Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

вслед за тем и продолжающих открываться глубинах, но тем не менее сделал верный первый шаг. Едва ли кто-либо в состоянии сказать, в какой степени современная фундаментальная научная картина мира когда-нибудь окажется поверхностным слоем существенно более фундаментального понимания, подобно тому как это произошло с законами Кеплера. Узнать это можно, только систематически работая над развитием уже добытого знания. Наше понимание устройства мира расширяется по мере того, как, изучая движение уже известного, мы открываем неизвестное. Движение доставляет нам картину мира и, собственно, является самой существенной частью этой картины.*****

Мои ошибки. Никто из тех, кто повлиял на автора и процесс написания и кто в том числе отмечал сделанные мною ошибки, не несет ответственности за оставшиеся. Я заранее благодарен за указания на все несуразности, неточности и глупости различного толка, касающиеся того, что в книге сказано. В отношении того, что там не сказано, я отдаю себе отчет, сколько раз я останавливаюсь «на самом интересном месте»; если читателю захочется узнать, а что же дальше, я буду считать свою задачу выполненной.

Приложения

На прогулках снова и снова, пусть с разной степенью отчетливости, возникало несколько тем, отвлекаться на которые не хотелось, хотя они и заслуживают внимания. Я собрал три из них в этих приложениях. Часть этих понятий обсуждалась и ранее, но здесь я стараюсь обходиться без ссылок на основной текст книги, чтобы не попасть в порочный круг закольцованных объяснений.

Приложение А

Физические законы

Сочувствие героям разнообразных произведений в жанре фэнтези дается мне намного легче, если внутри вымысла подразумеваются определенные правила и не происходит «что угодно», разрывающее рамки повествования. Игры – от карточных до футбола – тоже, кстати, интересны в первую очередь наличием в них правил, по существу являющихся ограничениями на возможное развитие событий.

Физические законы – это сформулированные людьми правила (тоже фактически ограничения) относительно того, как, на их взгляд, функционирует окружающая реальность. Главное чудо состоит в том, что можно сформулировать некоторые правила, которые оказываются эффективными в применении к миру вокруг нас. Это позволяет довольно всерьез полагать, что Вселенная на фундаментальном уровне организована в соответствии с определенными законами. Уже триста с лишним лет мы занимаемся тем, что эти законы угадываем, а успешно угадав, пользуемся ими, например, чтобы запустить самолет или ракету, да и для того, чтобы создать смартфон. Угадыванием правил Вселенной занимается наука. Слово «угадывание» не должно вводить в заблуждение: это требующая определенной квалификации деятельность, подчиненная ряду требований и имеющая свои собственные ограничения.

Сила физических законов в том, что на их основе возможны предсказания (выйдет ли ракета на орбиту; расплавится ли этот проводник; когда будет следующее солнечное затмение). При этом в каждом фундаментальном законе что-то принимается без объяснений – постулируется; предсказательная же способность науки появляется тогда, когда на основе малого числа принятых допущений и никак не объясняемых понятий удается разобраться с большим количеством разнообразных явлений. Научное описание мира является в этом смысле экономным, чтоб не сказать «прижимистым»: постулируется необходимый минимум, остальное должно выводиться из него. Самые фундаментальные допущения не могут иметь других обоснований, кроме возможности вывода из них большого числа следствий, хорошо согласующихся с наблюдаемым миром. Для них не предполагается и никаких объяснений через что-то другое – по той самой причине, что они фундаментальны. Почему во Вселенной имеется максимальная и абсолютная скорость, мы не знаем, но из этого факта выводится колоссальное число следствий, подтверждаемых практикой; это положение, кроме того, работает во взаимосвязи со множеством других понятий и концепций. Почему движение пробных тел задается геодезическими, мы не знаем, но исходя из этого положения удается количественно объяснить поворот орбиты Меркурия, а более тонкие эксперименты подтверждают ряд других эффектов, которые отсюда следуют. Такова же ситуация и со всеми другими фундаментальными законами природы – до тех пор, пока они не окажутся в конфликте с наблюдениями или пока не появится более фундаментальное понимание, а безответные вопросы не переместятся на более глубокий уровень.

Законы сохранения – это запреты

Законы природы, обладающие «повышенной общностью», называются иногда принципами, но строгой терминологии здесь нет, и к тому же самые, как мне кажется, фундаментальные принципы традиционно все же носят название законов: это законы сохранения. Законы сохранения – это систематизация и обобщение наблюдений о том, что огромного числа явлений никогда не происходит. Они «кодифицируют» набор запретов: при всем многообразии происходящего во Вселенной, там могут случаться только те явления, при которых выполняется несколько математических равенств «было» = «стало». Здесь подразумевается правило подсчета какой-то величины (выражаемой числами) исходя из известного состояния системы. Сохраняющиеся величины – это те, которые при подсчете по определенным правилам дают одно и то же число, что бы с системой ни происходило: взаимодействие, столкновение, взрыв или любой другой процесс. Независимо от сложности этого взаимодействия или разрушительности взрыва, правила подсчета приводят к одному и тому же числу в любой момент времени. Законов сохранения несколько, одни связаны с движением, а другие нет.

Среди законов сохранения, которые не связаны с движением, – сохранение электрического заряда. Заряд не может исчезнуть или возникнуть без компенсирующих изменений, восстанавливающих баланс[303]. Приняв закон сохранения электрического заряда как принцип, мы, в частности, лучше понимаем стабильность мира: одинокий электрон не может исчезнуть, родив вместо себя частицу с меньшей массой (что не запрещено само по себе), потому что в нашей Вселенной отсутствуют частицы с меньшей массой и с электрическим зарядом; заряд электрона некому передать. Но одинокий мюон может превратиться (и, не откладывая, превращается) в более легкие элементарные частицы, включающие электрон, которому и достается электрический заряд мюона. Важное дополнение к закону сохранения электрического заряда состоит в том, что в природе имеются элементарные (наименьшие) заряды и что, хотя электроны и протоны – это элементарные частицы существенно различного вида, участвующие в формировании материи выраженно несимметричным образом, они тем не менее несут в точности противоположные заряды. Из-за этого мир оказывается в целом электрически нейтральным, но при этом в глубине его электрические заряды только и делают, что взаимодействуют друг с другом, чем и определяют способы сборки всех