Текст книги "Тайны пространства и времени"
Автор книги: Виктор Комаров
сообщить о нарушении
Текущая страница: 24 (всего у книги 37 страниц)
Мы живем в мире, обладающем вполне определенными свойствами. Все процессы, которые в нем происходят, подчиняются определенным законам. Можно спорить о том, в какой степени эти законы зависят от существования и деятельности человека. Можно находить способы, позволяющие использовать эти законы в интересах обитателей Земли, – на этом основаны вся современная техника и технология. Можно определять границы применимости тех или иных законов и пользоваться этими знаниями на практике, осуществляя за границами, о которых идет речь, определенные действия и получая результаты, казалось бы, этими законами строго-настрого запрещенные. Как справедливо заметил один известный физик-теоретик, «невозможное и неосуществимое при одних условиях и обстоятельствах может оказаться возможным и осуществимым при других…»
И тем не менее не считаться с законами природы нельзя. Ведь в конечном счете именно от них во многом зависит, как развернутся в дальнейшем те или иные явления и процессы и последствия наших собственных действий и поступков. Благодаря накопленным знаниям и техническим достижениям человек достиг немалого могущества, но переоценивать его было бы непростительной ошибкой. И не менее глубоким заблуждением было бы думать, что мы свободны в своих действиях и можем безнаказанно совершать все, на что способны с чисто технической точки зрения. А ведь еще сравнительно недавно немалой популярностью пользовался дерзкий лозунг: «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее – наша задача!»
Среди фундаментальных физических законов есть закон, который можно считать одним из самых общих. Во всяком случае, никаких нарушений этого закона до сих пор отмечено не было. Это говорит о том, что границы его применения простираются если и не до бесконечности, то во всяком случае весьма и весьма далеко. Речь идет о так называемом втором начале термодинамики – науки о тепловых процессах и явлениях. Согласно этому закону, в любой замкнутой физической системе, предоставленной самой себе, тепло всегда переходит от тел более нагретых к более холодным, вследствие чего температуры всех тел постепенно уравниваются и любые тепловые процессы в системе полностью прекращаются. Таким образом, поскольку все виды энергии переходят в тепло, а тепловая энергия постепенно равномерно распределяется между всеми телами системы, наступает ее своеобразная «тепловая смерть».
В свое время немецкий физик Р. Клаузиус ввел для обозначения «меры вырождения», «обесценения» энергии особое понятие: «энтропия». С его помощью второе начало термодинамики можно сформулировать так: «В любой замкнутой физической системе энтропия стремится к максимуму…»
С появлением так называемой статистической физики, основанной австрийским физиком Больцманом и американским ученым Гиббсом, оказалось, что энтропия является не только мерой обесценения энергии, но и «мерой неупорядоченности» физических систем.
На языке математики это можно выразить несколько иначе: любая замкнутая физическая система от состояний менее вероятных переходит к более вероятным. Накопление энтропии – это накопление «хаоса». Следовательно, «хаос» более вероятен, чем «порядок».
Разумеется, в принципе можно перегонять тепло и от менее нагретых тел к более нагретым и «хаос» превращать в «порядок». Но для этого необходимо произвести определенную работу, а значит, затратить определенную энергию. Иными словами, уменьшить энтропию в какой-либо области можно лишь за счет ее увеличения в какой-то другой…
Иногда при определенных условиях подобные процессы протекают в природе самопроизвольно – их называют процессами самоорганизации. Из «хаоса» формируется «порядок»… Это равносильно тому, что в систему как бы поступает отрицательная энтропия – «негэнтропия». Подобные системы, способные обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией бельгийский ученый И. Пригожий назвал «диссипативными». Между прочим, человеческий организм, как и вообще все живое, «питается» «негэнтропией». Еще в 1945 году знаменитый физик Э. Шредингер писал, что мы питаемся не калориями, так как в стационарном состоянии количество энергии в организме остается неизменным. «Что же тогда составляет то драгоценное нечто, содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти? – ставил вопрос Шредингер. – Это нечто есть отрицательная энтропия, которая постоянно извлекается из окружающей среды».
С появлением так называемой статистической физики, основателями которой считаются австрийский ученый Больцман и американский физик Гиббс, выяснилось, что энтропия является не только мерой обесценения энергии, но и «мерой неупорядоченности» физических систем, проще говоря, мерой хаоса. Это, в частности, означает, что сфера действия закона энтропии намного шире, чем это следует непосредственно из второго начала термодинамики. Она затрагивает не только тепловые, термодинамические процессы, но и весьма широкий круг разнородных, разнообразных явлений. Складывается впечатление, что действие этого закона распространяется и на нашу повседневную жизнь.
Прежде всего бросается в глаза явное соответствие между человеческими представлениями о морали и нравственности, выработанными людьми на протяжении многих веков, и категориями «порядка» и «хаоса». Все, что считается нравственным, так или иначе противостоит «хаосу», все, что его умножает, рассматривается как безнравственное.
Совершая безнравственные поступки и тем самым увеличивая внутри некоторой системы энтропию и «порядок», мы таким образом удаляем эту систему от состояния равновесия. Между тем, как показали исследования И. Пригожина, удаление от равновесия – это движение от повторяющегося к уникальному. Вблизи от равновесия, утверждает Пригожий, состояния материи повторяются. А вдали от него развиваются процессы, которые могут приводить к образованию нового типа «порядка».
На первый взгляд может показаться, что все это не так уж и плохо, поскольку нарушенный порядок вроде бы сам собой восстанавливается. Возможно, это так и есть, когда речь идет о природных процессах. Однако в области человеческих взаимоотношений все обстоит намного сложнее. Во-первых, равновесие и порядок восстанавливаются именно сами собой, независимо от желания человека, этот порядок нарушившего. А во-вторых, как подчеркивает Пригожий, при этом возникает «новый тип порядка». И этот новый тип для создателя «хаоса» может оказаться совершенно нежелательным и даже губительным.
Таким образом, как ни покажется странным, и даже в какой-то степени мистическим, действующие в окружающем нас мире законы природы способствуют тому, чтобы человек, создающий «хаос», творящий зло и совершающий другие безнравственные поступки, не оставался безнаказанным. За причиненное зло ему рано или поздно чаще всего воздается сторицей. Кстати, народная мудрость давно подметила это обстоятельство и отразила его в известных пословицах: «Не рой другому яму – сам в нее попадешь»; «Отольются кошке мышкины слезки»; «Как аукнется – так и откликнется»; «Что посеешь, то и пожнешь».
Не исключено, что естественное возмездие тем, кто творит зло и умножает «хаос», каким-то образом связано и с так называемыми компенсационными принципами, действующими в природе и, в частности, хорошо известными в физике. Наиболее общим из них является «принцип Ле Шателье – Брауна», согласно которому в тех случаях, когда на некоторую систему производится внешнее воздействие, внутри этой системы возникают процессы, которые направлены на то, чтобы это воздействие скомпенсировать. Особенно в тех случаях, когда внешнее воздействие угрожает стабильности и целостности данной системы. Можно предположить, что этот принцип проявляет себя и в различных сферах человеческой деятельности, в том числе и в социальной сфере, и в личных отношениях между людьми…
Современная наука располагает большим количеством данных, свидетельствующих о том, что очень многие явления во Вселенной происходят с определенной периодичностью. Эти явления можно считать «ритмами Вселенной». Они имеют отношение ко многим земным процессам, в том числе и в биосфере нашей планеты. Происхождение подобных ритмов до сих пор во многом остается загадочным. Однако определенный подход к этой проблеме может открыть так называемая теория волновой динамической Вселенной, на протяжении ряда лет разрабатываемая дубненским астрофизиком А. Чечельницким.
Хорошо известно, что при разработке основных идей квантовой механики немалую роль сыграло внешнее сходство строения атома со строением Солнечной системы. Чечельницкий же попытался использовать эту «микромегааналогию» как бы в обратном порядке, с тем чтобы на основе сравнения со строением атомов выяснить некоторые динамические свойства космических систем.
В свое время известные физики Лайман, Бальмер и некоторые другие установили спектральные частоты, соответствующие переходам электрона в атоме водорода с одного энергетического уровня на другой (то есть с одной орбиты на другую). «То, что нам сегодня удается понять на языке спектров, – писал выдающийся физик XX столетия А. Зоммерфельд, – это истинная музыка атомных сфер, созвучие целочисленных отношений, все возрастающий порядок и гармония при всем их многообразии. Квантовая теория представляет собой тот полный таинственности инструмент, на котором природа исполняет спектральную музыку и ритмом которого она управляет строением атомов и атомных ядер».
Известно, что классическая небесная механика рассматривает движения космических тел независимо от той среды, в которой они находятся. Чечельницкий пошел другим путем – он решил рассмотреть космические объекты в единстве с окружающей их материальной средой – будь то межпланетная или космическая плазма, или электромагнитные и гравитационные поля, или любая иная субстанция. Оказалось, что космические образования обладают многими характерными свойствами волновых динамических систем, в том числе фундаментальными спектральными частотами, аналогичными спектральным частотам микрообъектов.
В частности, Чечельницкому удалось выяснить, что, например, в Солнечной системе существуют «выделенные», «элитные» значения собственных частот, во многом определяющие характер ее строения. В том числе расстояния планет от Солнца, давно известные астрономам из наблюдений, но так и не получившие серьезного астрофизического объяснения. Оказалось также, что эти частоты «ответственны» и за многие совпадения и «резонансы» в поведении и движении небесных тел Солнечной системы.
В физической теории колебаний резонансными обычно называются такие явления, когда какое-либо тело приходит в колебательное движение под влиянием периодических внешних воздействий, частоты которых совпадают с собственной частотой данного тела. Однако понятие «резонанса» в естественных науках иногда применяется в более широком смысле – как некая внутренняя связь между природными явлениями, вследствие чего эти явления протекают в определенном смысле согласованно.
Хорошо известно, что Земля совершает один полный оборот вокруг Солнца за 365 с небольшим суток. Планеты же Меркурий и Венера, расположенные ближе к Солнцу, в соответствии с законами Кеплера, движутся с большими угловыми скоростями. Благодаря этому взаимное расположение Земли, Венеры и Меркурия постоянно изменяется. И тем не менее через каждые 584 суток Земля и Венера оказываются на одной прямой линии с Солнцем по одну сторону от него. Но самое удивительное состоит в том, что при этом всякий раз Венера обращена к Земле одной и той же своей стороной. Иными словами, за каждые 584 суток она успевает совершить ровно четыре оборота вокруг собственной оси. Известный советский специалист в области небесной механики В.В. Белецкий назвал это явление «феноменальным явлением природы». Но почти то же самое происходит в системе «Солнце – Меркурий – Земля». Меркурий всякий раз при прохождении так называемого перигелия – той точки своей орбиты, которая расположена ближе всего к Солнцу, всегда повернут к светилу либо одной и той же стороной, либо противоположной. Более того, через каждые 116 суток Меркурий оказывается на одной прямой линии с Солнцем и Землей. И в такие моменты эта планета, подобно Венере, тоже обращена к Земле одним и тем же полушарием.
Из теории Чечельницкого следует, что эти «резонансы» обязаны своим происхождением «элитарным частотам» Солнечной системы. Исходя из подобных соображений, Чечельницкий предсказал орбиты неизвестных до этого спутников Юпитера. И это предсказание подтвердилось в процессе исследования гигантской планеты американскими космическими аппаратами.
Но, пожалуй, особенно важное значение приобретает то обстоятельство, что данные волновой космодинамики позволяют по-новому осмыслить ряд проблем «космогеономии» – то есть науки о взаимосвязи космических и земных процессов. Как считает Чечельницкий, многие процессы, кажущиеся на первый взгляд чисто земными, в действительности представляют собой результат своеобразной «космической индукции», обусловленной «космическими ритмами». И это относится не только к биосфере, но и ко многим геофизическим и другим явлениям, происходящим на Земле и возбуждаемым энергией, распространяющейся по особому «волновому каналу».
Уже не вызывает сомнения тот факт, что в природе существует некая универсальность ритмов, охватывающих различные области космоса, казалось бы, далеко отстоящие друг от друга, а также Землю и биосферу.
По образному выражению Чечельницкого, Природа, Вселенная, Солнечная система исполняют «симфонию ритмов», используя одни и те же «клавиши».
Понимание и дальнейшее изучение этого явления может вооружить современную науку чрезвычайно важными сведениями обобщающего характера, которые позволят нам лучше понять другие явления, происходящие в окружающем нас пространстве.
Поскольку пространство и время являются формами существования материи, то их свойства во многом зависят от того, каким образом распределены в них различные материальные объекты. До сравнительно недавнего времени одним из основных положений науки о Вселенной считалось представление об ее «однородности» и «изотропии».
Что касается однородности, то это означает, что свойства достаточно больших по масштабам областей Вселенной в основных чертах одинаковы. И все наблюдательные данные, которые имелись в распоряжении астрономической науки, подобному представлению не противоречили. В частности, вывод об однородности Вселенной в больших масштабах не опровергался и обнаружением ее «сотового» строения и открытием гигантских космических «пустот», свободных от галактик. Дело в том, что размеры подобных «пустот» не идут ни в какое сравнение с размерами Метагалактики, то есть той области пространства, которая охвачена современными наблюдениями.
При существующих методах астрономических исследований, включая космический телескоп Хаббла, «горизонт видимости» равен примерно 12-16 миллиардам световых лет. Поскольку никакие «обычные» физические взаимодействия не могут распространяться в пространстве со скоростью, превосходящей скорость света, то доступная наблюдениям область Вселенной – конечна и всегда такой и будет оставаться. Мы не можем видеть объекты, расположенные от нас на таких расстояниях, которые световой луч не успевает преодолеть за время существования Вселенной.. Поэтому «горизонт видимости» мы не можем раздвинуть никакими техническими ухищрениями – хотя по мере старения Вселенной он, разумеется, постепенно отодвигается.
В ограниченной им области пространства можно разместить примерно около 1000 «ячеек», для каждой из которых характерна однородность.
Несколько сложнее обстоит дело с «изотропией», то есть одинаковостью свойств по любым направлениям. Во второй половине XX столетия были получены неожиданные данные, которые, возможно, заставят пересмотреть представления, существовавшие на этот счет ранее. Речь идет о наблюдениях так называемых двойных радиоисточников – радиогалактик, каждая из которых состоит из двух связанных между собой радиокомпонентов. Таких радиоисточников зафиксировано довольно много, и они распределены по всей небесной сфере. Английский астроном П. Берч на радиотелескопе обсерватории Джодрелл Бэнк изучил около сотни таких радиогалактик, расположенных как в Северном, так и в Южном полушариях неба.
Известно, что электромагнитные волны, в том числе и радиоволны, в отличие, например, от звуковых волн – поперечные. Если у звуковой волны направление колебаний совпадает с направлением распространения волны, то у электромагнитных волн оно перпендикулярно этому направлению. Если к тому же поперечные колебания происходят в одной плоскости, то электромагнитная волна называется «линейно-поляризованной», а плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации.
В процессе наблюдений Берч измерял угол между линией, соединяющей компоненты двойных радиоисточников, и направлением плоскости поляризации радиоизлучения. И обнаружил удивительный факт: оказалось, что у радиоисточников, расположенных в одной полусфере неба, этот угол имеет один знак, а у радиоисточников, расположенных в другой полусфере – противоположный.
Попутно был обнаружен еще один интересный факт: оказалось, что газовые перемычки, связывающие друг с другом компоненты двойных радиоисточников, в одной полусфере неба изогнуты в одну сторону, а в другой – в противоположную.
Поскольку этим неожиданным фактам разумного объяснения не находилось, астрофизики решили проверить, не являются ли полученные ими результаты следствием воздействия каких-либо неучтенных побочных обстоятельств.
Иными словами, исследователи попытались убедиться в том, что обнаруженные ими явления реальны. В частности, возникло предположение, что побочное влияние на полученные результаты мог оказать так называемый эффект Фарадея – эффект вращения плоскости поляризации электромагнитного излучения под воздействием внешнего магнитного поля. Ученые стали выяснять, не вызваны ли обнаруженные различия свойств двойных радиоисточников, расположенных в противоположных областях небесной сферы, влиянием магнитного поля нашей Галактики? Однако самая тщательная проверка подобную возможность не подтвердила.
Оставалось предположить, что обнаруженное различие в свойствах двойных радиоисточников носит внегалактический характер и, следовательно, породившая это явление причина кроется в самых общих закономерностях нашей Вселенной.
Был обнаружен и еще один довольно любопытный факт. Дело в том, что все двойные радиоисточники вращаются вокруг собственных осей. И оказалось, что эти оси имеют некое преимущественное направление в пространстве.
Если результаты наблюдений, о которых идет речь, подтвердятся, то это послужит серьезным поводом для того, чтобы предположить – не обладает ли наша Вселенная какими-то весьма общими свойствами, которые нарушают ее изотропию. Одним из таких свойств могло бы явиться вращение Вселенной с угловой скоростью, обеспечивающей один полный оборот за 100 триллионов лет…
В этой связи небезынтересно отметить, что в свое время советский астрофизик P.M. Мурадян разработал оригинальную гипотезу, согласно которой наша Метагалактика произошла в результате взрыва сверхмассивного суперадрона с массой порядка 1058 г – элементарной частицы, принимающей участие в так называемых сильных взаимодействиях. В результате распада этого суперадрона на более мелкие адроны образовались протоскопления галактик, а последующие распады на адроны еще меньшей массы привели к формированию отдельных галактик. Если гипотеза Мурадяна верна, то Метагалактика как раз должна обладать собственным вращением.
Правда, стоит подчеркнуть, что такое вращение является лишь необходимым, но еще недостаточным условием справедливости гипотезы Мурадяна, то есть предложенного им физического механизма образования галактик. Поэтому вращение Метагалактики само по себе еще не может служить доказательством того, что его гипотеза верна. Однако возможность объяснения тех фактов, которые были обнаружены при наблюдениях двойных радиоисточников, вращением нашей Вселенной заставляет об этой гипотезе, по крайней мере, вспомнить.
Справедливость требует заметить, что после публикаций Берча в научной печати появлялись сообщения, авторы которых подвергали результаты его наблюдений сомнениям. Но сам Берч продолжал настаивать на их обоснованности.
Впрочем, в возникшей дискуссии нет ничего удивительного или необычного. Все новые научные результаты, способные заметно повлиять на существующие фундаментальные представления о мироздании, всесторонне обсуждаются. И это вполне справедливо.
Поэтому и факты, которые ставят под сомнение отсутствие во Вселенной изотропии, также нуждаются в многократной тщательной проверке. Но если они подтвердятся – это будет иметь огромное значение для всего естествознания.
