Текст книги "Новая занимательная астрономия"
Автор книги: Соломон Фенрир
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 17 страниц)
«Не так уж плохо, – подумал Вуд, приободрившись. – Поглядим, что будет дальше…»
Кубики снова сами собой подскочили, покатились и замерли. И снова – две шестерки.
Партию Вуд заканчивал уже без всякого интереса. А инопланетянин всякий раз выкидывал по две шестерки. Набрав после четырех попыток 48 очков, он последним ходом выбросил две единички и, таким образом, набрал условленную сумму точно очко в очко.
И в этой игре Вуд уступил. И у него не было никаких оснований подозревать своего невидимого партнера в нечестности. Вероятно, он умел так рассчитывать силу броска, что кости совершали определенное число оборотов и останавливались нужными гранями вверх.
«И случайность не помогла, – разочарованно подумал Вуд. – Впрочем, какая же это случайность, если ее можно точно рассчитать заранее? Это для меня – случайность, а для него… Нужна абсолютная случайность, непредсказуемая».
И тут Вуд вспомнил об одном из фундаментальных принципов квантовой физики – принципе неопределенности. Ему часто приходилось вести беседы с физиками, работавшими в этой области, писать популярные статьи о явлениях, происходящих в микромире, и он неплохо во всем этом разбирался.
Принцип неопределенности! Святая святых физики микропроцессов. Принцип, из которого следует, что поведение отдельной микрочастицы, например электрона, не может быть точно предвычислено заранее – оно подчиняется только законам теории вероятностей. А они применимы лишь к достаточно большому числу событий.
Вуд направился к телевизору, стоявшему в дальнем углу бильярдной, и переключил его на игровой блок.
«Поскольку одной из главных составных частей этого блока является генератор случайных величин, в работе которого важную роль играют электронные процессы, – рассудил он, – данные, вырабатываемые этим блоком, совершенно непредсказуемы».
– Надо назвать любые шесть чисел от одного до пятидесяти, – приступил Вуд к очередному объяснению. – После этого нажимается кнопка и на экране появляются шесть чисел, выбранных случайным образом специальным устройством, пристроенным к телевизору. Кто из нас угадает большее число раз, допустим, из пяти попыток, – тот и будет победителем. Я начинаю… Скажем: 3, 8, 17, 21, 46, 48. А теперь посмотрим, насколько удачным был мой выбор.
Вуд нажал кнопку на выносной панели и на экране мгновенно появились крупные цифры: 2, 17, 29, 35, 36, 41.
– Одно совпадение, – прокомментировал Вуд. – Одно очко. Твоя очередь…
«6, 23, 34, 41, 43, 49», – отбила машинка.
Вуд вновь нажал кнопку игрового блока и с интересом посмотрел на экран: 5, 23, 34, 42, 43, 50.
«Ага, на этот раз только три „попадания“, – кажется, дело идет на лад», – отметил про себя Вуд.
Во второй серии инопланетянин угадал дважды. В третьей – четыре раза. Четвертая попытка оказалась стопроцентной – совпали все шесть чисел. Наконец, в пятой серии результат вновь оказался более скромным – всего два угаданных числа. Таким образом, гость из космоса в общей сложности угадал 17 раз. За это же время Вуду удалось правильно предсказать числа, появлявшиеся на экране, только трижды. Он вновь проиграл и опять с крупным счетом. Но и результат инопланетянина на этот раз тоже не. был абсолютным.
«Ну что же, – с удовлетворением подумал Вуд, – на этот раз мое поражение вполне почетно. А победа инопланетянина не столь безоговорочна. Хотя он, видимо, располагает возможностью прогнозировать ход микропроцессов значительно точнее, чем это научились делать наши земные физики… А что, если?..»
Инопланетянин вполне успешно состязался с блоком случайных величин. Вероятно, он не уступил бы и любому самому совершенному компьютеру. А человеку?.. Ведь в чем соперничал с ним Вуд? В объеме памяти, в быстроте извлечения из нее необходимых сведений, в точности расчета… В быстроте… в точности… А в интеллекте?
Вуд решительно подошел к книжному шкафу, достал шахматную доску и поставил ее на журнальный столик рядом с машинкой. Несмотря на постоянные занятия журналистикой, а может быть, именно благодаря им, Вуд был разносторонним человеком. Обладая математическим складом ума, он играл в шахматы в силу хорошего мастера, хотя и не выступал в соревнованиях.
– Посмотрим, посмотрим, – бормотал он, расставляя фигуры…
Минут десять ушло на объяснение правил. Потом, чтобы проверить, как инопланетянин их усвоил, Вуд задал ему несколько шахматных задач – двухходовок и трехходовок. Гость из космоса справился с ними мгновенно. Тогда Вуд предложил ему два довольно сложных этюда. И они были решены за несколько секунд… Можно было приступить к игре.
Вуд установил фигуры на исходные позиции.
– Ты начинаешь, – сказал он. – Белыми.
По привычке он выжидательно посмотрел на машинку, но в этот момент белая пешка на е2 сама собой передвинулась на е4.
«Ну, конечно, – сообразил Вуд, – если он может печатать на машинке и двигать бильярдными шарами, так почему бы не управлять и шахматными фигурами?»
На доске развернулось жаркое сражение. Сперва космический пришелец отвечал довольно быстро, и хотя и не был посвящен в тонкости теории дебютов, играл безошибочно. Но по мере того, как обстановка на доске осложнялась, ответов инопланетянина приходилось ждать все дольше и дольше и его игра становилась все более уязвимой. Видимо, он уже не успевал достаточно далеко просчитывать все возможные варианты. И тогда Вуд резко обострил игру. Положение на доске стало настолько сложным и запутанным, что сколько-нибудь обстоятельный просчет вариантов стал практически неосуществимым делом. В такой ситуации выручить могла лишь шахматная интуиция.
– Что ж, посмотрим, посмотрим, – пробормотал Вуд, жертвуя коня.
Он и сам не мог бы в этот момент сказать, к каким последствиям способен привести сделанный им ход. Но богатое шахматное чутье подсказывало ему, что белые, независимо от того, примут ли они предложенную жертву или отклонят ее, все равно попадут в трудное положение.
Инопланетянин взял коня и через три хода Вуд поставил его перед не слишком приятным выбором: или потерять ладью, или возвратить легкую фигуру, но получить при этом проигранную позицию…
На этот раз пришелец довольно долго не давал о себе знать.
«Ага, – торжествующе заключил Вуд, – нашлось и у вас уязвимое местечко. Не все же тебе одерживать верх…»
И вдруг, вместо очередного передвижения фигуры на доске, застучала пишущая машинка.
«Я не могу доиграть партию, – прочел Вуд. – За мной прибыли…»
И все!
Вуд испытал такое чувство, будто его в чем-то обманули.
Победа была так близка, его первая и самая важная победа над инопланетянином. Победа, которая должна была доказать если и не преимущество земного человеческого интеллекта, то, по крайней мере, его достаточно высокий уровень, дающий право на космические контакты. И вдруг эта столь желанная победа уплыла прямо из рук…
Но Вуд тут же одернул себя. Разве так уж важно, поставлена ли последняя точка? Куда важнее то, что он все-таки переиграл инопланетянина, несмотря на все его вычислительные возможности. Да разве только это важно?!
Вуд вскочил. Только сейчас ему вдруг открылась значительность того, что произошло. Охваченный игровым азартом и профессиональным азартом газетчика, натолкнувшегося на сенсацию, он как-то совершенно не подумал об этой стороне дела, не отделил этой реальной сенсации от всех других, сочиненных им самим и существовавших только на бумаге…
Он еще подумал, что, может быть, самое главное даже не в том, что теперь существование внеземных цивилизаций стало неопровержимым фактом, и не в том, что человек дорос до того уровня, который открывает возможность общения с инопланетными разумными существами, даже совершенно непохожими на землян, а главное в том, что контакт с ними возможен и осуществим. И Вуд теперь знал – каким путем…
Дежурный офицер вошел в кают-компанию. А следом за ним задорно улыбающийся и видимо вовсе не чувствовавший себя виноватым Чак.
– Командир, я его доставил, – доложил офицер.
Командир сурово посмотрел на Чака. Но тот продолжал независимо улыбаться.
– Я вас слушаю, – сказал Командир, переводя взгляд на офицера…
К концу доклада морщины на лице Командира исчезли, а глаза заблестели.
– Это грандиозно! – воскликнул Физик.
– Теперь мы знаем, как действовать! – присоединился Астроном.
– Не будем спешить, – сказал Командир. – Надо все тщательно продумать, взвесить, разработать. Этим займутся следующие экспедиции. Но, я думаю, ключ найден!..
А в это время на Земле, в маленьком домике, затерявшемся в густой листве вековых деревьев, журналист Тим Вуд торопливо вложил в пишущую машинку чистый лист бумаги и, ударяя по клавишам, напечатал название своей новой статьи, самой важной из всех, которые когда-либо были им написаны. Это название состояло из двух слов: «Контакт – игра!».
«Игра – жизненно важная потребность любого живого существа, и, прежде всего, разумного, – печатал он, не останавливаясь. – И можно предполагать, что это справедливо не только для живых существ, обитающих на Земле, но и для жителей любого другого мира, какими бы они ни были. Это – то общее, что роднит разумных обитателей Вселенной…»
К вечеру статья была готова. Вуд вытащил из машинки последний листок и вышел на крыльцо. В летнем черном небе мерцали звезды. Вглядываясь в его бездонную глубину, Вуд заметил короткую голубоватую вспышку. Возможно, это стартовал к своей звезде инопланетный корабль. А может быть, Вуду это только показалось.
При всей условности сюжета и фабулы рассказа «Шалун», он затрагивает вполне реальную проблему, связанную с программой поиска разумной жизни во Вселенной, а именно – вопрос о возможности контактов с космическими цивилизациями.
Если подобные цивилизации действительно существуют, то вероятность встретить такое общество разумных существ, которое похоже на земное человечество, прошло аналогичный путь социального развития и располагает такими же научными знаниями – чрезвычайно мала. Но это означает, что научная картина мира, построенная человечеством, и научная картина мира, созданная другой цивилизацией, скорее всего существенно отличаются одна от другой. Они могут даже не пересекаться. Ведь научная картина мира – это конечный «срез» бесконечно разнообразной объективной реальности, характер которого непосредственно зависит от всей предыстории практической и познавательной деятельности данной цивилизации.
Поэтому установление взаимопонимания с другими цивилизациями, если они существуют, представляет собой задачу необычайной сложности.
Глава четвертая. ЧТО БЫЛО БЫ, ЕСЛИ БЫ?
Неизбежность все более странного мира
На рубеже 50-х и 60-х годов появилась книга, которая сразу привлекла к себе внимание. Это была книга «Неизбежность странного мира», написал ее известный советский писатель Д. Данин.
О каком же мире в ней говорилось и почему мир этот странен и неизбежен?
Речь шла о той революции в физических представлениях, которую принес с собой XX век, о тех идеях современной физики, которые откровенно противоречили привычным взглядам и потому многим казались нелепыми, даже безумными, но, несмотря на это, отлично подтверждались на опыте.
Повседневная жизнь человека протекает в мире классической физики, и не удивительно, что многие положения современной физики и астрофизики вступают в противоречие с нашими обыденными представлениями. Легко ли, скажем, допустить, что масса тела зависит от его скорости и потому масса какого-нибудь протона или нейтрона, летящего со скоростью, близкой к скорости света, может, в принципе, превзойти массу всей нашей Галактики? Или согласиться с тем, что от столкновения всего двух частиц, согласно взглядам некоторых физиков, могут образоваться сотни миллиардов звезд? Или представить себе микрочастицу, у которой никакими средствами нельзя одновременно точно измерить скорость и положение в пространстве, – микрочастицу, которая являет собой нечто вроде размазанного облака? Непросто представить себе наглядно и чудовищные плотности вещества некоторых космических объектов.
И это далеко не полный перечень странностей мира современной физики и астрофизики. Но самое поразительное, пожалуй, в том, что мир этот существует не где-то в стороне от нас, это не дом через улицу, в который мы можем однажды войти, а можем никогда и не заходить, этот мир – в нас и вокруг нас, мы в нем и живем. Живем, не сталкиваясь с очень многими его удивительными свойствами, не замечая их. Но только до поры до времени.
Если бросить толовую шашку в печь, она будет спокойно гореть и давать тепло. Но тот же тол может взорваться и разнести печь на куски. В этом случае сработают свойства, которыми тол обладает и тогда, когда просто горел, но которые проявляются только при определенных условиях…
Только что мы упоминали о том, что, согласно теории относительности, масса любого тела возрастает с увеличением скорости. Следовательно, когда мы едем в самом обычном автомобиле или летим в самолете, масса нашего тела тоже увеличивается. Но это увеличение столь ничтожно, что не только не играет никакой практической роли, но и современными средствами даже не может быть измерено. Однако этот эффект существует вполне реально, и его, как и некоторые другие эффекты, обнаруженные теорией относительности, приходится учитывать при расчете и конструировании установок ядерной и атомной физики. И поскольку наука никогда не остановится в своем познании мира, мы неизбежно будем встречаться со все более тонкими и необычными эффектами. В. И. Ленин подчеркивал что, открыв много диковинного в природе, человек откроет еще больше…
Начало нашего века ознаменовалось фейерверком выдающихся физических открытий, затронувших основные представления об окружающем мире. С тех пор наши знания о строении материи неизмеримо возросли и углубились. Был обнаружен целый ряд неизвестных ранее явлений, открыты новые закономерности, решены многие сложные проблемы. Но вместе с тем возникли новые вопросы и новые трудности. Не исключено, что они приведут к новому существенному пересмотру самых основных, фундаментальных понятий современной физики – понятий частицы, поля, пространства и времени и т. п.
Могут измениться и наши привычные представления о соотношении макроскопических и микроскопических форм существования материи. Так ли в действительности велик разрыв между микро– и макромиром?
Экспериментаторы открывают все новые и все более тяжелые частицы, так называемые резонансы, с массами, значительно превосходящими массу нуклона. Есть ли предел этих масс? И не могут ли в ультрамалых пространственно-временных областях рождаться макроскопические объекты?
Разумеется, это может произойти лишь при очень высоких энергиях взаимодействий. Такие энергии на ускорителях пока еще не достигнуты. Не могут здесь помочь и наблюдения в традиционной «лаборатории» физиков – космических лучах. Дело в том, что космические частицы, путешествующие в нашей области Вселенной, неизбежно теряют часть своей энергии в результате взаимодействия с фотонами реликтового излучения, и потому энергия этих частиц автоматически «обрезается» на некотором уровне и никогда не может его превзойти.
Во всяком случае, изучение микроявлений уже сегодня приводит к проблемам космического порядка, а решение космологических вопросов все чаще наталкивается на основные проблемы физики элементарных частиц.
Вообще же астрономия, даже в еще большей степени, чем физика элементарных частиц, является сейчас областью самых удивительных открытий, которые требуют или могут потребовать наиболее глубокого и далеко идущего пересмотра наших представлений о природе.
Современные астрономия и физика то и дело преподносят нам самые неожиданные сюрпризы, открывают «диковинные» явления, ведут нас в глубь «все более и более странного мира».
И потому иногда полезно попытаться взглянуть с необычной, парадоксальной точки зрения и на некоторые «обычные» явления.
В ряде случаев это помогает внести большую ясность в ту или иную проблему, глубже разобраться в сущности происходящих процессов.
Одна из возможностей создания подобных парадоксальных ситуаций заключается в том, чтобы поставить вопрос: «Что было бы, если бы?..» Итак, небольшая серия мысленных экспериментов: что было бы, если бы…
Перегрузка и невесомость
Любое крупное достижение науки в конечном счете как-то изменяет жизнь каждого из нас. Так было с открытием электричества и электромагнитных волн, с изобретением летательных аппаратов тяжелее воздуха, с созданием полупроводников… Сейчас в жизнь человечества входят ракеты и космические корабли.
Можно не сомневаться, что пройдет еще несколько десятков лет и люди будут пользоваться для межконтинентальных сообщений ракетным транспортом с такими же спокойствием и невозмутимостью, с какими сейчас они поднимаются на борт пассажирского реактивного лайнера. Станут обыденными и космические сообщения между Землей и Луной. Люди будут жить и работать на космических станциях, появятся профессии космических сварщиков, монтажников и др.
Но, пожалуй, впервые, благодаря научно-техническим достижениям в освоении космоса, человек попадет в принципиально новые условия, где по-иному проявляются привычные физические закономерности. Что-либо подобное может произойти разве лишь при освоении морских глубин.
Разумеется, основные законы физики и, в частности, механики одинаковы и на Земле, и под водой, и в космосе. Но проявляются они по-разному в зависимости от условий. А условия эти на Земле и в космосе далеко не одинаковы. На нашей планете они характеризуются двумя главными обстоятельствами. Во-первых, отсутствуют заметные изменения скорости – ускорения в движении точек земной поверхности. А во-вторых, наша планета притягивает к себе все предметы и заставляет их оказывать давление на свои опоры.
Отсутствие ощутимых ускорений связано с особенностями движения Земли в мировом пространстве. Вместе с нашей планетой мы участвуем в двух основных ее движениях: суточном вращении вокруг собственной оси и годовом обращении вокруг Солнца. И хотя мы мчимся вместе с Землей вокруг Солнца со скоростью 30 км/с, а вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики с чудовищной скоростью около 230 км/с, мы этого не ощущаем, так как организм человека совершенно нечувствителен к скорости равномерного движения.
Впрочем, согласно одному из фундаментальных положений механики, вообще никакими внутренними физическими экспериментами и измерениями невозможно обнаружить равномерное и прямолинейное движение.
Ну, а если некоторая система, например, космическая ракета, будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды? При таком движении возникает перегрузка, т. е. увеличение давления на опору. Наоборот, если движение происходит с выключенными двигателями в пустоте, давление на опору исчезает, наступает состояние невесомости.
В условиях Земли давление на опору связано с действием силы тяготения. Но некоторые думают, что сила давления на опору – это и есть та сила, с которой тело притягивается Землей. Если бы дело обстояло так, то, например, в космическом корабле, движущемся к Луне, невесомости не было бы, так как в любой точке орбиты на корабль действовала бы сила земного притяжения. Да и вообще в космосе вряд ли возможно найти такое место, где равнодействующая сил тяготения была бы равна нулю.
Заметим, что давление на опору может быть вызвано не только действием силы тяготения, но и другими причинами, например, ускорением. Для неподвижного тела, покоящегося на земной поверхности, сила притяжения в самом деле совпадает с силой давления на опору. Но это только частный случай. На Земле человек с некоторой силой давит на ее поверхность. В свою очередь, согласно третьему закону механики, и поверхность Земли давит на человека снизу вверх с точно такой же силой. Эта сила «противодействия» называется реакцией опоры. Силы действия и противодействия всегда приложены к разным телам. В частности, в рассматриваемом случае сила давления на опору приложена к опоре, а реакция опоры к самому телу.
Рис. 17. Давление на опору и реакция опоры.
Между тем, сила притяжения приложена не к опоре, а к телу. Таким образом, сила давления на опору и сила притяжения – это совершенно разные силы.
Если космическая ракета движется с ускорением, давление опоры на тело возрастает во столько же раз, во сколько реактивное ускорение ракеты превосходит ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. Другими словами, на ускоренном участке движения возрастает реакция опоры. Но при этом, в соответствии с третьим законом механики, во столько же раз увеличивается и давление на опору.
Отношение фактического давления на опору к его давлению на опору в условиях Земли получило название перегрузки. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна, таким образом, единице. К действию этой постоянной перегрузки человеческий организм приспособился, и мы ее просто не замечаем.
Физическая сущность явления перегрузки заключается в том, что не все точки тела получают ускорение одновременно. Действующая на тело сила, например, сила тяги ракетного двигателя, приложена в этом случае к сравнительно небольшой части его поверхности. Остальные же материальные точки тела получают ускорение с некоторым запозданием через деформацию. Другими словами, тело как бы сплющивается, прижимается к опоре.
Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще К. Э. Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки существенно зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Внутренние органы в результате увеличения своего веса также смещаются вниз, вызывая сильное натяжение связок.
Рис. 18. Физическая сущность перегрузки.
Чтобы избежать опасных для организма перегрузок на участках ускоренного движения, необходимо располагаться таким образом, чтобы действие перегрузки было направлено от спины к груди. Подобное положение позволяет переносить примерно втрое большие перегрузки.
Кстати сказать, именно по этой причине отдыхать лежа – лучше, чем стоя…
Если с действием перегрузки жителям Земли хотя и не часто, но все же приходится встречаться, то с невесомостью они практически не знакомы..
Это удивительное состояние наступает после выключения двигателей ракеты, когда и давление на опору и реакция опоры полностью исчезают. Исчезают и привычные для человека направления верха и низа, а незакрепленные предметы свободно плавают в воздухе.
Относительно невесомости существует целый ряд неправильных представлений. Некоторые думают, что это состояние возникает тогда, когда космический корабль оказывается в безвоздушном пространстве, «вне сферы земного притяжения». Другие полагают, что невесомость в спутнике Земли получается благодаря действию на него «центробежных сил».
Все это, однако, совершенно неверно.
При каких же условиях возникает невесомость и давление на опору обращается в нуль? Это явление связано с тем, что при свободном движении в космическом пространстве и сама ракета, и все находящиеся в ней предметы под действием сил тяготения движутся с одинаковым ускорением. Опора все время как бы уходит из-под тела, и тело не успевает давить на нее.
Рис. 19. Физическая сущность невесомости.
Однако и движение на активных участках под действием ракетного двигателя, и движение под действием сил тяготения являются движениями ускоренными. Оба они совершаются под действием сил. Почему же в одном случае возникает перегрузка, а в другом – невесомость?
Парадокс этот кажущийся. Выше уже отмечалось, что при возникновении перегрузок ускорения сообщаются различным точкам тела через деформацию. Другое дело, когда ракета движется в поле тяготения. В пределах размеров ракеты поле тяготения практически однородно, а это значит, что на все частицы ракеты одновременно действуют равные силы. Ведь силы тяготения принадлежат к числу так называемых массовых сил, т. е. сил, которые приложены одновременно ко всем точкам рассматриваемой системы.
Благодаря этому все точки ракеты одновременно получают одинаковые ускорения и всякое взаимодействие между ними исчезает. Исчезает реакция опоры, исчезает давление на опору. Наступает состояние полной невесомости.
Не совсем обычно должны протекать в условиях невесомости и некоторые физические процессы. Еще А. Эйнштейн задолго до космических полетов поставил любопытный вопрос: будет ли гореть свеча в кабине космического корабля?
Великий ученый ответил отрицательно – он считал, что из-за невесомости раскаленные газы не будут уходить из зоны пламени. Тем самым доступ кислорода к фитилю окажется прегражденным, и пламя погаснет.
Однако дотошные современные экспериментаторы решили все же проверить утверждение Эйнштейна на опыте. В одной из лабораторий был поставлен следующий довольно элементарный эксперимент. Горящую свечу, помещенную в закрытую стеклянную банку, сбрасывали с высоты около 70 м. Падающий предмет находился в состоянии невесомости (если не учитывать сопротивления воздуха). Однако свеча вовсе не гасла, лишь менялась форма языка пламени – он становился более шарообразным, а испускаемый им свет становился менее ярким.
Видимо, все дело в диффузии, благодаря которой кислород из окружающего пространства все же попадает в зону пламени. Ведь процесс диффузии не зависит от действия сил тяготения.
И все-таки условия горения в невесомости иные, чем на Земле. Это обстоятельство пришлось учитывать советским конструкторам, которые создавали уникальный сварочный аппарат для проведения сварки в условиях невесомости.
Как известно, этот аппарат был испытан в 1969 г. на советском космическом корабле «Союз-8» и работал успешно.
