Почему солнце до сих пор светит

Барт Коско

Профессор электротехники и юриспруденции Университета Южной Каролины; автор книги Noise («Шум»)

Одно из самых глубоких объяснений – ответ на вопрос, почему до сих пор сияет Солнце – иными словами, почему оно до сих пор не выгорело, как сгорают все костры, которые мы наблюдаем в нашей повседневной жизни. Об этом спрашивали себя люди еще в далеком прошлом, глядя на наше светило и сравнивая его с кострами или лесными пожарами, которые случались нередко. Ученых XIX столетия также волновала эта проблема: они понимали, что продолжительность жизни Солнца зависит не от одной только гравитации.

Меня еще в детстве заинтересовал и встревожил этот вопрос.

Объяснение, что атомы водорода в ходе ядерной реакции превращаются в атомы гелия, принесло мне мало утешения. Я услышал его на пике «холодной войны» с ее параноидальными поисками укрытия от ядерного удара. В начале 1960‑х мой отец даже переоборудовал часть подвала нашего нового дома в атомное бомбоубежище. В этом однокомнатном укрытии имелись железобетонные стены, металлические оконца и морозилка с быстрыми обедами домашнего приготовления. Солнце, объясняли мне, пылает так долго и так ярко, потому что внутри него, по сути, происходит огромное количество термоядерных взрывов, подобных взрывам водородной бомбы (порождающим знаменитые облака-«грибы»), и потому что в Солнце имеется огромное количество материала для этих «водородных бомб». Такие взрывы, говорили мне, произойди они достаточно близко, испепелили бы Землю, не пощадив даже наше маленькое бомбоубежище.

Логика этого объяснения выходила далеко за пределы рассуждений о глобальном стратегическом равновесии в условиях Карибского кризиса. Хорошая новость (о том, что в ближайшее время Солнце не догорит) сопровождалась новостью плохой – о том, что в грядущие несколько миллиардов лет непременно наступит момент, когда Солнце сгорит дотла. Но вначале, став красным гигантом, оно поглотит Землю, предварительно ее расплавив.

В том же самом объяснении указывалось, что рано или поздно (по космическим меркам) все звезды сгорят или взорвутся. Нам не даются даром тепло и свет, которые вырабатываются, когда в ходе ядерных реакций более простые атомы превращаются в чуть более сложные и масса превращается в энергию. Даже звездам суждена (опять же, по космическим масштабам) не такая уж долгая жизнь. Рано или поздно во Вселенной наступит мрак и холод: она еще ближе придвинется к абсолютному нулю. Останется лишь слабенький «белый шум» рассеянной энергии и материи. По прошествии колоссального (с нашей точки зрения) времени даже черные дыры могут полностью израсходовать свою энергию или схлопнуться практически в ничто – в почти идеальный слабый белый шум. Этот белый шум будет обладать высокой стабильностью и, по сути, содержать в себе нулевую информацию. Такими станут последние несколько шагов в ошеломляюще долгой череде необратимых и нелинейных процессов, из которых и слагается эволюция Вселенной. Тогда уже не будет никакой возможности узнать о мирах и жизнях, которые предшествовали этим фазам существования Вселенной, даже если и появится кто-нибудь, кто задастся таким вопросом.

Объяснение, почему Солнце по-прежнему светит, кажется мне довольно глубоким. По крайней мере, так можно объяснить конец света.

Межатомные взаимодействия по Бошковичу

Чарлз Симоний

Создатель текстового редактора WYSIWYG, соучредитель компании International Software, бывший директор управления развития приложений компании Microsoft и ее бывший главный программный архитектор

Объяснение, которое дал межатомным взаимодействиям еще в XVIII столетии разносторонний ученый-иезуит Руджер Бошкович, – пример того, как самые простые рассуждения порой приводят к удивительному прозрению.

Среди наиболее значимых философских противостояний того времени можно с уверенностью назвать борьбу между приверженцами Декарта, которые вслед за Аристотелем считали, что физические силы могут являться лишь результатом непосредственного соприкосновения тел, и последователями Ньютона, которые приняли его идею о силах, действующих на расстоянии. В этом Ньютон совершил подлинную научную революцию, однако его оппоненты не без оснований возражали, что подобное «действие на расстоянии» возвращает в физику полузабытые мистические объяснения, отнюдь не выводимые ясным логическим путем, которого требовал Декарт. Между тем Бошкович, страстный защитник ньютоновской точки зрения, вывернул вопрос наизнанку, призывая: давайте четко уясним себе, что происходит к ходе взаимодействия, которое мы именуем «непосредственным соприкосновением».

Его доводы легко понять, и они чрезвычайно убедительны. Представим себе два тела, одно из которых движется со скоростью 6 единиц, а второе – со скоростью 12 единиц, причем более быстрое тело настигает более медленное и они движутся по одному и тому же прямолинейному пути. Когда два тела столкнутся, то благодаря закону сохранения импульса оба должны будут после столкновения продолжать движение по тому же пути, со скоростью 9 единиц каждое (в случае неупругого соударения, в случае же соударения упругого такое движение будет происходить лишь в течение краткого периода сразу после столкновения).

Но каким образом скорость более быстрого тела снизилась с 12 до 9 единиц, а скорость более медленного тела возросла с 6 до 9 единиц? Понятно, что временной интервал изменения скоростей не может быть нулевым, поскольку тогда, замечает Бошкович, такое мгновенное изменение скорости нарушило бы принцип непрерывности. Более того, нам пришлось бы заключить, что в момент соударения скорость одного тела одновременно составляет 12 и 9 единиц: явный абсурд. А значит, изменение скорости должно происходить в течение небольшого, но конечного промежутка времени. Однако такое предположение приводит нас к другому противоречию. Представим, к примеру, что по прошествии небольшого количества времени скорость более быстрого тела составляет 11 единиц, а более медленного – 7 единиц. Но это значит, что они не движутся с одной и той же скоростью, а следовательно, передняя поверхность быстрого тела должна проникнуть сквозь заднюю поверхность медленного тела, что невозможно, поскольку в условиях нашего опыта оба тела непроницаемы. Отсюда легко видеть, что взаимодействие должно происходить непосредственно перед соударением двух тел и что оно может являться лишь отталкиванием, поскольку выражается в том, что одно тело замедляется, а другое ускоряется.

То же рассуждение верно и для тел, движущихся с произвольной скоростью, так что уже не приходится говорить о четких пространственных измерениях частиц (а именно атомов), которые до этого считались непроницаемыми. Атом следует рассматривать скорее как точечный источник силы, и сила, «исходящая» от него, воздействует на другие тела неким сложным образом и зависит от расстояния.

По Бошковичу, когда тела удалены друг от друга, они взаимодействуют посредством силы, соотносимой с гравитационной силой и обратно пропорциональной квадрату расстояния между телами. Но с сокращением расстояния в этот закон следует вносить поправки, так как, согласно уже высказанным соображениям, сила при этом меняет знак и становится силой отталкивания. Бошкович даже начертил причудливые графики, показывающие, как сила должна меняться с расстоянием, несколько раз при этом меняя знак. Тем самым он словно бы намекал на существование минимального потенциала взаимодействия и стабильных связей между частицами – атомами.

Выдвинув эту идею, Бошкович не только предложил новую картину взаимодействий взамен теории Аристотеля и Декарта, рассматривавшей лишь непосредственный контакт тел, но и предвосхитил современные теории о структуре материи, особенно в твердых объектах.