ЭССЕ
В истории физики нового и новейшего времени, пожалуй, самыми известными и самыми привлекательными для пытливого ума были три великих теории: теория тяготения, общая теория относительности и квантовая теория. Все они, в какой-то мере, замыкались на тяготении, всеобщую значимость которого для существования и развития мира доказал в «Математических началах натуральной философии» Исаак Ньютон. Он открыл закон всемирного тяготения, называемый иначе законом тяготения Ньютона. Суть его вот в чём: сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1 m2/ r2, где G — гравитационная постоянная.
Все тела тяготеют к каждой отдельной планете, и веса тел на всякой планете, при одинаковых расстояниях от её центра, пропорциональны массам этих планет. Конечно, утверждал Ньютон, не может быть сомнения, что природа тяжести на других планетах такова же, как и на Земле. Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них.
Все планеты тяготеют друг к другу, и тяготение к каждой из них в отдельности обратно пропорционально квадратам расстояний от места до центра этой планеты. Кроме того, так как все части какой-либо планеты А тяготеют к какой-либо другой планете В и тяготение каждой части относится к тяготению целого, как масса этой части к массе целого, всякому же действию есть равное противодействие, то и обратно: планета В притягивается ко всем частям планеты А, и притяжение её к какой-либо части относится к притяжению к целому, как масса этой части к массе целого. Если, например, вещество двух шаров, тяготеющих друг к другу, в равных удалениях от их центров однородно, то притяжение каждого шара другим обратно пропорционально квадрату расстояния между их центрами.
Такое вот место в своей системе мира, в общих чертах, отводил гравитации первооткрыватель известного всем закона всемирного тяготения. Счастье этого выдающегося естествоиспытателя заключалось в том, что он ещё был и великим философом. Но, занятый, преимущественно, содержательной стороной своей небесной механики, он, как философ, не задавался целью раскрыть «природу тяжести», установить конечные причины возникновения сил тяготения. «До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Эта сила происходит от некоторой причины, которая проникает до центра Солнца и планет без уменьшения своей способности и которая не пропорциональна поверхности частиц, на которые она действует (как это обыкновенно имеет место для механических причин), но пропорциональна количеству твёрдого вещества, причём её действие распространяется повсюду на огромные расстояния, меняясь обратно пропорционально квадратам расстояний. Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным его частицам и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально квадратам расстояний даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев планет, и даже до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в покое. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Всё же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой, гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии». (И.Ньютон. Математические начала натуральной философии. М., 1937, с. 369).
В наше время, когда науки разделены строго по специализациям, трудно найти учёного, который обладал бы столь широкими познаниями в разных областях. В этом, может быть, и благо, и недостаток современного человеческого знания. Именно по этой причине многие наши современники, привязанные к своей профессии и вынужденные заниматься «своим делом», лишены возможности даже из любопытства удовлетворить свои духовные запросы, выходящие за рамки их специализаций. А в результате неизбежно происходит то, что происходит: человек, пытавшийся многие годы своей жизни самостоятельно разобраться в сложных процессах, происходящих во Вселенной, вдруг обнаруживает, что он зря потратил время. Если физик берётся за философские проблемы, у философа это вызывает, по меньшей мере, ироническую усмешку. Но если гуманитарий берётся за изучение проблем, касающихся естествознания, это не может не вызвать у физика, химика, биолога чувства глубочайшего удивления и недоумения. Дорогой мой читатель! Если попали тебе на глаза эти строчки, и ты уже настроился с предубеждением отринуть всё написанное в этой книге, знай: всё изложенное в ней написано не для тебя, и лучше тебе на этом закончить своё знакомство с нею. Брось это чтение и займись чем-нибудь более полезным.
Вторгаясь в заповедную часть физической теории, которую надлежит разрабатывать не дилетантам, я всегда чувствовал себя не вполне подготовленным для того, чтобы иметь право судить о вещах, которые во многом оставались загадкой и для самих физиков. Я не могу назвать себя большим знатоком небесной механики, как и механики релятивистской и квантовой. Но я не в состоянии был представить себе, как могут притягиваться друг к другу булыжники, лежащие на мостовой в Москве и Лондоне, как могут притягиваться куски металла на разных континентах, даже если они просто лежат на свалке. Наконец, как могут притягиваться друг к другу планеты Солнечной системы! То, что они притягиваются центром масс, вокруг которого совершают круговые движения по орбитам, было понятно, но чтобы Юпитер, например, притягивал к себе Венеру, противоречило здравому смыслу, и могло иметь место, по моим соображениям, разве лишь в древнегреческих мифах. Авторы увлекательной и талантливо написанной книги «Силы в природе», поделившись точно так же, как и я, своими сомнениями на сей счёт, сетуют: «Сила же взаимного притяжения двух людей среднего веса при расстоянии между ними в один метр не превышает и трёх сотых миллиграмма. Так слабы гравитационные силы». (В.Григорьев, Г.Мякишев. Силы в природе. М., 1973, с. 34).
Не совсем ясно только, чего больше в этой фразе: недопонимания или откровенного издевательства над выводами Ньютона. К чему тут расстояние в один метр, и почему надо измерять силу влечения между человеческими существами, - возможно, страстно любящими друг друга, - в граммах? Если эти люди весят по полтораста килограммов, это и будет их силой тяжести, а, следовательно, и той силой, с которой Земля их обоих, независимо друг от друга притягивает к своему гипотетическому центру. Но если говорить о тяготении их друг к другу, надо установить, а являются ли они друг для друга частями общей целостной системы, как социальные существа. Тогда надо говорить не о метрах, а таких расстояниях, которые лишь усиливают их тягу друг к другу, их влечение. Но это уже иной класс систем, это уже особый класс живых, социальных, систем, где, вообще-то говоря, механические законы перестают действовать. Не потому что они плохи или неверны, а потому, что действие их может быть обнаружено в качественно иной системе. За её пределами они уже не работают и ими нельзя объяснить качественного своеобразия иной взаимодействий компонентов иной системы.
Понятно, что взаимодействующие объекты образуют устойчивую взаимосвязь, или систему. А система – это определённым образом организованное и упорядоченное единство, представляющее собой целостность. Однако нужно отличать целостные системы от суммативных. Человечество является в реальной жизни неким единством, определённым множеством человеческих индивидов и этносов, но целостного единства оно собой не представляет. Точно также и материальные тела, вещи и предметы, находящиеся в некоем, не целостном, единстве друг с другом и с нашей планетой, не представляют собой целостной системы, если они не взаимодействуют и не создают устойчивых, упорядоченных связей. Во Вселенной имеет место три состояния материи и это необходимо учитывать: состояние покоя, характеризующегося нулевой массой; состояние хаоса, то есть беспорядочного движения микро- и макрообъектов; и состояние упорядоченного и организованного движения, начиная от атома и кончая планетными системами и галактиками.
Сами системы, - тем более, если это всего лишь конгломераты, представляющие собой механическое сплетение, соединение разнородных элементов, - никакого гравитационного воздействия на другие системы не оказывают. Они существуют как бы в параллельных мирах, видимые и не замечаемые друг другом. Но только до того момента, пока сами они самостоятельны. Как только они вступают друг с другом во взаимодействие, непосредственно или через посредника, - они теряют почти все качества прежних систем, становятся «непроницаемыми» частицами нового «вещества», воплощённого в этой новой системе, где они могут быть рассмотрены только как подсистемы, как части, частички, компоненты новой реальности, частями которой они теперь являются. Сохраняя в известных пределах относительную свободу действия, они, как единое целое, подчиняются уже законам, действующим в совершенно иной, качественно новой, системе, которую внутреннее строение и природа этих компонентов не интересует. Слишком большая роскошь для природы, привыкшей совершать свои даже самые безумные поступки по принципу наименьшего действия, обращать внимание на «чужие» проблемы!
Да, конечно, «камень Каабы» притягивает к себе паломников, совершающих хадж в святую землю; россыпи золота на Аляске притягивали к себе многих золотоискателей, что обернулось переменами в жизни людей Старого и Нового Света. Но между этими предметами и живыми существами была, какая-никакая связь, а что же связывает между собой горные породы в разных странах?! Вот почему мне всегда казалось, что вещи, или физические тела, могут притягиваться друг к другу только в том случае, если они неразрывно связаны в некую систему, если они в этой системе взаимодействуют между собой. Самого же тяготения, обозначаемого обычно в астрономии и физике англоязычным словом «гравитация», я не допускал в качестве изначально присущего всем предметам и вещам особого свойства.
Кирпич падает на асфальт с карниза здания под тяжестью своего веса; дождевые капли орошают землю, падая с неба по той же причине. Яблоко падает на землю, и не надо быть Ньютоном, чтобы заметить это. Как нельзя не заметить, что детский резиновый шар, привязанный к сучку той же яблони ниточкой, срывается с места и взмывает в небо, как только нить оказывается разорванной. Вес его так мал, что среда, в которой шар находится, выталкивает его, однако стоит только изолировать этот шар и выкачать из пространства, где он находится, воздух, - если это можно было бы сделать, - как шар вслед за яблоком, не отставая, помчится навстречу земной поверхности, пока не наткнётся на созданное природой препятствие. Наш здравый рассудок делает отсюда немудрёный вывод: все тела, вещи, предметы, в каком бы они состоянии ни находились,- кроме газообразного, - и как бы они малы ни были, «падают» в воздухе, совершают движение, называемое «свободным падением», которое не так уж и свободно, если принять в расчёт сопротивление среды. Думать, что это они притягивают к себе Землю, равносильно безумию.
Значит, остаётся одно: Земля, как планета Солнечной системы притягивает тела по направлению к своему центру. Говорят, что в этом случае на тела, находящиеся на некотором расстоянии от земной поверхности, действует какая-то никому не известная по своей природе сила, - и впрямь не известная! – которая побуждает тела устремляться по радиусу к центру планеты. Одно из её названий - центростремительная сила, которая и обнаруживает себя в падающих или давящих на что-то телах, как их собственная сила тяжести, или вес. Физики с педантичной точностью подсчитали, во сколько единиц веса, условно называемых граммами, фунтами, пудами и тоннами, обходится нашей планете это дьявольское стремление тел сблизиться с центром Земли.
Мы сейчас говорим только о «нашей планете», потому что не знаем, а лишь по аналогии предполагаем, что нечто подобное происходит со всеми телами на всех планетах Солнечной системы. Мы употребили слово «система» здесь случайно, но именно в нём и заключается весь смысл таких падений и притяжений, как и наше предположение о падениях и тяготениях на всех планетах, коль скоро они представляют собой такие системы, то есть нечто связывающее все эти яблоки, кирпичи и шары с центром данной планеты. Именно «своей» планеты, поскольку вряд ли ещё кому взбрело бы в голову, кроме Ньютона, что эти все предметы по тем же самым законам, а точнее, по его закону всемирного тяготения, должны притягиваться и к Меркурию, и к Марсу, и к Юпитеру.
Феномен этот, - не буду злоупотреблять термином «сила», - возникает только в результате взаимодействия тел, особым образом связанных между собой и представляющих целостную систему. В свою очередь «причина» этого феномена, теперь уже являющаяся следствием, имеет свою природу и свои истоки, возможно, в существовании рядом двух противоположных состояний материи, теснейшим образом связанных с различной степенью плотности: это с одной стороны, «пустота», которая никогда не бывает абсолютной, с другой стороны – абсолютно твёрдое, точнее сказать, абсолютно плотное состояние материи, гипотетически мыслимое как мир, сведённый в точку, как некий центр Вселенной. Разумеется, я далёк от мысли, что такие «абсолюты» с одной и с другой стороны имеют место на деле, но они могут иметь место в нашей фантазии, в нашем воображении – ну, а чего бы на досуге не повоображать!
Гравитация, - или что одно и то же, тяжесть, - меня интересовала не сама по себе, а как всеобщий принцип, как тяготение, которое, как тождественный с ним принцип инерции, господствует в мире на всех уровнях мироздания. Гравитационные силы поистине вездесущи и всепроникающи. Напомним, что понятие «силы» здесь, как во всех других случаях употребляется в качестве синонима понятию «взаимодействие». Р.Е.Пайерлс называет тяготение, - это «универсальное взаимодействие», - «наиболее важной из всех сил, играющих роль в повседневной жизни». (Р.Е.Пайерлс. Законы природы. М., 1962, с. 22). Задавшись целью создать свою «теорию тяготения» в виду абсолютной бесперспективности, противоречивости и ложности основных посылок классической физики, я попытался связать причину тяготения с взаимодействием центростремительных и центробежных сил. И не замечал при этом, что сваливал в одну кучу два совершенно разных явления природы, хотя и неразрывно связанных между собою и одно без другого не существовавших.
Мне казалось, уж если даже такие представления, которые полагались на протяжении веков незыблемыми, не выдерживают проверки временем и могут быть поколеблены каким-то пустячным открытием, каким являлось, например, миллиарды раз наблюдаемое человеком явление радиоактивности элементов, что же тогда говорить о всех этих длинных и запутанных математических формулах, вызывавших у меня лишь одно чувство – чувство глубочайшего недоверия. Все эти красивые, на первый взгляд, математические формулы казались мне теперь вздором, сплошным и произвольным набором символов, придуманных учёными и приспособленных ими для удобства манипулирования сознанием непосвящённых в их тайны.. В большинстве случаев, - если взять историю естествознания, - так оно и было. Достаточно вспомнить астрологию древних египтян, или алхимию средневековых искателей «философского камня». Мы знаем, какова судьба этих исканий, но это не повод для того, чтобы прекратить все поиски.
И хотя некоторые искушённые в физических теориях исследователи могут скептически покачать головой и поспешить уверить меня, что такой теории, как «теория гравитации» в науке нет, и что она вообще не нужна, я склонен настаивать на обратном. К сожалению, всё, что я знаю об этом предмете, представляет собой более или менее ясные воспоминания, сохранившиеся от чтения популярных книг и журналов в годы моей молодости. Но прошедшие с тех пор десятилетия не сгладили в моей памяти заявления о том, что учёные всех времён и народов тщетно пытались ответить на самые жгучие вопросы человеческого разума: «Что происходит вокруг нас? Почему то, что происходит, происходит, и происходит именно так, а не иначе?».
Не находя ответов на эти вопросы при чтении статей и книг, я потерял интерес и к современной философии, которая, как мне казалось, была способна лишь на то, чтобы доказывать доказанное, и к современной физике, которая, - при всех её выдающихся успехах, совершивших ряд революций в технике, - так и не смогла оторваться от старых догм и ответить на вопрос: «А почему то, что происходит в микро- и макромире, происходит?». К моему великому удивлению и недоумению, этот вопрос даже и не ставился, а если кто-то и пытался поставить его, тут же раздавался окрик защитников «теоретических догм»: не трогать классиков! Как тут не припомнить слова из поэмы «Тёркин на том свете»:
Задурил, кичась талантом, –
Да всему же есть предел, -
Новым, видите ли, Дантом
Объявиться захотел.
На это так и хочется ответить словами главного героя бессмертной комедии «Горе от ума»:
Помилуйте, мы с вами не ребяты.
Зачем же мнения чужие только святы?
И всё-таки… Мой рассказ будет посвящён природе тяготения, то есть такому вопросу, от рассмотрения которого физика отказывается…