Текст книги "Лоция будущих открытий: Книга обо всём"

Автор книги: Георгий Гуревич

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 7 страниц)

Здесь мы выходим на проблему времени, едва ли не самую непонятную в физике.

11. Время. В самом начале раздела, когда выбирался порядок расстановки фактов, мы остановились на оси масс; она оказалась самой характерной и выразительной, поскольку свойства тел теснее всего связаны с массой. Но существуют и другие возможные оси – пространственные, энергетические, а также и временные, причем не одна.

Я исхожу из того, что пустого времени, так же как и пустого пространства, нет в природе. Пространство и время – формы существования материи; формы без содержания быть не может.

У времени есть свои характеристики, которые можно использовать в качестве осей.

Аналогия размерам – «срок» существования тела. Тут все понятно, объяснять нечего.

Местоположение тел в пространстве мы не разбирали, не составляли карты географические и астрономические. Для практики имеет большое значение далеко или близко, но на свойства тел влияния не оказывает. Местоположение же во времени – очень существенная характеристика, тем более что время линейно, одномерно. «Когда?» – наиважнейший параметр.

Ось времени углубляется в прошлое на 18 порядков, если принять за единицу измерения одну секунду. Интересно, что на пути от сегодняшнего мига в глубину времен заметна своего рода этажность: сменяются науки, ведающие разными отрезками прошлого. Верхние девять ступеней еще находятся в ведении личных воспоминаний. Десятая и одиннадцатая – сотни и тысячи лет – в ведении истории, на 12‑й ступени преобладает археология, 13‑я и 14‑я (сотни тысяч и миллионы лет) – область антропологии, тут же начинаются владения палеонтологии и геологии, они простираются до 17‑й ступени, а 18‑я (миллиарды лет) – космологическая. Границы здесь не очень жестки, тем не менее смена материала происходит. В пространстве нет такой существенной разницы между населением ближайших световых лет или тысяч и миллионов. Для симметрии с графиком прошлого хорошо бы построить и график будущего. Но будущее отличается от прошлого принципиально. Будущее не состоялось, достоверных фактов из него не имеется, можно только проникнуть туда мысленно. Глубина же и точность проникновения зависят от трех причин:

1. Обилие прецедентов – например, все люди умирают, надо полагать, что и я смертен.

2. Неизменность процесса: например, солнце всходит и заходит, надо полагать, что и сегодня зайдет к вечеру.

3. Малочисленность воздействий: например, тело летит в пространстве под влиянием инерции. Можно подсчитать, где оно будет через год или через тысячу лет. Но если к инерции прибавляется еще притяжение других тел, возникает неопределенность.

В астрономии, где движения просты, ученым удается предсказывать события, например затмения, на тысячи лет вперед. Предсказания космологии на 1030 лет исходят из одной какой–то причины (скорости распада протонов, например) и потому неубедительны. Распад – не единственный процесс в природе. Мало ли, что может еще произойти за миллиарды миллиардов лет: сжатие, расширение, столкновение с другой вселенной, появление новых белых дыр…

Помимо давности и длительности, стоит рассматривать время и по другим осям, аналогичным вещественным. Аналогична массе во времени сумма событий – событийность. Аналогична плотности частота – количество событий в единице времени. Представляет интерес и обратная величина – темп – длительность одного события. Но тут введен новый термин – «событие»; нужно еще условиться, что мы считаем одинарным событием, единого критерия тут нет. Для повторных волн, само собой разумеется, одна волна – одно событие. Для вращающихся тел событием можно считать один оборот вокруг оси, для движущихся линейно – продвижение на величину своего тела, для живых существ – один шаг, или один взмах крыла, или одно зрительное впечатление – все это близко к одной секунде.

Событие – это некий элементарный акт в процессе, элементарное движение или действие. Поскольку события различны по длительности, здесь мы сравниваем количество элементов в разных процессах. Точной аналогии с плотностью и массой нет, однако аналогия была бы точной, если бы, описывая вещество, мы занимались сравнением количества элементов на разных этажах, т е. количества звезд в галактике, жителей в городе, атомов в молекуле, частиц в ядре, кирпичей в сооружении, искусственном или природном. Выше мы не упоминали о таком сравнении Но и оно представляет интерес при технических и физических расчетах. Если элементов немного, каждый имеет значение, в молекулах, например, или же в семейной жизни. Если же элементов тысячи, миллионы, триллионы… расчет ведется по статистическим законам. И, как ни странно, рассчитать судьбу миллионов легче, чем единицы. Например, в городах достаточно точно предсказывают количество аварий в сутки, но совершенно невозможно предсказать, какая именно машина, в котором часу и на какой улице попадет в аварию.

Свойства времени – сроки, темпы и событийность – изображены на табл.8. Если говорить строже, изображены сроки существования физических тел, характеристики процессов, происходящих в них, частота и количество изменений. Количество же изменений можно сравнивать пока я моргнул один раз, колеса поезда провернулись три раза, винт самолета – сто раз. Такое сравнение и называют измерением времени Независимого, пустого времени, так же как и пустого пространства, не существует, повторяю. Размеры тел измеряют, сравнивая их с размерами других тел – с эталонным платиновым метром или с длиной электромагнитной волны, время измеряют, сравнивая измеряемое событие с другим – эталонным с падением струйки воды или песка, колебанием маятника часов, вращением Земли, с частотой волны.

Процессы изменений изменчивы сами, можно изменять их и искусственно. Если изменить искусственно все процессы, это равносильно изменению времени, будет восприниматься как изменение времени. Темп времени хотелось бы иногда ускорять, для практики это было бы очень удобно. Отдельные–то процессы ускоряют повсеместно (иду медленно, перехожу на бег, бегу еще быстрее). Но полезно бы найти подход и к всеобщему ускорению.

Один из таких подходов – противоположность эйнштейновскому парадоксу времени. По Эйнштейну, собственное время системы замедляется, когда скорость ее растет. По этой логике время ускоряется, когда скорость уменьшается. Но мы на Земле как бы неподвижны, у нас скорость нулевая. Нужна бы ниже нулевой. Не отрицательная, не скорость в другом направлении, а малая – меньше нулевой. Абсурд?

Но тут припоминается, что при субсветовых скоростях растет масса. Не с ростом ли массы связано замедление процессов? И не вызывает ли ускорение процессов (времени) уменьшение массы? Между прочим, об этом говорилось выше – у нас на Земле масса не нулевая, немножко уменьшена тяготением. Уменьшается она и в химических, и в ядерных реакциях синтеза. Уменьшается, по–видимому, в поле положительного заряда, т. е. в разреженном, недонапряженном вакууме.

Так что в принципе отнимать массу у неподвижного тела возможно. Какова тогда будет его потенциальная энергия? Меньше нулевой – отрицательная. А скорость? Мнимая! Но об этом говорилось уже.

К сожалению, изменение времени существенно только на чрезвычайно плотных телах, таких, как пульсары, но опыты на пульсарах пока не в наших возможностях. Теоретически можно было бы сравнивать ход сверхточных часов на Земле и на Луне или на Земле и спутнике, но тут разница очень мала – примерно одна секунда за тридцать лет.

Что же происходит в телах при замедлении или ускорении времени. Самое примитивное предположение: масса прибывает или же убывает, а момент вращения не изменяется. Пульсары образуются из звезд при резком сжатии. Исходная звезда делала один оборот примерно за месяц, пульсар – за доли секунды. Танцор прижал руки к бокам, закрутился быстрее. С некоторой грустью написал я это объяснение. Если все так просто, едва ли в сложных телах получится пропорциональное изменение времени. И прости–прощай надежда на субсветовые странствия будущих астронавтов!

Для живых существ существует еще другой способ ускорений времени – ускорение восприятия. Человек воспринимает 16 кадров в секунду, многие животные – гораздо больше. Ласточка мух ловит при скорости 90 км/с. Но это уже относится к следующему разделу, посвященному жизни.

В кино обычно снимается 24 кадра в секунду. Если снимать больше, время можно растянуть, если снимать меньше – сжать, замедлить, показать как распускается цветок, как здание вырастает на глазах.

Техническое ускорение восприятия времени – рапид–съемка.

Киноленту можно пустить и задом наперед – обратный ход времени. Но это все кажущееся, видимое, но не действительное изменение времени.

Может ли где–либо в природе время идти задом наперед? Может, если все процессы идут там в противоположном направлении, но обязательно ВСЕ. И так же с изменением темпа – только у всех.

Одномерно ли время? Изменение темпа – вот вторая координата. Это как бы переход с одной движущейся ленты на другую. Недаром же ускорение измеряют сантиметрами, деленными на квадратные секунды. Квадратные!

Обо всем этом я написал в повестях «Темпоград» (1980) и «Делается открытие» (1978). Они изданы. Так что темпорология – будущая наука о времени уже декларирована в печати…

12. Метаморфистика. После обзора вещества, энергии и времени на очереди обзор движения, поскольку движение происходит в пространстве и времени и обязательно связано с энергией.

Простейшее движение – механическое перемещение; все остальные виды движения объединяются в одном слове «изменение». Впрочем, не бывает перемещений без изменения и изменений без перемещения.

Перемещение изучено еще в XVII веке наукой по имени механика с ее тремя разделами: статикой, кинематикой и динамикой. Можно предложить науку об изменениях – метамеханику, в ней, естественно, будут разделы: метастатика, метакинематика и метадинамика. Такая наука не была создана пока, видимо, не понадобилась. Почему? Потому что, как мне кажется, она раздробилась по другим наукам об изменениях различных материалов (минералов, растений, металлов, тканей) с различными способами воздействия: тепловыми, электрическими, механическими, мало сходными между собой.

Пока не понадобилась, но понадобится в будущем.

Чем отличается изменение от развития? Понятие изменения шире. Развитие, согласно определению, это постепенное изменение от простого к сложному, от низшего к высшему. B природе же встречаются и обратные изменения – от высшего к низшему, от сложного к простому или от равного к равному. И необязательно постепенные, бывают и быстрые, катастрофические, взрывные. Изменение разнообразнее. Развитие – один из типов изменения.

Итак, наука об изменениях – метаморфистика, она же метамеханика. Цельной науки пока нет, но основные законы ее можно себе представить.

Чтобы превратить любое тело А в некое другое тело В, в самом общем случае необходимо:

1. Разобрать тело А на элементы.

2. Отсеять ненужные элементы.

3. Добавить недостающие.

4. Переместить все нужные на новое место.

5. Собрать из них тело В, соединив элементы.

В природе, да и в технике, далеко не всегда нужны все пять звеньев превращения. Иногда достаточно первого или последнего. Пример: таяние льда – только разборка. Или же замерзание – только сборка.

По–видимому, метастатика будет заниматься начальным и окончательным этапами превращения, строением материала, строением требуемого тела. В ведении метакинематики окажется четвертое звено: что и куда следует перемещать, по каким путям? Очевидно, она очень нуждается в информации и управлении, без кибернетики ей не жить. А сфера метадинамики – энергетическое обеспечение процесса.

Следует отметить, что в природе далеко не всегда нужна внешняя энергия для изменений. Сплошь и рядом энергия при изменениях не поглощается, а выделяется. Причем выделяется, как ни странно, чаще и обильнее в процессах сборки – при образовании сложных молекул из простых, сложных ядер из простых. Для техники это непривычно, в технике сборка требует много труда. По–видимому, это происходит потому, что мы создаем конструкции не идеально устойчивые, которые в природе сами собой не образуются – дома, машины, мосты…

Но вот материал подобран, энергия запасена. Приступаем к изменению.

Глубина разборки имеет большое значение. Разборка на крупные блоки экономичнее, разборка на малые части универсальнее. Из готовых деталей не всякую машину соберешь, расплавленный металл вливают в любую форму. В строительстве идет сборка из кирпичей, бетонные изделия собираются из песка и цементной пыли. В химии идет разборка–сборка на уровне молекул. Живой организм тоже работает на уровне небольших молекул. Все разнообразие его монтируется из двух десятков аминокислот, четырех оснований, некоторого количества фосфорных кислот, витаминов, жиров. Из сотни простых соединений все разнообразие жизни!

Еще универсальнее была бы разборка–сборка на уровне атомов и даже частиц. Электрон, протон, нейтрон – всего три кирпича! Такую гипотетическую сборку я назвал «ратомикой» – расстановкой атомов. О ней особый разговор позже.

Отсеивание и перемещение в природе производится обычно силами гравитации или же тепловыми и электрическими. Так же и сборка. При сборке сложных тел электрические силы особенно уместны, поскольку они двухполюсные, что–то притягивают, что–то отталкивают, как бы сортируют. Самые же сложные молекулы собираются в организмах под контролем генов.

И наконец, проблема времени. В природе бывают изменения медленные – оседание, уплотнение, просачивание, нагревание, бывают и быстрые, например горение, а также сверхбыстрые – взрывы и сверхсверхбыстрые – детонация. Конечно, медлительность и быстрота относительны. Взрыв бомбы – доля секунды, взрыв звезды – часы и дни, взрыв галактики – десятки тысяч лет.

Но интересно, что при взрывах тела не только разрушаются, но и складываются. Так, водород с кислородом соединяются со взрывом, образуя водяной пар – более сложные молекулы. Ядра гелия из ядер водорода тоже образуются со взрывом – термоядерным. И это позволяет надеяться, что в будущем, крайне отдаленном, мгновенные сказочные превращения не окажутся безграмотной мечтой. Материал подобран, все подготовлено, взрыв! И волшебный дворец появился перед глазами.

Метаморфистику я излагал в книге «Учебники для волшебника» (1985).

13. Ратомика. Идея примитивнейшая. Все книги написаны буквами; дайте типографскую кассу – наберем что угодно. Все тела состоят из атомов; дайте кассу атомов – можно набрать что угодно.

Первое возражение: это сколько же атомов надо и сколько тысячелетий набирать придется?

Но ведь природа разрешила эту трудность, сумела собрать, и не что попало: предметы, имеющие определенную форму, кристаллы – простейшие из них. Кристаллы же создают себя сами по своему образу и подобию, как господь бог. Созданием по подобию овладела и техника, техника книгопечатания, в частности, а также и радио.

Принято говорить, что музыка передается по радио. Это неточно. Музыка не передается, а копируется. Музыка изготовляется в приемнике из того воздуха, который там находится, под диктовку сигналов, присланных из передатчика.

Общая схема телекопирования такова:

образец – преобразователь – сигналы – преобразователь – копия (см. табл.9).

Сигналы можно передавать в один приемник. Это телефон. Можно передавать в разные приемники. Это радио. Сигналы можно записывать на пластинку, отложить копировку до нужного времени. Это звукозапись.

Можно обойтись вообще без образца, изготовить пластинку искусственно. Это рисованный звук, который в общем не прижился. А вот рисованное кино получилось – мультипликация.

Так копируется звук, так копируется изображение в телевидении и кино. Теоретически так же можно копировать и тела… из атомов кассы. Но атомы же есть везде, если не атомы, то частицы: протоны, нейтроны и электроны, а других и не надо. Если же нет частиц, вакуум имеется повсюду, а выше высказывалось предположение, что все частицы не более чем завихрения вакуума – кольцевые, эллиптические или спиральные волны.

Но все же дело это далекое, потому что надо преодолевать два важных препятствия: информационное и энергетическое.

Информационное уже упоминалось: очень уж много в телах атомов, очень много надо передавать сигналов. По принципу Геделя, объект не может быть выражен через себя, на два предмета надо по меньшей мере два сигнала. Тем более что техника не идеальна Частота звука порядка 10~34 Гц, ее передают колебаниями порядка 106 Гц. Частота, необходимая для телевидения, 106 Гц, ее передают колебаниями порядка 109 Гц. Для одного грамма атомов в секунду нужно 1023 сигналов, т. е. 1026 Гц – чудовищная частота!

Энергетическое препятствие: обилие энергии при сборке–разборке тел. При сборке–разборке на молекулярном уровне приходится оперировать тысячами калорий, сотнями и тысячами градусов, при сборке–разборке на ядерном уровне – миллионами калорий и градусов, на уровне вакуума – полной энергией вещества Е=mс².

Трудные барьеры

Единственное утешение – живая природа с ними справляется. Блестящее информационное решение нашла она при записи формулы белка. Белки состоят из аминокислот, это соединения, содержащие несколько атомов, но записываются они четырьмя знаками, меньше одного знака на атом. Помогает делу и параллельность, ведь не один–единственный ген штампует все нужные белки. В результате амеба изготовляет свою копию примерно за полчаса – за 1800 сек раскладывает по местам 1017 атомов, приблизительно 1014 в секунду. Это на пять порядков выше, чем в телевидении.

Но и на девять порядков меньше, чем нам нужно.

Возможно, поможет монотонность, присущая природе. Ведь не каждый атом персонально играет особенную роль. В программе построения двумя–тремя знаками можно обозначить триллион одинаковых атомов, сэкономив триллион байтов. Можно программировать целые блоки: столько таких–то клеток, столько таких–то.

Во всяком случае, в человеческом геноме записано и строение, и все построение организма; сотней тысяч генов – триллионы клеток.

И в энергетике природа нашла сложные, но экономичные решения. Живая клетка умеет дробить чересчур сильную энергию, используя энергию окисления углерода, которая на самом деле великовата для живого тела, ведь углерод–то, сгорая, дает температуру более 1000 градусов. С другой стороны, клетки умеют накапливать слабую энергию для сильных процессов. Накапливает солнечную энергию хлорофилл, запасает энергию фосфатных связей АТФ в мышцах.

Заметили бы это теплотехники, упрямо уверяющие, что добывать энергию из воздуха при обычной температуре – ну никак невозможно.

Но здесь мы выходим за границы раздела первого, посвященного неживой природе. Жизни отдан специальный, второй раздел.

Итоги. Повторяю найденные закономерности, чтобы они не утонули в спорных деталях экзотических гипотез.

Главная задача – поиски возможных будущих открытий Использовалась методика Менделеева. Давался обзор уста– новленных наукой фактов – предметов и их свойств, расставленных по «оси» – выбранному количественному порядку.

При этом выявлялись «горизонты» – границы изведанного, передний край науки. По–видимому, за горизонтом находится неизведанное, в том числе и месторождения полезных открытий.

Чтобы составить гипотезы о загоризонтном, прослеживалась закономерность изменения свойств по оси. И вот что бросилось в глаза на осях неживой природы – этажность! Смена типов тел, смена качеств на количественных осях. Этажность объясняется ограниченностью зоны устойчивости данного типа. Устойчивость же определяется в борьбе сил, скрепляющих и разрушающих – плюс– и минус–сил. Этаж существует там, где плюс–силы преобладают. Однако плюс– и минус–силы подчиняются неодинаковым закономерностям, у каждой своя формула изменения. Графики сложения их различны, на каждом этаже своеобразны, но обязательно имеется где–то максимум прочности, чаще в середине, иногда ближе к краю. И везде есть тенденция сползания к этому максимуму, на самый прочный уровень, самый низкий энергетически. При этом, естественно, отдается лишняя энергия.

Телам, кроме того, свойственна структурность: крупные тела верхних этажей состоят из меньших тел нижних этажей. Движение повсеместно: движутся тела, движутся! Энергия внешнего движения тела называется механической, внутреннего – тепловой, но на самом деле это две стороны одного движения. Механическое движение тел нижнего этажа и есть тепловое для верхнего.

Кроме энергии действия, кинетической, подлинной, есть еще энергия возможного движения, потенциальная, а кроме того, надо учитывать еще и отобранную или утраченную энергию, энергию тел, скатившихся в энергетические ямы, энергию невозможного движения. Все их можно измерять скоростью: кинетическую – подлинной скоростью, потенциальную – возможной или же высотой над нулем, невозможную – мнимой или же глубиной ниже нуля, глубиной ямы.

Этажность и структурность присущи всем материальным телам в неживом мире, движение внешнее и внутреннее есть у всех. Может быть, не стоит забывать об этом, переходя к следующему разделу книги, посвященному жизни.

Конечно, жизнь совсем не похожа на неживую природу, у нее свои законы. Но ведь природа не порождает абсолютов, в ней все несходно и все отчасти сходно.

Не упустить бы нам сходство, увлекаясь несходством.