Жизнь в невозможном мире: Краткий курс физики для лириков
Шрифт:
Более всего мне запомнилась лекция, посвященная международным отношениям и особенностям советской дипломатии. Полковник совершенно определенно заявил: советская дипломатия исторически уникальна потому, что ни одна страна никогда не имела за своими пределами такого огромного числа сторонников, готовых поддержать ее инициативы. Не просто аморфную массу симпатизирующих СССР людей, а силу, организованную в виде политических партий.
Сейчас в определенных кругах модно утверждать, что, мол, Сталин возрождал Российскую империю, что происходил постепенный отход от коммунистической идеологии и поворот к традиционным имперским ценностям. Я, разумеется, не жил при Сталине, но думаю, что за пределы внешних форм, типа офицерских погон, все это никогда бы не пошло. Если Сталин был действительно таким прагматиком, каким его изображают те, кто пытается отмыть добела этого черного кобеля, то он не мог не понимать, что было бы в высшей степени невыгодно отказываться от многомиллионной пятой колонны зарубежных компартий.
А Российская империя за границей никому не нужна, и никакие партии ее поддерживать не стали бы, как не поддерживают сейчас.
Людям, не жившим в то время, трудно вообразить, насколько мы были в культурном отношении стеснены. Магазины ломились от книг, но все это была советская макулатура, читать которую не мог никто. Я помню, как за подпиской на Полное собрание сочинений Пушкина я стоял всю ночь в очереди на морозе. И получил ее только благодаря тому, что стоял не сам по себе, а как член некой организации, возглавляемой моим другом Андреем Варламовым, которая такими вещами занималась. То же было с билетами в театры. Хуже всего дело обстояло с русской живописью. Впечатление было такое, что ее история оборвалась на «передвижниках». Ну, пару картин Врубеля еще можно было в Третьяковке найти, но про «Мир искусства», «Бубновый валет»,
Помню первую выставку, на которой независимым художникам позволили показать свои картины. Это было на ВДНХ, в павильоне «Пчеловодство», в конце сентября 1975 года. Там выставили более пятисот картин и перед нами открылся целый мир — мы вдруг узнали, что у нас есть живопись, что есть талантливые люди, которые мыслят и чувствуют не так, как велит партия, и что таких людей много.
Вскоре после этого независимым художникам выделили постоянное место для проведения выставок — большое подвальное помещение на Малой Грузинской, 28. И поставили какого-то комсомольца присматривать за ними. Так сбылась «мечта» М. Е. Салтыкова-Щедрина: «И под присмотром квартальных надзирателей появятся науки и процветут искусства». Наука у нас уже процветала, дошла очередь и до искусства.
Именно в те годы я познакомился с замечательной женщиной, профессором факультета журналистики МГУ Галиной Андреевной Белой. Ее дочь-красавица училась в Физтехе, ее окружал хоровод поклонников, к этому кругу принадлежал и кое-кто из моих друзей, через них я попал к Марине в дом, а там познакомился и с ее матерью. Мы очень подружились. Галина Андреевна любила молодежь, отношения со студентами и аспирантами и вообще с теми, чьи интересы становились ей близки, были очень теплыми. У нее в доме я свел знакомство с Олегом Клин-гом (посмотрев в Гугле, обнаружил, что он — профессор филологии в МГУ и, судя по тексту на его сайте, занимается очень интересными вещами), Мариной Князевой (узнал опять-таки из Гугла, что и она процветает), Евгенией Альбац, которая, наверное, известна абсолютно всем. К сожалению, в 1980-х годах наши пути разошлись.
Я прослушал несколько лекций Галины Андреевны на журфаке; она читала курс по истории советской литературы. Из него я узнал, например, о Бабеле, о Заболоцком, о Платонове. Тогда начинали публиковать писателей, чей взгляд на жизнь отличался от официально установленного, таких как, например, Василий Шукшин и Юрий Трифонов. Галина Андреевна воспринимала все это с большим энтузиазмом, который я, как ни старался, не мог разделить. Все-таки присутствие самоцензуры в этой новой литературе было слишком очевидно и по-настоящему острых проблем она не дерзала касаться. Этих проблем касались самиздат и «тамиздат». Последним Галина Андреевна, которая начала тогда ездить за границу и могла что-то с собой привезти, щедро делилась с друзьями. Так я прочитал «Зияющие высоты» Зиновьева, а главное, познакомился с запрещенными тогда Мандельштамом, Гумилевым и практически недоступными широкому читателю Ахматовой и Пастернаком. Огромное впечатление произвели книги Андрея Платонова «Котлован» и «Чевенгур», которые тогда, разумеется, тоже были запрещены. Думаю, никто лучше Платонова, который симпатизиривал коммунизму, не вскрыл его сущность. Это намного лучше того, что писали о коммунизме его откровенные враги, например, Бунин или Солженицын, так как это взгляд изнутри, взгляд человека, проникнутого этими идеями, но при этом предельно честного, раскрывающего перед читателем абсолютно все без утайки.
Читать Платонова трудно, даже больно, настолько он выворачивает себя наизнанку. Его предельная честность ранит.
Большим открытием для меня были Николай Бердяев, Семен Франк и другие философы русского религиозного возрождения. Сама Галина Андреевна была нерелигиозна, но мыслители эти ее интересовали. У Бердяева мне более всего запомнились «Самопознание», «Миросозерцание Достоевского», «Истоки и смысл русского коммунизма» и «Философия неравенства».
Русское возрождение, которое также принято называть «серебряным веком» русской культуры, стряхнуло с себя путы примитивного материализма и позитивизма, господствовавшие в умах русской интеллигенции второй половины XIX века. Властителями дум были Писарев и Чернышевский, а также немецкие «философы» Бюхнер и Молешотт, утверждавшие, что «мозг выделяет мысль подобно тому, как печень выделяет желчь». Русская мысль впервые, не на уровне отдельных представителей, а, так сказать, в массе, встала на мировой уровень и даже, мне кажется, в некоторых отношениях вырвалась вперед. Этот великий подъем был подготовлен Достоевским и Владимиром Соловьевым. Вот что мне наиболее дорого в культуре советского периода: Михаил Булгаков, Борис Пастернак, Анна Ахматова, Осип Мандельштам, даже Арсений Тарковский, как отчасти и его сын Андрей, — все это выросло из культуры Серебряного века.
Мой кров — убог. И времена — суровы. Но полки книг возносятся стеной. Туг по ночам беседуют со мной Историки, поэты, богословы. И здесь их голос, властный, как орган, Глухую речь и самый тихий шепот Не заглушит ни зимний ураган, Ни грохот волн, ни Понта мрачный ропот.Это — из «Дома поэта» М. Волошина. Я нередко ощущаю нечто подобное, хотя и мучает мысль: а захотели бы беседовать со мной эти титаны прошлого? Мысль о моем «варварстве» преследует меня. Тут я расхожусь с нашим веком, который провозгласил, что всяк человек хорош такой, какой он есть, и нечего зря мучиться, пытаясь стать на вершок выше ростом. Have fun! Твой единственный долг перед обществом — потратить свои деньги и тем стимулировать экономику. The rest is up to you, just do not be judgemental. Порой у меня возникает ощущение, что времена Бюхнера и Молешотта вернулись.
Примерно в то же время (это был пятый курс) мы стали ездить на «базу», где нам раз в неделю читали лекции и готовили нас к дипломной работе. Как я уже говорил, базой у нас был Институт физики высоких давлений АН СССР («Давильня»), Там я познакомился со своим будущим научным руководителем Александром Федоровичем Барабановым, который сыграл в моей жизни немалую роль.
От решения задачек, ответы на которые были уже известны, я готовился перейти к решению задач, ответы на которые не знал никто. Я готовился вступить в настоящую науку. Область, привлекавшая меня в физике более всего, была связана с глубинными свойствами вещества, с тем, как вещество организовано. Вопросы эти издавна принято связывать с атомистической теорией.
Три медитации
Слово «атом» и его судьба (подтвердила ли физика учение Демокрита?)
Есть несколько совершенно общих вопросов, на которые стремится ответить физика и которые могут заинтересовать думающего человека, не обладающего в этой области специальными познаниями. Вопросы эти старые и в классической форме восходят к древним грекам, которые оставили нам свои варианты ответов.
Вопрос 1. Есть ли что-то постоянное в окружающем нас сложном и изменчивом мире?
Вопрос 2. Можно ли свести сложное к простому?
Из множества ответов на эти вопросы наиболее известен в современном мире ответ, данный древними материалистами Демокритом и Левкиппом: «Есть только атомы и пустота».
Медитация 1. Атомы
В более пространном изложении утверждение Демокрита и Левкиппа можно переформулировать таким образом: все сложные предметы складываются из более простых так, что цепочка упрощений обрывается на неких далее неделимых объектах («атом» по-гречески означает «неделимый»). Число видов таких неделимых предметов конечно. Атомы неразрушимы, существовали всегда и будут продолжать существовать. Они и есть то постоянное и вечное, о котором говорится в первом вопросе. Можно ли свести сложное к простому? Да, можно, атомы и есть то простое, к которому все сводится.
На протяжении почти двух с половиной тысяч лет эта теория, продолжая привлекать ученых своей простотой, не получала никакого экспериментального подтверждения, но вот наконец на рубеже XIX-го и XX веков такие подтверждения, казалось бы, начали поступать. Правда, то, что ныне называют атомами, было принято за неразрушимое по ошибке — роль атомов, как их понимали древние греки ныне играют объекты, называемые «элементарными частицами», но смысл, казалось бы, остался прежним. Если уж совсем придираться, то до самых элементарных из элементарных частиц мы еще не добрались — но вот построим новый ускоритель и, может быть, доберемся… Думаю, что так интерпретируют происходящее в физике многие неспециалисты и так бы интерпретировал это, наверное, и я, если бы не занимался этими вещами вплотную.
Дерзну утверждать, что при неком сходстве терминологии (тут и там употребляется термин «атомы») картина мира, представленная древними материалистами, и картина мира, даваемая современной физикой, радикально расходятся. И дело здесь совсем не в деталях, правильного воспроизведения которых, безусловно, нельзя было ожидать от Левкиппа,
Демокрита и Эпикура, а в самом духе.Чтобы понять, в чем тут дело, обратимся к какому-нибудь популярному применению атомистической теории. Давайте сыграем в игру и опишем в атомистических терминах, например, воду. Описание выйдет такое. Для невооруженного глаза вода выглядит как нечто непрерывное и сплошное, но с помощью разных приборов можно установить, что эта видимость обманчива и при более пристальном рассмотрении непрерывность переходит в дискретность. Примерно так, как однородные с виду фотографии в газетах для внимательного глаза оказываются состоящими из множества точек. В случае воды эти точки есть молекулы Н20, которые, однако, также оказываются сложными образованиями. А именно: в каждой молекуле два атома водорода (химический символ Н) связаны с одним атомом кислорода О. Атомы тоже не просты; каждый из них состоит из отрицательно заряженного электронного «облака» и ядра. Ядро, в свою очередь, состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Протоны и нейтроны состоят из кварков и т. д. Мы верим, что этому делению есть предел, хотя мы его еще не обнаружили.
Так или почти так объясняется строение вещества в популярных книжках и школьных учебниках. Эпикур, попадись ему в руки такой учебник, наверное, подумал бы, что не зря прожил жизнь. Однако на поверку оказывается: приведенное выше описание содержит в себе настолько радикальные упрощения, что на каком-то уровне оно совершенно прекращает работать.
Чтобы понять, в чем дело, давайте зададим себе вопрос: откуда мы знаем, что из чего состоит? Вот мы говорим: вода состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из электронов и ядер и т. д. А откуда мы это знаем? Ну, грубо говоря, чтобы узнать, из чего состоит предмет, мы бьем молоточком и смотрим на осколки. В качестве «молоточка» можно использовать подогрев, или электрический разряд, или еще что-то, не суть важно. Нагреем воду как следует — и молекулы распадутся на атомы (кислорода и водорода). Нагреем еще сильнее (энергия ионизации атома водорода 13,6 электрон-вольт, что соответствует 154 000 °C, но по причинам, которые здесь нет нужды излагать, практически полная ионизация происходит при значительно меньших температурах) — и электроны оторвутся от ядра. А дальше? Ударим по ядру другим ядром (для этого нужен ускоритель элементарных частиц), и если оно делимо, то осколки дадут нам что-то новое, то, из чего это самое ядро состоит. Вот такая логика. Действительность, однако, следует этой логике лишь до определенного предела, после которого начинает происходить нечто странное.
Это странное проявляет себя в полной мере тогда, когда скорости сталкивающихся частиц начинают приближаться к скорости света. Тогда оказывается, что чем больше энергия сталкивающихся частиц, тем больше получается осколков и тем больше их общая масса. При этом зачастую помимо новых частиц вылетает множество частиц старого типа. Вот, например, стукнешь по протону другим протоном, и, в зависимости от энергии удара, могут появиться целые пучки («струи») протонов и антипротонов, и чем больше энергия, тем больше частиц в этих пучках. Это как если бы, открывая матрешку, мы находили бы внутри не меньших, а больших куколок. Можно ли сказать, что протон состоит из нескольких, а может быть, и бесконечного числа протонов и антипротонов? Тогда из чего состоит каждый из этих новых?
Часть ответа на этот парадокс состоит в том, что новые частицы нарождаются в процессе удара. Энергия удара Е превращается в массу т согласно знаменитой формуле Е = тс2. Великая эта формула стала частью нашей популярной культуры, навязнув у всех в зубах до такой степени, что понимать ее уже нет никакой необходимости. А между тем смысл ее волшебен. Что есть энергия? В конечном итоге это наше действие, деяние. И вот оказывается, что наше деяние, наша воля, наши деньги, наконец, могут породить массу, то есть вещество. Или по-другому: свет, чистая энергия, оказывается, тоже может порождать вещество и, наоборот, вещество может превращаться в энергию, то есть в конечном итоге в свет (радиоволны, тепловое излучение, рентгеновские лучи — это все различные формы света). Если так обстоят дела, то, конечно, нельзя говорить о вечности неделимых «кирпичиков» материи. Нельзя говорить и о материи как составленной из «кирпичиков», так как оказывается, что никакой «кирпичик», никакую частицу нельзя рассматривать отдельно от мира, ее окружающего. Она, если угодно, в одиночку не существует. И я бы сказал, что подходящей метафорой здесь является не кирпичик, а воротца. Каждая частица подобна воротцам, и вот в каком смысле.
Столкнем мысленно два протона. В зависимости от энергии удара получится разное количество частиц всяких сортов, скажем, две штуки сорта А (я не буду здесь утомлять читателя точными названиями, не в них дело), две штуки сорта Б и т. д. Однако если сталкивать не протоны, а что-нибудь еще, например нейтроны, то будут получаться другие наборы частиц. Следовательно, актом столкновения двух частиц можно в принципе породить целый зоопарк частиц (хватило бы только энергии удара!), но при этом у разных партнеров и зоопарки будут получаться разные. Поэтому частицу можно характеризовать тем зоопарком, который она может породить, то есть теми возможностями, которые она открывает. Поэтому она и есть как бы ворота из мира возможного в мир реальный; раскроешь их чуть-чуть — получится один результат, затратишь побольше энергии и раскроешь пошире — вылетит наружу больше всякого разного и т. д. Разница между разными видами частиц-ворот в том, что из разных ворот разное может вылететь.
Получается, что мир, который мы называем реальным, так сказать, «мир, данный нам в ощущениях», есть лишь рябь на поверхности мира возможного.
Сказанное выше не означает, что атомистической картиной мира совсем нельзя пользоваться. Во многих случаях она вполне годится как приближенная модель. Например, если человек занимается химией стабильных (не радиоактивных) веществ, то ему практически наверняка вся изложенная выше премудрость не понадобится. В своей практике такой химик имеет дело с процессами, где передача энергии мала по сравнению с массами участвующих в этих процессах частиц и потому соответствующие эффекты малы. Можно сказать, что природа благосклонна к нам и для того, чтобы узнать что-то, не обязательно знать все. Изучаешь, например, водород. В известных пределах его можно описать как систему двух тел, электрона и протона, притягивающихся друг к другу по закону Кулона. Математически такую задачу об описании атома водорода можно решить, что и сделал Эрвин Шредингер в 1920-х годах. В результате получилось отличное описание спектральных линий водорода. Если уж ты человек совсем дотошный, то спросишь: а как же протон с нейтроном чувствуют друг друга на расстоянии, как же это электрическое взаимодействие от одного к другому передается? Тут и начнется морока, так как передается оно посредством электромагнитного поля, а это поле тоже в каком-то смысле состоит из частиц (фотонов). Значит, это задача не двух тел, а бесконечного их количества (если включить в игру все фотоны) — и пошла писать губерния… К счастью, если копать не так глубоко, а в химии зачастую этого не надо, то можно на все эти трудности закрыть глаза.
При описании внутриядерных взаимодействий, однако, закрыть глаза не удается. Никакой процесс там невозможно адекватно описать как процесс с конечным числом участников. Любая задача там реально есть задача бесконечного количества взаимодействующих тел. Математическая, вернее, физико-математическая дисциплина, изучающая такие задачи, называется квантовой теорией поля.
«Поле» — это то, что разлито везде, в каждой точке пространства. А частица — это локализованный объект. Как же из одного можно получить другое? Связующим образом здесь является то, что японцы назвали «цунами». Цунами есть пример того, что в физике называется «солитон», то есть это одиночная волна, которая движется практически как твердое тело, не меняя своей формы. Вот так, из текучей среды (воды) возникла устойчивая форма. Причем когда солитон движется, содержимое его все время меняется, а форма остается практически постоянной. И никакой квантовой механики здесь нет. Так и физики пытаются описать частицы как «солитоны» текучих и бесконечно изменчивых полей.
Так от картины распавшегося на бесконечное количество частиц мира мы пришли к картине нерасторжимого единства. Атом («неделимый») оказался неотделимым. Неотделимым от Вселенной.
Другой идеей, испытавшей в ходе столетий приключения и трансформации, оказалась идея «эфира». В школьных учебниках написано, что идея эта, столь популярная в XIX веке, была окончательно изгнана из физики. Мне такой взгляд представляется упрощением. То, что сейчас называют «вакуумом», во многих отношениях похоже на эфир. Поскольку понятие вакуума является чрезвычайно важным в современной физике, стоит над этим поразмышлять.
Медитация 2. Пусто ли пустое пространство?