Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика невозможного
.pdf
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
напечатали большие редакционные статьи о разных изобретателях и их замечательных вечных двигателях.
Три закона термодинамики и симметрия
Но все вышесказанное рождает и более глубокий вопрос: а почему, собственно, должны работать эти непогрешимые законы
термодинамики ? Эта загадка занимала ученых с того самого момента, когда эти законы были впервые сформулированы. Не исключено, что, зная ответ на этот вопрос, мы могли бы отыскать в
законах термодинамики лазейки и сделать новые потрясающие
открытия и изобретения, способные перевернуть мир.
В старших классах школы я испытал настоящее потрясение,
когда узнал наконец истинную причину сохранения энергии .
Оказывается, один из фундаментальных принципов физики (открытый математиком Эмми Нётер в 1918 г.) гласит: если система
обладает симметрией, в ней обязательно действует какой-нибудь
закон сохранения. Из предположения о том, что законы Вселенной не меняются со временем , следует поразительный результат: энергия в системе должна сохраняться. (Далее, если законы
природы остаются неизменными, в каком бы направлении вы
ни двигались, то сохраняется не только энергия, но и импульс в
любом направлении. А если законы природы остаются неизменными при вращении, то сохраняется еще и угловой момент.)
Это буквально ошеломило меня. Я вдруг понял, что, анализируя звездный свет , дошедший до нас от далеких галактик
с самой окраины видимой Вселенной , мы убеждаемся, что
спектр этого света ничем не отличается от спектров, которые
можно обнаружить на Земле. В свете, рожденном за миллиарды лет до появления и Земли, и Солнца, мы наблюдаем те же
неоспоримые спектральные «отпечатки» водорода, гелия, углерода , неона и т. п., которые видим сегодня и на Земле. Другими
словами, основные законы физики не изменились за миллиарды лет и одинаковы по всей Вселенной, до самых ее границ.
361
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
Я понял, что теорема Нётер означает как минимум, что
энергия , вероятно, будет сохраняться если не вечно, то не один
миллиард лет. Насколько нам в данный момент известно, ни
один из фундаментальных законов физики со временем не изменялся, и потому закон сохранения энергии работает.
Теорема Нётер имеет для современной физики величайшее значение. Какую бы новую теорию ни придумали физики
и о чем бы ни шла в ней речь — о происхождении Вселенной , о
взаимодействиях кварков и элементарных частиц, об антивеществе , — мы обязательно начинаем с рассмотрения симметрии , которой подчиняется система. Вообще говоря, в настоящее время симметрия считается ведущим фундаментальным
принципом в разработке любой теории. В прошлом на симметрию смотрели как на побочный результат теории — приятно, но не имеет большого значения. Сегодня мы понимаем,
что симметрия — очень существенная и даже определяющая
черта любой теории. Разрабатывая что-то новое, мы, физики,
начинаем с симметрии, а затем уже выстраиваем вокруг нее
теорию.
(Печально, но Эмми Нётер , как до нее Больцману , приходилось сражаться за признание не на жизнь, а на смерть. Ни один
из ведущих институтов не готов был принять на постоянную
работу женщину-математика. Наставник Нётер, великий математик Давид Гильберт , разъяренный очередной неудачной попыткой устроить Нётер на преподавательскую должность, воскликнул: «В конце концов, мы кто, университет или общество
любителей бани?»)
В связи с этим возникает тревожный вопрос. Если энергия
сохраняется только потому, что законы физики не меняются со
временем , то не может ли быть, что в каких-нибудь необычных,
редких обстоятельствах эта симметрия все-таки нарушается?
Если в неожиданных и экзотических местах симметрия наших
законов действительно нарушается, то и закон сохранения
энергии в космических масштабах может нарушаться.
362
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Подобная ситуация может возникнуть, в частности, если
законы физики изменяются во времени или с расстоянием.
(В романе Азимова «Сами боги» симметрия нарушается из-за
пространственной дыры, соединившей нашу Вселенную с параллельной вселенной. В окрестностях этой дыры законы физики
изменяются — и возникает возможность нарушения законов
термодинамики . Точно так же, если существуют пространственные дыры, т. е. кротовые норы , может нарушаться и закон сохранения энергии .)
Кроме того, в настоящее время горячо обсуждается вопрос, может ли энергия появляться из ничего; этот момент
тоже может оказаться удобной лазейкой.
Энергия из вакуума?
Вот мучительный вопрос: можно ли извлечь энергию из пустоты? Физики лишь недавно поняли, что на самом деле «пустота»
вакуума вовсе не пуста, в ней кипит неиссякаемая активность.
Одним из активных сторонников и пропагандистов этой
идеи был эксцентричный гений XX в. Никола Тесла — достойный соперник Томаса Эдисона . Кроме того, он был одним из
сторонников «энергии из пустоты», т. е. идеи о том, что вакуум может содержать в себе неимоверные количества энергии.
Если это правда, то вакуум станет олицетворением «бесплатного сыра» — «волшебным горшочком», способным извлекать
энергию в любых количествах буквально ниоткуда. Вакуум, который раньше считали пустым и лишенным всякого вещества,
окажется бездонным кладезем энергии.
Тесла родился в маленьком городке на территории нынешней Сербии и в 1884 г. прибыл в Соединенные Штаты без единого цента в кармане. Вскоре он стал помощником Томаса Эдисона — помощником настолько блестящим, что превратился в
соперника. Противостояние этих двух знаменитостей историки
окрестили «войной токов». Эдисон считал, что мир можно элек-
363
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
трифицировать при помощи машин постоянного тока, тогда
как Тесла первым ввел переменный ток и успешно продемонстрировал, что его методы гораздо эффективнее методов Эдисона и допускают меньшие потери при передаче электричества
на большее расстояние. Сегодня почти вся планета снабжается
электричеством на базе патентов Теслы, а не Эдисона.
Всего у Теслы насчитывается больше 700 изобретений
и патентов, некоторые из которых являются важнейшими
историческими вехами современного электричества . Историки
считают вполне вероятным, что Тесла придумал радио раньше,
чем это сделал Гульельмо Маркони , официально признанный
изобретателем радио, и работал с рентгеновскими лучами еще
до их официального открытия Вильгельмом Рентгеном . (И Маркони, и Рентген позже были удостоены Нобелевской премии
за изобретения, которые Тесла, вероятно, сделал на несколько
лет раньше.)
Тесла также считал, что можно извлекать из вакуума
энергию в неограниченных количествах, но, к сожалению, не
привел в своих записках доказательства этого утверждения.
На первый взгляд кажется, что «энергия пустоты» (или энергия,
которая содержится в вакууме) нарушает первый закон термодинамики. Нет никаких сомнений в том, что энергия вакуума
нарушает законы ньютоновой механики, но недавно вопрос о
ней вновь возник на научном горизонте, но уже с совершенно
нового направления.
Проанализировав данные со спутников, которые в настоящее время находятся на орбите, в частности со спутника WMAP ,
ученые пришли к поразительному выводу: не меньше 73% Вселенной состоит из темной энергии — энергии чистого вакуума.
Это означает, что вакуум, разделяющий галактики, является
одновременно величайшим резервуаром энергии Вселенной.
(Эта темная энергия настолько колоссальна, что отталкивает
галактики прочь друг от друга и может со временем разорвать
Вселенную на части.)
364
ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Темная энергия наполняет всю Вселенную , все ее уголки,
в том числе наши дома — и наши тела тоже. Количество темной энергии в космосе поистине астрономично и превосходит
энергию всех звезд и галактик, вместе взятых. Можно также рассчитать количество темной энергии на Земле; окажется, что ее
очень немного — слишком мало, чтобы подпитывать вечный двигатель . Тесла был прав: темная энергия существует; тем не менее
в отношении количества такой энергии на Земле он ошибался.
А может быть, нет?
Один из самых неприятных пробелов в современной физике состоит в том, что никто не может теоретически рассчитать
то количество темной энергии , которое мы измеряем при помощи спутников. Если проводить расчет с позиций современной атомарной физики, то полученное число разойдется с экспериментальным результатом на 120 порядков! Это единица со
120 нулями! Без сомнения, это самое значительное расхождение между теорией и экспериментом за всю историю физики.
Суть в том, что никто не знает, как посчитать «энергию пустоты». Это один из важнейших вопросов физики (ведь со временем ответ на него определит судьбу Вселенной !), но пока мы
не представляем, как можно рассчитать количество этой энергии. Ни одна из теорий не объясняет темной энергии , хотя экспериментальные доказательства ее существования очевидны.
Итак, в вакууме действительно заключена энергия , как
и подозревал Тесла . Но плотность этой энергии, скорее всего,
слишком мала, чтобы ее можно было извлекать и использовать.
В огромных межгалактических пространствах полно темной
энергии , а вот на Земле ее умещается только чуть-чуть. Но самое неприятное, что никто не знает, откуда взялась эта энергия
и как можно рассчитать ее количество.
Я убежден, что закон сохранения энергии обусловлен глубинными космологическими причинами. Любое нарушение
этого закона непременно означало бы серьезные сдвиги в наших представлениях об эволюции Вселенной . И загадка темной
365
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
энергии заставляет физиков предпринимать новые и новые попытки решить этот вопрос.
Поскольку создание настоящего вечного двигателя может
потребовать пересмотра фундаментальных законов физики на
космологическом уровне, я склонен отнести вечный двигатель
к III классу невозможности ; это означает, на мой взгляд, что
либо такой двигатель действительно невозможен, либо нам
придется полностью пересмотреть наши представления о фундаментальной физике в космологическом масштабе — только в
этом случае такая машина может получить право на существование. Что же касается темной энергии , то она остается одной
из величайших незаконченных глав современной науки.
15. ПРЕДВИДЕНИЕ БУДУЩЕГО
Парадокс — это истина, вставшая на голову ради привлечения внимания.
Николас Фаллетта
Существует ли такая вещь, как ясновидение, или предвидение
будущего ? Эта древнейшая концепция присутствует в каждой
религии ; можно вспомнить оракулов Греции и Рима и ветхозаветных пророков. Но обратим внимание: в подобных сюжетах дар предвидения часто становится проклятием. В греческой
мифологии есть миф о Кассандре , дочери царя Трои, которая
своей красотой привлекла внимание солнечного бога Аполлона .
Чтобы завоевать приглянувшуюся ему девушку, Аполлон даровал ей способность видеть будущее . Но Кассандра отвергла ухаживания Аполлона, и тот в припадке ярости исказил свой дар:
теперь Кассандра могла видеть будущее, но ни один человек ей
не верил. Кассандра предупреждала троянцев об уготованной
им участи, но никто ее не слушал. Она предупреждала, что троянский конь — ловушка, она предсказала смерть Агамемнона и
даже собственную гибель, но люди Трои, вместо того чтобы послушать совета, объявили ее сумасшедшей и заперли в башне.
Нострадамус в XVI в. и позже Эдгар Кейс тоже утверждали,
что могут приподнимать завесу времени . Можно нередко услышать, что их предсказания сбылись (речь идет, в частности, о
предсказании Второй мировой войны , убийства президента
Кеннеди и падения коммунизма), но путаная аллегорическая
367
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
форма, в которую многие ясновидцы облекали свои предсказания, допускает самые разные, в том числе противоречащие
друг другу, интерпретации. Катрены Нострадамуса, к примеру,
изложены в такой общей форме, что каждый может прочитать
в них все что угодно (что постоянно и происходит). В одном из
четверостиший сказано:
Ревет огонь из центра мира, сотрясающий землю,
Земля вокруг нового города трепещет.
Двое великих будут воевать долго и бесплодно.
Нимфа источников заставит новую реку покраснеть.
Кое-кто утверждал, что этот катрен может служить доказательством того, что Нострадамус знал о разрушении башенблизнецов торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г.
Но на протяжении столетий по этим же словам делались десятки иных интерпретаций. Ведь образы настолько неопределенны, что их можно понимать как угодно.
Предвидение будущего , кроме всего прочего, является любимым инструментом драматургов, описывающих обреченных
королей и падение империй. В «Макбете » Шекспира пророчество служит центром сюжета и фокусом честолюбивых устремлений Макбета — ведь три ведьмы предсказывают ему возвышение и трон короля Шотландии. Предсказание ведьм еще
сильнее разжигает его болезненное тщеславие, и он начинает
кровавую и жуткую кампанию, уничтожает врагов, убивает невинных детей и жену своего соперника Макдуфа .
Совершив множество ужасных преступлений и захватив
трон, Макбет узнает от тех же ведьм, что никто не сможет победить его в сражении, «пока не двинется наперерез на Дунсинанский холм Бирнамский лес»; кроме того, ему сообщают, что
он «защищен судьбой от всех, кто женщиной рожден». Пророчество успокаивает Макбета, потому что лес не способен двигаться, а все люди рождаются от женщин. Но в конце концов
368
ПРЕДВИДЕНИЕ БУДУЩЕГО
все сбывается — Бирнамский лес сходит с места, когда воины
Макдуфа берут в руки ветви деревьев и скрытно подходят к лагерю Макбета; кроме того, оказывается, что сам Макдуф был не
рожден, а вырезан из чрева матери.
Итак, прошлые пророчества слишком неопределенны, чтобы их можно было достоверно проверить; но есть один класс
предсказаний, оценить которые совсем несложно, — это предсказания Судного дня и Конца света. В Библии, в книге «Откровение» последние дни Земли описаны в красочных подробностях; явление антихриста и окончательное Второе пришествие
Христа сопровождаются хаосом и разрушением. Христианские
мыслители всегда, с момента появления этих текстов, пытались
предсказать точную дату описываемых событий.
Одно из самых знаменитых предсказаний Судного дня
было сделано астрологами на 20 февраля 1524 г. на основании
положения планет (Меркурия, Венеры , Марса , Юпитера и Сатурна) на небесной сфере; было предсказано, что мир погибнет в
великом потопе. Европу захлестнула массовая паника. В Англии
20 000 человек в отчаянии покинули свои дома. Вокруг церкви
Св. Варфоломея была возведена крепость, набитая припасами,
пищей и водой на два месяца. По всей Германии и Франции
люди принялись лихорадочно строить большие ковчеги, которые могли бы уцелеть во время потопа. Граф фон Игглехайм , к
примеру, выстроил в преддверии этого судьбоносного события
громадный трехъярусный ковчег. Но в назначенный день с неба
всего лишь покапал легкий дождик. Настроение толпы резко
изменилась; вместо страха людей охватил гнев. Те, кто успел
распродать все имущество и полностью сломал свою жизнь,
почувствовали себя обманутыми. Разъяренные толпы начали
громить все вокруг. Графа забили камнями, а в давке погибло
несколько сот человек.
Разумеется, пророчества жаждут не одни только христиане. В 1648 г. Саббатай Цви , сын богатого еврея из турецкой
Смирны, объявил себя мессией и предсказал, что мир погибнет
369
ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО
в 1666 г. Цви был красив, харизматичен и хорошо знал мистические тексты Каббалы; ему удалось быстро собрать группу фанатичных последователей, которые распространили эту новость
по всей Европе. Весной 1666 г. евреи таких отдаленных мест,
как Франция, Голландия, Германия и Венгрия, начали складывать вещи и собираться на зов своего мессии. Но чуть позже в
том же году Цви был арестован и брошен в темницу в цепях по
приказу константинопольского великого визиря. Оказавшись
перед лицом смертельной опасности, он театрально сбросил
свои еврейские одежды, надел турецкий тюрбан и обратился в
исламскую веру. Десятки тысяч его преданных сторонников покинули секту, испытав страшное разочарование.
Предсказания всевозможных пророков и сегодня оказывают влияние на людей, меняя жизни десятков миллионов людей
по всему миру. К примеру, в США некий Уильям Миллер объявил, что Судный день наступит 3 апреля 1843 г. Весть об этом
пророчестве разошлась по стране; совпавшее с ним случайное
событие — впечатляющий метеорный дождь 1833 г., один из
мощнейших в истории, — также очень усилило впечатление от
миллеровского пророчества.
К 1843 г. Армагеддона ожидали уже десятки тысяч преданных последователей Миллера; они даже получили название миллеритов. Когда год исполнения пророчества начался, а затем и
закончился, а Конца света так и не случилось, движение миллеритов раскололось на несколько больших групп. Последователей
у Миллера было так много, что каждая из этих групп и сегодня
заметна в религиозной жизни и обладает немалым влиянием.
Одна из больших групп миллеритского движения в 1863 г. провела реорганизацию и изменила название; теперь она называется
Церковью адвентистов седьмого дня и имеет в своих рядах около 14 млн окрещенных. Главным в учении адвентистов является
скорое и неминуемое Второе пришествие Христа.
Еще один осколок движения миллеритов позже стал ориентироваться на труды Чарльза Тейза Расселла, отодвинувшего
370
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]