Остров неопытных физиков (илл. Г. Валька)

Правда, эта магическая сила наивного знания терпела жестокое поражение, когда, например, такому самонадеянному «ученому» попадался кусок пемзы, которая, по всем данным, должна быть отнесена к камням и в то же время плавает в воде. Такое нарушение «закона» природы свидетельствует лишь о несовершенстве знания, о преждевременно сделанном обобщении. Подобный «закон» или не является вообще подлинным законом природы, или имеет ограниченное действие и может применяться лишь с теми или иными оговорками.

Сколь точны и незыблемы, сколь истинны известные нам законы природы? Это вопрос, над которым заставляет задуматься книга К. Домбровского «Остров неопытных физиков».

Живя в привычной, земной обстановке, мы не даем себе труда подумать над тем, что в других условиях, на других мирах не только жизнь, но и вообще любые формы существования материи могут быть совершенно иными, отличными от того, что мы наблюдаем на Земле.

В земных условиях мы встречаем три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Это и определяет тот круг явлений, которые прежде всего обращают на себя наше внимание.

Лишь в специальных установках мы получаем плазменное состояние вещества, которое в масштабах доступной нашему наблюдению Вселенной является наиболее распространенным. В плазме силы электромагнетизма иногда преобладают над силами молекулярной физики (трением) и силами давления и инерции, присущими обычной газовой динамике. Такое соотношение действующих сил неизбежно должно приводить к тому, что многие привычные нам явления в этих условиях должны протекать совершенно иначе.

Другой пример: в особых звездах — так называемых «белых карликах» — над всем должна господствовать огромная, трудно поддающаяся воображению сила тяжести. И наоборот, космонавт, летящий вокруг Земли, живет в необычной для нас обстановке невесомости.

В различных условиях меняются соотношения и взаимосвязь между силами природы, материя развивается хотя и по одинаковым общим законам природы, но самыми разнообразными путями. И то, что сейчас представляется нам безусловно правильным, может оказаться при более подробном исследовании ошибочным или быть лишь частным случаем более общей закономерности.

Еще сравнительно недавно было широко распространено представление о так называемом круговом развитии материи. Предполагалось, что из газово-пылевых туманностей образуются звезды с планетными системами вокруг них. На планетах возникает и развивается жизнь, затем звезды постепенно остывают, энергия излучения рассеивается в пространстве. Потом эта рассеянная энергия где-то и как-то концентрируется, остывшие звезды сталкиваются, взрываются, превращаются в газово-пылевую туманность, и все начинается сначала.

Сейчас можно с уверенностью сказать, что если подобный кругооборот материи и осуществляется, то он не является главенствующим и определяющим судьбы развития материи в масштабах Вселенной.

Вопрос о происхождении Земли, о строении Вселенной всегда интересовал и интересует человечество. И это совсем не праздное любопытство. Знание основных законов, управляющих мирозданием, имеет первостепенное значение для всей нашей жизни, для развития материальных условий существования человека.

В древности астрономию изучали, в частности, для определения сроков посева и жатвы. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения сыграло решающую роль в развитии мореплавания. Законы механики Ньютона позволяют точно определять местонахождение судна в море. Без них мы никогда не сумели бы изучить нашу планету так, как мы ее знаем сейчас.

Логические следствия из основных законов механики объединили в одно целое самые отвлеченные представления о строении солнечной планетной системы и чисто практическую деятельность людей.

По мере расширения наших знаний мы вновь и вновь обращаемся к поискам основных законов, управляющих миром.

Развитие в прошлом веке кинетической теории газов привело к созданию гипотезы (научного предположения) о тепловой смерти Вселенной. Для того чтобы яснее понять, о чем идет речь, представим себе простой опыт.

Возьмем два баллона с газом или, чтобы было еще нагляднее, два стакана с водой. Пусть в одном стакане вода холодная, а в другом горячая. Если смешать холодную и горячую воду, холодный и горячий газ, то смесь будет иметь некоторую промежуточную температуру. Она не будет ни холодной, ни горячей. Это очевидно. И разделить снова воду или газ на горячую и холодную половины, так, чтобы в одном сосуде была горячая вода или газ, а в другом холодная, невозможно.

Так же невозможно придумать самопроизвольный процесс, который обеспечил бы, например, в одной половине комнаты высокую температуру воздуха, а в другой — низкую. Здесь имеется в виду не нагревание комнаты горячей печью, а именно самопроизвольный процесс, при котором в замкнутом, изолированном объеме газа общее количество теплоты распределилось неравномерно но объему. Таких процессов в природе нет. Температура всегда выравнивается.

Это простое наблюдение имеет очень глубокий смысл. Оно приводит к мысли о необратимости некоторых процессов в природе, об односторонней направленности некоторых явлений.

Такая направленность, возможность развития лишь в одном направлении, ярче всего проявляется в одностороннем ходе времени. Только в кино, когда фильм пускают обратным ходом, можно видеть время как бы обращенным вспять. Мы сперва видим на экране, как обычно, спортсмена, прыгающего с вышки в воду. Потом, когда фильм пускают обратным ходом, на экране происходит «чудо» — в бассейне вдруг вздымается фонтан брызг, и из-под воды взлетает спортсмен и удивительно точно попадает на стартовую площадку. Это зрелище неизменно вызывает веселое оживление в зале. Зрителю смешно, потому что он видит на экране то, чего никогда нельзя увидеть в жизни. Нельзя увидеть потому, что это противоречит основным законам, управляющим природой.

Электродвигатель может вращаться в правую и в левую стороны, автомобиль может ехать задним ходом. Вероятно, и Земля и другие планеты могли бы вращаться в обратную сторону, тогда солнце всходило бы на западе — все это возможно в рамках основных законов природы. Все это процессы практически или принципиально обратимые. Однако огромное большинство явлений природы относится к процессам необратимым. Не сделав оговорок или допущений, имеющих принципиальный характер, невозможно дать научное описание картины, наблюдаемой в кино при обратном ходе фильма, если исходить из принятых нами законов природы и нормального хода времени.

Автор книги «Остров неопытных физиков» ставит своих героев в положение люден, наблюдающих такой «обращенный» мир.

Совершенно естественно, что, «пустив время обратным ходом», четверо школьников сталкиваются с неразрешимыми противоречиями. Автор показывает нам внешнюю картину некоторых простейших явлений, которые, на первый взгляд, могли бы происходить.

Действительно, что особенного в том, что паровоз вдруг пошел обратным ходом? Это можно наблюдать ежедневно на любой большой железнодорожной станции, которая еще не переведена на электрическую тягу. Однако когда ребята пытаются несколько глубже разобраться в том, что перед ними происходит, они запутываются в клубке противоречий. В рамках своих начальных знаний физики они пытаются рассуждать, пытаются построить логическую картину мира с обратным ходом времени и терпят неудачу. Они вынуждены признать, что «этого просто не может быть». Не может быть в мире, в котором остаются неизменными все остальные законы физики.

Автор не разбирает до конца всю совокупность явлении, которые при этом должны возникнуть. Он предоставляет сделать это читателю. Наблюдая странный мир глазами мальчишек, он ограничивается установлением лишь некоторых чисто внешних явлений и обрывает свое повествование, не доведя его до абсурда. В этом сказывается литературный прием, часто используемый в книге. Автор не дает готовых, законченных формулировок, он лишь наталкивает читателя на вопросы и задачи, над которыми стоит подумать.

Когда ребята, герои книги, пытаются разобраться, что происходит с паровозом, работающим в условиях обратного хода времени, они приходят к выводу, что в этом случае тепло должно переходить от холодного тела к горячему, по их выражению — «огонь не греет, а холодит». Если продолжить до конца ход мысли ребят, нужно прийти к утверждению, что вода в стакане может сама собой разделиться на горячую и холодную. И чем сильнее будет нагреваться одна половина воды, тем холоднее будет другая. Здесь важно понять, что речь идет именно о самопроизвольном процессе. Обратное явление — процесс выравнивая температуры — всегда протекает самопроизвольно, и каждый наблюдал его много раз, но никто никогда не был свидетелем противоположного.