё аналогично! Получается просто шедевр: тепловая машина, для работы которой нагреватель и холодильник на хрен не нужны! И это, нам говорят, идеальная тепловая машина! Вот он, идеал, к которому нужно стремиться!
Не знаем, нашлись ли чудилы, которые пытались следовать этим практическим рекомендациям, и удалось ли этим чудилам построить если уж не идеальную тепловую машину, так приблизиться к этому идеалу хотя бы наполовину. Молчит история. Так бывает: теория великолепна, но упрощающие допущения в ней самоубийственны. Вспоминается один доклад, в котором автор замахнулся на важную и актуальную проблему: «Новые математические методы раскроя одежды». Первой фразой там была такая: «Примем для простоты, что человеческое тело имеет форму шара» – и далее автор разобрался с проблемой, как Бобик с фуфайкой. Публика от восторга визжала и плакала.
Тут термодинамщики небось обидятся. И заявят, что тепловые машины-то работают. А без верного научного понимания они бы, мол, не работали. Отнюдь. Создаётся впечатление, что работа тепловых машин – сама по себе, а их «научное понимание» – само по себе. Одно другому не мешает. Знаете, Солнце тоже светит и греет, но вовсе не благодаря чьему-то «верному научному пониманию».
Вон Карно выдал на основе своего понимания формулу для КПД идеальной тепловой машины. Этот КПД зависит лишь от соотношения температур нагревателя и холодильника: чем температура холодильника ниже, а температура нагревателя выше, тем КПД больше. Без этой формулы Карно не обходится ни один учебник по термодинамике. И все эти учебники, словно их авторы сговорились, обходят молчанием вопрос: а подтверждаются ли опытом предсказания, сделанные на основе формулы Карно? Ведь как было бы здорово, если формула, полученная при прикольных допущениях, давала бы предсказания, ценные для практики! Что, это так сложно проверить? Конечно, это несложно, и это уже давно и многократно проверено. Паровозы-то, как известно, бегали круглый год. Температура горения угля в паровозной топке, а также рабочая температура пара одинаковы и летом, и зимой, а вот температура атмосферы, которая играет роль холодильника, зимой ниже, чем летом. Если считать, что КПД паровоза круглый год составляет один и тот же процент от КПД идеальной тепловой машины, то зимой КПД паровоза должен быть заметно выше, чем летом. Зимой гонять паровозы было бы выгоднее: потребление угля было бы меньше.
В действительности всё наоборот: так, в России паровозы зимой потребляли угля на 20-25% больше, чем летом. В основном потому, что зимой больше перепад температур между атмосферой и горячим паровозным железом, поэтому потери тепла на «нагрев атмосферы» зимой больше, а полезная работа, соответственно, меньше. Вот так с ней, с пониженной температуркой холодильничка! Возможно формула Карно великолепно работает для идеальных тепловых машин, только никто это не проверял, потому что таких машин нет и быть не может. А вот для реальных тепловых машин на основе этой формулы получаются конкретно бредовые предсказания. Впрочем, при всех недостатках формулы Карно у неё есть бесспорное достоинство – феноменальное научное долголетие.
Короче, эта формула, хотя и украсила собой учебники, не помогла прояснить проблему, ради которой она сочинялась. Люди, далёкие от высокой науки, так и не могли взять в толк, отчего КПД паровых машин, который согласно первому началу термодинамики должен составлять 100%, в реальности составлял менее 10%. Больше всех по этому поводу кипятились владельцы паровозных и пароходных компаний. Все они были какие-то нервные, особенно при известии об очередном повышении цен на уголь. Чтобы успокоить этих господ, пришлось физикам развить представления о том, что тепло теряется не по вине разработчиков и производителей паровых машин: необратимые потери тепла – это, мол, фундаментальный закон природы. В ней, мол, куда ни плюнь – сплошь идут необратимые тепловые процессы, при которых тепло непременно теряется. Любая передача тепла – это необратимый процесс с неизбежными потерями. Нагревается железка из-за трения или электрического тока – вот оно, тепло. А потом железка остывает – и нет тепла. Ищи-свищи! Потерянного не воротишь. Потому и говорится: необратимые процессы. А такие процессы, само собой, могут протекать лишь в одном направлении. Угадайте, в каком? Да в таком, чтобы при этом тепло терялось! Этот принцип назвали «вторым началом термодинамики». Вот его наглядная иллюстрация: тепло переходит лишь в одну сторону, от горячего к холодному. Это и раньше было известно, но теперь под это подвели, как видите, мощный теоретический фундамент.
Кстати, упрощённая формулировка «второго начала» так и звучит: «Тепло самопроизвольно переходит только от горячих тел к холодным». Эту формулировку предложил Клаузиус (1850), после чего терзался 15 лет и лишь в 1865 г. облегчил себе душу покаянием: эта формулировка, мол, порождает чудовищную проблему. Смотрите: ключевое слово там – «самопроизвольно». Вы конечно можете проявить произвол и построить холодильную машину, хотя она всё равно будет греть атмосферу сильнее, чем охлаждать ваше пиво. Но эта холодильная машина – пренебрежимая мелочь по сравнению с масштабами природных процессов, которые происходят как бы самопроизвольно. Значит тепло везде переходит только в одну сторону: от горячего к холодному, от горячего к холодному… Тогда неизбежен вывод о том, что – долго ли, коротко ли – температуры всех тел выровняются, и получится т.н. «тепловая смерть Вселенной». Жуть, даже пальчиком пошевелить не сможешь, если где-нибудь зачешется.
Но – радость-то какая! – никаких признаков приближения тепловой смерти Вселенной не наблюдается. Где же так махнулись теоретики? Может, говоря о самопроизвольных процессах в природе, мы чего-то важного не замечаем? Вот, скажем, наладили вы серийное производство бытовых холодильников «Морозко». Тогда понятно, что благодаря и вашему скромному вкладу на Земле пока ещё не наступила тепловая смерть. А кто же занимается аналогичными холодильными делами в масштабах Солнечной системы, в масштабах Галактики? Если теоретики сформулировали фундаментальный принцип, из которого прямо следует, что мир трепыхается благодаря чьему-то произволу, они должны были разъяснить, о ком конкретно речь, кому нам в ножки кланяться. Видите, дорогой читатель, куда нас заносит? С ума сойдёшь от таких теоретиков! И не мы первые это заметили. Многим не хотелось сходить с ума и было предпринято немало попыток доказать, что «второе начало» верно, а его прямое следствие (насчёт тепловой смерти Вселенной) ошибочно, ошибочно, ошибочно! Это был какой-то парад высшей, уму непостижимой логики. Право, неинтересно даже.
5.4. Что же такое температура?
А всё почему? Потому что вся эта куча смешных проблем нарасла не из-за ошибочности представлений о том, от какого тела к какому передаётся тепловая энергия – от горячего к холодному, или наоборот. С чего теоретики взяли, что тепловая энергия вообще передаётся от одного тела к другому? Ведь всё может быть иначе. В полном согласии с законом сохранения и превращения энергии, в тепловую энергию тела может превращаться энергия в какой-нибудь другой форме, которой обладает это же самое тело. Сумма этих двух энергий у тела (тепловой и той, которая в неё превращается) может оставаться постоянной. И тогда нам может лишь казаться, что тепловая энергия переходит от горячего тела к холодному, ибо в обоих телах могут происходить лишь перераспределения энергий в той и другой формах. Суммы этих энергий в обоих телах будут оставаться прежними, т.е. каждое тело будет иметь после теплового контакта столько же энергии, сколько оно имело до этого контакта.
Вот такой подход не только радикально проясняет картину происходящего при тепловых явлениях, но и устраняет тучу противоречий, в которых тепловая физика давно захлебнулась. А первое, что даёт нам такой подход – это прояснение многострадального понятия «температура».
Почему это понятие в рамках традиционного подхода противоречиво? Вон теоретики придумали «внутреннюю энергию» тела. Чем эта энергия больше, тем выше температура, помните? Внутренняя энергия идеального газа, она вообще прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Добавим сюда ещё знаменитую теорему молекулярно-кинетической теории об энергии, приходящейся на каждую механическую степень свободы молекулы. Эта энергия тоже прямо пропорциональна абсолютной температуре. Трудно отделаться от стойкого ощущения того, что температура является мерой энергосодержания. Они же, мол, пропорциональны друг другу!
О, на эту удочку ловились многие, а потом переживали страшное разочарование. Вот в чём проблема: энергия является величиной аддитивной, а температура – неаддитивной. При соединении двух тел, имеющих одинаковые энергии, мы получаем удвоенную энергию. Но при соединении двух тел, имеющих одинаковые температуры, мы не получаем удвоенной температуры. Работает закон сохранения энергии, но не работает закон сохранения температуры. Каким же образом неаддитивная величина, температура, может быть мерой аддитивной величины, энергии? Да никаким! Подумаешь, иногда пропорциональны друг другу. Толку-то!..
А чтобы был толк, вот что предлагается сделать: допустить, что температура является не мерой какой-либо энергии, а мерой соотношения между энергиями в двух различных формах, образующих сопряжённую пару. Речь о такой паре энергий тела, сумма которых остаётся постоянной, поскольку увеличение одной из них происходит за счёт уменьшения другой. Таких сопряжённых пар энергии мы знаем две, и каждой из них соответствует давно известное энергетическое распределение, в которое температура входит как параметр.
Одна из этих пар – это кинетическая энергия частицы и собственная энергия частицы, т.е. её масса; этой паре энергий соответствует температура, входящая как параметр в максвелловское распределение молекул по энергиям. Вторая из этих пар – это энергия возбуждения атома и энергия связи соответствующего атомарного электрона; этой паре энергий соответствует температура, входящая как параметр в спектр равновесного излучения. Этот спектр отражает равновесное распределение атомов по энергиям возбуждения.
Большие учёные попытаются поднять нас на смех, поскольку до сих пор в физике считается, что как кинетическая энергия, так и энергия возбуждения передаются атому откуда-то извне, а не появляются за счёт его собственных ресурсов. Увы: пока вы, уважаемые, не избавитесь от предрассудков насчёт «передачи энергии извне», именно вы будете смешить публику в вопросах, связанных с тепловыми явлениями.
Что касается кинетической энергии, то экспериментальные реалии свидетельствуют о том, что мы не можем сообщить кинетическую энергию частице, мы можем лишь превратить в её кинетическую энергию часть её собственной энергии, т.е. массы. И обусловлено это не ограниченностью наших технических возможностей. Просто физические законы прописаны так, что иных вариантов приобретения кинетической энергии, кроме как за счёт своей массы, не предусмотрено. Поэтому при разгоне частицы, её масса уменьшается. Никакого релятивистского роста массы в природе не существует. Это самая страшная научная тайна, благодаря которой всё ещё продолжается мышиная возня на ускорителях и коллайдерах. То, что более быстрые заряженные частицы труднее отклоняются электромагнитными полями, этот факт говорит не об увеличенной массе быстрых частиц, а о сниженной эффективности воздействия на них электромагнитных полей. Все попытки выделить чудовищную накрученную энергию быстрых частиц при их взаимодействии с веществом (а не с полями) закончились смехотворно. Единственное (!) вошедшее в историю прямое измерение энергии релятивистских электронов, кстати, калориметрическим способом, (опыт Бертоцци) на поверку оказалось мошенничеством.
Что касается энергии возбуждения атома, то из опыта достоверно известно, что энергия связи атомарного электрона уменьшается на величину, равную энергии возбуждения. Поэтому не вызывает никаких сомнений, что энергия возбуждения и энергия связи образуют сопряжённую пару. Правда, отсюда следует, что энергия кванта света не передаётся от атома к атому. Но это вполне согласуется с изложенными ранее представлениями о свете (см. «Фокусы-покусы квантовой теории»). Фотонов, как порций энергии, летящих в вакууме со скоростью света, не существует в природе, а процесс движения световой энергии – это цепочка скоррелированных перераспределений энергий у пар атомов. А именно, у одного атома энергия возбуждения пропадает, а энергия связи, соответственно, увеличивается, а у второго всё происходит наоборот. Обычно смотрят лишь на энергию возбуждения и видят иллюзию того, что энергия переместилась, а ведь каждый из этой пары атомов остался при своём.
Мы понимаем: очень непривычно звучит то, что световая энергия никуда не передаётся. Даже по лазерному лучу. Специалисты кидались демонстрировать нам результаты лазерного воздействия на вещество. Как будто мы сами не занимались лазерной обработкой материалов и не видали такого добра. «Ну вот же, – чуть не плакали специалисты, – вот сюда и сюда фотоны били, били, и свою энергию отдавали, отдавали!» Нет, не били и не отдавали. Лазерный луч деформирует у атомов мишени распределение по энергиям возбуждения, но полная энергия атомов какой была, такой и остаётся! А температура мишени, конечно, повышается: все эффекты лазерного воздействия на вещество – это эффекты тепловые, включая испарение и ионизацию! И все эти эффекты обусловлены перераспределениями в собственных энергетических закромах мишени, а не наращиванием содержимого этих закромов!
Друзья, если это вам кажется бредом, имейте в виду: вы находитесь под действием одурманивающей концепции о том, что повышение температуры обязательно означает прибыль полной энергии. Так стряхните с себя этот дурман, иначе ведь и свихнуться можно! Знаете, в №1 за 1999 г. журнала «Квантовая электроника», главный редактор в обращении к авторам и читателям всерьёз обнародовал «фантастическую идею применения лазерных пучков для сброса энергии в бесконечное космическое пространство с целью предотвращения теплового перегрева Земли». Ну, давайте прикинем: если КПД лазерной установки составляет 20%, то это означает, что без передачи энергии по лазерному лучу (!) 20% мощности, подводимой к установке, будет тратиться на нагрев мишеней, а 80% – на нагрев самой установки и окружающей её среды. Слава таким борцам с глобальным потеплением!.. Правда больше про этот выдающийся проект мы ничего не слышали. Небось кто-то кому-то шепнул заветное слово…
Давайте же теперь сформулируем понятие температуры, которое адекватно отражает происходящее при тепловых явлениях. Это понятие, конечно, можно ввести лишь для равновесного состояния у достаточно большого коллектива частиц, поскольку величина температуры оказывается результатом статистического усреднения. Скажем про две температуры, которые соответствуют двум вышеназванным сопряжённым парам энергий.
Кинетическая температура – это мера того, какая часть собственных энергий частиц (в среднем) превращена в энергии их хаотического движения: поступательного, колебательного, вращательного.
Атомная температура – это мера того, какая часть энергий связи атомарных электронов (в среднем) превращена в их энергии возбуждения.
Кинетическая температура входит как параметр в максвелловское распределение молекул по скоростям, а атомная температура входит как параметр в спектр равновесного излучения, который отражает равновесное распределение атомов по энергиям возбуждения.
Неспроста максвелловское распределение и равновесный спектр похожи друг на друга, как близнецы. Оба они описывают соответствие между температурой и распределением энергий. Заметьте, максимум максвелловского распределения соответствует энергии kT, где k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура; а максимум равновесного спектра соответствует энергии 5kT. При одной и той же температуре наиболее вероятная энергия возбуждения атома в пять раз больше наиболее вероятной кинетической энергии молекулы! Это не бред, это – экспериментальные реалии! Ничего не поделаешь, коэффициенты соответствия между температурой и разными формами энергии разные!
Для кого-то это непривычно? А то, что однозначного соответствия между температурой и энергией до сих пор никто не сконструировал – это привычно, что ли? Так оно – то же самое, только «в профиль». Лучше вот на что обратить внимание. Обе названные температуры, кинетическая и атомная, сразу проясняют физический смысл абсолютной температурной шкалы с неизбежным нулём на нижнем конце. Действительно, нулевая кинетическая энергия молекул соответствует абсолютному нулю кинетической температуры, а нулевая энергия возбуждения атомов соответствует абсолютному нулю атомной температуры. Причём кинетическая и атомная температуры тела не обязательно совпадают, поскольку возможны физические воздействия, при которых деформируется либо только распределение по энергиям хаотического движения, либо только распределение по энергиям возбуждения. Так, Солнышко, припекая землицу, увеличивает её атомную температуру. А затем в результате тепловой релаксации кинетическая и атомная температуры землицы могут выровняться.
Нам конечно зададут оригинальный вопрос: а что, мол, дают такие представления о температуре? Вот тебе раз! Да из них сразу следует оглушительный вывод: при выравнивании температур у пары тел, находящихся в тепловом контакте, никакой нескомпенсированной «передачи тепловой энергии» от горячего тела к холодному не происходит. Каждое из этих тел остаётся при своей сумме энергий, а изменяются лишь соотношения в сопряжённых парах энергий, входящих в эти суммы.
Не менее оглушительный вывод следует для термоизолированных систем. Такая система без взаимодействия с окружающим миром не может изменить свою суммарную энергию, но вполне может изменить свою температуру, если в результате некоторых внутренних процессов изменится соотношение в той или иной сопряжённой паре энергий. Примеры таких процессов – химических, электрических, ядерных – мы уже приводили выше. Именно с химическими процессами такого рода имеют дело термохимики, когда они измеряют теплоты химических реакций калориметрическим методом, где измеряемой величиной является вовсе не энергия, а приращение температуры.
Видите, как оно всё получается? Шутить изволят термохимики, когда говорят, что определяют тепловые эффекты химических реакций. Не тепловые эффекты они определяют, а температурные. Не понимают, что между ними большая разница.
Насчёт причин того, что называется тепловыми эффектами химических реакций, наука будет заблуждаться, сохраняя умное выраженье на лице, пока в ходу будут такие научные термины, как «выделение или поглощение тепла при химических реакциях». Эти термины мастерски вводят в заблуждение. Можно подумать, что реакция, идущая «с поглощением тепла», заимствует это тепло из окружающей среды. Которая, в свою очередь, это тепло любезно предоставляет: на, мол, реакция, иди себе с Богом. Для хорошей, мол, реакции не жалко! Можно подумать, что без этой любезной помощи, например, в условиях термоизоляции, реакция «с поглощением тепла» идти не сможет. Ха-ха! Да она там идёт с ещё большим удовольствием. Мы об этом уже упоминали выше. И результатом этого большого удовольствия является что? Правильно, понижение температуры в зоне реакции без какого-либо теплообмена с окружающей средой, ведь этот теплообмен сведён на нет с помощью теплоизолирующих стенок!
Дяденьки, вот вы занимаетесь калориметрическими измерениями уже почти триста лет. Калориметр – это ведь не шибко навороченное устройство. Это не коллайдер, не детектор гравитационных волн, и даже не интерферометр Майкельсона. Надо было иметь особые дарования, чтобы за все эти годы не заметить, что так называемые тепловые эффекты химических реакций являются в действительности эффектами повышения-понижения температуры в зоне реакции. А эти повышения-понижения температуры требуют совсем иных объяснений, чем «выделения-поглощения тепла».
5.5. Тепловые эффекты химических реакций.
У нас конечно поинтересуются, чем же нас не устраивает традиционное объяснение причин тепловых эффектов химических реакций. Например, при экзотермической реакции тепло выделяется за счёт увеличения энергии химических связей у продуктов реакции по сравнению с реагентами. Это, мол, считается твёрдо установленным.
Ага! Считается! Сейчас мы покажем, как это «считается» буквально! Энергии химических связей – они ведь характеристические, правда? Т.е. они определяются лишь свойствами атомов, сцепившихся в молекулу, и не зависят от внешних химических параметров, вроде температуры и давления. Если и у реагентов, и у продуктов реакции энергии химических связей характеристические, то и разность этих энергий, т.е. тепловой эффект реакции, тоже должен быть характеристическим. Так ведь нет! Величины тепловых эффектов как правило зависят от температуры!
Чтобы не делать сокрушительный для термохимии вывод о непостоянстве энергий химических связей, теоретики вот до чего додумались. Единственной, мол, причиной температурных зависимостей тепловых эффектов являются температурные зависимости теплоёмкостей у реагентов и продуктов реакции. И сформулировали закон Кирхгофа: производная по температуре от теплового эффекта реакции равна разности теплоёмкостей начальных и конечных веществ. Но чтобы привести справочные зависимости тепловых эффектов и теплоёмкостей в согласие с законом Кирхгофа, потребовалась адова работа. Как те, так и другие измеряются калориметрическим способом, не будучи при этом независимыми и образуя порочный круг (см. выше).
Но это – ещё пустячки по сравнению с тем, что температурная зависимость теплоёмкости того или иного вещества, полученная по результатам исследования одних реакций, даёт неверные предсказания применительно к другим реакциям. Требуются пересчёты: согласования и пересогласования. Немалая часть справочных величин – теплоёмкостей, теплот образования, энергий диссоциации – получена не эмпирическим путём, а на основе калькуляций. Да и закон Кирхгофа подтверждается, по сути дела, лишь калькуляциями, выполненными именно так, как требует этот закон!
Да, термохимикам не позавидуешь. Исследуется какая-нибудь новенькая реакция и по-хорошему все справочники надо переписывать заново. А число реакций всё множится и множится… В этой адовой работе задействованы целые научно-исследовательские институты! Всё уточняют и уточняют, всё перечитывают и пересчитывают… и конца-края не видно. Вот так оно и «считается твёрдо установленным». Каким цифрам можно доверять в современных справочниках термодинамических величин – этого никто не знает.
Вот уж не от хорошей жизни допустили температурные зависимости теплоёмкостей, но жизнь от этого лучше не стала. Причём, ладно бы термохимики мучились сами. Нет, они щедро поделились со специалистами по молекулярно-кинетической теории. В этой теории есть закон о равнораспределении энергии по степеням свободы. На каждую механическую степень свободы приходится энергия kT/2, где k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Отсюда следует, что энергия теплового движения молекул некоторого количества газа зависит только от температуры, будучи ей прямо пропорциональна. А теплоёмкость есть производная от тепловой энергии по температуре, и в данном случае теплоёмкость, очевидно, должна быть железобетонной константой.
Фиг вам! Незаметно подкрадываются термохимики и огорошивают: не всё так просто, ибо температурные зависимости теплоёмкостей им нужны позарез. Мол, делайте, что хотите, но через день – родите! Ну, давайте внимательно посмотрим на это выражение для теплоёмкости, в которое, кроме постоянной Больцмана, входят сомножителями число молекул нашей порции газа и число степеней свободы у молекулы. Что из них может зависеть от температуры? Не постоянная же Больцмана! И не число молекул. Может от температуры зависит число степеней свободы у молекулы? Было три, а потом при определённой температуре – опа! – и стало четыре! Нет, так тоже не пойдёт. Термохимикам надобно, чтобы теплоёмкость изменялась не скачками, а плавно, проходя все промежуточные значения. Представляете p степеней свободы у молекулы!
В этом месте классическая молекулярно-кинетическая теория потеряла дар речи и, как обычно в таких ситуациях, помогла квантовая механика. Рост теплоёмкости водорода при увеличении температуры теоретики объяснили вот как. У молекул водорода, мол, спины ядер либо параллельны (это т.н. ортоводород), либо антипараллельны (это т.н. параводород). Теплоёмкости ортоводорода и параводорода, мол, разные, а процентное соотношение того и другого плавно изменяется с температурой. Вот вам и плавная температурная зависимость теплоёмкости их смеси. Допустим, что это так. Но что же вы, теоретики, случаем водорода ограничились? Фантазия заглохла, что ли? Так и быть, подскажем. Вводите ортоциклогексан и парациклогексан, ортодиметилбензол и парадиметилбензол – и так далее, по всей химической номенклатуре.
Чем физики обеспечили себе все эти приключения? А вот чем: непоколебимой верой в то, что причиной тепловых эффектов химических реакций являются изменения энергий химических связей у исходных и конечных веществ. Нашли, во что верить! Учит их жизнь, учит – всё больше фактов против этой веры появляется! А они заладили, как дятлы: «Наша вера правая! Мы ошибаться не могём! А факты нам – по фиг!» И опять за своё: тепло при реакции выделяется потому, мол, что молекулы продуктов связаны сильнее, чем молекулы реагентов. Эта реакция идёт потому, мол, что ей идти выгодно: увеличение энергии связей означает скатывание в энергетическую ямочку! Да неужели? Тогда реакция с поглощением тепла идёт потому, что ей идти невыгодно, ведь уменьшение энергии связей означает закатывание на энергетический пригорочек!
Да уж, экономическими понятиями тут не обойтись… И потом, бывают ведь «выгодные» реакции, при которых не происходит простого «скатывания в энергетическую ямочку». Сначала нужно разорвать связи в реагентах, а они тоже имеют запас устойчивости. Т.е. следует сначала закатиться на пригорочек, а уже потом можно скатиться в ямочку. Вот оно, озаренье-просветленье! Если новая ямочка глубже прежней, тепло, мол, выделяется! А если мельче, наоборот, поглощается! Выгодно или невыгодно, на это уже наплевать, поскольку всё свелось к чистой арифметике.
Чтобы закрепить этот продвиг, сделали вот что. Энергию, соответствующую тому самому пригорочку, через который переваливает реакция, назвали энергией активации. И идеологию насадили: в реакцию вступают не абы какие сблизившиеся молекулы, а только самые достойные, которые имеют подходящую энергию активации. А берётся она, например, из-за теплового движения. Молекулы реагентов вмазываются друг в друга так, что получается «активированный комплекс», а распадается он уже на новые молекулы, на продукты.
Но при энергии активации в несколько эВ как же идут реакции при комнатной температуре, когда средняя энергия теплового движения молекулы составляет несколько сотых эВ? Нам поясняют, что при этом в реакцию вступают лишь самые быстрые молекулы. О, как! А что же вы скажете про реакции, которые идут до конца, при которых реагенты полностью превращаются в продукты? Специалисты и здесь нашли мудрое решение: ничего не говорить про такие реакции, т.е. помалкивать.
Тогда уж пусть заодно помалкивают про то, куда они со стыда девают концепцию энергии активации при описании химических равновесий. Речь о таком динамическом состоянии системы, при котором количества элементарных актов прямой и обратной реакций одинаковы, а температура и давление в системе остаются постоянными. Заметим, здесь исходникам реакции, идущей с выделением тепла, проще «забраться на пригорочек» энергии активации, чем исходникам реакции, идущей с поглощением тепла. Поэтому при конкретной температуре равенство скоростей прямой и обратной реакций было бы возможно лишь когда количество исходников реакции с поглощением тепла больше количества исходников реакции с выделением тепла. Но бывает и наоборот. Например, равновесия при промышленном синтезе аммиака из азота и водорода. Только это не отражается на трогательных рассуждениях физхимиков насчёт управления скоростями химических реакций: «Чтобы повысилась скорость реакции, надо снизить энергию активации!» Видите, в рифму даже. Правда, рифма-то есть, а смысла нету. Ибо, если сказать: «надо, чтобы маленькие зелёные человечки шустрее забегали», смысла будет столько же.
И всё это из-за концепции о тепловых эффектах химических реакций, как результатах приращений энергии химических связей. Больше этим тепловым эффектам, как полагают, браться неоткуда. Тепло при горении дров, бензина и напалма, при взрыве гремучего газа и детонации тринитротолуола – всё это, мол, благодаря тому, что энергии химических связей у конечных веществ больше, чем у исходных. Кстати, определение теплот сгорания является одним из важнейших методов нахождения энергий химических связей. Поэтому, если кто попробует проверить по справочникам, соответствует ли теплота сгорания того или иного вещества балансу энергий химических связей у исходников и продуктов горения, то будьте спокойны: соответствие там гарантировано. Работали профессионалы!
Обращаемся к этим профессионалам. Возьмите случай простой двухатомной молекулы с одинарной химической связью. Говорить об энергии этой связи физически бессмысленно, потому что её величина в любом состоянии молекулы оказывается многозначной. Вот у атомов, там всё без дураков, энергия связи однозначна. Если из текущего состояния атом ионизируется при возбуждении, скажем, на 10 эВ, то он ионизируется и при любой большей энергии возбуждения. А у молекул – всё по-другому. Скажем, молекула из основного состояния диссоциирует при энергии возбуждения в 4 эВ. При больших энергиях возбуждения она тоже диссоциирует, но эта полоса диссоциации имеет конечную ширину, скажем, от 4 до 4.5 эВ. А выше – вот те на! – начинается новая полоса стабильности. А ещё выше – новая полоса диссоциации. И так – восемь раз! Молекула, которая диссоциирует при энергии возбуждения 4 эВ, не диссоциирует при энергии возбуждения 21 эВ. И это не предел. Так какова там у неё энергия химической связи: 4 или 22 эВ? Вопрос не для слабонервных.
Профессионалы отказываются в это верить. А когда убеждаются в том, что всё так и есть, у них начинается истерика. Потому что все их замечательно подогнанные тепловые балансы идут псу под хвост. Разностями энергий химических связей, оказывается, не объяснить тепловые эффекты химических реакций.
А вот нас это нисколько не смущает. Мы-то полагаем, что молекулярные спектры поглощения-излучения не имеют никакого отношения к энергиям химических связей, и по весьма простой причине: энергии химических связей, как отдельной формы энергии, не существует. Конечно, молекулы имеют запас устойчивости, которую обеспечивает циклический процесс химической связи. Но между молекулярными и атомарными структурами имеется принципиальное различие. Набор стабильных атомов весьма ограничен, а стабильные молекулы могут быть какие угодно; позволяли бы физические параметры окружающей среды.
Почему это так? Да вот же: ядерные и атомарные структуры напрямую формируются структуро-образующими алгоритмами, которые превращают в энергию связи часть собственных энергий, т.е. масс, связуемых частиц (оттого и дефект масс получается). А образование молекул пущено на самотёк, и энергия на их связи не предусмотрена. При образовании структуры, имеющей энергию связи, соответствующая энергия «выделяется». Например, при рекомбинации атома излучается свет. А при образовании молекулы ничего подобного не происходит. Правда-правда! Бывает конечно, что в результате химической реакции тот или иной продукт оказывается возбуждён – и скромно высвечивается. Но это – совсем другое!
Видите, как стройно получается. Энергии химических связей не существует, поэтому не страшно, что через энергии химических связей не объяснить тепловые эффекты, которые, в свою очередь, оказываются не выделениями-поглощениями тепла, а увеличениями-уменьшениями температуры… Остаётся чуть-чуть: пояснить, откуда эти увеличения-уменьшения температуры берутся.
Легко! Только следует говорить о двух классах реакций с тепловыми эффектами.
Во-первых, есть реакции с малым тепловым выходом. Они как правило обратимы. И если при прямой реакции температура увеличивается, то при обратной она уменьшается, так что возможно термодинамическое равновесие между прямой и обратной реакциями, когда температура смеси остаётся постоянной.
Во-вторых, есть реакции с большим тепловым выходом, в частности, реакции горения. Они необратимы: здесь не бывает равновесий между прямой и обратной реакциями, причём при обратной реакции не происходит эквивалентого понижения температуры. Термодинамика уже отчаялась объяснить эту загадку природы, почему реакции с малым тепловым выходом обратимы, а реакции горения – нет. А оно так просто: причины тепловых эффектов у этих двух классов реакций разные!
Что касается реакций с малым тепловым выходом, то, наблюдая метаморфозы неодушевлённого вещества, мы видим, что в результате реакций синтеза типа А+В→АВ обычно происходит повышение температуры в зоне реакции, а в результате реакций распада, типа АВ→А+В, обычно происходит понижение температуры в зоне реакции.
Пусть в закрытом сосуде находится смесь двух одноатомных газов, и пусть имеет место термодинамическое равновесие, при котором мощность, передаваемая стенкам сосуда при ударах по ним молекул газов, имеет некоторое определённое значение. Пусть в смеси газов начинается реакция синтеза, в ходе которой, очевидно, концентрация молекул уменьшается. Если при этом средняя кинетическая энергия молекул газов осталась бы прежней, то поток мощности от газов к стенкам уменьшился бы, и исходное равновесие нарушилось бы.
На этот случай принцип Ле Шателье гласит: «если первоначальные условия, при которых система находится в состоянии равновесия, изменяются, то равновесие смещается в направлении, способствующем восстановлению первоначальных условий». Т.е. для восстановления первоначального потока мощности от газов к стенкам средняя кинетическая энергия молекул газов должна возрастать, что и означает повышение температуры.
Как мы помним, для такого повышения температуры не требуется внешнее воздействие, поскольку прирост кинетической энергии молекул обеспечивается за счёт их собственных ресурсов, т.е. за счёт перераспределения в сопряжённой паре энергий. Аналогично, в результате реакции распада температура содержимого сосуда должна понизиться. Теоретически полному превращению одноатомного газа в двухатомный соответствует увеличение его абсолютной температуры вдвое, а полному превращению двухатомного газа в одноатомный соответствует уменьшение его абсолютной температуры вдвое. Но это – идеализация; реальные тепловые эффекты значительно меньше. Вот примерно так!
Что же касается реакций горения – о-о-о, это нечто! В школе детям показывают опыт: в разрыв цепи постоянного тока вносится пламя спиртовки, и амперметр откликается, показывая появление слабого тока в цепи. «Это потому, – объясняют детям, – что из-за высокой температуры пламени в нём появляется некоторое количество ионов, которые и обеспечивают прохождение электрического тока». Дети хорошо усваивают: высокая температура пламени первична, а ионы вторичны. Поэтому стратегия тушения пожаров до сих пор какая? Сбить температуру, и всё остальное приложится! А вот изобретатель Дудышев, наверное, прогулял тот урок, где показывали опыт с пламенем спиртовки… Короче, высоковольтными импульсами, подаваемыми на электроды, он за миллисекунды гасит пламя, с которым огнетушителем чикаются полминуты. На что в пламени действует высоковольтный импульс? На ионы, конечно! А почему же при воздействии на ионы пламя гасится? Небось ионы там главные! Небось ионы первичны, а высокая температура – вторична!
Ну, дяденьки, обхохочешься с вами. Вы не догадывались о том, что ионы при своём движении повышают температуру среды? А чем же, по-вашему, занимается заряженная частица, движущаяся в веществе? Напомним, такие частицы вы удачно называете «ионизирующими». Правда, ионизируют они лишь часть из тех, кто попадается им на пути, а остальных только возбуждают. Но ионизация и возбуждение – это прямые свидетельства о повышении температуры! Не так ли?
А может вы не знаете про то, что ионов в пламенах гораздо больше тех количеств, которые могла бы обеспечить температура пламени? Вот же Семёнов привёл кучу фактов о том, что реакции горения происходят не через занюханные «активированные комплексы», а через ряд промежуточных радикалов: «Кондратьев и его сотрудники… показали, что в пламенах водорода при низких давлениях… где температуру пламени по желанию можно варьировать от 600 до 800оС, присутствуют сравнительно очень большие концентрации радикалов ОН… Регистрация радикалов производилась методом спектров поглощения… концентрация ОН в сотни тысяч раз превышает термодинамически равновесные его значения при температурах пламён Кондратьева. Это доказывает, что ОН появляется в результате самой химической реакции, а не термической диссоциации».
Нам возражали, что речь шла о нейтральных радикалах ОН. Ишь, чего придумали! Тогда и радикал Н, которого столько же, сколько и ОН, был бы не ионом, а нейтральным атомом водорода. И тогда через спектр поглощения было бы проще определять концентрацию именно атомарного водорода: его линии сильны, надёжно идентифицируемы, и, в отличие от молекулярных линий, не подвержены влиянию температуры, давления и наличия примесей. Но нет, отчего-то исследователи работали именно с линиями ОН. Трудности любили, что ли?
И вообще, пламя – это плазма или нет?! Если оно плазма, а не только плазмой называется, значит ионы там непременно есть. А какие ионы доминируют в водородном пламени, если не ионы Н и ОН? Или этот вопрос ещё недостаточно изучен?
Как ни крути, а выходит, что лишь самые первые ионы порождаются высокой температурой, но далее именно ионы поддерживают пламя. Температура воспламенения – это такая температура, при которой становится возможен самоподдерживающийся процесс продуцирования ионов, в условиях действующих механизмов «отвода тепла» и обрывов цепей реакции. И причиной высокой температуры пламени является конечно не упрочение энергии химических связей. Главной причиной оказывается наличие достаточного количества ионов, движение которых греет среду. Здесь кстати и разгадка того, почему не бывает равновесия между реакцией горения и обратной к ней реакцией «с поглощением тепла». Промежуточные продукты реакции, ионы, при своём движении могут только нагревать среду, но не могут охлаждать её.
Напрашивается недоумённый вопрос: «А каков же тогда физический смысл у теплоты сгорания топлива?» Если раньше этот смысл был совершенно прозрачен: это, мол, разность энергий соответствующих химических связей, то теперь этот смысл теряется в дыму продуктов горения… Вот не надо с больной-то головы на здоровую! Этот смысл не был прозрачен, ибо для его прозрачности требовалась, как минимум, однозначность энергий химических связей. Но выше уже говорилось, почему об этой однозначности не может быть и речи.
А смысл теплоты сгорания топлива очень прост. Одно и то же топливо можно сжигать очень по-разному. И, чем эффективнее ионы будут работать как нагреватели, тем больше будет выход тепла. Вот почему теплота сгорания является принципиально «плавающей», зависящей от условий горения. На это теоретики пустили в оборот фальшивку, отвлекающую внимание на «неполное сгорание топлива». Теплота сгорания, она, мол, в справочниках даётся для полного сгорания. Если у вас тепловыход получается меньше, значит у вас неполное сгорание. Диагноз окончательный и обжалованию не подлежит! Да, но иногда тепловыход получается и больше! Это стало быть как, сверхсгорание, что ли? О, нет, всё проще! Это значит, что в справочниках была величина всё-таки для неполного сгорания, сейчас всё быстренько подкорректируют. Жгите дальше!
5.6. Горение, взрыв и детонация. В чём разница?
Этот на редкость диалектический подход кажется совершенно непотопляемым. Одного лишь боятся теоретики: чтобы кто-нибудь не догадался, что этот их подход совершенно бессилен объяснить, отчего одно и то же вещество может либо гореть, либо взрываться, либо детонировать.
Ну, положим, взрыв – это тоже горение, только при особо благоприятных условиях. Взрыв – это цепная реакция горения, когда большинство цепей реакции не обрывается, а развивается. При взрыве, как показывают эксперименты, по гремучей смеси проходит ударная волна, которую гонит перед собой зона химической реакции. Детонация же внешне проявляется как гораздо более быстрый взрыв, но полагают, что качественных отличий между ними нет. Детонационную волну рассматривают как «комплекс, состоящий из ударной волны и зоны химической реакции, тепловыделение в которой поддерживает ударный фронт».
Просто дух захватывает: в конденсированном взрывчатом веществе при скорости ударного фронта в 2 км/с скорость детонационного фронта может составлять 9 км/с и более. Причём в одном и том же образце регистрируется динамика сразу обоих этих фронтов, чем наглядно демонстрируется их различная природа. А нам до сих пор втюхивают, что при горении, взрыве и детонации происходит одна и та же химическая реакция.
Дяденьки, возьмите в левую руку маленький брикетик тротила. Пламенем спички его можно поджечь, и он будет безобидно гореть. А от малейшей искры он сдетонирует – мало не покажется. И это – одна и та же химическая реакция? А разница в их протекании чем обусловлена? Тем, что в случае детонации условия для реакции ещё благоприятнее, чем при взрыве, т.е. эти условия не просто благоприятные, а охренительно благоприятные? Но ведь, ёлы-палы, брикетик-то один и тот же! В чём конкретно разница по благоприятности, дающая либо горение, либо детонацию? Да вот в чём эта разница: в грамотно подобранных коэффициентах в уравнениях, чтобы скорость фронта реакции составляла в первом случае миллиметры в секунду, а во втором – в миллион раз больше. Главное, чтобы теория согласовывалась с опытом!
Говорит эта теория: детонационная волна быстрее ударной, потому что в зоне химической реакции, соответственно, температура и давление выше. Ужас… Контуженые эти теоретики, что ли: какая там может быть температура вообще? Температура имеет смысл для равновесных состояний, а взрывные процессы протекают так быстро, что о тепловом равновесии не может быть и речи. Речь может быть вот о чём: при увеличении температуры и давления в приготовленном образце взрывчатого вещества скорость ударного фронта в нём заметно увеличивается. Но скорость детонационного фронта остаётся постоянной, будучи характеристической величиной для того или иного взрывчатого вещества!
Но и эти факты не помогли бравым Зельдовичам-Станюковичам сообразить, что ударный и детонационный фронты – это принципиально разные феномены. Кстати, что они называют детонационным фронтом? Это же шутка: детонация вовсе не проходит последовательно по всему объёму образца взрывчатого вещества, начиная от места инициирования. Детонация может начинаться на некотором расстоянии от места инициирования и может развиваться не только в прямом направлении, но и в обратном. Скоростная киносъёмка показывает, что очаги детонации «появляются совершенно произвольно во времени и в пространстве»!
Но нашим бравым теоретикам хоть кол на голове теши! Зациклились они на «химической реакции и выделяющемся при ней тепле». Без этой мантры они уже шагу ступить не могут. А ведь проводились изящные опыты со специально синтезированным взрывчатым веществом, в молекулы которого, помимо нитрогрупп, входили группы СО и СО2 с углеродными и кислородными изотопными метками. Эти группы СО и СО2 являлись готовыми продуктами «реакции самоокисления», в результате которой изотопные метки так и остались бы в них. Но для всех продуктов детонации, содержавших углерод и кислород, процентные содержания изотопных меток оказались одинаковы и равны их процентным содержаниям в исходном взрывчатом веществе. Был сделан логичный вывод о том, что «все связи в исходной молекуле оказываются разорваны при детонации», и что продукты детонации должны получаться в результате произвольной рекомбинации свободных атомов. Вон оно как бабахает-то! Полный развал на атомы и последующая свободная рекомбинация – это, мягко говоря, не совсем химическая реакция, правда?
Вот нам подсказывают: детонация – это цепной процесс развала специфических молекул, причём новые развалы вызываются резонансными электронами, вылетевшими при предыдущих развалах. Сразу многое становится на свои места. Сразу возникло подозрение, что «детонационный фронт» должен сопровождаться импульсом отрицательного электричества. И это подтвердилось на опыте! Другое подозрение, что на детонацию должны влиять электрические и магнитные поля, ещё ждёт своих исследователей.
5.7. Об энергии ядерного распада. О работе Солнца.
Ну, вот, не забыли мы ни про паровые машины, ни про горение, ни про детонацию. Надо сказать про ещё один источник тепла – в ядерных установках. Хорошо известно, что используемая там энергия деления тяжёлых ядер – это кинетическая энергия их осколков. Но каково её происхождение? Тут ядерщики, сияя от гордости, заявят: в кинетическую энергию осколков превращается разность дефектов масс у исходного ядра и осколков!
От умиления прослезиться можно, если не знать, что у ядерщиков до сих пор нет модели, объясняющей хотя бы основные свойства ядер (см. «Фокусы-покусы квантовой теории»), и что ядерщики до сих пор не понимают, с чего получается этот самый дефект масс. Да чего греха таить, ядерщики не понимают и того, почему собственно тяжёлые ядра делятся. Это потому, мол, что им делиться энергетически выгодно. Дяденьки, если тяжёлым ядрам было бы делиться выгодно, разве они моментально не поделились бы к чёртовой матери? Чегой-то они не делятся, а терпеливо ждут, когда прилетит тепловой нейтрончик. Вот тут-то глазом моргнуть не успеешь, вместо ядра уже разлетающиеся осколки.
Опять же, почему нейтрончик именно тепловой? Почему нейтрон с энергией в несколько МэВ только возбуждает ядро, а нейтрон с энергией в несколько сотых эВ вызывает немедленный развал ядра? Зубодробительные удары ядро переносит играючи, а от щекотки загибается? Молчит наука… Вы же, дяденьки, понятия не имеете о том, как работает атомная бомба. Когда вы наконец скажете нам правду: кто растолковал вам, как эту бомбу сделать?
Между прочим, по модели, которая даёт ответы на вышеперечисленные вопросы, получается, что если энергию связи, приходящуюся на один нуклон, считать честно, то никакой её разницы для тяжёлых ядер и их осколков нет. Никакой энергетической выгодности для развала на осколки! А разваливается тяжёлое ядро оттого, что при попадании в него теплового нейтрона связи в ядре рассыпаются не из-за грубого силового воздействия, а из-за нарушения синхронизма их переключений, обеспечивающих динамическую структуру ядра. При делении ядра на два осколка аварийно рассыпаются те связи, которые сцепляли эти осколки в исходном ядре. Возникает нештатная ситуация, при которой собственные энергии (т.е. массы) нуклонов уменьшены на величину энергии ядерных связей, но самих этих связей уже нет. Эта нештатная ситуация немедленно исправляется: собственные энергии нуклонов остаются как есть, а бывшие энергии распавшихся связей превращаются в кинетическую энергию нуклонов. И в конечном счёте – в кинетическую энергию осколков ядра.
То есть, кинетическая энергия осколков ядра – это бывшая энергия ядерных связей, удерживавших эти осколки в исходном ядре. Это подтверждают не только элементарные расчёты, но и малоизвестный факт независимости кинетической энергии осколков от силы воздействия, вызывающего деление ядра. Так, при инициировании деления ядер урана протонами с энергией 450 МэВ кинетическая энергия осколков составляла 163 МэВ, т.е. столько же, сколько и при инициировании тепловыми нейтронами!
Заметим, что этот принцип (превращение в кинетическую энергию бывшей энергии связей при нештатном отрубании этих связей) можно использовать не только в случаях, когда количество отрубаемых связей ограничено, так что результатом является всего-то распад ядра на жалкие два осколка. Этот принцип можно использовать с гораздо большим размахом, дающем в результате тотальный развал вещества на протоны, нейтроны и электроны. При этом вся бывшая энергия связей этих частиц превратится в кинетическую энергию их разлёта. А это всё теплотища в чистом виде! Ух, как припекать-то будет! Говорят вон, что Солнышко именно так и работает, без всяких сказочек про термоядерные реакции (про которые с самого начала их изучения отлично известно, что они принципиально не идут; см. «Фокусы-покусы квантовой теории»).
То есть, чтобы Солнышко светило и грело, нужно сделать что? А вот что. Сначала нужно сформировать солнечное тяготение (см. «Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения»), которое тянуло бы вещество к центру этой области. А затем, когда вещества там соберётся достаточно, нужно «включить» солнечный реактор, для чего в центральной шаровой области нужно всего лишь заблокировать действие структуро-образующих алгоритмов, благодаря которым существуют атомные и ядерные структуры. Вещество, из-за действия тяготения попадающее в эту шаровую область, т.е. в рабочий объём реактора, будет разваливаться там на протоны, нейтроны и электроны, которые, приобретя в результате этого развала неслабую кинетическую энергию, будут разлетаться по белу светушку.
Кстати, откуда он берётся, бел светушек? Это совсем просто. В равновесном режиме работы Солнышка, поток вещества, падающего в него из-за действия тяготения, скомпенсирован встречным потоком протонов, нейтронов и электронов, которые прут из рабочего объёма реактора. Есть шаровой слой, в пределах которого эти встречные потоки эффективно схлёстываются, отчего атомы и ионы, падающие в Солнце, ударно возбуждаются и высвечиваются, давая сплошной спектр, т.е. белый свет. Вот она какая, фотосфера-то!
Эта, казалось бы, примитивная модель не только одним махом устраняет кучу проблем, в которых запутались ортодоксы, но и имеет очевидные опытные подтверждения. Так, имеет место и падение вещества на Солнце (по-научному это называется «аккреция», чтобы публика ни о чём таком не догадалась), имеет место и разлёт субатомных частиц из Солнца (по-научному это называется «солнечный ветер», тоже ради публики).
Причём мощность излучения Солнца неплохо соответствует интенсивности солнечного ветра, если считать, что каждый протон и нейтрон, освобождаемые в солнечном реакторе, приобретают среднюю кинетическую энергию 6 МэВ. Может это совпадение объяснить термоядерная концепция? Да нет, у неё толстая кишка тонка. Вы эту термоядерную концепцию зовите, когда нужно насмешить публику – вот тут эта концепция не подкачает. Она же впаривает нам, что топливом для термоядерных реакций являются протоны. А мы видим, что протоны являются не топливом, а конечным продуктом, ведь они вылетают из Солнца в чудовищных количествах! Или, пардон, термоядерный реактор не может работать, не разбрызгивая топливо в мировое пространство? Ну тогда «Токамаки» так никогда и не заработают. Ни за какие деньги! Ведь в «Токамаках» это разбрызгивание топлива категорически не предусмотрено!
5.8. Энергия живых организмов.
На этом можно закончить наш рассказик про теплоту. Нас могут упрекнуть в том, что мы плохо раскрыли тему, например, ни разу не использовали такое смачное слово, как «энтропия». Извините, мы без неприличных слов обходимся. Всем не угодишь: кому-то нужно непременно картинку нарисовать, а до кого-то доходят лишь матерные выражения. Как смогли мы, так и рассказали, уж не обессудьте.
А тем, кто думают, что могут что-то объяснить с помощью энтропии, хорошо бы вспомнить про казахстанских сайгаков, да и про всю остальную одушевлённую живность. В их организмах весело трепыхаются такие биомолекулы, которые принципиально неустойчивы в неодушевлённой обстановке. В их организмах протекают такие биохимические реакции, в такую сторону и с такой бешеной скоростью, которые совершенно невозможны в неодушевлённой обстановке.
Всё это настолько ужасно противоречит термодинамике с её жалкими «началами», что академики всерьёз обсуждали вопрос о том, что в живых организмах понятие энтропии работает с точностью до наоборот. И, чтобы термодинамика была и здесь справедлива, следует говорить не об энтропии, а об отрицательной энтропии (негэнтропии, как они выражались). Ну, потрындели, и чего? Помогла вам энтропия с негэнтропией в обнимку понять, откуда берётся энергия на работу мышц, если она берётся не из энергии химических связей съеденной пищи?
А вот Николаевский, говоря «Об энергетике мышц. О дыхании», поясняет, как мышцы работают. Секрет – в дополнительном управлении, которым охвачено одушевлённое вещество по сравнению с неодушевлённым. Получается так. В мышечном цикле использованы две биохимические реакции: множественные присоединения кислорода к длинным мышечным молекулам, отчего эти молекулы укорачиваются, и обратное отсоединение кислорода, в результате которого восстанавливается исходная длина мышечных молекул. Для обеспечения единогласного срабатывания либо той, либо другой из этих реакций, молекулы мышечных волокон переключают в одно из двух активных состояний.
В первом из этих состояний создаются идеальные условия для реакции множественного присоединения кислорода, который доставляется с кровотоком. Во втором из этих состояний присоединённый кислород «отваливается», связываясь с углеродом, поставщиком которого являются молекулы углеводов, и затем этот кислород, в составе углекислого газа, удаляется с кровотоком, освобождая место для новой порции кислорода.
Спрашивается, ведь атомы в одушевлённом организме точно такие же, как и в неодушевлённом веществе! Что же может в них «переключаться»? Похоже, это совсем просто: у них переключаются конфигурации направленных валентностей. Академики не понимают, как такое может быть. Да они не понимают и того, чем внешние валентные электроны отличаются от внешних невалентных, а значит они не понимают и того, что такое химическая связь вообще.
Но зачем нам равняться на академиков? Будем равняться на тех, кто отвечает на интересные вопросы! Если благодаря автоматическим переключениям направленных валентностей существуют динамические структуры металлов и воды, то, управляя конфигурациями направленных валентностей в специально разработанных биомолекулах, можно вытворять что угодно!
Эх, Термодинамика! Прости, милая!..
6. Жмурки с электричеством.
«Повсеместная работа электрических установок и приборов была бы невозможна без глубокого научного понимания природы электричества.»
(Из сборника «Шутки больших учёных»)
В некотором царстве, в некотором государстве, долбил себе по клавишам один скромный программист. Звали его Вася Пупкин или, там, Билли Сукинсон. Долго ли, коротко ли он долбил, но вот однажды компилятор выдал добро на программку, которая рисовала на экране монитора синие и красные шарики. Тучи синих и красных шариков. Да не простых, а с заданными свойствами.
Свойства шарики имели:
Танцевать они умели!
Только танцы шли не сами,
А по заданной программе.
И программа та была
Остроумна, весела!
Чтобы начались эти весёлые танцы, требовалось, например, сгруппировать шарики на экране так, чтобы в одном месте доминировали синие, а в другом – красные. После чего «отпустить» их, предоставив «самим себе». И, мама дорогая, шарики начинали двигаться так, чтобы выровнять количества синего и красного цветов на всех местах экрана. У тех, кто наблюдал это дивное зрелище, создавалось впечатление, что шарики разного цвета притягиваются друг к другу, а шарики одинакового цвета – отталкиваются друг от друга.
Но это ещё не всё! Можно было принудительно организовать коллективное движение шариков одного цвета, например, вдоль некоторой замкнутой кривой. И, мама дорогая, соседние шарики, предоставленные «самим себе», старались по возможности компенсировать этот принудительный поток цвета. Если принудительно двигались синие шарики, то свободные красные шарики искривляли своё движение так, чтобы двигаться в попутном направлении с синим потоком, а свободные синие шарики – наоборот, во встречном. Создавалось впечатление, что, помимо действия покоящихся шариков друг на друга, движущиеся шарики тоже действуют друг на друга. Всё логично: если статическое действие стремится устранить статическое разделение синего и красного цветов, то динамическое действие стремится компенсировать потоки синего или красного цвета.
И вот, на одном Терминале сидел Дремучий пользователь. Увидел он эти танцующие шарики, и чуть не тронулся. Играл, играл, и всё не мог наиграться. Видя только монитор и не подозревая о том, что танцы шариков обеспечиваются программой, Дремучий пользователь глубоко убедился в том, что свойства действовать друг на друга присущи самим шарикам. Имея незаурядный пытливый ум, Дремучий пользователь стал придумывать, что же это за свойства у шариков, которые порождают силы, заставляющие шарики танцевать. Из кожи вон лез этот пользователь. Напрягал свой незаурядный пытливый ум – до пара из ушей.
Да толку-то? Жаль беднягу, зря старался. Не в свойствах шариков было дело. Из свойств у шариков был лишь цвет – синий или красный. Но это свойство не порождало никаких сил. Наличие цвета у шарика было лишь знаком для программы, которая синими шариками рулила так, а красными – этак.
Если в этой байке под «синим и красным цветом» разуметь «отрицательный и положительный электрический заряд», а под Дремучим пользователем – ортодоксальную физическую науку, то сегодняшний уровень понимания этой наукой природы электрического заряда окажется обрисован точь-в-точь.
Неспроста авторы учебников по электричеству ловко уходят от вопроса о том, что такое электрический заряд. «Вообще говоря, это – количество электричества», – поясняют нам. Класс! А электричество – это что? Вообще говоря, электричество – это и есть электрические заряды, да? Впрочем, авторы учебников дают одну наводку: заряд – это свойство, порождающее взаимодействие зарядов на расстоянии. А если их спросить: «А порождающее как?», – то они с облегчением разъясняют: «А так, как описывают наши замечательные математические формулы! Идите, дети, учите мат-часть!»
Хотя, с некоторых пор детям стали давать подсказочку: заряды, мол, не просто действуют друг на друга на расстоянии. Заряд, он якобы создаёт электромагнитное поле, а уже оно-то действует на заряды. Как физически «создаёт», как «действует» – это опять же большой-большой секрет. «Привыкайте довольствоваться малым, – поучают детей, – и полностью удовлетворяться одной лишь красотой математического аппарата!»
6.1. Немного истории.
Этот высоконаучный подход с железобетонно расставленными приоритетами процветал не всегда. Фарадею и Максвеллу, например, пришлось работать в атмосфере дикого разгула плюрализма. Любое новое научное слово вполне типично отзывалось: быстренько находились деятели, которые начинали гнуть прямо противоположную линию. Стоило кому-то заикнуться о том, что носителями электричества являются частицы вещества, как тут же лезли умники с претензиями на то, что электричество – это независимый от вещества флюид (невесомая жидкость). Этот флюид якобы способен втекать в кусок вещества и с не меньшим успехом вытекать из него. Электричество одного знака, мол, от избытка этого флюида, а электричество другого знака – от недостатка.
Ещё более продвинутые специалисты толковали не об одном флюиде, а сразу о двух – по числу типов электричества. И стоило кому-то вдохновиться идеей электрических флюидов и начать строить их физическую модель, как тут же подавали голос сторонники чисто описательного подхода, избегавшие физических гипотез. Имеем, мол, математический инструмент для расчётов, и хорошо, а сверх этого, мол, не надо ля-ля.
Идя навстречу этим описателям, поднимали свои флаги фанаты концепции о том, что наэлектризованные тела действуют друг на друга на расстоянии непосредственно – чисто-конкретно математически. Но тут же раздавались ехидные замечания о том, что «это – не по-физически», что для взаимодействия наэлектризованных тел на расстоянии непременно нужен посредник. Физическая модель этого посредника – чёрт с ней, обойдёмся и без неё, но сам посредник нужен позарез! Иначе – «не по-физически»! Весь этот раздрай, что особенно пикантно, шёл ещё и по национальному признаку. Британские учёные тузили немецких, уворачиваясь при этом от пинков своих французских коллег. Потери из-за «дружественного огня» были огромны.
Стыдно сказать, такой бардак назывался у них наукой. Это явно по чьему-то недосмотру. Вот сейчас в науке наведён тотальный порядок. То, что одобрено Министерством просвещения, то и наука, а всё остальное – это лженаука. Сегодня даже девочки с улицы могут при желании отличить известного учёного от известного лжеучёного.
Знал бы Максвелл, что всё так будет! Знал бы он, как обойдутся с его теорией благодарные потомки! Эти потомки так и заявляют: Максвелл, мол, создал основу теории электромагнитного поля! Дяденьки, да вы читали «Трактат об электричестве» Максвелла? Вот же он там пишет: «Электрическое поле – это часть пространства в окрестностях наэлектризованных тел, рассматриваемая с точки зрения электрических явлений. Она может быть занята воздухом… или это может быть так называемый вакуум, из которого удалили всякое вещество…» Как в сельском хозяйстве поле – это участок земной поверхности, так и у Максвелла поле – это участок пространства. Т.е. Максвелл вкладывал в понятие «поле» чисто геометрический смысл.
Максвеллу даже в страшном сне не могло присниться, что участок пространства может быть физической реальностью и обладать физическими свойствами. Знаменитые уравнения Максвелла – это вовсе не уравнения поля, это чисто формальные выражения для расчёта взаимодействий зарядов. Поэтому никакой физической модели поля у Максвелла не было, да и быть не могло.
Лишь в самом конце «Трактата» он добавил пару условно-пророческих слов: похоже, всё-таки существует некая среда в пространстве между электрическими зарядами, и через неё-то, мол, заряды могут взаимодействовать. Тогда возможно полученные выше уравнения сгодятся для описания этой среды…
О, они сгодились, да ещё как! Великий Лорентц построил потрясающую физическую модель эфира. Механические натяжения и вихри в эфире подчинялись уравнениям Максвелла. Даже электроны Лорентц рассматривал как «местные модификации в состоянии эфира», подчиняющиеся тем же уравнениям! Эта теория была единственная, которая объясняла все известные на то время явления в оптике, электромагнетизме и теплоте!
Но вскоре с подачи Эйнштейна эфир из физики выкинули: он ему мешал страшно. Что это – конец для теории поля? Да как посмотреть! Физически это конец и был. А математически – это было только начало! Ведь уравнения Максвелла из физики выкидывать не стали, потому что на них и держалось всё то, что называлось эйнштейновским «принципом относительности». Вот и канонизировали Максвелла как светоча, который записал не абы что, а уравнения поля. Максвелл от такой канонизации небось в гробу перевернулся, ведь теперь о поле говорили не как об участке пространства, а как о физической реальности!
Нет, окосеть можно, следя за зигзагами эволюции понятий в фундаментальной физике! Максвелл дал чисто математический инструмент для расчётов взаимодействий зарядов. Лорентц офизичил этот подход на основе модели эфира. Затем эфир, носитель физичности в данном вопросе, устраняют. И опять оставляют голые уравнения Максвелла. Но теперь, словно глаза продрамши, усматривают в этих уравнениях великий физический смысл. Они, дескать, описывают поле, как физическую реальность!
Ладно, описывали бы хорошо. Так ведь нет! Вот из уравнений Максвелла строго следует, что в плоской электромагнитной волне максимумы напряжённостей электрического и магнитного полей достигаются синфазно. Во многих учебниках дан схематический «мгновенный снимок» этой волны, с двумя синфазными синусоидами – Е и Н. Так вот, эти иллюстрации даны для тех, кто шуток не понимает. Ведь если говорить в терминах этих синусоид Е и Н, то на опыте они сдвинуты друг относительно друга на 90о – электрическая энергия превращается в магнитную и обратно. Вот те раз! Это же убийственное противоречие получается! Наука его до сих пор не разрешила, она его только замалчивала изо всех своих научных сил. А то ведь узнают дети про то, что уравнения Максвелла хреново описывают «поле, как физическую реальность», и думать начнут. Дескать, что-то тут не в порядке либо с уравнениями, либо с физической реальностью. Уравнения, говорят им, гениальные. Ну, значит реальность из пальца высосанная!
Ну действительно, где она, эта физическая реальность, называемая электромагнитным полем? Кто-нибудь эту «реальность» видел? Щупал? Пробовал на вкус? Нет, во всех без исключения детекторах «электромагнитного поля» мы имеем дело только с поведением пробных заряженных частиц, и ни с чем сверх этого. Зачем же нужны домыслы о поле? А это, видите ли, у теоретиков склад ума такой. Программное управление физической реальностью они не признают, а непосредственное взаимодействие зарядов на расстоянии их напрягает. Выдумали для душевного успокоени, посредника в этом взаимодействии, т.е. поле, и с тех пор в него веруют. Чем дальше в лес, тем больше дров наламывают. Чем больше вопиющих противоречий в воззрениях на поле громоздят, тем крепче в это поле веруют.
Вера – это страшная сила. Мировая практика показывает, что «человеки разумные» – это слабаки против «человеков, упёрто верующих». Только не советуем говорить верующим в поле физикам комплименты про то, как крепка их вера, а то они жутко обидятся. Потому что у них наиболее крепка вера именно в то, что их упёртая вера – это на самом деле проявление их разума.
Так и блещет разум в определении электрического заряда. Это, мол, то, чем порождается электромагнитное поле. В таком определении есть изящный сатанинский нюанс. Если кто вздумает отрицать реальность поля, то он автоматически будет отрицать и реальность заряда. И над таким недотёпой можно будет от души поржать… Видя, как здорово получается у этих подвижников, иные далёкие от физики дилетанты полагают, что поле – это нечто настолько обыденное, что любой желающий имеет право использовать понятие «поле» в своих рассуждениях о мироздании. И начинают эти дилетанты толковать про «полевые формы материи». Душа – это, мол, полевая форма материи! Параллельные миры – они, мол, построены из «особых» полевых форм материи! Ох, как не любят физики этих дилетантов, которые умничают на халяву, используя чужую интеллектуальную собственность! «Шарлатанский бред!» – кричат физики. Это понятно. У кого чего болит, тот о том и говорит…
6.2. Электричество и частицы вещества.
Но вернёмся к электричеству, которое все жилы из экспериментаторов вытянуло, прежде чем стало ясно, что оно связано не с флюидами какими-то, а с частицами вещества. Особенно здорово это прояснилось у Фарадея в его опытах по электролизу (мы к ним ещё вернёмся), а также в ещё одной ключевой области исследований – забавах с катодными лучами. «Вышли мы все из катода!» – бодро пели эти лучи, летя в вакуумной трубке Крукса. Что только Крукс с ними не вытворял! Прежде всего бросалось в глаза их люминесцентное действие даже на стекло трубки: облучаемые места начинали, так сказать, отсвечивать. При внесении препятствия в поток лучей в отсвечивании появлялась чёткая тень, свидетельствовавшая о том, что лучи летели прямолинейно. «Мельница Крукса», т.е. лёгкая крыльчатка, облучаемая по одну сторону от оси вращения, резво вертелась. Даже ежу становилось понятно, что катодные лучи переносят импульс. Сфокусированные катодные лучи нагревали и даже расплавляли кусочки вещества! В довершение Крукс установил, что катодные лучи переносят электрический заряд и отклоняются магнитом! На основе всего этого Крукс полагал, что катодные лучи – это поток «мельчайших элементарных частиц». Но мельче ли они атомов, и если мельче, то насколько? – это было ещё не ясно.
Некоторую ясность сюда привнёс Дж.Дж.Томсон. Он провёл классические опыты с воздействием магнитного и электрического полей на катодные частички. И установил, что знак заряда катодных частичек точно отрицательный, а удельный заряд одной такой частички, т.е. отношение заряда к массе, на три порядка больше удельного заряда самого лёгкого иона, водорода, а эта величина была известна из опытов по электролизу. Так, уже теплее. Но! Кабы знать по отдельности заряд и массу катодной частички, сразу стало бы ясно, что это электрон. А если знаешь только отношение заряда к массе у катодной частички, возможны варианты! Толку-то с того, что это отношение на три порядка больше, чем у иона водорода! Почему оно больше, потому что масса частички меньше? А может потому, что заряд у частички больше? А может и то, и другое?
Короче, вопрос о величине дискрета электрического заряда встал во всей своей красе, и неспроста. Сегодня-то все, кому не лень, знают об элементарном электрическом заряде. А на рубеже XIX-XX веков, представьте себе, были физики, которые полагали, что частицы могут нести произвольные количества электричества, выражаемые даже не натуральными числами, а любыми дробными; и что в экспериментах проявляются лишь статистически средние величины заряда по ансамблю частиц. Сейчас конечно подобные воззрения кажутся наивными, особенно если иметь в виду, что «электрический заряд» – это просто метка для управляющей программы. Эта метка у частицы либо есть, либо её нет – третьего не дано. Но кто понимал это на рубеже XIX-XX веков, если это и сегодня мало кто понимает? Если нынешние теоретики толкуют о кварках, якобы имеющих дробные (!) доли элементарного заряда!
Ни стыда у этих теоретиков, ни совести. Из «прекрасного далёка» плюют прямо в душу Милликену, который чуть в лепёшку не разбился, а величину «элементарного заряда» выложил на блюдечке. Он, знаете ли, впрыскивал мелкие масляные капельки в пространство между горизонтальными пластинами, на которые подавал электрическое напряжение. Для капелек, имевших некоторый заряд, можно было подобрать напряжение так, чтобы электрическая сила почти уравновешивала силу тяжести. И тогда капелька долго оставалась в поле микроскопа, медленно двигаясь вниз или вверх. Это происходило не в вакууме, а в воздухе, в котором предусмотрительно создавались ионы с помощью излучения маленького кусочка радия. Если капелька присоединяла к себе ион, то её масса практически не изменялась, но изменение заряда вызывало изменение её вертикальной скорости. Так вот, изменения этой скорости всегда происходили скачками. И эти скачки соответствовали изменениям заряда, которые были кратны одной и той же величине. Которую и договорились называть «элементарным зарядом».
Потом ещё было строго научно доказано, что элементарный положительный заряд по величине точно равен элементарному отрицательному. И что в состав атомов входят электроны, имеющие элементарный отрицательный заряд, и протоны, имеющие элементарный положительный заряд. И что по массе электроны и протоны различаются почти в 2000 раз, так что Дж.Дж.Томсон не зря старался.
Да, и главное: в нейтральном атоме одинаковы количества протонов и электронов. А если их количества неодинаковы, то это уже не атом, а ион. Столько всего встало на свои места!
Впрочем, оставались ещё кое-какие неясности. Например, электрический заряд – обладает ли он энергией? Вопрос-то на засыпку. Максвеллу в его «Трактате» было легко рассуждать: «Электричество… не является, подобно теплоте, формой энергии». Но теперь считается, что зарядом порождается поле, а поле, клянутся нам, энергией всенепременно обладает. Физическая реальность же, ёлы-палы.
Теперь, белочки и зайчики, пораскинем мозгами: если заряд энергией не обладает, может ли он порождать поле, которое энергией обладает? Ой, не может. А то закон сохранения энергии упадёт, совсем плохо будет. Значит энергия у электрического заряда как бы есть. Можно конечно тонким слоем размазывать сопли про то, где эта энергия локализована: на самом заряде, или в поле, или и там и сям сразу… Но, дяденьки, зачем нам нужны три тома комментариев, замутняющих вопрос? Давайте попроще: есть электрический заряд – есть поле – есть и энергия, правда? Она так и называется: «электрическая энергия» – может слышали?
Так вот, по вашим замечательным формулам эта электрическая энергия у электрона и позитрона при их близком соседстве сопоставима с их собственными энергиями (т.е. массами, умноженными на квадрат скорости света). Внимание, вопрос: куда же девается эта нехилая энергия при аннигиляции электрона и позитрона? Ведь там на выходе оказывается энергия, соответствующая только их собственным энергиям, и ни капельки сверх этого! Экспериментаторы и так чуть в штаны не наложили от радости, когда обнаружили, что излучение аннигиляции в гробу видало релятивистский рост массы. Даже в случае релятивистских электронов и позитронов, излучение их аннигиляции даёт всё ту же спектральную линию, ставшую настоящей находкой для калибровки гамма-спектрометров! По счастливому стечению обстоятельств те экспериментаторы не заморачивались проблемой с бесследным исчезновением электрической энергии при аннигиляции, а то их радость, чего доброго, превысила бы допустимый предел.
Ну ладно, экспериментаторы тихо радовались, а теоретики-то на что? Молча взирали на бесследное исчезновение электрической энергии? Проявляли преступную халатность или устраивали сознательную диверсию? Да нет, у них чистое алиби. Понимаете, слишком бурно развивалась физика, некогда было оглянуться и увидеть тот дурелом, который позади остался.
Поэтому давайте сделаем важное проясняющее допущение: электрический заряд никакой энергией не обладает. Вот масса – это и есть соответствующая форма энергии, а заряд – ни в коем случае. Причём, если нет энергии у зарядов, то нет энергии и у движущихся зарядов. А то выдумали, тоже мне, энергию электрического тока как энергию движущихся зарядов.
На эту тему был случай из практики. Представьте, идёт экзамен по курсу теории электричества. Девочка-отличница всё грамотно излагает. Ну, уверенно идёт на очередной «пятак». Профессору стало так хорошо, что он напоследок спросил: «А было вам на моих лекциях хоть что-нибудь непонятно?» И девочка выдала: «Вообще-то, вот простая цепь постоянного тока: аккумулятор питает лампочку, лампочка светит. Согласно уравнению непрерывности, энергия потока заряда через любое поперечное сечение этой цепи в единицу времени – одна и та же. Не понимаю: что же тогда остаётся в лампочке?» Профессор остолбенел. Он понял, что тоже этого не понимает…
6.3. Загадки электрического заряда.
Но эти непонятки пришли позже, а в начале ХХ века насчёт электричества у физиков была полная эйфория. Такая радость, такая радость! У свободного электрона есть заряд, и у свободного протона есть заряд. Величина того и другого совершенно определённая и неизменная. Во времени неизменная, прошу заметить! Т.е. заряды у свободных электронов и протонов всё время есть! Вон, и треки свободных электронов и протонов в камере Вильсона об этом вопиют. Смотрите, магнитное поле поворачивает вектор скорости заряженной частицы. Если бы у неё заряд то был, то не был, в её треке криволинейные участки чередовались бы с прямолинейными. Но таких чередований не видать. Ну тогда точно, если уж заряд у частицы есть, то он у неё всё время есть. Это казалось совершенно самоочевидным.
И едва ли кто допускал мысль о том, что у связанных электронов и протонов, входящих в состав атомов, заряды могут вести себя как-нибудь иначе, чем у свободных. С какой, мол, стати им себя иначе вести? Разве атомы состоят не из таких же электронов и протонов, какие в камере Вильсона летают? Или протоны и электроны разные бывают? С этой убойной логикой столкнулся бы каждый, кто усомнился бы в том, что заряды у связанных электронов и протонов всё время есть, как и у свободных.
Кстати, ведь поначалу думали, что именно благодаря зарядам протонов и электронов, т.е. на электрических взаимодействиях, держатся сами атомные структуры. Больше-то вроде физически не на чем. Это позже обнаружилась смехотворность «электрического» объяснения атомных структур, и пришлось теоретикам наворачивать крутой квантово-механический замес для того, чтобы надёжно скрыть своё бессилие в данном вопросе. Скрыть-то скрыли, но предрассудок о том, что у атомарных протонов и электронов заряды есть всё время, успел крепко засесть физикам в подсознание, т.е. успел приобрести статус высшей научной истины, не нуждающейся в доказательствах.
Из этого предрассудка, тоже вполне подсознательно, вытекало важное следствие. А именно, у атома, содержащего одинаковые количества протонов и электронов, суммарный заряд всё время равен нулю. Значит движущиеся атомы, не говоря уже о покоящихся, не могут дать переноса электричества. Для переноса электричества, дескать, непременно требуется движение частиц с ненулевым зарядом. И венец этой подсознательной логики: переноса электричества без переноса вещества не бывает! Аминь! Во веки веков!
То, что происходило в научных воззрениях на электричество дальше… Нет, дорогой читатель, сначала вас нужно подготовить. Вот нам не раз говорили: «Нужно уважительно относиться к достижениям предшественников!» А то мы не понимаем! К достижениям-то мы относимся уважительно! Просто мы стараемся называть вещи своими именами: как достижения, так и всё остальное. Так вот, для рассказа о том, что происходило в научных воззрениях на электричество дальше, лучше всего подходит ненормативная лексика. Но мы останемся в рамках литературности, так что не обессудьте!
А происходило вот что. Стройная картиночка, где заряды атомов всегда тождественно равны нулю, а перенос электричества возможен только при перемещении заряженных частиц, на корню пресекла разумные объяснения целого ряда феноменов. Первым в этом скорбном списке стоял феномен намагничиваемости. Опыт ясно указывал на то, что магнитное действие порождается движущимися зарядами. А постоянное магнитное действие – постоянно движущимися зарядами, чёрт побери!
Но не могут в постоянном магните постоянно двигаться заряженные частицы, об этом ещё Максвелл писал: «если бы токи обычного вида протекали вокруг частей магнита заметных размеров, то имелся бы постоянный расход энергии для их поддержания, а магнит бы являлся постоянным источником тепла».
Здесь, заметим, ключевым является словосочетание «токи обычного вида». Как? Разве бывают ещё токи необычного вида? Ещё как бывают, ведь Максвелл отнюдь не шутил! «Токами обычного вида» он называл перемещение заряженных частиц. Но он говорил ещё о «токах смещения», т.е. о переносе электричества без переноса вещества и без потерь на джоулево тепло. Правда, он не дал разъяснений, как такое возможно, но ток смещения входил в его уравнения на равных с обычным током.
«Гении тоже иногда ошибаются», – констатировали его последователи, предпочтя не иметь никакого объяснения намагничиваемости, чем разбираться с «необычными» токами смещения. Физика, мол, наука точная! В ней всё должно быть обычно, например, как спин электрона. Хотя он до сих пор физической модели не имеет! Хотя нет ни одного экспериментального свидетельства о том, что свободный электрон спином действительно обладает! Обычное дело, чего там (см. про спин электрона в «Фокусах-покусах квантовой теории»)! Кстати, нас агитировали: уверуйте во спин электрона и обретёте способность объяснять намагничиваемость, даже не приходя в сознание. Для этого будет вполне достаточно спинного мозга!
Разделавшись таким образом с намагничиваемостью, физики переглянулись: «Что бы такое ещё объяснить, не прибегая к токам смещения?» Ну, вон, например, объяснили бы секреты фокусов с пьезоэлектрическими кристаллами. Ведь до чего там доходило: если грамотно тюкали по такому кристаллу, то на его противоположных гранях генерировались разноимённые заряды. Только вы не подумайте сгоряча, будто в нём электрончики утекали с одной стороны и притекали к другой. В диэлектрическом кристалле этот номер не проходит. Хуже того, если бы здесь дело было в недостатке-избытке электрончиков, то грань с избытком электрончиков могла бы выдать некоторое их количество во внешнюю цепь, а грань с их недостатком – наоборот, принять их из внешней цепи.
Может кто-то думает, что именно так и генерируется импульс тока в цепи пьезозажигалки? Ну что вы! Никаких электрончиков пьезоэлектрический кристалл не выдаёт и не принимает. Диэлектрик же. В диэлектрике электрончики не только не могут передвигаться, там свободных электрончиков вообще нет. А в цепи пьезозажигалки, в её внешней части из металлических проводников свободные электрончики есть. Когда на пьезокристалле генерируются разноимённые заряды, электрончики в проводниках уматывают от отрицательно заряженной грани кристалла и подваливают к положительно заряженной. Вот вам и импульс тока.
Да, но откуда берутся заряды на гранях пьезокристалла? Ну, это хороший вопрос. Понимаете, наука к нему ещё не готова. Были правда попыточки изобразить всё дело так, будто от механического воздействия в пьезокристалле возникает перегруппировка заряженных частиц. Протончики, мол, смещаются, преимущественно к одной грани, а электрончики – к противоположной. Нет уж, не смешите мои тапочки: достигаемые плотности зарядов на гранях пьезокристалла требовали бы таких больших «разъезжаний» протончиков и электрончиков, при которых рассыпались бы атомные структуры, не говоря уже о кристаллических.
Аналогичные чудеса, кстати, творились и с сегнетоэлектриками, с той лишь разницей, что они могли иметь остаточную электризацию противоположных граней, сохраняющуюся без всяких внешних воздействий. И при этом опять же не могли ни выдать электрончиков во внешнюю цепь, ни принять их из неё. Всё это вытворялось связанными зарядами, которые генерировались и группировались загадочным для науки способом.
А ведь оно так просто! Помните, в самом начале мы говорили про программку, которая рисовала танцующие синие и красные шарики? Так это была иллюстрация поведения свободных электрических зарядов. Вторая версия этой программки иллюстрировала поведение и связанных зарядов тоже. Парочки «синий шарик – красный шарик» связывались конечно чисто программными средствами. Смысл связывания был в том, что эти два шарика «подвешивались» на небольшом расстоянии друг от друга, причём это расстояние жёстко фиксировалось. Но самое интересное, в этой сине-красной связке цвета шариков сияли не всё время: когда сиял синий цвет, красный «отдыхал» и наоборот. Частота этих сине-красных мерцаний была довольно высока, так что сами эти мерцания были незаметны невооружённым глазом. Из-за инерции зрительного восприятия казалось, что яркости синего и красного цветов в этой связанной парочке одинаковы. Но так было тогда, когда каждый из двух цветов сиял в течение одной половины периода мерцаний и «отдыхал» в течение другой половины, когда сиял другой цвет. По-научному это называется так: «скважность прерываний цветов составляла 50%».
Но скважность могла и отличаться от этого центрального значения. В таком случае в сине-красной связке происходило нечто замечательное: синий цвет сиял, скажем, каждые две трети периода мерцаний, а красный – каждую одну треть. То есть в этой связке синий цвет доминировал во времени и, на глаз, сиял ярче, чем красный! И последний штришок: такие разбалансы цвета в связанных парочках были откликом на принудительные разделения синих и красных свободных шариков, а также на их принудительные потоки. И на то, и на другое свободные шарики откликались, как мы помним, своими подвижками, а связанные парочки – разбалансами цвета. При подходящем принудительном дёргании свободных шариков, связанные парочки передавали по эстафете всплески того или иного цвета. Происходил перенос цвета без перемещения цветных шариков! У Дремучего пользователя тихо сносило остатки крыши…
Опять же, аналогия между красно-синими связками шариков и атомарными связками «протон-электрон» довольно удачная. Но не буквальная. Вот нам подсказывают: по логике «цифрового» физического мира, электрический заряд у частицы – это наличие у неё циклических смен всего двух состояний, «тик» и «так», происходящих с частотой, которую называют электронной (около 1.24×1020 Гц). Электрон – это в чистом виде цепочка смен этих двух состояний, и ничего сверх этого в электроне нет. С протоном посложнее: у него электронной частотой промодулирована несущая, которая на три порядка выше, и которой соответствует на три порядка большая масса. И положительный, и отрицательный заряды – это смены двух состояний на электронной частоте. Разница же между зарядами по знаку – из-за того, что у положительных и отрицательных зарядов эти смены состояний происходят в противофазе.
Алгоритм, который формирует атомарные связки «протон-электрон», попеременно прерывает цепочки этих смен состояний у протона и электрона, т.е. попеременно отправляет их электрические заряды в небытие. Поэтому связанные протон и электрон не притягиваются друг к другу. Электрон не обязан пребывать в орбитальном или ином движении для того, чтобы эта связка была стабильной. Её стабильность обеспечивается автоматически: при конкретной частоте попеременных «выключений» зарядов протона и электрона они оказываются «подвешены» на вполне определённом расстоянии друг от друга. Ну и так далее, по аналогии.
При 50-процентной скважности попеременных «выключений» зарядов в связке «протон-электрон» эта связка ведёт себя в среднем как электрически нейтральная. При сдвиге этой скважности в ту или иную сторону в связке «протон-электрон» доминирует во времени тот или иной заряд. Это называют «зарядовым разбалансом».
Кстати, концепция зарядовых разбалансов даёт единственное на сегодня объяснение разницы между валентными и невалентными электронами, а ведь без объяснения этой разницы не может быть и объяснения химической связи. И разница эта совсем простая: у невалентных связок «протон-электрон» зарядовые разбалансы не допускаются, а у валентных – допускаются. Да, и главное: всплеск зарядовых разбалансов того или иного знака может передаваться от одних связок «протон-электрон» к другим и, таким образом, перемещаться в веществе, что даёт перенос электричества без переноса вещества. Ну, вот. Как выражался один наш сокурсник, «всё тривиальное – просто!»
Всё-таки прав был Максвелл насчёт двух типов электрических токов. Есть движение заряженных частиц, а есть продвижение зарядовых разбалансов. В обоих случаях происходит перенос электричества! Причём программы, которые управляют переносом электричества, обеспечивают и необходимые для этого превращения энергии. В кинетическую энергию заряженной частицы превращается не энергия «поля», а часть собственной энергии частицы, т.е. часть её массы. А энергия зарядового разбаланса появляется за счёт убыли энергии связи в атомарной связке «протон-электрон». Зарядовый разбаланс массой не обладает, и кинетической энергией – тоже; он безынерционен!
6.4. Об электрическом токе в металлах.
Эта концепция сразу же заработала на всю свою эвристическую мощь. И в первую очередь применительно к чему? Да к металлам! Про которые детям ещё в школе впаривают, что электричество в них переносится только свободными электронами. Бедные дети… они такие доверчивые! И ведь сразу не догадаешься, что детям впаривают полуправду, которая как известно хуже, чем ложь. Кто бы сомневался в том, что свободные электроны в металлах есть. На это указывает хотя бы термоэмиссия, а также холодная эмиссия, т.е. вытягивание электронов из металла сильным электрическим «полем».
Но много ли свободных электронов в металлах? – вот в чём вопрос. Теория тут уже давно впереди паровоза бежит, аж запыхалась. Теоретик Друде, будучи в здравом уме и трезвой памяти, клялся и божился, что для той хорошей электропроводности, какая есть у металлов, на каждый атом в металле должен приходиться один свободный электрон. Ни больше, ни меньше. Т.е. атомы в куске металла должны быть тотально ионизованы. Эх, подвела трезвая память теоретика Друде: он позабыл разъяснить, по мановению какой волшебной палочки все атомы скопом ионизуются, да при температуре не в миллиарды градусов, а при какой-нибудь там комнатной. Загадка природы! У нас в деревне в таких случаях говорят: «Листья дуба падают с ясеня…»
Кстати, есть ведь металлы, атомы которых имеют всего по одному валентному электрону. Если все эти атомы отдадут по электрону ради нужд хорошей электропроводности, то у них не останется возможностей образовывать химические связи друг с другом. Тогда на чём же держится металлическая кристаллическая решётка? Теоретики выработали ответ и на этот вопрос. Будучи в здравом уме и трезвой памяти, они свистнули на помощь квантовую механику, и с тех пор клянутся и божатся, что структура металлов держится на совершенно особой связи, порождаемой газом тех самых свободных электронов. То есть, уже не вполне свободных.
Видите ли, у квантовой механики дар похлеще, чем у царя Мидаса. Всё, к чему тот прикасался, превращалось в золото, через это бедняга и кончился. А всё, к чему прикасается квантовая механика, превращается в мешок с дерьмом, вывернутый наизнанку. После такого чудесного прикосновения квантовой механики свободные электроны в металлах стали считаться немного связанными. Причём каждый из них стал считаться немного связанным не с каким-нибудь одним атомом, а со всеми сразу. По-научному это звучит так: «Каждый электрон из газа свободных электронов «как бы принадлежит сразу всем атомам решётки». Понимаете? Это условно-беременной женщиной быть нельзя, а условно-свободным электроном, погрязшим в лёгких связях со всеми атомными ядрами в своём куске, можно! Была бы на то воля сочинившего сие!
Впрочем, сочинителей было несколько, и каждый из них полагал за аксиому, что остальные должны подстраиваться под него. В результате этой нешуточной подковёрной борьбы появилась на свет шуточная зонная теория твёрдого тела, которая, как договорились считать в высоконаучных кругах, объясняет хорошую электропроводность металлов. А шуточная она потому, что основана на т.н. «одноэлектронном приближении», согласно которому каждый электрон из газа свободных электронов взаимодействует только с ионами решётки, а остальных свободных электронов как бы нет. Очень они мешают теоретикам, эти остальные свободные электроны. Если считать, что их там набирается на целый «электронный газ», то хорошей электропроводности у металлов не бывать. Другое дело – структура кристаллической решётки металла: тут, мол, без электронного газа никак.
Вы уж, дяденьки, определитесь! И, потом: не стыдно вам на электронный газ лишнее наговаривать? Он конечно вместе с ионами мог бы обеспечить квазинейтральность, как в облаке плазмы, но каким это образом он мог бы обеспечить жёсткую кристаллическую структуру? Вон, в той же плазме, почему там нет жёстких кристаллических структур? Высокая температура мешает, что ли? Вот незадача… а охладишь плазму, так электроны с ионами прорекомбинируют, и от электронного газа кукиш останется. Ну до чего же нелепо Природа устроена; совсем не так, как теоретикам нужно!
«Тем хуже для Природы!» – подбадривали себя теоретики. Заладили: «в металлах электронный газ, электронный газ…» Сейчас мы покажем, какой там «электронный газ». Помните мультик про козлёнка, который умел считать до десяти? Ну, вот. В справочниках даны плотности металлов и их атомные массы. Этих данных достаточно, чтобы рассчитать средние расстояния между атомами в металлических кристаллах. А ещё в справочниках даны экспериментальные значения радиусов атомов металлов. Остаётся применить метод пристального вглядывания и убедиться в том, что в металлах средние междуатомные расстояния близки к величине удвоенного атомного радиуса. Вот те раз! Это означает, что кристаллическая решётка металла формируется при непременном участии самых внешних атомарных электронов! Т.е. эти электроны конкретно входят в состав атомов, а не в состав электронного газа!
Дорогой читатель, заметьте: мы не говорим, что свободных электронов в металлах совсем нет. Они есть, но… короче, их очень мало. Мы даже можем сказать, насколько очень. А помогут нам в этом те самые Толмен и Стюарт, которые изящненько доказали, что свободные электроны в металлах таки есть. Хорошенько заэкранировавшись от магнитного поля Земли, они намотали на катушку длинную и тонкую медную проволоку, концы которой присоединили к гальванометру. Катушку с проволокой приводили в быстрое вращение, а потом – хряп! – резко останавливали. И гальванометр регистрировал слабый импульс тока. Деваться некуда: этот импульс тока давали заряженные частицы, двигавшиеся в проволоке по инерции после остановки вращения. А что это за частицы? Извольте: во-первых, направление импульса тока указывало на отрицательный заряд этих частиц. Во-вторых, рассчитывался их удельный заряд. Он оказался таким же, как и у частичек катодных лучей. Ну, тогда однозначно, это электроны! Причём свободные, если они там ухитряются двигаться по инерции. Всё? Нет, не всё. Ещё можно было рассчитать и количество этих свободных электронов, но Толмен и Стюарт об этом умолчали. Может, неспроста? Ведь из их данных получается, что в меди (одном из лучших проводников) один свободный электрон приходится не на десять атомов, не на сотню их и даже не на тысячу, а на полтора-два миллиона! «Беда, беда, конец концепции газа свободных электронов!»
Видите, так и есть: за редчайшим исключением, каждый электрон в металле входит в состав того или иного атома, и значит структура решётки держится не на газе свободных электронов, а на обычных химических связях. Впрочем, на не совсем обычных. Помните, есть металлы, у атомов которых всего один валентный электрон? Такой атом может образовать одну химическую связь, а для поддержания трёхмерной решётки требуется как минимум три связи на атом. Тупик, что ли? Наоборот, выход на оперативный простор! Конечно, атом с одним валентным электроном не может образовать три связи одновременно. Но он может образовывать их попеременно, связываясь с соседями по очереди. Для этого статусы внешних электронов в атоме должны циклически переключаться (чисто программными средствами): побыл ты какое-то время валентным, т.е. способным создать связь – передай этот статус другому и т.д. Куча атомов с такими циклическими переключениями направленных валентностей вполне способна поддерживать трёхмерную структуру. Только химические связи в такой структуре не стационарные, а переключаемые, и структура является динамической.
В это с трудом верится? Знаете, у нас тоже поначалу глаза были круглые. А потом как пошли потоком факты, которые объяснялись одним махом! Тут и пластичность-ковкость металлов, в отличие от хрупкости кристаллов с железобетонными химическими связями. Тут и потрясающая химическая агрессивность чистых поверхностей металлов. Тут и проникновение атомов из одного металлического образца в другой, когда они сильно прижаты друг к другу. Тут и лёгкое проникновение в подогретые металлические образцы атомов примесей, например, углерода. Тут и убийственный факт нестабильности молекул металлов: пары металлов конкретно одноатомны.
Жуть какая-то: если атом металла имеет один валентный электрон, то почему бы двум таким атомам не соединиться в стабильненькую двухатомную молекулу? Что мешает? А то и мешает, что электроны в атомах металлов являются валентными по очереди. Если даже два таких атома ухитрятся и успеют сцепиться в молекулу, то при первом же переключении валентного статуса эта сцепка развалится. Между прочим, частота этих валентных переключений является важной характеристикой металла. От неё зависят его механические и химические свойства. Причём эта частота изменяется с изменением температуры, и свойства металла соответственно тоже. Иногда это выглядит впечатляюще. В Антарктиде обнаружилось: при –70оС тонкий дюралевый лист можно резким движением «порвать как бумагу», а ещё при такой температуре дюраль отлично горит на открытом воздухе!
А к чему мы заладили про валентные переключения в атомах металлов? Да к тому, что эти переключения играют ключевую роль в электронной проводимости металлов. В идеальном монокристалле металла валентные переключения идеально согласованы. Но реальные проводники являются конгломератами микрокристалликов. На границах этих микрокристалликов, а также на дефектах их кристаллических решёток нарушается согласованность валентных переключений, поэтому эти границы и дефекты являются своеобразными генераторами свободных электронов. Если к проводнику приложено электрическое напряжение, то эти свободные электроны пытаются двигаться к аноду. Но куда там! Тут же натыкаются на атомы. Это только большие учёные любят рассуждать о том, что свободные электроны движутся в кристалле, проходя сквозь атомы. Ведь атомы по-ихнему «состоят в основном из пустоты»!
Белочки и зайчики, стряхните эту лапшу со своих ушек! Отлично известно, что глубина проникновения свободного электрона в атом зависит от энергии этого электрона. Чтобы добраться до какой-нибудь внутренней электронной оболочки в атоме, свободный электрон должен иметь такую же энергию, как и энергия связи электронов в этой оболочке. Чтобы добраться до ядра, он должен иметь энергию большую, чем энергия связи у самого сильно связанного атомарного электрона! Вот почему для низкоэнергичных электронов кристаллическая структура твёрдого тела с плотной упаковкой атомов является непреодолимым препятствием. Иначе в природе не было бы никаких диэлектриков.
Да, но что же тогда отличает металлы от диэлектриков, если свободные электроны сквозь металлы всё-таки проходят? Да нестационарность химических связей и отличает, ёжики! У свободного электрона, упёршегося в атом с нестационарными химическими связями, есть шанс улучить момент и войти в состав этого атома с освобождением электрона, входившего в состав этого атома прежде. Этот новоиспечённый свободный электрон продвинется к аноду и тоже упрётся в атом, где сценарий замещения-освобождения может повториться, и так далее.
В таком режиме «ротации кадров» между свободными и связанными электронами и будет происходить продвижение электронов к аноду. Кстати, можно сделать грубую оценку для скорости такого продвижения. Для этого междуатомное расстояние, скажем, 3 Ангстрем поделим на период цикла валентных переключений, частота которых при комнатной температуре, как нам подсказывают, имеет порядок 1010 Гц. Тогда для скорости продвижения электронов получим величину 3 м/с. Если учесть, что продвижение электронов происходит не вполне по прямым, да не через каждый атом, да не на каждый цикл переключений валентностей… и сбросить на все эти дела пару порядков, то в итоге получим сантиметры в секунду. Эта близко к тому, что и обнаруживается в экспериментах по определению «подвижности свободных электронов в металлах».
А теперь ещё одна интересность. Каждый новоиспечённый свободный электрон в металле, торкнувшись в сторону анода, успевает набрать какую-никакую энергию до того, как упереться в атом. Допустим, произошла эта тихая смена с замещением-освобождением. Электрон, который оказался замещён, освобождён и послан, сами понимаете, к аноду; этот электрон начинает свой путь, имея нулевую энергию. А куда девается та энергия, с которой пришлый электрон шмякнулся в атом? А она не девается, а превращается, причём не во что-нибудь, а в тепло. Узнаёте? Это же и есть механизм выделения джоулева тепла при продвижении электронов в проводнике! Только обращаем внимание: из этого объяснения следует, что продвижение электронов в проводнике сопровождается выделением джоулева тепла непременно.
Тут академики, широко улыбнувшись, напомнят нам про явление сверхпроводимости. Супер-пупер упорядоченное движение электронов, мол, есть, а выделения джоулева тепла – нету! Это что же, приговор тому, что мы тут излагаем? Подождите, надо разобраться! Ведь здесь возможны варианты! Вдруг окажется, что при т.н. сверхпроводимости никакого упорядоченного движения электронов нет вовсе?
Вы погодите смеяться. Одна минута идиотского смеха сокращает жизнь на одну минуту! Помните, мы говорили про два способа переноса электричества? Про то, как в металлах реализуется первый из них (через движение электронов) мы уже пару слов сказали. Теперь скажем пару слов про второй из них, через движение зарядовых разбалансов. У этого второго способа есть принципиальные отличия от первого. Электроны имеют какую-никакую массу, поэтому перенос электричества в металлах через движение электронов является процессом инерционным и, как мы видели выше, довольно медленным.
При движении же зарядовых разбалансов не происходит переноса вещества, поэтому такой процесс переноса электричества является безынерционным, и он может происходить с сумасшедшей скоростью, достигающей скорости света. Вы спросите, где такое видано? Здрасьте-пожалста! Да чуть не на каждом шагу! Вот двухпроводная линия с длиной в 10 км, к дальним контактам которой присоединён конденсатор. После замыкания рубильника, подключающего источник постоянного напряжения к ближним контактам этой линии, как быстро появится напряжение на конденсаторе? Правильно, оно появится с задержкой, равной частному от деления длины линии, 10 км, на скорость света, т.е. через 33 микросекунды. Ясно, что такое молниеносное появление напряжения на конденсаторе обеспечивается вовсе не притоком электронов на отрицательную обкладку и оттоком их от положительной обкладки, поскольку электроны продвигаются с черепашьей скоростью. Хуже того, задержка на молниеносное появление напряжения не зависит от ёмкости конденсатора! А ведь если здесь дело было бы в притоке-оттоке электронов, то появление того же самого напряжения на конденсаторе большей ёмкости потребовало бы притока-оттока большего количества электронов, а значит и большей временной задержки.
Да электротехники это хорошо знают: постоянная времени для зарядки конденсатора через приток-отток электронов равна произведению ёмкости конденсатора на омическое сопротивление цепочки. Чудненько! Так чем тогда обеспечивается молниеносное появление напряжения на конденсаторе с задержкой, которая не зависит от его ёмкости?
Будем валять дурака дальше или для разнообразия допустим, что дело здесь в движении по проводам всплесков электричества, образуемых зарядовыми разбалансами? Ведь эти две зарядки конденсатора, через приток-отток электронов и через индуцирование зарядовых разбалансов, различаются не только по своим характерным временам. Результаты этих двух зарядок (при одном и том же получившемся напряжении на конденсаторе) различаются кардинально. Зарядку через приток-отток электронов можно назвать активной: такой активно заряженный конденсатор может дать мощную разрядную искру в воздухе при попытке замкнуть его выводы. Зарядку же через индуцирование зарядовых разбалансов можно назвать реактивной: если, как в нашем примере с 10-километровой линией, оторвать от неё конденсатор через 33 микросекунды после подачи напряжения на линию, то, не пройдя стадию притока-оттока электронов, мощной разрядной искры конденсатор не даст. Да и вообще, при движении зарядовых разбалансов по проводникам даже джоулево тепло не выделяется. С чего ему выделяться?
Это свойство, т.е. отсутствие выделения джоулева тепла, особенно показательно проявляется в постоянных магнитах. Помните, мы говорили о нестационарных, переключаемых химических связях в металлах? При условии высокой упорядоченности этих переключений, имеет смысл говорить о миграциях химических связей в образце. Причём эти миграции могут циклически повторяться вдоль одних и тех же замкнутых цепочек атомов. Теперь представьте: такой образец находится под воздействием внешнего магнитного «поля». И в образце происходит нечто поразительное. А именно, внешнее «поле» индуцирует подвижки зарядовых разбалансов: их миграции происходят вместе с миграциями химических связей вдоль тех же замкнутых цепочек атомов. Это называется «стадия намагничивания». Когда внешнее «поле» устраняют и намагничивание прекращается, миграции химических связей продолжаются, как ни в чём не бывало. Но теперь вместе с химическими связями мигрируют зарядовые разбалансы, которые никуда не исчезли. А движение зарядовых разбалансов по замкнутым траекториям – это движение электричества по замкнутым траекториям. Т.е. это замкнутые токи, которые сами порождают магнитное «поле».
Красота! Пока цел кусок металла, химические связи мигрируют. А вместе с ними мигрируют зарядовые разбалансы. Годами и десятилетиями! Что им сделается? Они же каши не просят, и на джоулево тепло себя не расходуют. Не в этом ли секрет постоянных магнитиков? Или это настолько похоже на правду, что в это невозможно поверить?
6.5. Сверхпроводимость или…?
Ну ладно, со сверхпроводимостью полегче будет. «На этот раз – только документы и только факты!» Всё, что связано со сверхпроводимостью, это особая область в физике. Фабрика грёз просто! За исследования по сверхпроводимости дали несколько Нобелевских премий, в том числе Бардину, Куперу и Шрифферу за ейную теорию, хотя по статуту Нобелевской премии она присуждается только за практические результаты. Но уж случай выдался исключительный: практичность теории БКШ оказалась выше крыши! Посудите сами. Всем, кто серьёзно искал ответ на вопрос, как это свободные электроны могут двигаться в веществе без потерь на джоулево тепло, люди в белых халатах ставили диагноз «вывих мозга». А той троице повезло. Наверное с ними приключилась какая-то полезная мутация: их мозги отделались лишь лёгким перегревом, выдавши желанный продукт.
Вот что подарили нам эти светлые головушки. При температуре ниже критической свободные электроны разбираются попарно и объединяются в т.н. куперовские пары. Эти-то пары и обладают, мол, чудесной способностью двигаться сквозь вещество, не встречая никакого сопротивления. Пикантная подробность из жизни куперовской пары: образующие её два электрона имеют, как утверждает теория БКШ, противоположные спины и противоположные импульсы. Оригинально! Ну, спины-то – чёрт с ними. Но если два электрона имеют противоположные импульсы, то ведь суммарный перенос электричества нулевой!
Нельзя ли с этого места поподробнее? Оказывается, нельзя. Авторы учебников, которые упоминают про то, что компаньоны из куперовской пары имеют противоположные импульсы, тут же добавляют: «Это не следует понимать буквально». А как это следует понимать, не уточняют. То ли из-за того, чтобы не сболтнуть ещё чего-нибудь лишнего, то ли из-за того, что краткость – сестра таланта. По-любому, у читателя должно создаваться впечатление, что он имеет дело не с дурдомом, а с храмом точной науки в лучшем смысле этого слова. Ну как можно было не дать Нобелевскую премию за такую теорию?!
Давайте же восстановим если уж не историческую справедливость, так хотя бы историческую хронологию! Началось всё с опытов Каммерлинг-Оннеса, который исследовал электропроводность ртути при сверхнизких температурах. Делал он это топорно, замеряя гальванометрами напряжение на кусочке ртути и силу тока через него. При понижении температуры кусочка ртути примерно до 4оК что-то там резко в нём менялось: было похоже на то, что его сопротивление скачком падало. Но насколько оно падало, точно установить не удавалось. Намучившись с этой топорной вознёй с гальванометрами, Каммерлинг-Оннес перешёл на более продвинутую методику. Он стал делать колечки из свинца и, как ему казалось, возбуждать в них, в сильно охлаждённых, кольцевой ток электронов. Он же читал Максвелла: «при изменении магнитного потока через замкнутый проводящий контур в нём возникает э.д.с. индукции» и т.д. Ну, вот. Если изменяющееся магнитное «поле» прикладывалось к колечку при субкритической температуре, то происходило чудо, которое толковали как возникновение кольцевого тока электронов. Который якобы годами (!) не затухал, поддерживалась бы субкритическая температура. Опыты это подтверждали!
Только позвольте, как они могли подтверждать, что в колечке действительно годами циркулируют электроны? Амперметр же в это колечко не встраивали. Делали проще: о наличии тока электронов судили по магнитному действию колечка. Отклоняет колечко магнитную стрелочку, значит ток электронов в колечке есть. Годами отклоняет, значит годами ток электронов есть!
Стоп, стоп. Постоянный магнит тоже годами отклоняет стрелочку, но токов электронов в нём нет. Может, дяденьки, вы нас разыгрываете и те самые колечки – это тоже магниты? Оказывается, это было проверено, дело-то нехитрое. Сам же Каммерлинг-Оннес сплеча и срубил сук, на котором так уютно устроился. «Каммерлинг-Оннесу пришло в голову разрезать сверхпроводящее свинцовое кольцо… Казалось, что ток должен прекратиться; в действительности, однако, отклонение магнитной стрелки, регистрировавшей силу тока, при перерезке кольца нисколько не изменилось – так, как если бы кольцо представляло собой не проводник с током, а магнит». Это цитата из книжки Френкеля «Сверхпроводимость», вышедшей в 1936 году. Едва ли сейчас можно разыскать экземплярчик этой книги. Добрые дяди изъяли все, до которых смогли дотянуться. Ибо эта книга содержит научную тайну чрезвычайной важности: в т.н. сверхпроводящем кольце никакого кольцевого движения электронов нет.
А что же там есть? Что годами отклоняет магнитную стрелочку? Намагниченность там есть, т.е. упорядоченное движение зарядовых разбалансов. Т.е. второй способ движения электричества – без переноса вещества и без потерь на джоулево тепло, но с магнитным действием.
Да, но при охлаждении образца под критическую температуру происходит скачкообразный переход в режим генерации сильного магнитного «поля». Чем обусловлен этот переход? Это – ключевой вопрос!
Смотрите, намагниченность обеспечивается движением зарядовых разбалансов по замкнутым цепочкам атомов. Есть ли ограничение на длину таких цепочек? Да, есть. Оно продиктовано вот чем: синхронизация валентных переключений на длине такой цепочки должна происходить за время, которое меньше периода валентных переключений. А длительность этой синхронизации равна частному от деления длины цепочки на скорость света. Значит период валентных переключений определяет максимально возможную длину цепочки с упорядоченным движением зарядовых разбалансов! А теперь вспомним, что период валентных переключений зависит от температуры. Чем температура меньше, тем период валентных переключений больше, а значит тем больше возможная длина цепочки. И вот, при одной прекрасной температуре область возможной синхронизации разрастается на весь образец. Выражаясь научным слогом, весь образец начинает представлять собой один домен. Это и есть скачок в состояние, которое предложили называть сверхнамагниченностью. В случае замкнутого проводника зарядовые разбалансы при этом обретают возможность циркулировать по всей его длине!
Тут внимательные читатели конечно заметят, что та прекрасная температура, при заходе под которую наступает сверхнамагниченность, является не характеристической величиной для конкретного материала, а зависит от размера образца, в частности, от его длины. Чем эта длина больше, тем сильнее придётся охлаждать образец, чтобы перевести его в состояние сверхнамагниченности. Неужели, мол, физики такие идиоты, что этого не заметили? Эх, милые мои! Да кто ж вам сказал, что они этого не заметили? Ещё как заметили! Именно с этим и связана та ужасная драма, которая разыгралась в истории «сверхпроводящих» устройств!
Ведь как гладко всё начиналось! Наматывали катушечку, а два конца этой обмотки соединяли друг с другом. Получался, что называется, короткозамкнутый соленоид. В условиях слабого затравочного магнитного поля охлаждали этот соленоид ниже критической температуры, и он скачком переходил в режим генерации сильного поля.
Светясь от счастья, экспериментаторы показывали публике это короткозамкнутое чудо, в котором ток тёк годами без потерь. «Видите, – втолковывали публике, – источники тока теперь на фиг не нужны! Мы их всех повыкидываем на свалку! И съэкономим миллиарды киловатт-часов электроэнергии!» От таких речей публика проникалась глубочайшим уважением к науке. Откуда публике было знать, что поддержание соленоида при субкритической температуре требует производства хладагента, а это в итоге сжирает больше электроэнергии, чем поддержание в соленоиде обычного тока проводимости. «Давайте, орлы, – рукоплескала публика, – развивайте это стоящее дело!»
Да орлы и сами понимали, что это дело стоящее, и что его надо развивать. Хочется ведь большего! Чтобы получить более сильное магнитное «поле» и съэкономить больше киловатт-часов, нужно сделать что? Правильно, нужно увеличить число витков в соленоиде, а значит и длину его обмотки. Да нет проблем! Берём проволочку подлиннее, наматываем, кончики замыкаем, затравочное поле включаем, соленоид подмораживаем, и… и ничего не происходит. В нескольких лабораториях проверили – воспроизводимость стопроцентная.
Физики оказались в положении детей, чья любимая игрушка растаяла в воздухе прямо на глазах. «Как это? – соображали физики. – Чё это она так? Почему это малые соленоиды переходят в режим генерации сильного поля, а большие при той же температуре не переходят? Материал ведь один и тот же!» С горя устроили международное совещание «по проблемам» сверхпроводимости. Собственно, проблема-то была одна, и на повестке дня стоял единственный вопрос: «Что же делать дальше?» Признаваться в том, что «мы тут все немножко лопухнулись с представлениями о сверхпроводимости», было никак невозможно. Это выглядело бы несолидно да и скоропалительно. А надо было, чтобы выглядело так: «Наше дело правое! Электроны в сверхпроводниках как двигались, так и движутся! Экономия киловатт-часов идёт вперёд семимильными шагами!» Самым сложным в этой программе был второй пункт: как изобразить движение электронов, если они ни фига не движутся?
И знаете, быстренько отыскалось такое изумительное решение, что и изображать-то ничего не понадобилось. Если электроны отказываются двигаться добровольно, надо заставить их двигаться принудительно! А для этого надо не замыкать концы обмотки соленоида накоротко, а присоединять их ко внешнему источнику тока! Благо, их ещё не успели повыкидывать на свалку, как публике обещали. Только при подключённом внешнем источнике тока не получится замкнутой сверхпроводящей цепочки. Видите ли, если залить жидким гелием источник тока, то он… в общем, тогда он плохо работает. Поэтому жидким гелием следует заливать только соленоид, как и раньше. Пусть теперь только часть цепочки будет сверхпроводящая, это не страшно! Ток в цепочке всё равно будет циркулировать годами, пока пашет источник тока! Публика-дура ни о чём не догадается, если конечно не тарахтеть про внешние источники тока на каждом углу!
О, лучшие научные кадры занимались «сверхпроводящими» электромагнитами с внешними источниками тока. Пришлось решать грандиозную задачу: поддерживать веру в то, что здесь в соленоиде электроны движутся в сверхпроводящем режиме, хотя по токоподводам они движутся в режиме обычной проводимости. Между тем, имелось немало свидетельств о том, что при внешнем источнике тока в соленоиде течёт только обычный ток проводимости.
Ну, например, подаёте вы напряжение на соленоид, который ещё не охлаждён ниже критической температуры. При этом бесспорно сверхпроводимости ещё нет. А вы соленоид охлаждаете, охлаждаете, и вот его температура становится субкритической. Омическое сопротивление соленоида якобы должно скачком обратиться в нуль. Значит сопротивление всей цепи должно скачком уменьшиться, а ток в этой цепи, соответственно, скачком увеличиться. Так вот, никто о таких скачках не сообщал. У короткозамкнутых соленоидов скачкообразные переходы наблюдались, а у соленоидов с внешним источником тока – нет.
С чего же вы, дяденьки, брали, что здесь происходил переход в сверхпроводящий режим? С того, что этот переход теория предсказывала? А на практике он где? Вы ещё скажите, что этот наш «отдельный пример ничего не доказывает». Да неужели этот пример отдельный? Да неужели он не доказывает? А вы случайно не из тех, которым можно что-то доказать, лишь прищемив кой-чего?
Ну ладно, вот второй пример. В случае схемы с внешним источником тока имеется счастливая возможность измерять силу тока в цепи. А, зная геометрию соленоида, можно рассчитать напряженность магнитного «поля», которое должен генерировать соленоид при прохождении через него такого-то тока проводимости. Оказывается, что в режиме «сверхпроводимости» соленоид генерирует «поле», которое практически совпадает с рассчитанным через геометрию. Не означает ли это, дяденьки, что через соленоид на самом деле течёт обычный ток проводимости? Или вам и второго примера мало?
Ладно, на третий вы сами напросились. Перейдя к схемам «сверхпроводящих» соленоидов с внешним источником тока, исследователи столкнулись с доселе неслыханным грозным явлением. Если прозевать момент и допустить, что ток через соленоид станет больше некоторой критической величины, то соленоид… сгорит к чёртовой матери. Этот феномен поначалу поверг лучшие научные кадры в шок. Ужас был не в том, что соленоиды сгорали. Ужасна была реальная угроза разоблачения дурилочки про сверхпроводимость, ведь сверхпроводник с его нулевым омическим сопротивлением по определению сгореть не может. В такой ситуации главное было не растеряться, не впасть в истерику, а проявить научное мужество и отбрёхиваться, отбрёхиваться…
В общем, быстренько состряпали успокоительную теорию. Она разъясняла для тех, кто в танке, что сгорает вовсе не сверхпроводящий соленоид. Перед тем, как сгореть, он успевает превратиться в обычно-проводящий. Вот он-то, подлец, и сгорает. А как происходит превращение в такого подлеца? Ну, это совсем просто. При критическом токе в сверхпроводнике возникает ма-а-аленькая область обычной проводимости. Возникает она спонтанно. Если кто не знает, термин «спонтанно» произошёл от выражения «с понта» и в переводе на общепонятный язык означает «хрен знает с чего». Ну вот, с одного понта в сверхпроводнике возникает область обычной проводимости, а с другого понта она шустро разрастается на весь образец. Это, мол, его и губит… А откуда берётся энергия на нагрев и сгорание? Ну, это ещё проще. Когда соленоид был сверхпроводящим, у него были такие запасы магнитной энергии – о-го-го! Вот эта энергия и превращается в джоулево тепло!.. О, горе, горе! Нет повести печальнее на свете!
Если даже допустить, что у магнитного «поля» есть какая-то энергия, то, чтобы она быстро превратилась в другую форму, поле должно быстро ослабнуть. А для этого сила тока, генерирующего «поле», должна быстро уменьшиться. Т.е. ток при превращении из сверхпроводящего в обычный должен скакнуть вниз! Где вы такое видели, любезные? Скачка тока вверх при прямом превращении (обычного тока в «сверхпроводящий») никто не заметил, хотя носом рыли. А когда понадобился скачок при обратном превращении, вот он, легко и непринуждённо! Небось сильно на сковородочке припекло? Тоже мне, «теория критического тока».
Есть версия получше. Через соленоид с внешним источником тока течёт только обычный ток проводимости. Этот ток неслабый. Он гораздо неслабее, чем в обычных электромагнитах. Но это просто благодаря использованию страшно низкотемпературного хладагента, который эффективно отводит джоулево тепло. Ну а если ток возрастёт настолько, что хладагент уже не справится с отводом тепла, то соленоид и сгорит себе. Обычное дело. Это похоже на правду, в отличие от «теории критического тока».
Но её сочинители не лгали. Поклянутся чем угодно! Если их прижать к стенке, то выяснится, что они всего лишь добросовестно заблуждались! Знаете, для подтверждения теории «критического тока», авторы книг не стеснялись публиковать фотографии пострадавших соленоидов с жуткими следами тепловых разрушений. Вот, мол, что бывает, если не считаться с нашей теорией! Ну, ну. С тем же успехом можно публиковать фотки порванных в клочья презервативов для подтверждения теории о чьём-то там половом гигантизме. Не слишком ли добросовестно вы заблуждаетесь, любезные?
Вот так и живём! У короткозамкнутых соленоидов наблюдался скачкообразный переход в режим генерации сильного поля. Это был режим сверхнамагниченности, который обеспечивался движением по соленоиду не электронов, а зарядовых разбалансов, но это была хотя бы видимость сверхпроводимости. Соленоиды же с внешним источником тока не способны даже на такую видимость. Как бы они не старались. Казус в том, что для режима сверхнамагниченности при субкритической температуре должна быть вся цепь, а не только её часть. Так-то вот. Хорошо уже то, что про экономию миллиардов киловатт-часов никто больше не заикается. Одни лишь главные отклоняющие магниты Большого адронного коллайдера (в количестве 1232 штук) имеют многожильные титан-ниобиевые «сверхпроводящие» обмотки с длиной чуть поболе километра на каждом магните. Разумеется, эти обмотки запитываются внешними источниками тока, габариты и технические характеристики которых не для слабонервных. Моря киловатт-часов и гольфстримы жидкого гелия… Учитесь, студенты, грамотно разводить лохов на несметные деньги!
6.6. Электротоки и электролиты.
Для сравнения: в XIX веке физика не с жиру бесилась, а в трудах и скорбях искореняла заблуждения об электрических флюидах, и укрепляла истину о том, что носителями электричества являются частицы вещества. Например, Фарадей исследовал прохождение постоянного тока через растворы электролитов. Натурально, ток в электролитической ванне обеспечивался переносом вещества к тому и другому электроду: растворённые газы весело бурлили, выделяясь на электродах в виде пузырёчков, а растворённые металлы – организованно, послойно оседали на катоде, формируя гальваническое покрытие. Что особенно важно, прохождение определённого количества электричества через электролитическую ванну вызывало выделение на электроде совершенно определённого количества того или иного растворённого вещества. Правда, тут не последнюю роль играла ещё и валентность этого вещества. Вмазывание в электрод некоторого количества двухвалентных частиц требовало прохождения в два раза большего количества электричества, чем в случае такого же количества одновалентных частиц. Вот когда замаячил вывод о дискретном характере электричества, т.е. об элементарном электрическом заряде!
И вот, до сих пор считается, что ток в электролитах – это движение ионов, которые как раз бывают однократные, двукратные и так далее. Всё это здорово, но, дорогой читатель, не терзают ли вас смутные сомнения? Вот в ванне водный раствор какой-нибудь алюминиевой соли. Алюминий трёхвалентен и опыт подтверждает в согласии с законами электролиза Фарадея, что для осаждения на катод N атомов алюминия требуется пропустить через ванну в три раза большее количество электричества, чем для осаждения N одновалентных атомов. Если кто подзабыл, количество прошедшего электричества определяют, измеряя гальванометром силу тока в цепи, и умножая эту силу тока на время, в течение которого ток тёк; а количество осаждённых атомов находят, деля массу осаждённого вещества на массу одного атома. Как видно, вполне прозрачная арифметика. Которая вполне прозрачно намекает на то, что атомы алюминия в растворе и впрямь трижды ионизованы, к торжеству теории электролиза…
Эх вы, фанаты мокрых технологий! Знаете, сколько составляет сумма энергий связи трёх внешних электронов алюминия? Аж 53 эВ! Это чудовищная по химическим меркам величина. Тепловая трёхкратная ионизация атомов алюминия при обычных температурах совершенно исключена.
Что же это за силушки богатырские, которые делают из атома алюминия трёхкратный ион в растворе? На это академики с серьёзным выраженьем на лице разъясняют. Молекула соли, мол, состоит из уже готовых положительных ионов металла и отрицательных ионов остатка, и дипольные молекулы воды просто растаскивают молекулу соли на эти ионы.
Ага. «Просто»! Дяденьки, вы в вузах учились или просто их окончили? Каким это образом пара тройных противоположных зарядов может быть растащена слабо-дипольными молекулами, которые ещё и друг к дружке выстраиваются «мордочкой к попке»? Или эти слабо-дипольные молекулы способны по команде напрячься, да ещё хором пукнуть? Тогда конечно, никакая молекула соли не устоит. Только, если её таким авральным способом растащат на ионы, что же помешает этим ионам воссоединиться?
«Вот это хороший вопрос, – обрадуются академики, потому что на него у них есть хороший ответ. – Каждый ион в воде окружён гидратной оболочкой. Вот они-то, гидратные оболочки, и не дают ионам воссоединяться!» Да… хорошо звучит ответ. Только, дяденьки, вы прикиньте напряжённость «поля», порождаемого ионом на расстоянии от него, равном среднему расстоянию между ионами в воде, и сравните её с напряжённостью «поля», создаваемого электродами, при которой начинает течь ток через электролит. Видите, вторая из них на много порядков меньше первой. Ну, теперь попробуйте объяснить, почему ваши хвалёные гидратные оболочки ведут себя по двойным стандартам. А именно, пресекают воссоединение ионов, но любезно разрешают им двигаться к электродам. Сильную тягу сводят на нет, а несоизмеримо более слабую тягу вполне допускают!
Дяденьки, если вы такое приемлете, то у вас и деревянный конь обкакается. Ну признайтесь, что вы не понимаете, как проходит электрический ток через растворы электролитов. А то с ионами вы совсем запутались. Движением ионов электричество и вправду переносится, но где? Ну, например, в слабо ионизованных газах, желательно в разреженных, где это особенно хорошо получается. Или в космическом вакууме после выстрелов из ионных пушек. А в электролитах всё по-другому. Нам подсказывают, что продуктами диссоциации там являются вовсе не ионы, а нейтральные атомы и радикалы. А вот окружающие их гидратные оболочки как раз имеют эффективные заряды. Вода – субстанция удивительная, она кишит электричеством; на этом остановимся подробнее.
Не будем перечислять аномальные физические свойства воды – список длинный. «Всё из-за того, что в воде много водородных связей», – бормочут академики, стараясь не смотреть нам в глаза. Это они не от скромности, а от непонимания того, что такое «водородные связи». Ведь если академики не понимают природу обычных химических связей, откуда у них быть пониманию необычных связей, при которых расстояния между связанными атомами в полтора раза больше обычных, т.е. эти атомы, как сказал Гоголь, «висят эдаким чёртом, можете представить себе, без всякого, то есть, прикосновения».
Академики с присущей им сообразительностью констатировали, что атом водорода в молекуле воды, оставаясь химически присоединён к своему атому кислорода, с какой-то радости связывается с находящимся поодаль атомом кислорода другой молекулы воды. Т.е. два атома кислорода из разных молекул воды оказываются связаны через «водородный мостик». Кристаллическая структура обычного льда якобы целиком держится на таких водородных мостиках. А жидкая фаза получается, когда часть водородных мостиков оттаивает. И чем больше их оттаивает, тем водичка получается жиже.
«Ладно», – скажем мы, но заметим: ваш «водородный мостик» должен строиться через один атом водорода. Подтверждается ли это структурными исследованиями? Вон же, в 1957 г. проводили нейтронографию монокристаллов тяжёлого льда. Расшифровка картин рассеяния нейтронов показала: пары атомов кислород-кислород связаны через два атома дейтерия. Т.е. в обычном, не тяжёлом, льду водородный мостик строится через два атома водорода, каждый из которых находится на химически обусловленном расстоянии от своего атома кислорода.
Новость про два атома водорода в водородном мостике вогнала специалистов в ступор. Ведь если учесть, что на один атом кислорода во льду приходится четыре мостика к четырём соседям, то в свете структурных исследований химической формулой воды должна быть Н4О.
«Нет, «аш два о» нельзя обижать, – прикидывали теоретики. – Надо придумать чё-нить такое». И вот что придумали: в водородном мостике всё-таки один атом водорода, только он, мол, скачет зайцем туда-сюда, из одного устойчивого положения в другое. Как будто два атома кислорода играют в пинг-понг атомом водорода, понимаете? И как будто два атома кислорода при этом связаны. Общее занятие – оно же связывает.
Знаете, дяденьки, подобные популярные объяснения восхитительны, да вот беда: у вас вместо физики сплошные бытовые аналогии. А ведь есть и физическое объяснение длинных связей в воде – через один атом водорода и в полном согласии с результатами нейтронного зондирования. Не может такого быть, скажете вы. Это потому, что вы погрязли в предрассудке о том, что водородные связи во льду являются стационарными.
Сделайте небольшое усилие и допустите, что длинные связи являются переключаемыми, и что на каждый момент времени на один атом кислорода во льду приходится в среднем две таких связи. А чтобы так получалось, требуется сущий пустячок: чтобы четыре самые длинные атомарные связки «протон-электрон» у кислорода переводились из состояния валентных в состояния невалентных поочерёдно: так, чтобы валентными на каждый момент времени были лишь какие-то две из них. Делается это, опять же, чисто программными средствами.
Помните, выше мы говорили, что нечто аналогичное вытворяют с атомами металлов? Но у атомов металлов валентные переключения происходят независимо от агрегатного состояния. У атомов кислорода в молекулах воды это несколько иначе. Режим валентных переключений работает, когда в одну кучу собирается достаточное количество молекул воды. Есть мультик, в котором мартышка пристаёт с вопросами: «Три ореха – это куча? Нет? А – четыре?» С какого количества начинается куча?
Так вот, для молекул воды этот вопрос решён, и отнюдь не абстрактно. Собралось вместе такое количество молекул воды, что включился режим валентных переключений, и получилась микрокапелька, значит собралась куча молекул. И обратно: капелька уменьшается-уменьшается из-за испарения, и вот в ней молекул становится меньше, чем куча – сразу выключается режим валентных переключений, и микрокапелька испытывает взрывное испарение!
Мы так подробно говорим о валентных переключениях в воде, потому что ими-то и обусловлены динамичность молекулярной структуры воды и её фантастические электрические свойства. Атом водорода в молекуле воды может быть химически присоединён только к валентной кислородной связке «протон-электрон». При потере этой связкой статуса валентной атом водорода станет свободным и будет присоединён к одному из соседних атомов кислорода через его связку «протон-электрон», которая стала валентной. Вода в конденсированном состоянии – это не конгломерат молекул, имеющих неизменный состав, а бурлящая на молекулярном уровне среда, в которой каждая молекула регулярно обменивается атомами водорода с соседями.
Но это ещё не всё.
Вот полагают, что ничтожная часть молекул жидкой воды диссоциирована на ионы ОН- и Н+. Элементарный расчёт показывает, что механизм этой диссоциации не тепловой. «А какой же?» – с этим вопросом лучше не обращаться к науке, а то ей неудобно станет. Мы же говорим про регулярные переформирования составов молекул воды с тотальным развалом на радикалы ОН и Н. Так не имеет ли эта картина некоторую электрическую окраску? Ещё как имеет!
Когда кислородная связка «протон-электрон» теряет статус валентной, она на некоторое время «зависает» в состоянии максимального отрицательного зарядового разбаланса. Поэтому группа ОН, остающаяся после «отпада» атома водорода, ведёт себя как радикал, имеющий элементарный отрицательный заряд. «Отпавший» же атом водорода в ответ индуцирует максимальный положительный зарядовый разбаланс, проявляя себя при этом как протон. Вот откуда берутся в воде так называемые ионы ОН- и Н+! Это не ионы вовсе, их электрические заряды проимитированы через зарядовые разбалансы! Вода – это своеобразная жидкая плазма, она буквально бурлит электричеством!
Тут внимательный читатель заметит, что это бурление выходит имеет тотальный характер, затрагивая каждую молекулу воды, а на опыте обнаруживается диссоциация на ионы ОН- и Н+ лишь ничтожного количества молекул. Всё верно, но противоречия здесь нет. Концентрация ионов в растворах определяется через измерения электропроводности при молчаливом предположении о том, что ионы являются долгоживущими. Но ведь переформирования молекул в воде происходят за характерные химические времена, около 10-11 с, а «ионы» ОН- и Н+ живут и того меньше. Поэтому в случае с водой вклад в электропроводность дают лишь её тончайшие приэлектродные слои, что и приводит к чудовищному занижению измеряемых концентраций ОН- и Н+.
Зато слабый электрический ток через чистую воду возможен при малых напряжениях между электродами. Поэтому Дэви и удалось получить выделение кислорода и водорода на погруженных в воду электродах, присоединённых к вольтову столбу, который давал какую-то пару вольт. Это называется «электролиз» – разложение электричеством.
Друзья, да жидкую воду не надо разлагать электричеством – она сама себя разлагает. Успевай только растаскивать продукты разложения на электроды и будет полный ажур. Кто не верит, пусть попробует получить «электролиз» бензина при паре вольт. А мы посмеёмся. Потому что знаем, что здесь потребуется пробивное напряжение, этак, десятки киловольт. Только, дети, если вы надумаете проводить эти опыты, то имейте в виду, что вряд ли вы сделаете открытие. Здесь авторское свидетельство уже выдано:
Школьник высокие вольты включил,
В чистом бензине пробой получил!
Долго за жизнь его бились врачи…
От школы остались одни кирпичи…
Так вот, значит: вода кишит радикалами ОН- и Н+ - в этом и секрет её потрясающей химической агрессивности, в том числе мощной растворяющей способности, а также коррозионного воздействия. Странным образом водную коррозию чёрных металлов теоретики выдают за электрохимическую через образование гальванической пары металлов и растворение того из них, который имеет более положительный потенциал. Но ведь даже дети знают, что при контакте с водой железо не растворяется, а превращается в ржавчину. В школе детям объясняют, что ржавчина – это гидроокись железа… Э! Так это же результат химической реакции! Те дяденьки, которые учат, что при водной коррозии происходит растворение металла, они что, тупые?
Ну, тут ответ неоднозначен. Раньше они не знали про валентные переключения в металлах и в воде. Теперь они про это знать не хотят. Пытаясь во что бы то ни стало сохранить своё невежество, они действуют вполне последовательно. Где же они «тупые»? Наоборот, вон они какие целеустремлённые! Ну, да не для них будь сказано: радикалы ОН- и Н+, которыми вода кишит, должны легко «садиться» на временно свободные валентные связки атомов металла, замыкая их на себя и постепенно исключая атомы металла из динамической кристаллической решётки. Так и формируется конгломерат гидроокиси.
Кстати, становится понятно, почему так эффективен метод защиты от водной коррозии через создание отрицательного потенциала на защищаемом изделии, например, через подключение его к «минусу» источника постоянного напряжения. Отрицательный потенциал позволяет взаимодействовать с изделием радикалам Н+, но не ОН-, поэтому гидроокись, при всём своём желании, образоваться не сможет.
А теперь наконец про чудеса в электролитах. Вот смотрите, соли металлов. Они химически неустойчивы и гигроскопичны из-за валентных переключений у атомов металлов. Что будет, если такая соль, которая держится на честном слове, окажется в воде, кишащей радикалами ОН- и Н+? Да ясно, что будет: водичка быстро повыковыривает из соли атомы металла, вот и получится «растворение». Только радикалы ОН- и Н+ будут отнюдь не с равным успехом «цепляться» к атомам металла. Выше мы говорили, что заряды у ОН- и Н+ обусловлены не избытком-недостатком электронов, а зарядовыми разбалансами. Так вот, когда в атоме металла, готовом образовать химическую связь, имеет место отрицательный зарядовый разбаланс, к нему присоединился бы атом водорода с положительным зарядовым разбалансом, но этом атом водорода поворачивается к атому металла своим протоном, а не электроном, и связи не получается. Наоборот, при положительном зарядовом разбалансе в атоме металла радикал ОН- поворачивается к нему именно электроном, и связь с большой вероятностью образуется.
Но заметьте, что рядом с нейтральным соединением «металл–группа ОН» остаётся радикал Н+! Если металл трёхвалентен, то рядом с нейтральным соединением «металл-три группы ОН» остаются три радикала Н+! Конечно, связи «металл–ОН» неустойчивы из-за валентных переключений у атома металла, структура соединения «металл–группы ОН» является динамической. Но в результате формируется динамический гидратный комплекс с эффективным электрическим зарядом, порождаемым радикалами Н+ в количестве, равном валентности металла. Этими гидратными комплексами и обеспечивается электропроводность водных растворов солей металлов.
Никаких тут сказочных ионизаций, всё реалистично. Что касается водных растворов кислот и щелочей, то в первом случае в растворе оказывается избыточное количество радикалов Н+, а во втором – радикалов ОН-. Эти сдвиги электрического равновесия и обеспечивают прохождение электрического тока.
И ещё. Молекулы спиртов и сахаров тоже содержат группы ОН и Н и отлично растворяются в воде, но эти растворы плохо проводят электрический ток. Странно? Отнюдь. При растворении спиртов и сахаров образуются одинаковые количества радикалов ОН- и Н+, что эквивалентно добавлению чистой воды.
Надо уточнить, что выше мы говорили о постоянном электрическом токе через электролиты. С переменным током через них всё получается гораздо веселее. Неповоротливые гидратные комплексы перестают откликаться своими подвижками на переменное напряжение, начиная уже с довольно низких частот. При частотах в десятки килогерц весь ток через электролиты обусловлен уже не переносом вещества, а максвелловскими «токами смещения», т.е. волнами зарядовых разбалансов. На близких к нулю частотах, через водную среду прут гидратные комплексы, что оказывает механическое и тепловое действие. На высоких же частотах за подвижками зарядовых разбалансов ничего подобного не замечалось. Это мы к тому, что человеческое тело на 75% состоит из водных растворов электролитов. И тогда понятно, почему малое, но постоянное электрическое напряжение, может оказаться для человека весьма опасным, а быстропеременное напряжение с несоизмеримо большей амплитудой оказывается безвредным. Тесла уверял, что оно даже полезно!
Да, и вот ещё что. Говоря о фантастических электрических свойствах воды, грех умолчать о таком феномене, как структурированность воды, её «память». Это настолько антинаучный феномен, что самые невинные вопросы о нём моментально приводят академиков в бешенство. Ибо они искренне считают: то, чего они не могут объяснить, в природе не существует. А если оно всё-таки существует, то тогда только бешенство и помогает…
Смотрите, структурированность воды не может сводиться к наличию в ней молекулярных комплексов, которые держатся на стационарных связях, ведь длинные связи в воде являются принципиально переключаемыми. Но эти переключения могут быть специфически упорядочены, что давало бы соответствующие электрические эффекты.
Вспомним про гидратный комплекс, в центре которого находится атом металла. Его валентные переключения приводят к тому, что нескомпенсированные заряды, имитируемые радикалами Н+ в гидратном комплексе, скачкообразно перемещаются. Должно это сказываться на динамике структурных переключений в окружающей воде? А как же! И если учесть, что скачки положительного заряда в гидратном комплексе происходят циклически, то напрашивается вывод: от гидратного комплекса в воде должны расходиться структурные волны, пока они не потонут в шумах.
Структурные волны в воде – это не шутка, дорогой читатель. Похоже, некоторые обитатели морей их неплохо воспринимают! Проводились опыты с акулами: на значительном удалении они быстро и безошибочно реагировали на появление в воде свежей крови; при том, что зрительные или обонятельные восприятия здесь были исключены. Результаты этих опытов были засекречены, чтобы не волновать академиков.
Но это – ещё что! Подумаешь, структурные волны в воде расходятся и где-то там затухают! Гораздо круче, когда источник структурных волн находится в небольшом объёме воды, и весь этот объём оказывается специфически структурирован. При осторожном разбавлении такой воды, добавленная чистая вода приобретает такое же структурирование. Этот результат повторяется при огромном количестве разбавлений. Дело доходит до «мнимых растворов» – гомеопаты подтвердят. Скажем, на десять баночек с такой водой приходится не более одной молекулы исходно растворённого вещества, а вода из каждой из этих баночек оказывает одинаковое, высоко избирательное, целебное действие. После структурирования воды контакт с исходным веществом уже не нужен! Более того, можно обойтись вообще без растворения в воде исходного вещества. Ведь если динамика структуры воды сопровождается электрическими эффектами, то специфическую упорядоченность этой динамики можно получить, обрабатывая воду электромагнитным излучением с соответствующим специфическим спектром. Проверено – работает! Целебный эффект – тоже во всей красе! Дяденьки академики, будете дальше валять дурака и отрицать всё это?
Впрочем, дорогой читатель, академикам и без этого досталось, когда их ткнули носом в биологические свойства талой воды. Вышло так: какие-то рядовые биологи в экспедициях чересчур впечатлились тем, что в воде вблизи тающих льдов жизнь кипит бурнее, чем обычно. Ну и опубликовались сдуру. Пришлось из-за них созывать конференции по «биологическому действию талой воды», выпускать сборники трудов… Даже вывод сделали: да, талая вода особо благоприятна для живых организмов, а чтобы узнать, почему это так, требуются дополнительные исследования. До сих пор эти дополнительные исследования требуются…
А можно, мы подскажем? При замерзании воды пропадает её структурированность в том числе и патогенная. А при оттаивании льда талая вода является некоторое время «незамутнённой» в структурном смысле. Живые организмы, не упустите свой шанс!
Кстати, едва ли не все бабушки знают, что в ночь на Крещение (на 19 января) жидкая природная вода приобретает особые, биологически благотворные свойства. Не является ли это результатом принудительного сброса патогенного структурирования воды?
В этом месте реакция академиков предсказуема: им до зарезу нужно знать, кто конкретно производит этот принудительный сброс патогенного структурирования воды. Дескать, если мы не назовём имени и должности этого чувака, и не предъявим его характеристику с места работы, то нечего и бубнить дальше. Экие вы, дяденьки, любознательные бываете! Чувака вам сдай с потрохами! А он есть, чувак-то? Или может принудительный сброс патогенного структурирования воды давно проводится в автоматическом режиме? Что значит «как»? Примерно так же, как на ваших компьютерах раз в месяц жёсткий диск автоматически чистится от всяких бяк!
6.7. О диэлектриках.
Уф, надо дух перевести. Видите, в разговоре про электричество применительно к металлам без зарядовых разбалансов худо получается. Применительно к воде – то же самое. Может хотя бы у диэлектриков электрические свойства легко объясняются без учёта зарядовых разбалансов? Ну что вы!
Вот, например, важной характеристикой диэлектрического материала является его способность к ослаблению в своём объёме внешнего электрического «поля». Коэффициент этого ослабления называют диэлектрической проницаемостью. При внесении диэлектрической пластины между обкладками плоского конденсатора «поле» внутри пластины оказывается слабее «поля» в конденсаторе до внесения пластины.
Каким образом диэлектрик ослабляет внешнее «поле» в пределах своего объёма? Были бы в твёрдом диэлектрике свободные заряды, они разбежались бы к противоположным поверхностям пластины (положительные к одной, отрицательные к другой) и сбацали бы ослабляющее «поле». Увы, нет в диэлектрике свободных зарядов.
Но даже в такой аховой ситуации настоящие теоретики не растерялись. Прежде всего, они лихо обтяпали дельце с материалами, в молекулах которых эффективные центры положительных и отрицательных зарядов немного раздвинуты. С электрической точки зрения такая молекула выглядит палочкой о двух концах. На одном конце сидит некоторый положительный заряд, а на другом отрицательный. По-научному такая штука и называется «электрический диполь». Свободный диполь в электрическом «поле» ориентируется против вектора напряжённости, и между концами диполя результирующее «поле» оказывается слабее внешнего. Вот счастье-то привалило! Дальше, мол, всё проще простого: дипольные молекулы в диэлектрике разворачиваются против внешнего «поля» и, так сказать, ослабляют его!
Дяденьки, а вы, так сказать, чувствуете разницу между молекулами свободными и входящими в состав твёрдого тела? Может вы полагаете, что молекулы в твёрдом теле могут свободно крутиться-вертеться по двум углам, как пассатижи в полёте? И что в твёрдом теле, построенном из таких вертлявых молекул, нет никаких межмолекулярных связей? А какие же тогда нечистые силы поддерживают кристаллическую решётку? Или расчёт был на то, что для восприятия вашей теории надо в себе дурака включить? Да и потом, многие молекулы ведь не являются диполями. Как же ослабляют внешнее поле диэлектрики, состоящие из таких молекул?
Здесь теоретиков заклинило на том, что под действием внешнего «поля» обычные молекулы превращаются в диполи, т.е. их эффективные противоположные заряды разъезжаются, как копыта у коровы на льду. Вот вам, мол, и дипольчики, вот вам, мол, и ослабление внешнего «поля»!
Да, душевно получается. Только вы, любезные, прикиньте по вашим же замечательным формулам, насколько должны разъезжаться заряды в молекулах, чтобы обеспечивать наблюдаемые ослабления «поля». Особенно в случае сегнетоэлектриков, у которых диэлектрическая проницаемость составляет десятки тысяч и более. У вас должны получиться чудовищные разъезжания зарядов, превышающие межмолекулярные расстояния; и это при напряжённостях «поля», ещё далёких от пробивных. Такого надругательства кристаллическая решётка не перенесла бы, рассыпалась бы в прах. Однако, не рассыпается. Чихала она на ваши баечки про то, как «поле» в диэлектрике гасят молекулы, превратившиеся в дипольчики!
Кстати, согласно этим баечкам молекулы превращаются в дипольчики во всём объёме диэлектрика, чтобы гасить «поле» мощью всего дружного коллектива. Да, навалиться всем скопом, оно конечно легче. Но есть одна закавыка: всем скопом здесь наваливаться бесполезно. «Поле» между пластинами плоского конденсатора создаётся макроскопическим разделением противоположных зарядов. И ослаблено оно может быть лишь макроскопическим же разделением зарядов, например, противоположными зарядами, индуцированными на той и другой поверхностях диэлектрической пластины. Диполи внутри пластины могут быть ориентированы хоть прямо, хоть вкривь и вкось. Это всё равно не даст ослабления внешнего «поля», поскольку средняя объёмная плотность заряда в толще пластины будет по-любому равна нулю.
В деле ослабления внешнего «поля» придётся отдуваться только поверхностным зарядам на противоположных сторонах пластины. Для молекулярных диполей создать такие заряды слабо. А для зарядовых разбалансов – милое дело!
И это была лишь первая часть учения о диэлектриках; о том, как они внешнее «поле» ослабляют. Это называется так себе, «область слабых полей». А ещё есть «область сильных полей». Там всё гораздо серьёзнее. Там теоретики толкуют о феномене электрического пробоя. Знаете, как пробивает твёрдый диэлектрик? Пу-пумс! – и насквозь. Само собой, без теории твёрдого тела физики блуждали бы в потёмках, наивно полагая, что свободных электронов в диэлектриках нет.
А что говорит нам теория твёрдого тела? Она говорит, что твёрдый диэлектрик кишит свободными электронами, как и металл, и, как у металла, кристаллическая решётка твёрдого диэлектрика держится на электронном газе. Теории твёрдого тела по фиг, твёрдый тебе металл или твёрдый тебе диэлектрик. Вы, белочки и зайчики, спрашиваете, почему тогда диэлектрики проводят постоянный электрический ток не так хорошо, как металлы?
Ну, это не для средних умов. В диэлектриках, как учит нас зонная теория, для каждого свободного электрончика, какой бы вектор импульса он ни имел, непременно есть другой свободный электрончик с точно противоположным импульсом. Ну, чисто куперовские пары, да ещё при комнатной температуре (за это тоже можно было дать Нобелевскую премию, но её дважды за одно и то же не дают). Так вот, в диэлектрике, значит, туча свободных электронов, которые мечутся как угорелые, но их суммарный импульс всегда равен нулю, а значит переноса электричества принципиально нет. Вы можете делать с диэлектриком, что хотите: бить по нему молотком, гнуть, пилить на части, нагревать или охлаждать, подавать на него «слабое» электрическое напряжение – суммарный импульс электронов останется нулевым.
Что, непонятно, как такое может быть? Да физики сами этого не понимают. Чтобы было на кого спихнуть ответственность за эти чудеса, они специально распустили слух про чудище Ферми-Дирака (мы о нём уже говорили в «Фокусах-покусах квантовой теории»). Это оно, чудище Ферми-Дирака, обеспечивает нулевой суммарный импульс свободных электронов в диэлектрике. Больше некому. Ага! Тогда теория электрического пробоя должна быть очень проста. При подаче пробивного напряжения чудище Ферми-Дирака перестаёт справляться со своими обязанностями и всё! Может пробивное напряжение его парализует. А может от пробивного напряжения это чудище вообще копыта откидывает. Тут такой простор для полёта теоретической мысли! Но нет, чего-то эти перспективы не заинтересовали теоретиков. Они наплодили кучу теорий электрического пробоя, но ни одна из них не исходит из неприятностей у чудища Ферми-Дирака. Такое впечатление, что теоретики сговорились и дурака валяют, всяк на свой лад.
Вот, например, что придумали: что канал проводимости в диэлектрике образуется в результате ионизации электронным ударом. Из той кучи теорий эта особенно недурна; есть в ней для сердца физика что-то такое… к поцелуям зовущее. Конечно, есть у неё и недостаточки, но они тоже премиленькие. Вот, например: атомы в твёрдом теле упакованы плотно и электрон на отрезке всего лишь в междуатомный промежуток должен был бы набирать энергию, достаточную для ионизации атома. Но для этого требуются напряжённости, которые превышают экспериментальные пробивные значения на пару порядков. Чтобы теория пробоя через ионизацию электронным ударом была в согласии с опытом, длина свободного пробега медленного электрона в твёрдом диэлектрике должна составлять несколько сотен Ангстрем, а это невозможно при плотно упакованных атомах.
Что, затрудненьице? Та оно-ж легко преодолимо! Теоретики привели под ручки квантовую механику. Разберись, мол, всеядная ты наша. И на всякий случай отошли подальше. Тут же раздались хруст и довольное чавканье, а на выходе получилось то, чему и полагается в таких случаях. Мол, медленный электрон да, не может пройти сквозь отдельный атом, но когда этих атомов много, электрон нутром чует их всех сразу, и сквозь все сразу и прёт. Проперев таким макаром положенные сотни Ангстрем и набрав энергию, достаточную для ионизации атома, электрон теряет дар чутья всех атомов сразу, потому что от души вмазывается только в один из них, отчего тот ионизируется. Смотрите-ка, стало уже два свободных электрона! Они смогут ионизовать ещё два атома, и так далее. Возникнет электронная лавина, забодай её коза! Это же и получится электрический пробой!
Только, тю ты, опять неувязочка из кармана вылазит. Первичный-то электрон может инициировать лавину, начиная с любого места в толще образца. Но никто никогда не наблюдал такого канала пробоя в твёрдом диэлектрике, который начинался бы где-то из середины образца. Этот канал всегда начинается на его поверхности! Мистика какая-то… Да и вообще, теория пробоя через ударную ионизацию, когда затравочных свободных электронов можно пересчитать по пальцам одной руки, насмерть обижает зонную теорию, по которой даже непробитый диэлектрик кишит свободными электронами.
Где же уважение к достижениям предшественников? Или, пардон, зонная теория – это и не достижение вовсе? А чего ж её до сих пор в вузах преподают? Без неё студентам скучно, что ли?
Эх, дорогой читатель! Давайте снова вспомним про концепцию зарядовых разбалансов. Вы спросите, как она поможет объяснить электрический пробой твёрдого диэлектрика? Отвечаем: легко! И к тому же без мистики!
Выше мы говорили, что в твёрдом теле из-за плотной упаковки атомов невозможно направленное движение электронов, которые оставались бы свободными. Даже в металлах продвижение электронов к аноду происходит в режиме «ротации кадров» между свободными и связанными электронами. Чтобы диэлектрик стал проводником, в нём тоже следует создать возможность для такой «ротации кадров». Потому что в диэлектрике этой возможности нет. Например, кристалл со стационарными химическими связями, где совсем нет свободных валентностей – хороший диэлектрик. Есть и другие диэлектрики, например, оксиды металлов. Не странно ли это? Ведь в их состав входят атомы металла, которые испытывают валентные переключения! Нет, не странно: при хорошей упорядоченности этих переключений ни одна валентность не остаётся свободной так долго, чтобы стать ловушкой для постороннего электрона, так что режим «ротации кадров» здесь тоже исключён.
Вывод: для электронной проводимости требуются долгоживущие (по атомным меркам) свободные валентности. А для этого надо делать с диэлектриком что? Правильно, рвать в нём химические связи! И зарядовые разбалансы при пробивном напряжении с этой задачей отлично справляются. Напоминаем, внешнее электрическое «поле» в диэлектрике ослабляется из-за того, что разноимённые зарядовые разбалансы индуцируются на его противоположных поверхностях – в нескольких атомных слоях. При этом в самом внешнем атомном слое индуцируются самые сильные зарядовые разбалансы, в следующем под ним слое – зарядовые разбалансы немного послабее и т.д. Это называется «градиенты зарядовых разбалансов». Чем сильнее внешнее «поле», тем сильнее индуцированные зарядовые разбалансы, и тем сильнее их градиенты.
В этом и секрет фокуса. Дело в том, что химическая связь стабилизируется циклическими перебросами кванта тепловой энергии из одного из связанных атомов в другой и обратно. А зарядовые разбалансы тоже имеют энергию. И если в условиях градиента зарядовых разбалансов разность соответствующих энергий у связанных атомов становится такой же, как энергия теплового кванта, химическая связь оказывается нестабильна.
Всё! В этом и смысл пробивного напряжения.
Формула для него, полученная на основе этой модели, неплохо работает. Заметьте, химические связи начинают рваться там, где градиенты зарядовых разбалансов самые сильные, т.е. на поверхности. Вот почему канал электрического пробоя всегда начинается с поверхности.
Можно спросить, как же этот канал развивается в толще диэлектрика, ведь там зарядовых разбалансов нет? Смотрите: игольчатая оконечность растущего канала проводимости является источником «сильно неоднородного поля» и сама способна разрывать химические связи. Всё честно!
На основе этой модели предложена технология создания мультислойного металл-диэлектрического супер-изолятора, который при толщине в 100 микрон держал бы постоянное напряжение, которое держат лучшие твёрдые диэлектрики, имея толщину в сантиметры! Да уж, постоянное напряжение! Говоря про электрический пробой твёрдых диэлектриков, мы имели в виду именно постоянное пробивное напряжение. В случае же переменного напряжения, диэлектрики и пробивать-то не надо. Они прекрасно проводят переменный электрический ток с помощью волн зарядовых разбалансов. Более того, они его проводят прекраснее, чем металлы, ведь здесь не путаются под ногами свободные электроны и нет потерь на джоулево тепло. Используя источник достаточно высокочастотного и достаточно высоковольтного напряжения, можно передавать «электрическую энергию» по чисто диэлектрическому проводу. Кто не верит, проверьте!
6.8. О полупроводниках.
А мы пока окунёмся в ещё одну дивную область – учение о полупроводниках. Это – полный балдёж. Главное, полупроводниковые устройства работают! А теоретики бьются-бьются, да так и не понимают, как такое получается. Но чтобы никто об этом не догадался, они нагромоздили мощные теоретические дебри с капканами, ловушками, перешибающими хребет брёвнами и волчьими ямами. Чужак сунется – сильно пожалеет.
А всё почему? Опыт подсказывает: происходящее в полупроводниках просто объясняется при допущении мобильных зарядов, которые остаются связанными; а при допущении только свободных зарядов, придётся множить маразм и доводить его до абсурда. Ох, как же благодарны теоретики опыту за эту подсказку! Без неё они могли докатиться до простых объяснений! Вот был бы позор на всю науку…
Короче, теоретики зарубили себе на носу: переносить электричество в полупроводниках могут только свободные носители заряда. В случае с металлами вполне обходились балладами о свободных электронах. А в случае с полупроводниками пришлось пополнять балладный запас. Всё из-за Холла, которого что-то торкнуло так, что он свой эффект открыл.
Смотрите, направление тока через образец определяется внешней разностью потенциалов. Если ток создаётся отрицательными носителями, то в поперечном магнитном поле они сносятся к той же боковой грани образца, к которой сносятся и положительные носители, если ток создаётся ими. Поэтому холловская разность потенциалов однозначно говорит о знаке заряда доминирующих носителей. И оказалось, что в доброй половине полупроводниковых материалов доминируют носители положительного электричества. Шайтан какой-то!
Думали-думали теоретики, что же это за свободные носители положительного заряда, да так ничего и не придумали. Но для порядка они назвали этих носителей «дырками» и принялись развивать теорию электронно-дырочной проводимости. Спросим эту теорию, а всё-таки, что такое «дырка»? Спой, светик, не стыдись! «Сначала я молчать хотела, – начнёт издалека эта теория. – Потом я к выводу пришла…» Короче, если пропустить рассказ про изгибы психики этой теории, то вывод поначалу был такой. Дырка – это отсутствие внешнего электрона в атоме кристаллической решётки.
Очаровательно! При виде дырочки у электрончика в соседнем атоме глазёнки-то загораются и он без разбега «легко перескакивает» в неё, позабыв, что в прежнем атоме его удерживала энергия связи. Ну, всё как у людей! Электроны тоже «кое-где у нас порой» чихают на высокую мораль. В результате цепочки таких аморалок (дурной пример-то заразителен), дырка способна перемещаться из атома в атом и мигрировать по образцу, подчиняясь внешним «полям».
Складно? Да где там! Во-первых, здесь всё-таки движутся электроны, но так, как будто во встречном направлении движется положительный заряд. А ведь холловская методика одним пинком расшвыривает все эти «как будто», «как бы», «вроде бы». В холловской методике ток электричества одного знака никоим образом не сводится к противотоку электричества другого знака.
Во-вторых, какие же это свободные носители, ваши «дырки», если они принципиально локализованы в атомах? «Потом я всё пересмотрела, – продолжает петь теория. – И вывод сделала иной…» Короче, если опять отбросить чешую и шелуху, то дырка – это незанятое электроном состояние в энергетической зоне. О, как!
Во-первых, бессмысленно говорить о том, где такая дырка находится, ведь энергетическая зона «работает» во всём кристалле, и любое в ней состояние – тоже. Во-вторых, свободное квантовое состояние не обладает электрическим зарядом. Как переносится электричество беззарядовыми штучками, о локализации и движении которых говорить бессмысленно, это только большие теоретики понимают. Точнее, они делают вид, что понимают. А полупроводниковые устройства работают независимо от того, насколько сильно эти дяди щёки надувают.
Тут теоретики обидятся. «Опыт показывает, что у дырки даже масса есть, – заявят они. – Про циклотронный резонанс, небось, не слышали?» Вот те раз! Да в нашей деревне про него частушки поют:
Дырки, глянь, в магнитном поле
Хороводы водят, что ли?
Получили, стервы, шанс –
Циклотронный резонанс!
Нашенские частушки – это не абы что, это пласт народной мудрости! Кстати, хотите частушку про коллайдер? Её, правда, почти всю придётся «запикивать», лишь четыре слова и останется… Ну, хорошо, в другой раз. Вернёмся к вашим дыркам и посмотрим, что там циклотронный резонанс «показывает».
Действительно, в магнитном поле свободные заряженные частицы выписывают окружности, ортогональные вектору магнитной индукции. Выписывают они их с циклотронной частотой, в выражение для коей входит масса частицы. Как же нам везёт: узнав циклотронную частоту, мы узнаем эту массу! А частота находится по резонансному поглощению СВЧ-волны. Ну вот, помещают в магнитное «поле» твёрдый диэлектрик и полагают, что свободные электроны и дырки начинают в нём хороводы водить, аки в вакууме. Куды ж, мол, деваться: пики-то резонансного поглощения СВЧ конкретно наблюдаются! Только эти пики немного чудные: для электронов и для дырок получается не по одному пику, а по целому набору. Приходится классифицировать электроны и дырки по массовым категориям, почти как боксёров. Представляете, вот дырки легчайшей массовой категории! А вот дырки с первой полусредней массой! А вот – дырки-супертяжеловесы!
Но ведь опыт «показывает» ещё больше, если бдительно присмотреться. Оказывается, при повороте образца относительно вектора магнитной индукции, пики резонансного поглощения СВЧ сдвигаются, и все те разношёрстные массы дырок получаются плавающими. Узнав об этом, теоретики пришли в неописуемый восторг и сделали вывод: массы свободных электронов и дырок в полупроводниках являются тензорными величинами.
Это означает, белочки и зайчики, что масса той же полусредней дырки не равна какому-то одному значению, а зависит от направления. Нет, не от направления движения, и не от направления действия силы, а просто от направления. Непонятно? Сейчас Буратино вам пояснит. Помните, Мальвина давала ему урок арифметики: «У вас в кармане два яблока…» А он бы ей в ответ: «Врёте! У меня в кармане – ха-ха! – на север – одно яблоко, на восток – три, а вверх – аж три с половиной!» А она: «Ах!.. Артемон, Артемон! Отведи этого Дуремара… то есть, этого гадкого мальчишку в чулан!»
Высокая наука, что с неё взять… Даже детям, которые «академиев не кончали», понятно, что не могут свободные электроны выписывать кренделя в диэлектрическом кристалле! А вот зарядовые разбалансы – могут. Причём, как отрицательные, так и положительные. В условиях магнитного «поля» они мигрируют себе по замкнутым цепочкам атомов. Если атомы образуют кристаллическую решётку, эти цепочки миграций могут иметь дискретные длины, к тому же зависящие от ориентации кристалла относительно вектора магнитной индукции с соответствующими частотами кручения-верчения по этим цепочкам. Вот вам и набор плавающих пиков поглощения СВЧ. И тензорными массами не надо маяться. Лепота!
Ну, у кого-то лепота, а у кого-то – слепота. Если образец демонстрирует отрицательную холловскую разность потенциалов, то считается, что в нём доминируют свободные электроны. А если положительную, то – «свободные дырки». В первом случае говорят: «полупроводник n-типа», а во втором – «p-типа».
Хорошо известно, что электропроводность полупроводников растёт с увеличением температуры. «Это потому, – объясняют теоретики, – что свободных носителей становится больше».
Свежо страдание, а лечится с трудом! Честный процент термической ионизации атомов в образце на порядок меньше того, который обеспечивал бы электропроводность чистых полупроводников. Пришлось опять прибегать к методам высокой науки. Нас уверяют, что у атомов, образующих полупроводник, энергия ионизации на порядок меньше, чем у тех же атомов в свободном состоянии.
Такой ход мысли понятен. Только, любезные, у вас получается, что при образовании полупроводникового кристалла из отдельных атомов бесследно исчезает почти вся энергия связи самых внешних атомарных электронов – по несколько электрон-вольт на атом. Это гораздо больше, чем, например, превращения энергии при детонации. И никто не вздрагивает!
А ведь с чистыми полупроводниками – это ещё пустячки, мелкие недоразумения. «По-взрослому» всё начинается у легированных полупроводников. Примеси, которыми их легируют, они – о-го-го какие! Они могут кардинально увеличить электропроводность образца! Как они это делают? Да возьмите первый попавшийся учебник по полупроводникам, и он сам откроется на нужной странице. Значит так, если материал из четырёхвалентных атомов легировать пятивалентными атомами, то они встроятся в решётку, задействовав только по четыре своих валентных электрона. Оставшиеся же пятые могут быть «легко оторваны» и сделаны свободными носителями. Вот вам, мол, резкое увеличение проводимости n-типа.
Стоп! После «лёгкого отрыва» электрона в атоме-то остаётся дырка! Разве она не даёт вклада в проводимость p-типа? Это как в детских играх, что ли: новые свободные электроны «играют», а новые дырки – «не играют»? О, Господи, читаем дальше. Если тот же материал из четырёхвалентных атомов легировать трёхвалентными атомами, то они встроятся в решётку, задействовав все свои валентные электроны, но при этом у них будет не хватать по одному электрону, чтобы образовать по четыре связи с соседями. Вот вам, мол, готовые дырки, которые дают резкое увеличение проводимости p-типа.
Стоп! Какие же это «дырки», если все электроны – в атомах, и ни один атом не ионизован? Дяденьки, на кого рассчитана эта концепция примесной проводимости, на ваших бабушек, что ли? «Эта концепция, – с нордическим спокойствием парируют академики, – надёжно подтверждена опытом. Легирование кремния и германия пятивалентными элементами даёт резкое увеличение n-проводимости, а легирование их трёхвалентными элементами даёт резкое увеличение p-проводимости!»
Ну, ну. Повезло же вам, что есть на свете такие аномалии: кремний да германий. С ними всё получается так, как в учебниках написано. А про полную картину вы в курсе? Нехорошо внушать нам правило: примеси с большей валентностью, чем у главных атомов, дают проводимость n-типа, а с меньшей валентностью – p-типа. В доброй половине случаев это правило по-наглому не работает!
А, знаете почему? Для электропроводности полупроводника всё равно, легировать его атомами с большей или меньшей валентностью. Результат-то один и тот же – гарантированное наличие свободных валентностей. А на каких атомах эти свободные валентности висят, на примесных или на основных, это неважно. Важно лишь общее количество свободных валентностей: чем их больше, тем лучше электронная проводимость.
А про дырочную проводимость лучше поскорее забыть. Потому что нет её в природе. Да и не нужна она совсем. Не верите? Ну возьмите вы образец кремния, легированного бором или индием со стопудовой p-проводимостью. Без дырок тут никак, да? Ну подайте постоянное напряжение на этот образец. Через него потечёт ток. Не такой сильный, как через металл, но всё-таки. Теперь поменяйте полярность приложенного напряжения. Через образец снова потечёт такой же ток, только «в обратную». А теперь прикиньте, по металлическим проводам в вашей цепочке двигаются только электроны, правда ведь? И сила постоянного тока сквозь любое поперечное сечение замкнутой цепочки одна и та же, не так ли? Сколько входит электронов в ваш p-образец в единицу времени, столько же их и выходит. Значит, и в самом p-образце в данном случае проводимость электронная. Какой же ей ещё быть? Всё тот же режим «ротации кадров» между свободными и связанными электронами!
Надо всё-таки сказать, почему электропроводность полупроводников лучше, чем у диэлектриков (непробитых), но хуже, чем у металлов. Дело именно в количестве свободных валентностей, большем, чем у диэлектриков, но меньшим, чем у металлов. Спрашивается, откуда берутся свободные валентности при правильной кристаллической решётке у беспримесного полупроводника? Напрашивается ответ: химические связи здесь не вполне стационарны. Они чисто программными средствами по очереди рвутся в принудительном порядке! Из-за цикличности этого процесса имеет смысл среднее время, в течение которого валентности и остаются свободными.
Отсюда немедленно следует наличие полосы оптического поглощения у полупроводников! При облучении даже образца p-типа светом, попадающим в его полосу поглощения, сопротивление образца для посторонних электронов резко уменьшается. Так работают фоторезисторы. А всё потому, что возбуждённые свободные валентности шустрее управляются с «ротацией кадров» электронов, отчего для них увеличивается пропускная способность образца.
И ещё один секрет. Для полупроводников программно обеспечена возможность превращения энергии возбуждения атомов в энергию зарядовых разбалансов! Для одних элементов предписано, чтобы зарядовые разбалансы получались отрицательные, а других – чтобы положительные. Собственно потому и существуют полупроводники n-типа и p-типа. Мобильное электричество в виде зарядовых разбалансов, отрицательных и положительных, играет ключевую роль при работе полупроводниковых диодов, т.е. пар образцов p- и n-типа, контактирующих друг с другом весьма плотно через химические связи и образующих, таким образом, p-n-переход.
Вот, например, для выпрямления переменного тока широко используется то свойство p-n-перехода, что он хорошо пропускает ток при прямом напряжении, т.е. при подключении p-области к «плюсу», а n-области к «минусу», и плохо пропускает ток при обратном напряжении. Почему?
Смотрите, при прямом включении отрицательные зарядовые разбалансы в n-области мигрируют от «минуса», т.е. к p-n-переходу. С другой стороны, положительные заряды в p-области мигрируют от «плюса» тоже к p-n-переходу. В итоге, в области p-n-перехода те и другие практически компенсируют друг друга. И напряжённость «поля» в материале диода определяется практически разностью потенциалов на его электродах. Если эту разность потенциалов поделить на сопротивление материала диода, то получится сила тока посторонних электронов через диод.
При обратном же включении картина совсем другая. Теперь отрицательные зарядовые разбалансы в n-области мигрируют к положительному электроду, а положительные заряды в p-области – к отрицательному электроду. Концентрируясь в приэлектродных областях, они ослабляют напряжённость «поля» в материале диода, создаваемую внешним источником напряжения. Сопротивление материала диода остаётся прежним, а напряжение (по сравнению со случаем прямого включения) становится меньше. Поэтому и ток через диод при этом меньше. До смешного просто.
Ой, а ещё смешнее полупроводниковый диод с p-n-переходом работает как солнечная батарея. При облучении светом, попадающим в полосу оптического поглощения, он создаёт электродвижущую силу, способную поддерживать слабый постоянный ток в замкнутой цепи. Здесь ток – это опять же ток посторонних электронов, которые входят в p-область и выходят из n-области. Почему так получается?
Академики полагают, что свет обладает волшебным свойством: действуя на p- и n-области, он увеличивает в них количество «свободных носителей». В n-области якобы от света увеличивается количество свободных электронов, а в p-области – увеличивается количество «свободных дырок». Как такое получается в электрически нейтральных кусочках, об этом академиков лучше не спрашивать, чтобы не расстраивать их до слёз. Хотя тока-то всё равно не получится. Свободные электроны из участка внешней цепи, прилегающей к p-области, будут конечно ломиться в эту область. Но в эту область будут ломиться и свободные электроны из n-области. А встречные токи в фотодиоде – это не то, что нам нужно. Чтобы фотодиод работал как насос, перекачивающий электроны, какие-то силы и в p-области и в n-области должны двигать электроны в одну и ту же сторону.
Эти силы берутся вот откуда. Свет из полосы оптического поглощения продуцирует не свободные носители электричества, а зарядовые разбалансы, положительные в p-области и отрицательные в n-области. Они мигрируют навстречу друг другу, нейтрализуя друг друга в области p-n-перехода, а их энергия превращается в другие формы (например, в тепло). Теперь, внимание. Свободные электроны в фотодиоде должны двигаться так, чтобы по возможности компенсировать эти токи зарядовых разбалансов. Значит в p-области электроны должны двигаться попутно с положительными зарядовыми разбалансами, а в n-области – навстречу отрицательным зарядовым разбалансам. Вот и получается сквозное движение свободных электронов через освещаемый фотодиод!
Ну, и ещё один фотоэлектронный прикол – работа полупроводникового лазера. Если прямой ток через p-n-диод превышает пороговое значение, то зона p-n-перехода излучает свет с длинами волн из полосы оптического поглощения. Теоретики долго думали, как бы объяснить это чудо, да посмешнее. В итоге, успех пришёл. Дескать, свет здесь рождается в результате излучательной рекомбинации электронов и дырок. Это – по-научному. А по-простому это так: свободный электрон плюхается в дырку и становится связанным. При этом вроде и вправду должен излучаться свет, как при рекомбинации положительных ионов с электронами.
Только позвольте, при такой генерации света уменьшалось бы число свободных носителей электричества! А откуда брались бы новые им на смену, чтобы в цепи поддерживался постоянный ток?! Источник тока, он ведь не впрыскивает в цепь всё новые и новые электроны, он всего лишь перекачивает электроны с анода на катод. Ну, дела…
Да и ещё позвольте заметить: «рекомбинация электронов с дырками» возможна не только в зоне p-n-перехода, но и во всём объёме p-области. Увы, похоже в объёме p-области «дырки» какие-то ненастоящие, потому что светит только зона p-n-перехода. Да и вообще, пускайте ток через монообразец p-типа. Пусть там электроны всех дырок до смерти зарекомбинируют. То-то свету будет! Но нет, здесь электронам для полного счастья категорически не хватает p-n-перехода. Без него ни фига не получается. Грустно, дяденьки…
А не вспомнить ли нам опять про зарядовые разбалансы? Да с удовольствием. Когда при сильном прямом токе посторонние электроны продираются сквозь материал полупроводникового диода, они ударно возбуждают атомы. В p-области энергии возбуждения превращаются в энергию положительных зарядовых разбалансов, а в n-области – в энергию отрицательных зарядовых разбалансов. Эти превращения особенно эффективны для энергий возбуждения, соответствующих полосе оптического поглощения.
Дальше получается вот что. Подчиняясь приложенному прямому напряжению, зарядовые разбалансы мигрируют к p-n-переходу. И некоторые тамошние атомы оказываются в состоянии, которое по-простому называется «ни то, ни сё». А именно, в одной из атомарных связок «протон-электрон» со стороны p-области оказывается положительный зарядовый разбаланс, а в другой, со стороны n-области – отрицательный зарядовый разбаланс. Это непорядок. Он быстренько исправляется: делается сброс энергии этих противоположных зарядовых разбалансов через превращение её в световую энергию. Отполировать две боковые граньки кристалла, чтобы получился резонатор, и свет будет не простой, а лазерный. Делов-то!
Опять же, это речь шла про постоянные токи в полупроводниках, когда подвижки посторонних электронов играют заметную роль. При переменных же напряжениях подвижки электричества в полупроводниках, начиная с некоторых частот, обеспечиваются только зарядовыми разбалансами. Не подозревая об этом, исследователи приходят к выводу о сумасшедших подвижностях свободных носителей. Доходит до того, что при попытке объяснить эти сумасшедшие подвижности у теоретиков захватывает дух и они затрудняются сделать выбор. То ли петь про туннельный эффект, то ли про сверхпроводимость. Версии-то одна другой краше! Одна другой высоконаучнее!
6.9. О радиоволнах.
А у нас всё по-крестьянски. Везде, где есть связанные заряды, электромагнитные явления становятся до неприличия понятными, если учитывать то, что вытворяют зарядовые разбалансы. Кстати, радиоволна, например, в воздухе – это не что иное, как волна зарядовых разбалансов в атомах. А в пространстве между атомами от радиоволны ничего нет!
Может кому-то покажется, что мы под конец совсем свихнулись? Нет, мы-то свихнулись не совсем по сравнению с теми, кто учит нас, что радиоволна при распространении вызывает колебания индуцируемых электрических диполей в молекулах, а также переориентации молекул с готовыми диполями. Такое было бы возможно, если частота радиоволны превышала бы среднюю частоту столкновений молекул в воздухе. Иначе из-за столкновений молекулярные диполи не успевали бы отрабатывать даже одного периода колебаний на радиочастоте, и воздушная среда не давала бы отклика на радиоволну. Однако, даже для низкочастотных радиоволн отклик воздушной среды безусловно есть, поскольку скорость этих радиоволн зависит в том числе от температуры, давления и влажности этой среды. Значит радиоволна проявляет себя в воздушной среде вовсе не через трепыхания молекулярных диполей.
Смотрите, если в воздухе находился бы уединённый шарик, заряд которого изменялся бы по синусоиде на некоторой радиочастоте, то происходило бы следующее. Изменяющийся заряд шарика индуцировал бы изменяющиеся зарядовые разбалансы в веществе окружающего воздуха, которые устанавливались бы с некоторым запаздыванием. Это запаздывание определялось бы быстродействием алгоритмов, которые рулят зарядовыми разбалансами. В результате, пока работал бы этот чудо-шарик, от него расходились бы волны знакопеременных зарядовых разбалансов в воздухе. Это и были бы радиоволны. Они, кстати, отнюдь не поперечны, потому что ничего в них не болтается поперёк направления распространения.
Нам возразят, что настоящие-то радиоволны как раз поперечны и укажут на феномен поляризации радиоволн, который эту поперечность якобы доказывает. Увы, феномен поляризации радиоволн обусловлен тем, что реальные источники радиоволн принципиально отличаются от уединённого шарика с переменным зарядом. В реальных источниках дело не обходится без электрических токов. Вот, например, вертикальный штырь, по которому генератор гоняет сгустки электричества вверх-вниз. В окружающем воздухе подвижки зарядовых разбалансов будут иметь только вертикальные компоненты. Вертикальная штыревая антенна сможет дать на них отклик, а горизонтальная – нет. Вот и весь «феномен поляризации». Он не доказывает ни поперечности радиоволн, ни их самостоятельной сущности, не сводимой к процессам в веществе. Кстати, при колебаниях и подвижках зарядовых разбалансов не происходит колебаний и подвижек вещества, поэтому зарядовым разбалансам нипочём столкновения молекул. Вот почему в случае радиоволн нет частотного порога на отклик воздушной среды.
И ещё. Как и при распространении света, при распространении радиоволны, т.е. волны зарядовых разбалансов, не происходит переноса энергии в пространстве. Происходят лишь перераспределения различных форм энергии в веществе. Например, энергия связи атомарных электронов превращается в энергию зарядовых разбалансов и обратно. Всё по физическим законам, т.е. по программным предписаниям.
Трудно поверить, что радиоволна не переносит энергию, правда? Понимаем. Слишком сильна иллюзия того, что свободные заряды в окружающем антенну пространстве начинают бегать оттого, что антенна излучает энергию, которую даёт ей генератор, который, в свою очередь, берёт её из энергосети, причём, что для некоторых особенно убедительно, за эти киловатт-часы приходится платить. Но до тех пор, пока физика будет цепляться за подобные иллюзии, будет актуальна старая студенческая хохмочка:
- Что такое электрический заряд? – спрашивает экзаменатор.
- Я знал, но забыл, – мямлит студент.
- Эх, какая потеря для науки! Один лишь человек знал, да и тот забыл!..
7. Стратегическая ошибка современной физики.
Знаете,
в бытность мою зелёным студентиком физфака, когда Интернета ещё не было, пользовался популярностью жанр стенгазет, в которых физфаковский народ – в рамках дозволенного – вовсю хохмил и самовыражался. В том числе, придумывал прикольные задачки. Как-то раз, среди перлов вроде «по нерастяжимому скользкому тросу карабкается абсолютно упругая обезьяна» – которые вызывали у народа рефлекторное ржание – увидел нечто особенное. Условия были сформулированы просто и непритязательно: «Человек с нормальным зрением смотрит на передний край науки. Дальше он не видит. Оценить толщину края». Рефлекторного ржания это не вызывало, но почему-то завораживало. Сейчас я понимаю – почему. Вольно или невольно, но у автора этой задачки получилось пророчество. Открытым текстом говорившее: вот во что превращается наука физика.
Сразу оговоримся: речь пойдёт не о коммерческой прикладной физике, а о фундаментальной – т.е. о представлениях о том, как устроен физический мир. Именно эта физика сегодня весьма заинтересована в том, чтобы «человек с нормальным зрением» видел у неё только передний край. Потому что если он увидит то, что находится в тылу этого переднего края, у него сразу возникнет ряд очень неудобных для физики вопросов.
Сама постановка этих вопросов может быть воспринята как оскорбление учёными-физиками, которые привыкли позиционировать себя как интеллектуальную элиту. Но давайте погасим эмоции и трезво посмотрим на реалии. В последние лет десять над физикой был поставлен интересный эксперимент. Были предъявлены десятки (!) экспериментальных фактов, которые расходятся с принятыми физическими доктринами не в каких-то там частностях, а на фундаментальном уровне. Нынешняя официальная физика принципиально не может объяснить эти факты, поэтому она их замалчивала или, хуже того, перевирала. И вот, эти факты предъявлены. А заодно предложена новая физическая концепция, которая легко их объясняет. Более того, на основе этой новой концепции делаются предсказания, которые подтверждаются на опыте! Какова же оказалась реакция сообщества физиков на эти факты и новую концепцию? А вот какая: немотивированное категорическое неприятие. «Полный бред! Не надо! Это не обсуждается! Нет, и всё!»
Наше видение причин этого категорического неприятия мы и постараемся кратко изложить в данном эссе. Ведь до чего поразительно получается! Предъявленные факты специалисты опровергнуть не могут, потому что сами прекрасно знают, что это – факты. Казалось бы, предложенная новая концепция выглядит предпочтительнее? Специалисты сразу должны это видеть! Но эта концепция даже не обсуждается ими! Спрашивается, почему?
Психологи нам подсказывают: этому есть причина, о которой не принято говорить вслух, особенно применительно к интеллектуальной элите. Человеку, мол, психологически сложно признать чужую правоту и свою неправоту, потому что тогда ему придётся признать, что собеседник умнее его, а он сам, соответственно, глупее собеседника. На это мы заметим, что упорствование в своих заблуждениях – это отнюдь не признак ума, это как раз свидетельство о глупости. Извините, уважаемые психологи, но ваше объяснение даёт лишь самое примитивное понимание происходящего. Мы обнаружили ещё два уровня его понимания.
Речь, во-первых, о том, что реакция сообщества физиков на «неудобные» факты – это типичная реакция толпы, блестяще описанная Густавом Лебоном в «Психологии народов и масс». Сообщество физиков тоже подпадает под область применимости учения Лебона как «масса» или, точнее, каста; мы будем использовать термин «учёная толпа». Физики могут заявить, что им Лебон – не указ. Но если, как страус, спрятать голову в песок, сильно ли от этого полегчает? За более чем сотню лет после выхода в свет книги Лебона, ничем существенным его учение не дополнили, но активно используют его в практических целях, с неизменным успехом. Ибо «знание – сила»!
Один из главнейших тезисов этого знания таков: реакция толпы вырабатывается не на уровне разума, не на уровне логики, а на уровне предрассудков, засевших в подсознании. Точно так же ведёт себя и сообщество учёных-физиков. Этот прискорбный для имиджа науки вывод нам удалось строго обосновать, наблюдая реакцию физиков на «неудобные» факты.
Во-вторых, речь о том, что эта реакция физиков является следствием ещё и того, что сегодня саму науку физику, в свою очередь, используют как инструмент, облегчающий манипуляцию большими массами людей, далёких от этой науки. Здесь особенно хорошо видно: пропаганда про то, что физика «несёт свет истины в массы», совершенно не соответствует тому, чем она занимается в действительности.
Чтобы нас не упрекнули в том, что мы делаем неадекватные, слишком далеко идущие выводы в отместку за неприятие физиками какой-то горстки малозначимых фактов, нам придётся остановиться на этом. Судите сами, можно ли здесь говорить о «горстке» и о «малозначимости».
А прежде всего, несколько слов о том, чем же новая физическая концепция принципиально отличается от нынешней ортодоксальной.
7. Стратегическая ошибка современной физики.
7.1. «Бог не играет в кости!» Он играет в программирование!
Самый фундаментальный догмат ортодоксальной физической доктрины, на котором строятся все её остальные тезисы, таков: физический мир – самодостаточен. Причины его существования и причины всего, что в нём происходит, находятся, как полагают, в нём самом. Физические объекты взаимодействуют друг с другом по физическим законам потому, что у этих объектов «такие свойства».
Здесь можно спросить: а почему свойства именно такие, а не другие? Но на такие «глупые» вопросы физики отвечать не будут. Им и без этого тошно. Подстраивая свои теории под всё новые опытные факты, они напридумывали столько «свойств», что и сами уже были не рады – а от фундаментальных противоречий в теориях так и не избавились.
Тогда их осенило, что можно придумывать не только новые свойства физических объектов, но и сами физические объекты. И понеслось: гравитационные и электромагнитные поля, физический вакуум, виртуальные частицы, нейтрино, тёмная материя… На опыте эти придумки категорически не наблюдаются, следов в детекторах не оставляют. Поэтому теоретики на них и сваливают ответственность за свои теоретические прорехи, обретая, таким образом, некоторое душевное успокоение.
Наш подход принципиально иной. Мы говорим, что физический мир несамодостаточен; что он существует благодаря соответствующему программному обеспечению, которое находится на надфизическом уровне реальности. Каждая элементарная частица существует благодаря работе программки, которая формирует её в физическом мире. Поведение частицы определяется пакетом программ, где прописаны варианты взаимодействий, в которых она может участвовать.
Это – не детерминизм, потому что программы, определяющие поведение частиц, работают по принципу обработчиков событий: тот или иной процесс запускается только при соблюдении конкретных предусловий. Таким образом, свойства физических объектов чётко заданы на программном уровне. Вот почему в физическом мире работают физические законы, а не царят произвол и хаос.
Что же можно выстроить на таком фундаменте? О, нам кое-что удалось. Невероятно упростилось понимание основных физических явлений, а также множества фактов, убийственных для ортодоксальной физической доктрины. И это удалось сделать при допущении о том, что программное обеспечение физического мира основано на простейшей, двоичной логике, аналогичной той, которая используется в современной цифровой технике. Вот почему нашу концепцию мы называем концепцией «цифрового» физического мира. В сравнении с ортодоксальной концепцией наша не только гораздо честнее обходится с экспериментальными реалиями, но и кардинально упрощает понимание сущности основных физических явлений.
7.2. Гримасы всемирного тяготения.
Согласно концепции всемирного тяготения, математически выраженной Ньютоном, каждая массочка во Вселенной притягивает все остальные массочки. Ньютон честно говорил, что он не понимает физического механизма этой притягивающей способности массочек. Сегодня можно с полной определённостью сказать, что притягивающей способности массочек не понимал, не понимает и не поймёт никто. По простой причине: такой способности у массочек нет. Феномен тяготения – да, он в Природе имеется. Но! Множество экспериментальных фактов свидетельствует: тяготение порождается НЕ веществом, НЕ МАССАМИ, оно организовано независимо от масс. Массивные тела лишь подчиняются тяготению, т.е. падают, если есть куда падать, или деформируются, если падать мешает опора или подвес.
Чем же порождается тяготение, если не массами? По логике «цифрового» физического мира оно организовано чисто программными средствами. В области действия тяготения масса каждой элементарной частицы программно задана зависимой от местоположения частицы. Так, в сферически-симметричном «поле тяготения» масса частицы слабо возрастает по мере удаления от «центра тяготения». В результате в объёме пробного тела напрямую формируется слабый градиент масс или градиент энергий вдоль местной вертикали. А градиент энергий – это, по определению, силовое воздействие. Этот программно наведённый градиент энергий не только порождает безопорную тягу, действующую на пробное тело, но и энергетически обеспечивает его ускоренное свободное падение: убыль массы при перемещении вниз идёт на прирост кинетической энергии. Гениальное программное решение!
Какие же факты на эту тему мы приведём? Прежде всего, не было никаких доказательств взаимного притяжения малых тел. В опыте Кавендиша даже не пахло гравитационным притяжением лабораторных болваночек. Но если Кавендиш, как ещё можно допустить, добросовестно заблуждался, то у его последователей (например, J.H.Gundlach, S.M.Merkowitz. Phys.Rev.Lett., 85, 14 (2000) 2869) мы обнаруживали проколы, кричащие о заведомой фальсификации.
Далее, огромный пласт экспериментальных данных, вопиющих о непричастности масс к производству тяготения, накопила гравиметрия. Речь о «сырых» данных, без поправок на локальные неоднородности распределения масс на поверхности Земли. Сырые-то данные и говорят, что эти неоднородности не оказывают никакого действия на гравиметрические инструменты. Чтобы скрыть эту ужасную правду, учёные выдвинули гипотезу об изостазии – настолько остроумную, что над ней хохочут даже дети. Масла в огонь подлили эксперименты с гравиметрами в глубоких шахтах [F.D.Stacey, et al. Phys.Rev.D, 23, 8 (1981) 1683]. Их результаты таковы: сила тяжести не зависит не только от локальных неоднородностей распределения масс; всё вещество Земли не имеет отношения к производству земного тяготения!
Нам возразят, что планеты точно притягиваются друг к другу, ведь на основе этого допущения был открыт Нептун. Отвечаем: «притягиваются» друг к другу не планеты, а их гравитационные «воронки». А планеты тупо удерживаются в центрах своих «воронок», которые существуют независимо от вещества планет. Если гипотетически можно было бы удалить Землю из своей «воронки», то её «склоны» с не меньшим успехом сообщали бы ускорение свободного падения телам, наводя в них градиенты энергии.
Смотрите: есть «склоны» грандиозной области солнечного тяготения, и в эти «склоны» встроены движущиеся планетарные «воронки». Но с какой стати было снабжать персональными «вороночками» малые космические тела? Есть подозрение, что эти тела ведут себя как пассивные болваночки, не имеющие притягивающего действия. Вот, например, спутники планет. Исключим из этого списка Луну, с её аномально устроенным тяготением, и Титан, у которого почему-то имеется газовая оболочка. У остальных шести десятков спутников (даже крупных!) никаких признаков собственного тяготения категорически не наблюдается.
Это давно напрягает специалистов, поэтому они кинулись выискивать признаки собственного тяготения у ещё более мелких тел – у астероидов. В ход пускали всё, что можно было притянуть за уши в качестве косвенного свидетельства об обращении малого спутничка вокруг астероида: например, периодичность кривой его блеска. А сколько было радости, когда зонд ГАЛИЛЕО, пролетая мимо астероида Ида, застукал рядом с ним маленький объект, который назвали Дактилем! Нет, обращения Дактиля вокруг Иды не обнаружилось. Но, по мнению учёных, не мог же Дактиль просто «лететь рядом»! Поэтому и раструбили о первом «достоверном обнаружении двойного астероида». Впоследствии с помощью телескопов с адаптивной оптикой засекли немало таких парочек. На конец 2005 г. их насчитывалось уже семь десятков. Для них даже приведены параметры орбиты, по которой малый компаньон, якобы, обращается вокруг большого. Но мы-то знаем, что подавляющее большинство заявлений об очередном «двойном астероиде» делалось на основе наблюдений всего двух взаимных положений в этой парочке. А построить орбиту обращения по двум точкам невозможно. Как ни крути, туфту нам гнали.
Да, туфту гнали и руководители проектов по «выводу космического зонда на орбиту вокруг астероида». Удержаться рядом с астероидом удавалось только с помощью подработки двигателями, а болванки без движков уплывали и терялись. Это показал и американский NEAR рядом с астероидом Эрос, и, в ещё более трагикомичном варианте, японский HAYABUSA рядом с астероидом Итокава. Пришлось руководителям отбрёхиваться, успокаивать общественность…
А потом американцы запустили зонд DAWN для углублённого изучения крупнейших астероидов. Когда сообщили о захвате зонда тяготением Весты, враньё стало совершенно очевидным, поскольку манёвры зонда около астероида определялись, опять же, лишь действием солнечного тяготения и подработкой двигателем. Многие понимали, что с манёврами зонда творится что-то неладное, поэтому энтузиасты возлагали большие надежды на обнаружение у Весты собственных спутничков. То-то нос бы нам утёрли! Но что-то не заладилось с этими спутничками, и желающие утереть нам нос принялись выискивать на фотографиях поверхности Весты хотя бы следы сползания валунов в центры кратеров… Надо же было хоть что-то делать. Что отвлекало бы от мрачных мыслей…
Но вернёмся к солнечному и планетарному тяготению. Вопреки закону всемирного тяготения, нигде в Солнечной системе солнечное тяготение не действует совместно с планетарным. Области их действия разграничены! Планетарные «воронки» имеют конечные размеры. Так, радиус земной «воронки» составляет около 900000 км. И их орбитальное движение вокруг Солнца организовано так, чтобы они не накладывались друг на друга. Причём, за пределами планетарных «воронок», т.е. в межпланетном пространстве, действует только солнечное тяготение, а в пределах каждой планетарной воронки действует только своё планетарное тяготение, а солнечное там «отключено»!
Об этом свидетельствует хотя бы практика межпланетных полётов (В.И.Левантовский. Механика космического полёта в элементарном изложении. «Наука». М., 1974.). Нет плавного перехода от области, в которой доминирует солнечное тяготение, к области, в которой доминирует планетарное тяготение; а есть граница, пересечение которой вызывает скачкообразное изменение «истинной» скорости аппарата и типа его кеплеровой траектории. Причём, для правильного расчёта межпланетного полёта «истинную» скорость аппарата в пределах планетарной «воронки» следует отсчитывать только в планетоцентрической системе отсчёта, а в межпланетном пространстве – только в гелиоцентрической системе отсчёта.
Скачок «истинной» скорости аппарата (вплоть до десятков километров в секунду) при влёте в «воронку» Марса или Венеры – это реальный физический эффект. Он попортил много крови пионерам межпланетной космонавтики. Следствием этого скачка был непредвиденный чудовищный улёт допплеровского сдвига несущей при радиосвязи с аппаратом, отчего связь пропадала. Так был потерян целый ряд советских и американских аппаратов на первых подлётах к Венере и Марсу.
Кстати, с началом «эры GPS» появилось изящное свидетельство о том, что солнечное тяготение «отключено» в околоземной области. Если солнечный «склон» наводил бы «перекос» земной «воронки», то спутники GPS с дневной и ночной сторон Земли находились бы в разных гравитационных потенциалах, в результате чего относительная разность ходов их бортовых часов достигала бы 3.5×10-12. Этот эффект был бы быстро выявлен, а его интерпретация не заставила бы себя ждать. Но нет такого эффекта. Поведение спутников GPS говорит о том, что они летают в центрально-симметричной «воронке». Специалисты знают об этом безобразии, но помалкивают.
Ещё одним грандиозным проколом закона всемирного тяготения обернулся феномен астероидов-Троянцев. По теории, две области устойчивого движения, синхронного с движением Юпитера (впереди его на 60о и позади него на 60о) должны быть много меньше радиуса орбиты Юпитера. В действительности же, размеры скоплений астероидов-Троянцев сопоставимы с радиусом орбиты, что давно не лезет ни в какие ворота. Напротив, наш подход, в котором на Троянцы действует только солнечное тяготение, объясняет не только загадку их движения, но и загадку их происхождения.
Надо ещё сказать про аномальное тяготение Луны. Оно организовано не так, как планетарная «воронка», оно наложено на земное тяготение и складывается с ним. Но поразительно другое: область лунного тяготения невелика. Первые же полёты советских и американских аппаратов в окололунном пространстве показали: лунное тяготение сходит на нет на удалении примерно 10000 км от поверхности Луны; и оно, таким образом, далеко не достаёт до Земли. Этот оглушительный вывод представляет собой важную научную тайну, поэтому японские, китайские и европейские аппараты, отправленные к Луне, нарывались на гравитационные сюрпризы. Здесь особенно показательна с треском провалившаяся миссия европейского зонда SMART-1.
Если лунное тяготение далеко не достаёт до Земли, то у Земли не должно быть динамической реакции на Луну: Земля не должна обращаться в противофазе с Луной около их общего центра масс. Так и есть в действительности. Земля при своём орбитальном движении вокруг Солнца совершает лишь одномерные колебания вперёд-назад с периодом в синодический месяц. Если бы она обращалась вокруг общего с Луной центра масс, то она совершала бы аналогичные колебания вправо-влево, т.е. не только вдоль текущего участка своей орбиты, но и поперёк его. Эти поперечные колебания Земли с амплитудой 4670 км (!) могли быть уверенно обнаружены при допплеровской спектроскопии Солнца, при приёме импульсов пульсаров, при радиолокации планет, при радиоконтроле за межпланетными станциями…
Но все эти методики говорят: поперечных колебаний Земли нет. Смешно, но об одномерных колебаниях Земли в кинематике пары Земля-Луна свидетельствует даже статистика землетрясений! Учёт того, что Луна выписывает двумерную кривую около условного центра, а Земля совершает около этого центра одномерные колебания, немедленно даёт тривиальное, чисто геометрическое, объяснение одного из главных неравенств в движении Луны – т.н. вариации. Всё сходится!
И конечно, одномерные синодические колебания Земли «вперёд-назад» порождаются отнюдь не действием Луны. Похоже на то, что у земной «воронки», по «склонам» которой движется Луна, организована синодическая модуляция орбитальной скорости для того, чтобы результирующее периодическое воздействие на Луну служило синхронизатором её обращения вокруг Земли.
Это воздействие обусловлено вот чем: ускорение «инерциального пространства» земной «воронки» порождает обратное ускорение инерциального сноса у свободного тела, что возмущает его движение. Отсюда немедленно следует объяснение ещё одного главного неравенства в движении Луны – эвекции.
По этой логике инерциальный снос должен возмущать движение не только Луны, но и искусственных спутников Земли. Это наше предсказание вполне подтвердилось для спутников GPS. Параметры их орбит, по официальным данным системы NORAD, испытывают предсказанные нами сидерические вариации, причина которых никоим образом не сводится к возмущениям со стороны Луны, и остаётся загадкой в рамках традиционного подхода.
Наконец, если лунное тяготение далеко не достаёт до Земли, то не оно порождает приливы в океанах. Динамика приливов скоррелирована с фазами Луны, но просто потому, что истинная причина приливов – это те самые синодические колебания земной «воронки». Ускорение результирующего инерциального сноса входит, как малая поправка, во все местные векторы силы тяжести и, из-за суточного вращения Земли, эти векторы (задающие местные вертикали!) испытывают вращательные уклонения. А поверхность воды устанавливается ортогонально местной вертикали. Вращательные уклонения вертикалей генерируют вращающиеся волны в океанах.
Мировой океан, оказывается, разбит на смежные области с характерными размерами в пару тысяч километров, в каждой из которых автономно происходит примерно то же, что и в тазике с водой, который двигают по полу круговыми движениями. Это и есть сущность приливных явлений, а никакого глобального приливного эллипсоида, с двумя горбами, в Мировом океане нет.
К полному посрамлению закона всемирного тяготения, у приливообразующих воздействий период является не полусуточным, а суточным, что прямо подтверждается гравиметрическими измерениями [А.Я.Орлов. Избранные труды, т.2. «Изд-во АН УССР», Киев, 1961]. Полусуточные приливы, которые имеют место не в открытых океанах, а вблизи побережий, являются результатом возбуждения второй гармоники вращающейся волны – всё тем же суточным воздействием.
Мы сами убедились в наличии суточных вращательных уклонений местных вертикалей, проведя эксперимент с прецизионными инклинометрами. Всё честно!
7.3. «Отделил Он свет от тьмы…» Да толку-то?
По высоконаучным представлениям… короче, свет – это фотоны, летящие со скоростью света. А фотон – это переносчик кванта световой энергии; частица хотя и с нулевой массой, но зато абсолютно стабильная. Выплюнутый атомом фотон, мол, способен пролететь благодаря своей стабильности десятки световых лет, пока не наткнётся на атом, который сможет его поглотить.
Над концепцией фотона работали несколько поколений теоретиков. Всё улучшали и улучшали эту концепцию. При этом вопиющие противоречия в ней всё множились и множились. Это верный признак того, что в концепции фотона изначально что-то очень «не так». Нет нужды пересказывать теоретические маразмы этой концепции: список длинный. Обратимся к фактам.
В 1966 г. с помощью первых импульсных лазеров на рубине Басов и сотрудники продемонстрировали эффект, единственная разумная интерпретация которого такова: при определённых условиях лазерный импульс может быть практически мгновенно переброшен на расстояние по крайней мере в пару метров. Этот эффект надёжно подтверждён в ряде других лабораторий. Все попытки втиснуть его в рамки официальной доктрины оказались смехотворны; особенно попытки тех, кто кидался в бой, даже не прочитав статью Басова. Уж больно наглядно полученный эффект демонстрирует: физики совсем не понимают, что такое свет. Поэтому студентам про этот эффект не рассказывают.
О, им ещё много чего не рассказывают. Вот, у света есть волновые свойства. Откуда им взяться у фотонов-частиц? Теоретики нашли выход: приписали фотону т.н. «волновую функцию». Чисто формально. И стал фотон не просто частицей, а как бы ещё и волной.
Так ведь не помогло же! Настоящие волны (звуковые или волны на поверхности воды), генерируемые двумя независимыми источниками, дают статическую интерференционную картину, если частоты тех двух источников совпадают. А вот со светом этот номер не проходит: свет от независимых источников не даёт статической интерференционной картинки. Все без исключения интерферометры расщепляют свет от одного и того же источника, и после прогона его по разным каналам вновь сводят. Только так получается статическая картинка. Какие-то они ненастоящие, световые волны!
А чего стоит картинка интерференции на щелях, полученная в режиме сверхслабого светового потока: фотоны летели поодиночке и не могли интерферировать друг с другом. Оставалось им каждому интерферировать только самому с собой. Но для этого фотону (как бы, неделимому) пришлось бы проходить сквозь несколько щелей сразу… Нет, не понимают физики, что такое свет.
А ещё напомним, как позорно провалилась их грандиозная затея – поражать мощным лазерным излучением космические объекты. Сбацали боевые лазеры, которые проплавляют танковую броню, сшибают крылатые ракеты, а также прожигают межконтинентальные ракеты на взлёте. В атмосфере всё это неплохо получается. Казалось бы, за пределами атмосферы это должно получаться ещё лучше. Ан нет. В космических просторах что-то мешает лететь боевым фотонам. Американская СОИ и советский «асимметричный ответ» показали: в космосе боевые лазеры почему-то не справляются со своими задачами.
Знаете, чтобы хоть как-то оправдаться за свой чудовищный прокол, наши «специалисты» пустились на хитрость. По их заказу сняли слюнтяйский фильм «Повелители луча» (его можно найти в Интернете). Сюжет такой: «Если бы не «перестройка», если бы не развал СССР, если бы не коллапс нашей науки… уж мы бы… контролировали бы своими лазерами всё космическое пространство… ни одна вражья боеголовка… и т.д.» Так и хочется спросить этих повелителей: «Дяденьки, но у американцев-то не было ни перестройки, ни развала, ни коллапса. Им-то что помешало? Или они, не в пример вам, плохие танцоры?»
В общем, куда ни ткнись с концепцией фотонов, нигде понимания не получишь. А концепция «цифрового» физического мира легко объясняет, почему это так. Потому что никаких фотонов в Природе не существует. Свет – это нечто совсем другое.
Световая энергия может находиться только на атомах, и при перебросе кванта световой энергии с одного атома на другой этот квант энергии не проходит по разделяющему их пространству. Потому что этот квантовый переброс производится чисто программными средствами, причём, мгновенно. А конечная величина скорости света обусловлена вот чем. Решение о квантовом перебросе принимает автоматика после того, как она установит пару «атом-отдающий» и «атом-принимающий». «Атом-отдающий», т.е. возбуждённый атом, известен ей сразу, а «атом-принимающий» надо ещё найти. В ходе этого поиска пространство сканируется со скоростью света. Пакет программ, который прокладывает таким образом путь для распространения света, мы называем Навигатором квантовых перебросов энергии.
«Фотонов не существует?! Всё, дальше можно не читать!» – это нормальная реакция ортодоксов. Они тут же вспоминают про «полную взаимопревращаемость фотонов и вещества», которую демонстрируют аннигиляция и рождение электрон-позитронных пар.
Увы, в этом вопросе нас всех обманули. Эксперименты свидетельствуют: электрон и позитрон, каждый с собственной энергией по 511 кэВ, при т.н. аннигиляции не исчезают полностью, рождая два гамма-кванта по 511 кэВ. Они образуют связанную пару с энергией связи 511 кэВ, что и даёт на выходе один гамма-квант на 511 кэВ. Никакой «взаимопревращаемости» нет и в помине.
Тогда вспоминают ещё про то, что фотоны переносят импульс, апеллируя к опытам Лебедева, к эффектам Комптона и Мёссбауэра, к полёту надувного спутника «Эхо-1», к удержанию атомов в оптических ловушках… Но честный анализ показывает: здесь везде желаемое выдаётся за действительное. Квант световой энергии не движется по пространству, он мгновенно перебрасывается на расстояние. Разве может быть передача импульса при мгновенном перебросе?
Наш подход изящно устраняет проблему пресловутого «корпускулярно-волнового дуализма». При квантовом перебросе энергия возбуждения у одного атома скачком уменьшается, а у другого увеличивается. Квант света никакими волновыми свойствами не обладает. Волновые свойства проявляются при работе Навигатора, который методично обрабатывает всевозможные варианты поиска «атома-принимающего», пока не сделает окончательный выбор. Интерферируют поисковые волны Навигатора (которые являются реальностью не физической, а программной). Эти волны «проходят сквозь все щели», отчего получается интерференция. А перебрасываемый квант может не проходить ни сквозь одну из них. Был на атоме до щелей – стал на атоме после щелей, а между атомами не летел. Это реалии «цифрового» мира!
Допуская эти реалии, мы легко объясняем волновые световые явления. Для сравнения: в рамках ортодоксального подхода возникают неразрешимые трудности при объяснении даже простейшего волнового явления – не-отражения света от просветлённой оптической поверхности. Что уж говорить про голографию! Её теоретическое объяснение удаётся ортодоксам лишь для жалкого частного случая, когда предмет состоит всего из одной точки. Даже для случая двухточечного предмета – их теория уже не работает.
А ведь всё получится, если понять: нет фотонов в Природе! Свет – это нечто другое…
7.4. Влезай – не убьёт!
Много пришлось потрудиться нескольким поколениям экспериментаторов, чтобы прийти к выводу: электрические явления обусловлены не флюидами какими-нибудь, а частицами вещества, которые являются носителями особого свойства – электрического заряда.
Но что такое электрический заряд, физике до сих пор неизвестно. Здесь физика ведёт себя как медицина, которая работает с симптомами, а причины заболевания не понимает. Заряженные частицы ведут себя так, как будто оказывают друг на друга силовые воздействия, которые худо-бедно описаны математически. Но откуда они физически берутся? Нам объясняют:
- Каждым зарядом порождается электромагнитное поле. А уж поле действует на заряды на расстоянии.
– А как действует-то? Почему оно тянет?
- А просто тянет, и всё. Свойство такое!
Сравните этот лепет с концепцией «цифрового» физического мира. Согласно ей, электрические заряды не оказывают друг на друга никакого физического воздействия – ни непосредственного, ни через придуманное поле. Потому что электрические заряды – это просто метки для пакета программ, который рулит частицами, имеющими эти метки, и обеспечивает всё то, что называется электромагнитными взаимодействиями. Эти метки (двух типов) физически организованы до смешного просто. Но такая метка у частицы либо есть, либо её нет. Зарядов, дробных от элементарного, которые приписывают кваркам, в Природе не бывает!
Но, опять же, мы обещали убийственные экспериментальные факты.
Вот, считается доказанным, что электричество в металлах переносится свободными электронами. Это правда, но это далеко не вся правда. В лучших проводниках, даже при предельных токах, скорость продвижения роя свободных электронов не превышает нескольких миллиметров в секунду [М.И.Каганов. Электроны, фононы, магноны. «Наука», М., 1979.; Р.В.Поль. Учение об электричестве. «Физматгиз», М., 1962].
Теперь представьте: длинная двухпроводная линия, к дальним выводам которой присоединён разряженный конденсатор. А на ближние выводы мы вдруг подаём постоянное напряжение. Хорошо известно: после этой подачи напряжение на конденсаторе (уменьшенное из-за падения напряжения на линии) появится молниеносно – спустя время, равное длине линии, делённой на скорость света. Конечно, это молниеносное напряжение обеспечивается не притоком-оттоком свободных электронов, которые движутся с черепашьей скоростью. Приток-отток электронов, дающий настоящую, силовую зарядку конденсатора, происходит за время, совсем не зависящее от длины линии. Это время есть произведение омического сопротивления цепочки на ёмкость конденсатора. Чем больше ёмкость, тем, при той же цепочке, дольше заряжается конденсатор! Тогда какими же носителями электричества обеспечивается появление напряжения «со скоростью света»? Причём, ведь на одной пластине конденсатора появляется отрицательное электричество, а другой – положительное!
Вы скажете, что в металлах нет мобильного положительного электричества? Ошибаетесь! Вот – замечательное явление: эффект Холла. При прохождении тока через образец в поперечном магнитном поле заряды обоих знаков сносятся к одной и той же грани образца, поэтому через холловскую разность потенциалов любят определять, носители какого знака доминируют в том или ином образце. И вот, есть металлы (например, цинк и кадмий), в которых доминирует мобильное положительное электричество. Заметьте, доминирует – это аномалия. А когда мобильное положительное электричество в металле не доминирует, но всё-таки есть – это норма!
Прежде чем сказать, что же оно собой представляет, вспомним ещё про полупроводники. У них доминирование мобильного положительного электричества встречается в доброй половине случаев. Долго думали физики, что же это за свободные частицы с положительным зарядом, которые мельтешат в твёрдых телах. Хотя, что тут думать: нет в твёрдых телах таких частиц. Корифеи это прекрасно понимали, поэтому договорились называть как бы свободный как бы носитель положительного электричества высоконаучным термином «дырка». Непротиворечивого определения того, что такое «дырка», мы нигде не нашли. Вся теория «дырочной проводимости» строилась по принципу: «чтобы объяснить вот это, нужно сделать вид, что мы забыли вон про то, и наоборот».
А до жизни такой дошли из-за того, что думали: раз носителями электричества являются заряженные частицы, то для переноса электричества непременно требуется перенос вещества. Отнюдь: электричество отлично переносится без переноса вещества – с помощью связанных в атомах зарядов. Эту тему физика откровенно прошляпила из-за своих никуда не годных представлений об атомных структурах. Теоретики же полагают, что электроны и протоны, входящие в состав атомов, имеют свои заряды постоянно. И якобы каждый с каждым постоянно взаимодействует. Только этот подход отчего-то не даёт разумной физической модели устойчивых атомных структур, так что здесь потребовались мутные квантово-механические подпорки.
А в «цифровом» физическом мире всё гораздо прозрачнее. Каждый атомарный электрон связан только с одним протоном ядра благодаря работе специального алгоритма, который «подвешивает» их на конкретном расстоянии друг от друга. Механизм формирования этой связки «протон-электрон» подразумевает, что их электрические заряды попеременно отправляются в небытие: когда есть заряд протона, нет заряда электрона, и наоборот. Если оба они находятся в бытии в течение своих полупериодов этого циклического процесса, то в среднем заряд связки «протон-электрон» является нулевым.
Но у некоторых связок «протон-электрон» (конкретно – у валентных) допускается сдвиг этого равновесия. Скажем, заряд электрона находится в бытии треть периода, а заряд протона – две трети. Тогда в связке «протон-электрон» имитируется ненулевой электрический заряд. Это явление мы называем «зарядовым разбалансом». Имитированные таким образом заряды участвуют в электромагнитных взаимодействиях, как и обычные заряды. На внешние воздействия свободные заряды откликаются своими подвижками, а связанные – зарядовыми разбалансами. Причём зарядовый разбаланс может быть передан с одного атома на другой и так далее. Вот вам и перенос электричества без переноса вещества.
Модель зарядовых разбалансов оказалась базовой для понимания физики множества электрических явлений. Эта модель помогла дать наконец разумное объяснение ослабления электрического поля в объёме диэлектрика, ведь традиционные представления о выстраивании молекулярных диполей против внешнего поля не выдерживают никакой критики.
Модель зарядовых разбалансов помогла объяснить, наконец, различия в электропроводности у металлов, полупроводников и диэлектриков – и дать, наконец, правдоподобную теорию электрического пробоя твёрдых диэлектриков. Она дала качественное объяснение феноменам пьезоэлектричества и сегнетоэлектричества. Она позволила дать, наконец, разумное объяснение явления намагниченности.
На намагниченности мы остановимся особо. С некоторых пор её считают результатом упорядочивания собственных магнитных моментов электронов, т.н. спинов. Понятие спина электрона было введено чисто формально, чтобы связать концы с концами в атомной спектроскопии. Но придумка оказалась настолько удачной, что теоретики сваливают на спин электрона ответственность за всё, что только можно; не имея для спина никакой физической модели и прекрасно зная, что у свободного электрона спин никак не проявляется на опыте. Поэтому можно смело сказать, что в ортодоксальной физике нет объяснения намагниченности.
А у нас оно есть. Магнитное действие порождается токами, т.е. упорядоченными движениями электричества. Но в постоянном магните не могли бы годами циркулировать свободные электроны – из-за потерь на джоулево тепло. А при переносе электричества зарядовыми разбалансами потерь на джоулево тепло нет! Создайте в образце циркуляцию зарядовых разбалансов, вот вам и постоянный магнит. У металлов такое возможно из-за важной особенности их структуры. Атомы металлов имеют минимальные количества валентных электронов; недостаточные, чтобы построить кристаллическую решётку на стационарных химических связях с соседями. Поэтому кристаллическая структура металлов является динамической. Она держится на переключаемых химических связях. При высокой упорядоченности этих переключений можно говорить о миграциях химических связей в образце. Намагничивающее поле порождает миграции зарядовых разбалансов вместе с миграциями химических связей по замкнутым цепочкам атомов. Убрали намагничивающее воздействие, а циркуляции зарядовых разбалансов сохранились. И они сами оказывают магнитное действие. Годами!
Мы это всё вот к чему. При подвижках в металлах зарядовых разбалансов нет потерь на джоулево тепло, а при подвижках в металлах свободных электронов эти потери есть всегда. Явления сверхпроводимости, т.е. упорядоченного движения электронов в образце в условиях нулевого омического сопротивления при субкритической температуре – этого явления в Природе нет, а за него нам выдают нечто иное.
Блестящий анализ В.К.Федюкина показал, что в первой волне опытов по «сверхпроводимости» имела место, в действительности сверхнамагниченность образцов, а упорядоченного движения электронов в свинцовом кольце не было! «Казалось, что ток должен прекратиться; в действительности, однако, отклонение магнитной стрелки, регистрировавшей силу тока, при перерезке кольца нисколько не изменилось – так, как если бы кольцо представляло собой не проводник с током, а магнит.»
В режиме сверхнамагниченности работали первые «сверхпроводящие» устройства – короткозамкнутые соленоиды. Но, начиная с достаточно большой длины обмотки, короткозамкнутые соленоиды отказались переходить в режим генерации сильного магнитного поля при, казалось бы, субкритической температуре. По-честному, это был крах концепции сверхпроводимости. Поэтому специалисты принялись откровенно дурачить публику. Они стали подключать обмотки больших соленоидов ко внешним источникам тока. Теперь в цепи электроны двигались принудительно, и публику уверяли в том, что хотя в источнике тока и в токоподводах электроны движутся в режиме обычной проводимости, в охлаждённом соленоиде-то они движутся в режиме сверхпроводимости.
Между тем, имеются чёткие указания на то, что здесь и в соленоиде имеет место обычная проводимость с выделением джоулева тепла. В т.н. «сверхпроводящих соленоидах» (токамаках, Большом адронном коллайдере и др.) это тепло выделяется в огромных количествах, но оно отводится эффективным низкотемпературным хладагентом. А если хладагент не справляется, «сверхпроводящие» обмотки весело горят, как и положено обычным проводникам. Для справочки: короткозамкнутые соленоиды, генерировавшие сильное поле, не горели ни разу. Ведь тока электронов в них не было!
Публику обмануть можно, но Природу – нет.
7.5. Держи «гения всех времен и народов»!
«Да, – скажут нам, – в физике иногда бывают недоразуменьица. Но зато уж её теоретический фундамент – это о-о-о! Не подкопаешься!» Это они про теорию относительности – специальную да общую. А нужно ли под них подкапываться? Давайте просто посмотрим, а подтверждаются ли они хоть одним экспериментом?
Релятивистское сокращение длины никто прямо не обнаружил. Зато, говорят нам, обнаруживается релятивистское замедление времени: у того, кто движется, время, мол, замедляется. Вон, мюоны, которые летят почти со скоростью света, дольше, мол, живут и больше пролетают! Эти закидоны рассчитаны на тех, кто не пойдёт разбираться: с чем же сравнивали поведение тех мюонов, ведь других-то не было. Но, кто разберётся, тот поймёт, что эти опыты с мюонами – один из позоров физики ХХ века.
А потом были эксперименты с транспортируемыми атомными часами. Уж тут точно эффект есть. Только не тот, что предсказывает теория относительности. Она же говорит: «движущиеся часы замедляют свой ход». Вот, одни часы остались в лаборатории, а другие полетели на самолёте. Так думаете, что первые покоятся, а вторые движутся? А с «точки зрения» самолёта – всё наоборот! Это же главный прикол – парадокс часов, или близнецов. Так вот, оказалось, что этот парадокс есть только в гнилой теории, а на практике его нет. Повозили вы часы, затем вернули в лабораторию и сличили с теми, что там оставались. Набежавшая разность показаний всегда однозначна, независимо от «точек зрения» кривых и косых наблюдателей. Более того, эту однозначную разность не удаётся правильно рассчитать, используя относительную скорость первых и вторых часов. Это – конец концепции относительных скоростей!
Для правильного расчёта требуется знать индивидуальную скорость тех и других часов, рассчитать их индивидуальные замедления ходов, а потом найти разностный эффект. А что такое индивидуальные скорости? Выше мы говорили при «истинные» скорости. Это – они же. В околоземном пространстве – это скорости в геоцентрической невращающейся системе отсчёта. «Истинная» скорость лабораторных часов не равна нулю, потому что лаборатория движется из-за суточного вращения Земли.
А, скажем, «истинная» скорость бортовых часов GPS – это орбитальная скорость спутника, которая при круговой орбите постоянна. Считается, что поведение бортовых часов GPS триумфально подтверждает теорию относительности. Громче всех об этом кричат те, кто меньше всех знают, как GPS работает. А те, кто знают, те помалкивают. Возьмите один из лучших учебников по GPS [James Bao-Yen Tsui. Fundamentals of Global Positioning System Receivers: A Software Approach. «John Wiley & Sons, Inc.», 2000]. В нём приведены немыслимые подробности. Но, так сказать, о главном (о том, как в GPS учитываются эффекты теории относительности) в нём нет ни слова. Потому что само формирование системной шкалы времени GPS основано на концепции «истинных» скоростей бортовых часов.
То есть, практика показывает: концепция относительных скоростей не работает в реальном физическом мире, а концепция «истинных» скоростей – работает. «Истинная» скорость объекта в околоземном пространстве однозначна. На ней никак не отражается то, что земная гравитационная «воронка» движется по орбите вокруг Солнца. Этот принцип работает не только для скоростей тел, но и для скорости распространения света. Вот почему, в посрамление теории относительности, возможны оптические приборы, которые способны автономно детектировать свою «истинную» скорость. Как интерферометр Майкельсона-Морли, так и установка Брилета-Холла давали отклик на скорость своего движения в сторону местного востока, куда их несло суточное вращение Земли. Нам врали про «нулевой результат» опыта Майкельсона-Морли. Там не проявилось орбитальное движение Земли, но истинное-то движение прибора проявилось. Всё как полагается!
Да что там, бывали и более оглушительные результаты. Чем определяется линейный эффект Допплера, если не относительной скоростью излучателя и приёмника? По нашей логике, он определяется «истинными» скоростями того и другого. Заметим, что планеты покоятся в своих гравитационных «воронках», т.е. их «истинные» скорости равны нулю. Значит при радиосвязи между планетами должен отсутствовать допплеровский сдвиг, соответствующий их движению друг относительно друга, да с космическими скоростями!
Мало кто знает: именно это и обнаружила в 1961г. группа Котельникова при радиолокации Венеры узкополосным сигналом. Сам принцип регистрации отражённого сигнала был основан на выделении его из шумов в узкой полосе. А чтобы он в эту полосу попал, требовалось, по теории, компенсировать огромный допплеровский сдвиг. И оказалось: когда эта компенсация проводилась, сигнал не регистрировался, а когда компенсация НЕ проводилась, сигнал уверенно регистрировался.
Одного этого факта было достаточно, чтобы повергнуть в прах теорию относительности. Поэтому про этот факт не кричали громко. А затем специалисты без лишнего шума перешли на импульсную радиолокацию планет, при которой эффект Допплера не измеряется; и постарались поскорее забыть про тот узкополосный кошмар.
Но вернёмся к опытам с атомными часами. Их ход, как предсказывает общая теория относительности, должен зависеть от гравитационного потенциала, в котором они находятся. На поверхности Земли они должны идти несколько медленнее, чем на высоте. Это, похоже, единственный практический эффект, который теория относительности предсказывает правильно. Только интерпретирует неверно. Она выдаёт его за прямое следствие «гравитационного замедления времени». Такой фундаментальный фактор, как замедление времени, влиял бы на все без исключения физические процессы. Поэтому гравитационное «замедление времени», как и релятивистское, одинаково влияло бы (в относительном исчислении) на ход часов любых конструкций.
Но ничего подобного! В 1967 и 1969 гг. США запустили пару спутников TIMATION с великолепными кварцевыми генераторами, которые позволяли уверенно выявить ожидаемую сумму релятивистского и гравитационного эффектов. Увы, эти эффекты не обнаружились. Что же это за «замедление времени», которое на квантовые генераторы действует, а на кварцевые – нет? Практика показывает, что дело здесь не в пресловутом «замедления времени». Квантовые часы изменяют свои хода совсем по другим причинам!
А может в Природе есть релятивистский рост массы (энергии, импульса)? Без которого, как нас уверяют, «не работал бы ни один ускоритель»! Как практически проявляется релятивистский рост массы?
Началось это с опытов по магнитному отклонению быстрых заряженных частиц. По мере приближения скорости частицы к скорости света, требовалось всё более сильное поле для её отклонения. Якобы из-за того, что увеличивалась масса частицы. Но это могло быть по другой причине: из-за того, что уменьшалась эффективность воздействия на частицу.
Смотрите: парусник разгоняется ветром. По мере приближения скорости парусника к скорости ветра действие ветра всё слабее, а при равенстве этих скоростей – действия нет совсем. Но ведь не потому, что масса парусника стала бесконечной! Нюанс в том, что с помощью одной только методики магнитного отклонения релятивистский прирост массы (энергии) не измерялся, а принимался на веру. Чтобы доказать наличие этого прироста, следовало эту чудовищную энергию выделить, превратить в другие формы, а для этого требовалось взаимодействие быстрой частицы не с полями, а с веществом.
Первые же честные измерения тормозных потерь быстрых частиц в пропорциональных счётчиках [М.Дейч, О.Кофед-Хансен. Бета-рапад. В кн.: Экспериментальная ядерная физика, т.3. Пер. с англ. под ред. Э.Сегре. М., «Изд-во иностранной литературы», 1961] и фотоэмульсиях [В.С.Барашенков, В.С.Тонеев. Взаимодействие высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами. М., «Атомиздат», 1972] показали: энергия частицы не лезет в релятивистскую бесконечность, а выходит на насыщение.
Пришлось релятивистам сочинять вспомогательные теории, которые как бы объясняли, почему пропорциональные счётчики и фотоэмульсии так складно врут в области релятивистских энергий. А чтобы не нарываться на подобные засады в будущем, приняли соглашение: все методы измерения энергии частиц калибровать только по магнитной методике. После этого единство измерений иллюзорного релятивистского роста энергии было обеспечено. Про релятивистский рост кричали на каждом углу, но стоило немного разобраться, и оказывалось, что эти крикуны выдавали желаемое за действительное. К тому же, нам известны косвенные экспериментальные свидетельства об отсутствии релятивистского роста в Природе. Имелись, конечно, и прямые свидетельства об его отсутствии, но об этом помалкивали.
И вот, наконец, эффектную точку в этом вопросе поставил Фан Лиангджао. Он сообщил о трёх (!) экспериментах на линейном ускорителе Шанхайского университета. Каждый из них с очевидностью говорит об отсутствии релятивистского роста у быстрых электронов. Особенно впечатляет тот факт, что при увеличении в разы ускоряющего вольтажа и такого же «увеличения энергии» релятивистского электрона радиус кривизны его траектории в магнитном поле, вместо увеличения в те же разы, остаётся постоянным. Это говорит о полной непригодности магнитной методики в релятивистской области измерений. А ведь по ней калибруются все остальные методики!
Профанацией оказывается физика элементарных частиц и ускорителей, физика высоких энергий и другие области физики, где концепция релятивистского роста играет значительную роль.
А как насчёт экспериментальных подтверждений общей теории относительности? Её выдают нам за теорию тяготения, но она бессильна в вопросе о превращениях энергии при свободном падении тела. А ведь превращения энергии – это сущность физического процесса. Какие же могут быть экспериментальные подтверждения у совершенно нефизической теории?
Про гравитационное «замедление времени» мы уже сказали. Было ещё кое-что. Эддингтон в 1919 г. пытался запечатлеть результаты искривления световых лучей, проходивших вблизи Солнца. Сама постановка задачи была из разряда анекдотических, поскольку «световые лучи» испытывали хаотическую и непредсказуемую рефракцию в солнечной короне, отчего изображения звёзд приобретали самые разнообразные сдвиги, которые было невозможно учесть. Кроме того, погрешности использованного оборудования были значительно больше, чем искомые эффекты. Поэтому эксперименты как Эддингтона, так и его последователей, не обладали никакой доказательной силой.
Ещё считается, что общая теория относительности объяснила вековое движение перигелия Меркурия. Это – недоразумение какое-то. Ведь в формулу, которая якобы описывает это движение перигелия, входит множитель, равный единице минус квадрат эксцентриситета. При стремлении эксцентриситета к нулю этот множитель стремится к единице. И в этом предельном случае получается ненулевое движение перигелия у круговой орбиты! Бывают вещи посмешнее, но редко.
Так ведь это не всё. В ту формулу входит ещё квадрат скорости света, который как бы намекает, что скорость действия тяготения – это скорость света и есть. А это – грубая ошибка. Опыт показывает, что скорость действия тяготения гораздо-гораздо больше (см. ниже). Ничего не попишешь, движение перигелия Меркурия нисколько не подтверждает общую теорию относительности.
А вот ещё её предсказание о гравитационном «красном смещении». Фотоны, двигаясь в изменяющемся гравитационном потенциале (вверх или вниз), должны изменять свою энергию. И, уверяют нас, Паунд и Ребка [R.V.Pound, G.A.Rebka. Phys.Rev.Lett., 4 (1960) 337] именно это обнаружили! Но, постойте. Если, как мы говорили выше, фотонов в Природе нет, то как же они могут на лету изменять свою энергию? Может быть Паунд и Ребка обнаружили нечто другое? Ну, точно! Они как раз доказали наличие «склона» земной гравитационной «воронки».
Выше мы говорили, что чем дальше частица от центра «воронки», тем её масса чуточку больше. Это справедливо и для энергий квантовых переходов в веществе. Если у излучателя и поглотителя, находящихся на одной высоте, спектральные линии совпадают, то эти линии не будут совпадать, когда излучатель и поглотитель окажутся на разных высотах. Этот феномен предсказывает и сама общая теория относительности, только она не по делу приплетает сюда гравитационное «замедление времени». Но феномен-то есть, и его одного достаточно для объяснения измеренного эффекта у Паунда и Ребки. Кстати, если бы у них летели фотоны, да изменяли бы на лету свою энергию, то измеренный эффект был бы удвоенным. А он был одинарный. Выходит, что и с гравитационным «красным смещением» общая теория относительности дала маху.
Конечно, мы упомянули здесь лишь самые главные «подтверждения» обеих теорий относительности. Уж не обессудьте!
7.6. Их любимые сказочки про белого бычка.
Детишки, рассаживайтесь поудобнее! Сначала мы расскажем вам про ловлю гравитационных волн.
Все детекторы этих волн рассчитаны на то, что эти волны движутся со скоростью света. А почему? Потому что «их скорость большая-пребольшая, но больше скорости света она быть не может». Так говорит официальная доктрина.
А мы говорим другое. Вспоминаем: тягу телу сообщает не вещество далёкого «силового центра», а тот самый участочек гравитационного «склона», на котором тело и находится. Значит тяготение должно действовать без задержки во времени. И опыт подтверждает, что так оно и есть. Ван Фландерн [T. Van Flandern. The speed of gravity – what the experiments say. Phys.Lett. A, 250 (1998) 1] обращает внимание на то, что в уравнениях небесной механики скорость действия тяготения принята бесконечной. И именно такие уравнения описывают движение планет с сумасшедшей точностью: до нескольких угловых секунд за столетие.
Может быть, кто-то скажет, что это – не более чем косвенные свидетельства? И потребует результатов измерений «скорости гравитации»? Но, дети, мы же с вами понимаем, что бесконечную скорость измерить невозможно. Зато получить на опыте нижнее ограничение на неё – это пожалуйста. Ещё Лаплас подметил: если солнечное тяготение действовало бы на планеты с запаздыванием, то их орбиты эволюционировали бы. Но таких эволюций не наблюдается. Отсюда Лаплас получил нижнее ограничение на скорость действия тяготения: оно превысило скорость света на 7 порядков.
А уже наш современник Ван Фландерн сообщил об эксперименте, в котором принимались импульсы от пульсаров, расположенных в разных частях небесной сферы. Обработка давала зависимости от времени, векторов скорости и ускорения Земли. Оказалось, что центростремительное ускорение Земли, обеспечивающее её движение по орбите, направлено не к видимому положению Солнца, а к его истинному положению. Свет испытывает аберрацию (снос по Брэдли), а тяготение – нет. Отсюда получили уточнённое нижнее ограничение на скорость действия тяготения. Оно превысило скорость света уже на 10 порядков. На наш взгляд, всё нормально!
Релятивисты реагируют на эти факты своеобразно. Вот Копейкин и Фомалонт божились, что в эксперименте с использованием радиоинтерферометров со сверхдлинными базами они «впервые измерили скорость гравитации». Как будто не было результатов ни Лапласа, ни Ван Фландерна. Нюанс в том, что «впервые измерили» эту скорость так здорово, что она почти совпала со скоростью света. Для этого пришлось попыхтеть, однако. Наш анализ данных и методики Копейкина и Фомалонта показал: они сознательно проимитировали желаемый результат. Пусть, дескать, детекторы гравитационных волн живут долго и счастливо! И умрут все в один день!
А вот и следующая сказочка – про нейтрино. Ловят его, ловят – выловить не могут. Потому что его попросту придумали, чтобы спасти от краха закон сохранения релятивистского импульса, который с очевидностью нарушался при бета-распаде ядер. Если бы не эта придумка, теория относительности давно рухнула бы. Прелесть метода в том, что нейтрино изначально наделили свойством не оставлять следов в детекторах, поэтому можно было валить на нейтрино ответственность за свои теоретические проколы, да без риска быть пойманным на лжи.
Этот метод от души попользовали не только в теме бета-распада ядер, но и в теме распадов мезонов. Там тоже возникли проблемки по линии релятивистских законов сохранения. А свистнули на помощь неуловимое нейтрино – и сразу полегче стало. Всего-то допустили, что пи-мезон распадается не только на мю-мезон, а ещё и на нейтрино. И релятивистские шуточки обрели видимость серьёзности.
Правда, в случае с распадом мю-мезона, аналогичная схемка не вполне сработала: одного нейтрино оказалось мало. Пришлось допустить, что мю-мезон распадается на электрон и целых два нейтрино! Теоретики – народ щедрый! Вот если сегодня кто-то усомнится в существовании нейтрино, то ему скажут: «Схемы распада мезонов даны в учебниках! Без нейтрино там полная чушь получается! И потом, есть же специальные детекторы нейтрино – вполне грандиозные сооружения. Если они детектируют не нейтрино, то что же?»
О, ответ на этот вопрос хорошо известен. Эти грандиозные сооружения детектируют вовсе не нейтрино, а продукты реакций, которые, как полагают теоретики, может инициировать только нейтрино – одно на триллион, да и то в урожайный год.
Время от времени нейтринная тематика всплывает в СМИ, чтобы публика не расхолаживалась. В 2011 г. такое всплытие особенно удалось. Публике сообщили, что расстояние в 730 км сквозь земную кору нейтрино преодолевали не просто играючи, а ещё и на 61 наносекунду быстрее, чем в случае движения со скоростью света. Что тут началось! Иные обрадовались и для теории относительности усмотрели здесь конец, который они давно предвидели.
А мы просто заглянули в Препринт авторов сенсации. Это, дети, полный ужас.
Никаких корреляций между «генерируемыми пачками нейтрино» и «детектируемыми нейтрино» не было и в помине. Если бы эти корреляции были, то прямое нахождение временных сдвигов между событиями на источнике и детекторе не представляло бы особых сложностей. Но по-простому в нейтринных экспериментах не получается. Вот и перемножали вероятности соответствия тех и других событий, отчего «максимальное правдоподобие», по мере накопления данных, уменьшалось (!) и в итоге опустилось до невообразимой величины: ~10-75000! Сопоставьте: число частиц во Вселенной оценивается всего-то в 1080!
Короче, мораль: у авторов «сенсации» не было доказательств не только того, что нейтрино летели быстрее света. У них не было доказательств и того, что нейтрино летели вообще.
Но вы не расстраивайтесь, мы вам лучше ещё одну сказку расскажем. Про ускорители заряженных частиц! Первые циклотроны вполне умещались на лабораторном столе. Это потому, что финансирование тогда было скромное, приходилось экономить. Сейчас – другое дело. Исходная-то задумка была неплохая: разобраться, на чём держится структура атомных ядер, и как эти ядра образуются вообще. Теоретики же полагали, что прежде чем протонам слипнуться из-за действия ядерных сил, им следовало бы приблизиться друг к другу, преодолев кулоновское отталкивание, а для этого им требовалась бы огромная энергия. Ну, вот: разгоняли на ускорителях протоны и бабахали ими по мишеням. Думали, что эти протоны, преодолевши кулоновские барьеры ядер, будут к ядрам прилипать, и таким образом будут получаться более тяжёлые химические элементы. Представьте, закрепили вы в качестве мишени на ускорителе железные наручные часы. Поработали по ним 15 минут – и они уже серебряные! А ещё 15 минут – и они уже золотые! Это было бы круто!
Эх, вот именно, «было бы». В реальности всё оказалось не так. При энергиях ниже пороговой протоны просто рассеивались на ядрах, а при энергиях выше пороговой они инициировали ядерные реакции. Ядра, в которые они вмазывались, моментально разлетались на фрагменты. В упор не понимая, почему так получается, ядерщики рапортовали о своих достижениях: научились, мол, искусственно расщеплять ядра! И публика разевала рты от изумления: «А дальше-то что?» Она ведь думала, что ядерщики знали, что делали. А те так и не понимали, на чём составные ядра держатся и откуда они берутся в Природе. Они ведь даже мысли не допускали о том, что структура ядер может обеспечиваться, опять же, работой специальных структуро-образующих алгоритмов, а подменить их работу чисто физическими средствами – нереально. Поломать стабильное ядро – это возможно, но вот построить стабильное ядро из свободных нуклонов – дохлый номер.
Нахлебались этих дохлых номеров досыта. И тут им повезло: вышла в свет квантовая хромодинамика. Согласно этому учению, нуклоны состоят из более элементарных частичек, кварков, которые удерживаются вместе благодаря обмену глюонами. И ядерщики, бросив свои нерешённые проблемы, кинулись подтверждать это новое учение. Разбить нуклоны на кварки и глюоны – и вот он, триумф! Прикинули: да тут, братцы, потребуются более мощные ускорители! Пришлось их построить. А нуклоны и не подумали разбиваться. Пришлось строить ещё более мощные ускорители. С тем же успехом! «Уж больно крепко связаны кварки в нуклонах», – объясняли теоретики.
Ни хрена себе, «крепко связаны»! По ним молотили с энергиями воздействия, на много порядков превышавшими их массы, а значит и их энергии связи – а они всё не освобождались! Мы-то понимаем: не было там энергий, «на много порядков превышавших…», потому что нет в Природе релятивистского роста энергии (см. выше). Поэтому затея с разбиением нуклонов с самого начала была мышиной вознёй. Но уж так далеко зашла эта возня, что даже по релятивистским меркам маразм был доведён до абсурда.
Но и этого специалистам показалось недостаточно. Решили построить Большой адронный коллайдер, чтобы абсурд, уже исчислявшийся многими порядками, стал ещё гораздо крепче. Для прикрытия пустили слух о том, что коллайдер строится не просто так, а для того, чтобы открыть на нём «бозон Хиггса». Для тех, кто не знал, что такое бозон Хиггса, придумали термин-заменитель «частица Бога», что понятно каждому, особенно если не вдаваться в подробности о том, из какой именно части Бога эта частица берётся… Пока шло строительство и ходовые испытания коллайдера, на рекламу открытия бозона Хиггса потратили немеренные средства.
Но вот презентация этой долгожданной сенсации… она прошла как-то скромно и пришибленно, с какими-то кислыми и малопонятными оговорками. Репортёры расходились оттуда, как оплёванные. Не выпускать же им сенсационные статьи под заголовками «Бозон Хиггса, типа, пойман!»
А самая любимая сказочка, дети, – это сказочка про т.н. управляемый термоядерный синтез. Раз в пять лет нам божатся, что лет через пять мировые энергетические проблемы будут решены. Надо лишь подождать, когда специалисты научатся контролировать синтез сверхлёгких ядер. Опыт, приобретённый на ускорителях, ничему этих специалистов не научил. Источник огромной энергии нуклонов, которая требуется для преодоления кулоновского отталкивания, они усматривают в огромной температуре – в десятки миллионов градусов. Ну и греют плазму. Вот ужо в ней термоядерная реакция пойдёт…
А с чего эти дяденьки взяли, что термоядерные реакции бывают в Природе? Говорят, что именно они являются источником энергии Солнца? Врут! Исходниками этих реакций должны быть нуклоны, а продуктами – сверхлёгкие ядра. Но, смотрите: к Солнцу падают атомы и ионы, а вылетают из Солнца – нуклоны и электроны! В Солнце происходит не синтез ядер, а наоборот их тотальный развал! Как?!
Говорят ещё, что термоядерные реакции происходят при взрыве водородной бомбы? Опять врут! Водородная бомба – это атомная бомба, дополненная контейнерами с лёгкими элементами. Когда начинается ядерный ба-бах, ядра этих лёгких элементов выдают дополнительные нейтроны, отчего ядерный взрыв получается гораздо эффективнее. В первых атомных бомбах «взрывалось» всего 1.5% от тяжёлых ядер боезаряда, а в первых водородных бомбах – несколько десятков процентов. Только и всего. Никаких термоядерных реакций там не было. Т.н. «термоядерный взрыв» – это просто ядерный взрыв с повышенной эффективностью.
Да и потом: чтобы понять, что управляемый термоядерный синтез – это утопия, не нужно греть вещество до десятков миллионов градусов. Вот простейшая реакция синтеза лёгких ядер – соединение протона с нейтроном. Им для соединения в стабильный продукт не требуется преодолевать кулоновское отталкивание. И эта реакция с выделением немалой энергии шла бы при комнатной температуре. Но академики не смогут объяснить вам, дети, почему эта реакция у них не идёт. Зачем же они строят термоядерные реакторы, которые заведомо не будут работать?
Вот говорят, что если учёный не сможет за пять минут объяснить ребёнку, чем он занимается, то он – шарлатан. Это – тот самый случай.
.7. Это – мыслители или толпа?
В современном обществе, в эпоху бурного развития информационных технологий, множество людей разочаровалось почти во всём, на чём выстраивается мировоззрение – в идеологиях, религиях, «модерновом искусстве», поп-культуре… и лишь наука осталась для них свята и непогрешима. Потому что лишь наука, мол, честно занимается поиском истины! Потому что всё, что она говорит, основано, мол, на экспериментальных фактах!
Ну, вот – мы убрали маскировочные сети с физики: полюбуйтесь, чего стоят эти «основания». В современной официальной физике, по большому счёту, живого места нет. Слишком далеко она зашла в «честном поиске истины». Смешно за деньги искать истину, ибо её будут находить там, где больше платят. И тогда не будет лучшего способа быть обманутым, чем полагать: «Ну, учёные-то нас обманывать не должны!»
Знаете, есть психологический феномен. Человек может поверить во что угодно, за исключением одной вещи, которую он принципиально не может принять на веру, без столкновения с ней на личном опыте. Это то, что люди, оказывается, могут лгать, т.е. говорить заведомую неправду. Нормального человека это открытие потрясает. А потом привыкают, и ничего. Многие и сами включаются в процесс… Так вот: физики – тоже люди. И столкновение с ними на личном опыте показывает: физики, оказывается, тоже могут лгать. Кому-то в это не верится? Ну, что же, вера – дело добровольное. Во что угодно!
Вон, не счесть добровольцев, которые поверили в то, что американские астронавты побывали на поверхности Луны. Хотя вопиющие несуразности «лунной программы США» бросались в глаза не только спецам по ракетной технике, по системам жизнеобеспечения в космосе, по космической связи, по баллистике, но и астрономам, физикам, психологам, спортсменам, кинооператорам, фотографам, светотехникам… да и просто здравомыслящим людям. Про фейерверки этих несуразностей пишут книги и создают сайты в Интернете.
От себя можем добавить: аномальные условия для распространения света в окололунном пространстве порождают известный ещё Галилею, но до сих пор не объяснённый официальной наукой феномен обратного рассеяния света Луной. Под каким бы углом ни падал свет на любой участочек лунной поверхности, почти весь отражённый свет идёт обратно, т.е. туда, откуда он пришёл, из-за чего в полнолуние яркость Луны для нас аномально велика. Из-за этого обратного рассеяния для наблюдателя, находящегося на освещённой поверхности Луны, всегда царят сумерки, и с противосолнечных сторон предметов и неровностей рельефа находятся резкие и совершенно чёрные тени.
На телекадрах, переданных «Луноходом-1», во всей красе проявляют себя эти особенности лунного освещения, которые практически невозможно подделать в земных условиях. Зная про эти лунные сумерки и совершенно чёрные тени, даже ребёнок сможет убедиться в том, что кино- и фотокадры с американцами на Луне – это стопроцентная фальсификация.
И тут мы подходим к интересному вопросу. Ребёнок-то сможет убедиться, а учёные – нет. Желающие, проведите эксперимент, поспрашивайте физиков: «Что означает то, что картинки с американцами на Луне демонстрируют явные признаки НЕ-лунного освещения?» Вы получите потрясающие результаты. 95% из опрошенных начнут волноваться и втолковывать вам, что «это – недоразумение», что «на самом деле противоречия быть не должно», потому что американцы на Луне были: «Были, и всё!» Вы будете с изумлением слушать речи ваших кумиров, пытающихся отрицать вещи, совершенно очевидные для ребёнка, и начнёте сомневаться в здравии их рассудка. Но это потому, что вы не знаете: такое их поведение диктуется вовсе не рассудком.
Лебон пишет: «…мысль людей преобразуется не влиянием разума. Идеи начинают оказывать своё действие только тогда, когда они, после медленной переработки, …проникли в тёмную область бессознательного, где вырабатываются… мотивы наших поступков. После этого сила идей очень значительна, потому что разум перестаёт иметь власть над ними. Убеждённый человек, над которым господствует какая-либо идея, религиозная или другая, неприступен для рассуждений, как бы основательны они ни были… Старая идея даже тогда, когда она не более чем слово, мираж, обладает магической властью. Так держится это наследие отживших идей, мнений, условностей, хотя они не выдержали бы малейшего прикосновения критики… Критический дух составляет высшее, очень редкое качество, а подражательный ум представляет весьма распространённую способность: громадное большинство людей принимает без критики все установившиеся идеи, какие ему доставляет общественное мнение и передаёт воспитание».
Эти слова вполне применимы и к идеям, господствующим в науке, и, в частности, в физике. Идея, закрепившаяся в подсознании физиков, приобретает статус высшей научной истины, неприступной для разумных логических контрдоводов. «Не могли же столько физиков ошибаться!» – вот аргументация тех, кто и не делали ничего такого, где можно было ошибиться, поскольку попросту усвоили своим «подражательным умом» то, что им вдолбили. Не разум, а подсознание господствует над ними даже в вопросе о том, «были ли американцы на Луне». Что же говорить про научные догматы о том, что «свет – это летящие фотоны», что «все тела притягиваются друг к другу», что «разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые отталкиваются»! Какой разумной реакции можно ждать на попытки пересмотра этих догматов, даже если новая концепция честнее отражает экспериментальные реалии!
Про нечто вроде «инерции мышления» говорит и Томас Кун. Научная революция, мол, происходит не каждый день. Ей непременно предшествует кризис в науке, т.е. проблема, неразрешимая в рамках принятой парадигмы. Например, новый факт, не укладывающийся в неё. Но, вот тебе раз! – «пока учёный не научится видеть природу в ином свете, новый факт не может считаться вообще фактом вполне научным». Т.е., чихали учёные на новый факт, пока не появится его приемлемое объяснение. Какой же это «кризис»? Всё идёт, как надо! Вот ежели объяснение нового факта будет принято, тогда задним числом выяснится, что был, оказывается, кризис… но он уже успешно преодолён, так что не стыдно и признаться. А если объяснение нового факта не будет принято, то факт так и останется «ненаучным».
История физики устлана такими фактами, о которых историки физики предпочитают не вспоминать. Причём иные из них настолько ненаучны, что историков в кошмар вгоняют. Взять хотя бы устройства Николы Теслы, которые наглядно показывали, что тогдашние высоконаучные представления об электричестве были попросту смехотворны. Тесла собирался обеспечить дешёвой электроэнергией потребителей на всём земном шаре, обойдясь без проводов. Желающие имели возможность убедиться в том, что загадочным для науки образом всё это реально работало, потому оборудование Теслы и уничтожили. Иначе вышла бы «ненаучная революция», неугодная «сильным мира сего».
Но про это Томас Кун не говорит – кишка тонка. Его послушать – так непонятно, как революции в науке вообще возможны: «учёным не удаётся отбросить парадигмы, когда они сталкиваются с аномалиями или контрпримерами. Они не смогли бы поступить таким образом и тем не менее остаться учёными». Вот это да! А почему «не удаётся»? А почему «не смогли бы»? В ответ мы получаем какой-то лепет: «…учёные, которым не чуждо ничто человеческое, не всегда могут признавать свои заблуждения, даже когда сталкиваются с сильными доводами».
В общем, трудно им признавать чужую правоту, и не нужно их строго судить, бедненьких. А про подсознание Томас Кун ничего не знает? Ай-яй-яй. Что же мог сказать толкового про научные революции представитель учёной толпы, который писал для учёной толпы про учёную толпу? Научные революции делаются не учёными толпами! Кстати, не следует равнять учёную толпу с уличной. Уличная толпа живёт недолго: её участники в итоге расходятся, и каждый вновь обретает свой рассудок. Толпа же учёных – это всерьёз и надолго.
Как при таких делах вообще возможно развитие науки, в частности, физики? Как побеждают новые, «продвинутые» теории? Ну, иным теориям и побеждать-то ничего не надо. Вот, например, до появления квантовой хромодинамики представления физиков о том, на чём держатся структуры атомных ядер, были в весьма плачевном состоянии. Мезонная теория ядерных сил не давала ответов даже на простейшие вопросы. И вот, квантовая хромодинамика пошла гораздо дальше и глубже, сохранив все представления мезонной теории. Т.е., все нерешённые проблемы так и остались нерешёнными. На них просто махнули рукой и занялись «более продвинутыми» проблемами – с кварками да глюонами. «Передний край» продвинули, а дыры, оставшиеся в тылу, перевели в разряд «неактуальных». Сегодня передний край физики весь такой «продвинутый» – с завалами «неактуальных» дыр в тылу. Помните, «человек с нормальным зрением смотрит на передний край науки и дальше не видит»? Ему и не положено дальше видеть!
А вот второй пример: как победила теория относительности, не имевшая честных экспериментальных подтверждений, и не содержавшая ничего, кроме издевательств над здравым смыслом. Люди, больные на голову, любят спрашивать: «Простите, а что такое здравый смысл?» Здравомыслящие же люди хорошо знают, что это такое: это то, чем они руководствуются, когда мыслят здраво. Так вот, она «победила» благодаря беспрецедентной пиар-кампании, организованной с международным размахом: «с ноября 1919 года начинается широкая пиарная кампания в поддержку общей теории относительности (ОТО), которая по заявлениям релятивистов является развитием СТО (что на самом деле далеко не так, но тем не менее пропаганда интерпретаций СТО также усиливается). Начинаются постоянные публикации в газетах, публичные выступления перед неспециалистами (школьниками, домохозяйками и т.д.), к рекламе привлекается даже Чарли Чаплин». Параллельно этой кампании шла травля известных физиков, выступавших с критикой теории относительности. С ними не могли тягаться по правилам научной борьбы, поэтому их обвиняли… в антисемитизме. Результирующая «победа» наглядно иллюстрирует, что сообщество физиков давно живёт по законам толпы и хорошо управляется методами воздействия на толпу.
А мы наивно полагали, что учёные заняты поиском истины, что они стремятся к правде! «Толпа никогда не стремилась к правде; она отворачивается от очевидности, не нравящейся ей, и предпочитает поклоняться заблуждению, если оно обольщает её» (Лебон). Действительно, какая прелесть та же теория относительности с её коронным рекламным трюком: «не каждый способен её понять»! Делай вид, что ты её понимаешь, и сразу выглядишь гораздо умнее того, кто честно признаётся, что её не понимает. Какая кормёжка для собственной значимости! Те, кто пиарили эту пустышку, знали, что делали. Но попробуйте сказать релятивисту, что это – пустышка. У него сразу сработает защитная реакция, о которой тоже давно известно инженерам человеческих душ: «Не могли же меня, такого умного, так грязно обмануть!» Это уже ничем не прошибёшь!
Только вот в физике всё взаимосвязано. Если даже небольшой обман в ней не пресечь сразу, то далее он будет умножаться потому, что каждый обман придётся подкреплять десятком новых обманов. А параллельно будет умножаться обман и в околонаучной пропаганде. Надо же было так провраться: «Одно из наиболее строгих, хотя и неписаных, правил научной жизни состоит в запрете на обращение к главам государств или к широким массам народа по вопросам науки». И как, соблюдают ли физики это строгое правило? Да они вспоминают про него лишь тогда, когда им нужно поставить на место какого-нибудь самородка-выскочку. Не к себе же им применять такие строгости! Вот к кому физики обращаются за деньгами на свои дорогостоящие цацки, если не к главам государств? К их любовницам, что ли? И к кому, если не к широким массам народа, они обращаются, когда информацию о своих якобы достижениях они немедленно размещают в Интернете и других СМИ задолго до появления соответствующих статей в рецензируемой научной периодике?
Катастрофическое умножение обмана в современной официальной физике – это результат того, что слишком долго сообщество физиков жило по законам толпы. Ведь толпа, как говорил Лебон, не может созидать: «Сила толпы направлена лишь к разрушению». Неспроста сообщество физиков предстаёт перед нами совсем не в том ореоле, к которому оно привыкло. Воззрения учёной толпы физиков на устройство мира определяются не пылающим разумом, а тёмными закоулками подсознания. Эта учёная толпа занята не тем, что ищет истину, а тем, что упорствует в своих заблуждениях.
Но если на такие занятия выбрасывают всё больше и больше средств, «значит, это кому-нибудь нужно?»
7.8. Как науку физику используют для управления людьми.
Нам неустанно вещают через СМИ, что назначением науки является обеспечение научно-технического прогресса, плодами которого мы все пользуемся: «Атомные бомбы! Надёжные средства доставки! Высокоточные системы наведения!.. простите, это не тот листочек… ага, вот: Персональные компьютеры! Мобильные телефоны! GPS-навигаторы! Всё это появилось благодаря верной физической картине мира, над которой самоотверженно трудятся учёные!»
Да, прикладная физика делает некоторые успехи. Но эти успехи обусловлены вовсе не верной физической картиной мира, а технологическими прорывами. Физическую картину мира задним числом подстраивали под эти прорывы, самоотверженно сочиняя новые теории, внезапно ставшие востребованными. Так, чудеса электропроводности полупроводников подвигли теоретиков на то, чтобы придумать «дырки». Над этим научным «подвигом» будут смеяться дети, потому что нет в твёрдых телах свободных носителей положительного электричества (см. выше). И таких примеров фундаментального непонимания физических процессов не один и не два десятка. О какой «верной физической картине мира» может идти речь? Да, научились штамповать компьютеры, мобильнички, навигаторы без понимания физических принципов, на которых они работают. Атомные бомбы у них тоже взрываются, но понимания того, что при этом происходит, у них тоже нет.
Как вам это нравится: «Учёные в русле нормальной науки не ставят себе целей создания новых теорий, обычно к тому же они нетерпимы и к созданию таких теорий другими» [Томас Кун. «Структура научных революций»]. Разве такая наука может «обеспечивать научно-технический прогресс», если она вспоминает о своём «предназначении» только после получения очередной пощёчины или очередного пинка под зад? Плоды научно-технического прогресса, которыми «мы все пользуемся» – это жалкая мелочёвка по сравнению с какой-то сверхзадачей, к решению которой привлекли физику.
Об участии её в решении какой-то сверхзадачи говорит хотя бы тот многозначительный факт, что физики находятся вне закона. Они выбрасывают колоссальные ресурсы на проекты, которые, как отмечалось выше, являются заведомо нерабочими. Юридически такие деяния можно квалифицировать как мошенничество и обман потребителей, причём организованной группой и с причинением значительного ущерба. Но учёным все эти «пустяки» прощаются, и они прекрасно знают, что останутся безнаказанными. За что же им такие привилегии? Что же это за сверхзадача, ради которой им всё сходит с рук?
Эта сверхзадача – управление большими массами людей. Речь идёт не о т.н. психотронных воздействиях на людей. Если бы физика здесь ограничилась только этим скромным вкладом, то всё сходило бы с рук только психотронщикам. Нет, речь идёт о той роли, которую в управлении людьми играет физика в целом, как форма общественного сознания.
Задача управления большими массами людей неизбежно возникает по ходу развития цивилизации. Как управлять поведением людей? Их деяния инициируются теми или иными стимулами. В душе каждого индивидуума есть «ключики», воздействия на которые являются стимулами для тех или иных деяний. Зная «ключики» индивидуума, можно через воздействия на них эффективно управлять этим индивидуумом. Но дело в том, что без специально принятых мер у разных индивидуумов наборы «ключиков» тоже разные. Тогда управление большими массами людей неэффективно, поскольку оно требует некоторых затрат на подбор «ключиков» в индивидуальном порядке. Для эффективного управления необходимо, чтобы наборы «ключиков» в управляемой массе людей были одинаковыми, «стандартными». А поскольку набор «ключиков» индивидуума определяется главным образом его мировоззрением, то для эффективного управления массой людей требуется одинаковость мировоззрений у представителей этой массы.
Для решения именно этой задачи – массового насаждения одинакового мировоззрения – были призваны религии и идеологии. А с некоторых пор этим занимается и наука. Более того, наука находится здесь на особом положении. Ни одна религия и ни одна идеология не претендует на глобальный охват всех народов Земли. Наука же нацелена именно на этот глобальный уровень работы – с так называемым «всем прогрессивным человечеством».
Что касается физики, то после того, как её нацелили на эту глобальную задачу, она совсем перестала заботиться о том, чтобы её представления о мире были адекватны реалиям этого мира. Ведь для эффективного управления людьми неважно то, насколько истинны их мировоззрения, а важно лишь то, что их мировоззрения одинаковы. Насаждение теории относительности было лишь «верхушкой айсберга» в прокатившейся по физике волне унификации, после чего остались лишь воспоминания о немецкой, английской, французской физических школах. Раньше эти школы конкурировали друг с другом и указывали друг другу на ошибки, отчего развитие науки убыстрялось. Теперь же указания на ошибки мешали бы физике решать главную задачу – насаждать людям одинаковое «научное мировоззрение». Поэтому и культивируется образ святой и непогрешимой физики.
Для учёных-физиков, конечно, грех не попользоваться такой благодатью. Работая с народными массами, физики сами используют методы воздействия на толпу, принципы которых описаны Лебоном. Эти принципы просты.
Во-первых, ничего не объяснять толпе, а производить на неё впечатление, т.е. лгать. Ибо чем наглее и красивее ложь, тем больше она впечатляет толпу. «Невероятного для толпы не существует» (Лебон).
Во-вторых, не допускать критики своих впечатляющих толпу заявлений. Да откуда ей быть, критике? «Большинство людей, особенно в народных массах, за пределами своей специальности не имеют почти ни о чём ясных и более или менее определённых понятий» (Лебон).
Вон, астрофизики порадовали: пронаблюдали, мол, как «чёрная дыра пожирает звезду» и предъявили свидетельство – ролик, состряпанный средствами компьютерной анимации. Публика смотрит этот мультик и верит в чёрные дыры. А ещё она верит в гравитационные волны, в искривление пространства-времени, в Большой Взрыв, в «замедление времени» и «рост массы», в нейтрино и фотоны, в сверхпроводимость и термоядерный синтез… «Миллионы леммингов не могут ошибаться!» Мы видим, что современная официальная физика отнюдь не объясняет людям, как устроен мир, она не «несёт свет истины в массы»! Наоборот, она сознательно занимается дебилизацией населения под лозунгом «пипл всё схавает». В этой работе с населением представители разных направлений в физике соревнуются друг с другом, кто кого переплюнет. И потешаются над теми, кто подозревает здесь заговор. Можно подумать, что распиловка огромных денег никем не координируется и пущена на самотёк!
Безусловно, управление большими массами людей необходимо. Но выстраивать управление ими на тотальной лжи – это значит совершать стратегическую ошибку. Управление, основанное на тотальной лжи, неустойчиво, и оно обязательно рухнет.
Потому что всё тайное станет явным, а обманывать – нехорошо.
