Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

• Название: Бегство от удивлений
• Автор: Глеб Анфилов
• Издательство: "Детская литература"
• Жанр: Физика
• Год: 1974

Книга рассказывает о рождении и развитии механики как науки, искавшей и ищущей ответы на самые простые и глубокие вопросы об устройстве природы.

---

Стойте, стойте! — кричу я, чувствуя, что он может натворить недоброе.— Не надо! Пусть мир останется по-прежнему удивительным!

Нет, надо! — отвечает он, и злобный огонь светится в его глазках.— Надо! — И он хлопает в ладоши, топает копытом и нехорошим, замогильным голосом орет: — Да сгинет удивительность падения! Приказываю тяжелым телам падать быстрее легких! Пусть падающие жернова обгоняют песчинки, а большие сосульки оставляют позади маленькие, когда падают. Да будет так, как человеку кажется естественным. Ну, а остальное пускай пока остается по-прежнему. Пока!..

В этот момент раздается шум. Я вижу в окно: разламываются дома, рушатся деревья, а облака, крутясь и распадаясь, смешиваются с землей. Звенят стекла, подо мной проваливается пол...

Охо-хо! — грохочет сатанинский голос.— Теперь вы не будете удивляться!..

Катастрофа в парке

Незадолго перед этим две подружки, храбрая Аня и робкая Таня, гуляли в Измайловском парке. Они беседовали о том о сем, а потом решили покататься на русских горках.

Здорово! — восклицала Аня, когда тележка катилась вниз.

Только немножко страшно! — говорила Таня и прижималась к подруге.

Не трусь! — подбадривала Аня.

И когда тележка поднималась, осмелевшая Таня отстранялась, чтобы, однако, вновь прильнуть к Ане на очередном спуске.

Обратите внимание на подчеркнутые слова. В них — суть.

Вдруг все вокруг неуловимо переменилось (это был тот самый момент, когда мой рогатый собеседник лишил мир удивительности и приказал тяжелым телам падать быстрее легких). Тележка полетела вниз гораздо стремительнее, чем раньше. Таня испугалась пуще прежнего, теснее прижалась к Ане. Из-за этого тележка помчалась еще скорее, потому что Аня и Таня, соединенные вместе, стали тяжелее, чем каждая по отдельности. Ведь обнявшись, они падали бы с большим ускорением, чем порознь. Так невесть откуда появилась у тележки дополнительная кинетическая энергия. Нарушился закон сохранения энергии! Несколько взлетов — и тележка вознеслась в небо, порвала оковы земного тяготения, устремилась куда-то в. сторону Луны. Печальна судьба Ани и Тани!

Быть может, убедительнее цирковой пример.

Двое акробатов прыгают на батуте. С некоторой высоты они падают в обнимку, а, оттолкнувшись от упругой сетки, летят вверх порознь. После дьявольского приказа ускорение падения циркачей будет больше, чем замедление подъема — в нервам, случае тяжелая масса акробатов увеличена за счет инертной, во втором, наоборот, инертная увеличена за счет тяжелой. Каждое падение быстрее, чем подъем. При каждом падении акробаты получают прибавку конечной скорости, следовательно, и кинетической энергии. Значит, каждый подъем выше, чем предыдущий. Попрыгав таким образом, циркачи пробивают купол и улетают к звездам.

Похожие невероятные события в мире, «лишенном удивительности», произошли повсюду. Везде нарушился закон сохранения энергии, воцарился хаос. Природа буйствовала. Планеты сошли со своих путей, звезды разбрызгали свое вещество. Вселенная взорвалась, погибла!

Все это я смог вам описать только потому, что на самом деле ничего подобного не было. Да и не могло быть, несмотря на колдовское могущество сатаны[5]. Ибо никаким чудодейством нельзя лишить природу ее неисчерпаемой удивительности.

Часть вторая УДИВЛЕНИЕ БЫСТРОТЕ

Глава 7. САМЫЙ БОЛЬШОЙ АКВАРИУМ

Сцена мироздания

Продолжая тему, начатую в третьей главе, я разговариваю с одним девятиклассником о движении и системах отсчета. Задаю ему вопросы:

В чем падают камни и пушинки?

В воздухе.

А если убрать .воздух?

В пустоте.

А что такое пустота?

Пустота — это то, что остается, если убрать воздух.

Откуда убрать?

Мой собеседник запинается, морщит лоб, потом говорит:

Ну, из какого-нибудь места. Отовсюду-то не уберешь...

Отлично! — говорю я.— Очень хорошо, что ты сказал «место». Объясни-ка мне теперь, что такое место.

Девятиклассник молчит. Он не знает, что такое место. А вы знаете?

Место — это часть пространства. Все, что происходит, происходит где-то, в каком-то месте, в какой-то части пространства. Ну вот, теперь надо объяснять, что такое пространство.

Пока скажем очень неопределенно: пространство — вроде сцены, на которой разворачиваются все события, процессы, явления нашего мира. Вне сцены нет спектакля. Вне пространства вообще ничего нет.

Теперь — серьезнее.

Философы-материалисты говорят: пространство есть форма движения материи. Соглашаясь с этим положением, физики прилагают его к своей науке. Для физика важно физическое и, в частности, механическое движение. А его изучение, его отсчет возможны только потому, что в нашем мире существует то, что мы называем расстояниями. Расстояния — это основа физического пространства. И чтобы измерять их, отсчитывать с их помощью механическое движение, строятся пространственные системы отсчета.

Когда шел разговор о падении камней, размахах маятника, обращении планет, то всегда явно или неявно учитывалась система пространственного отсчета этих событий. Они обязательно происходили где-то, на каких-то расстояниях от чего-то вполне конкретного: скажем, от пола, от Солнца, от Луны. Отсчеты расстояний вошли во все формулы механики и теории тяготения. Они-то и наполнили широкое философское представление пространства четким числовым содержанием, необходимым физику.

Пространство трехмерно. В системе отсчета оно выражается тремя взаимно перпендикулярными измерениями— длиной, шириной и высотой. Это определило форму всех уравнений механики.

Однако фактом трехмерности не исчерпываются сведения о пространстве, которыми хочет располагать физик. «Устройство» пространства надо знать глубже.

Разгадывая «сценарий» космического действия, в котором актерами выступают атомы и звезды, Ньютон точно разметил места для событий всемирного спектакля. Никакой режиссер не будет объяснять актерам, куда идти и где стоять, если он не знает устройства сцены. Ведь в разных театрах сцены разные — прямые и изогнутые, с жесткими и гнущимися половицами, с вращающимся и неподвижным полом и т. д. Поэтому и Ньютон, этот режиссер мироздания, должен был что-то знать или хотя бы предполагать о «сцене» Вселенной — безграничном мировом трехмерном пространстве. Скажем, везде ли оно одинаково, изменяется ли с течением времени, движется ли как-нибудь?

Видимо, если пространство вращается (подобно вращающейся театральной сцене) или как-то ускоряется, сжимается, расширяется, все тела в нем подвержены силам инерции — летящие свободно копья сворачивают с прямого пути, ускоряются. Подобное пространство можно было бы «привязать» к неинерциалъной системе отсчета.

Но в реальном мировом пространстве Ньютона свободно брошенные тела, не подверженные действию сил, не ускоряются и не сворачивают с прямого пути.

Резонно допустить, что реальное пространство «привязано» к инерциальной системе отсчета. Той, что либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно.

В чем зреет яблоко

Я рассказываю своему собеседнику что-то вроде сказки.

В саду, — говорю я, — стоит яблоня. На яблоне висит яблоко. Погода хорошая — ни ветерка. Спрашивается: в чем это яблоко движется?

Ни в чем оно не движется, — отвечает мой сообразительный девятиклассник.— Оно неподвижно.

Ты не прав, — терпеливо говорю я.— Допустим, оно неподвижно в пространстве. Но оно зреет, наливается соком, в нем происходят перемены. Это значит, что оно движется во времени. Текут минуты, часы — и яблоко краснеет, становится слаще и ароматнее. Согласен?

Он согласен, потому что с этим трудно спорить. Конечно же, неподвижное яблоко с течением времени меняется. Все вокруг существует не только в пространстве, но и во времени. И если на висящем яблоке это было заметно не сразу, то как только оно сорвалось с ветки и стало падать, как только началось движение — роль времени предстала ярко и выпукло. Ведь расстояние, деленное на время, есть скорость, а расстояние, дважды деленное на время, — ускорение.

Пространство дает расположение событий в мире, время же — их последовательность, их развитие. Время — это тоже форма движения материи, как и пространство. И физик наполняет понятие времени своим, присущим физике, содержанием.

В отличие от пространства, время отсчитывается одним измерением — длительностью. Оно одномерно. Но опять-таки признание только этого факта для физика недостаточно. Нужно еще знать, везде ли время течет одинаково быстро, остается ли его темп неизменным, зависит ли он от каких-либо физических причин.

В частности, объявить систему отсчета инерциальной мы вправе лишь тогда, когда уверены, что она покоится либо движется равномерно в равномерно текущем времени. А есть у нас такая уверенность?