Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда - Пратчетт Терри Дэвид Джон (электронные книги без регистрации txt, fb2) 📗
Может быть. Однако некоторые положения Стандартной теории довольно-таки бессмысленны. В частности, эксперимент, который с точки зрения математики является простым и кристально ясным, в реальности требует наличия измерительных датчиков, детальное квантово-механическое описание которых делает всё непостижимо сложным. Большая часть парадоксальности квантовой теории проистекает из расхождения между ad hoc дополнением к уравнению Шрёдингера и актуальным результатом эксперимента, а не из самого уравнения. Таким образом, можно предположить, что, если бы историю можно было запустить заново, «закон» для квантовых систем оказался бы совершенно другим, не оставив Шрёдингеру возможности сочинить своего загадочного кота.
Неважно, являются ли наши физические законы особенными или уникальными, или другие, отличные от них, будут работать так же хорошо, как и существующие, есть кое-что ещё, что следует сказать о законах в целом. А также об исключениях из них, и особенно об их преодолении. Мы говорим тут не о нарушении законов, а о том, что существуют условия, при которых они становятся несущественными, как в случае преодоления гравитации реактивным лайнером, использующим воздушные потоки.
Возьмём в качестве примера закон Ома, который кажется нам достаточно простым.
С точки зрения электричества материя делится на две части: диэлектрики и проводники. Если мы говорим о проводнике, то закон Ома гласит: сила тока равна электрическому напряжению, делённому на сопротивление. Следовательно, при фиксированном сопротивлении для получения большей силы тока требуется большее напряжение. Вместе с тем сопротивление может меняться, что и лежит в основе некоторых природных аномалий. Например, молния превращает изолирующий атмосферный газ в ионизированный проводящий канал, по которому она и распространяется. Или шаровая молния, которая, по сути, формируется на сферической поверхности. Являясь яркими аномалиями, эти феномены автоматически привлекают наш интерес. Ещё можно поэкспериментировать с различными проводниками, начиная с катодных ламп (вакуумных трубок) 20-х годов прошлого века и заканчивая полупроводниками вроде транзисторов. Вся компьютерная индустрия построена на результатах этих опытов.
Открытие такой любопытной аномалии, как сверхпроводящие сплавы, практически не имеющие электрического сопротивления при температурах, близких к абсолютному нулю, приближает нас к совершенно новым энергетическим технологиям по мере того, как создаются новые сплавы, демонстрирующие отсутствие сопротивления при всё более высоких температурах. Нам интересно что угодно, не вписывающееся в образ мира, уныло подчиняющегося закону Ома: ведьмы, космические корабли и так далее.
Закон Ома тесно связан с историей распределения электроэнергии. Рассуждая об этих проблемах и путях их решения, мы можем показать, что, если не трогать сам закон, но изменить окружающую среду, можно изменить и всю ситуацию. Таким образом, от позиции Фейнмана, считающего, что закон определяет как окружающую обстановку, так и сущность природного явления, можно перейти к более прогрессивной точке зрения.
Распределение электричества потребителям осложняется сопротивлением проводов, из-за чего много электрической энергии попросту теряется, переходя в тепло. Из закона Ома следует, что то же количество энергии может быть передано с меньшими потерями, если напряжение повысить, а силу тока – понизить. Однако в домах тогда окажется очень высоковольтное электричество, и несчастные случаи с ним станут смертельными.
Хитрость заключается в использовании переменного тока, меняющегося с частотой 50 или 60 раз в секунду. Напряжение переменного тока может быть преобразовано трансформаторами, так что он будет оставаться высоким для передачи, а затем снижен до несмертельных величин, попадая в наши дома. Сегодня мы могли бы задействовать и постоянный ток, используя современную электронику для изменения напряжения, однако когда система распределения электричества только зарождалась, подобной техники ещё не существовало. Теперь же оказалось, что в существующую систему вложено слишком много средств, чтобы можно было просто взять и заменить её, пусть даже в пользу более удачной идеи. Хитрость позволяет решить проблему сопротивления, вытекающую из закона Ома, и связанную с этим потерю энергии. Даже сейчас в процессе передачи теряется около трети, но это в любом случае куда более эффективная технология, чем 70 % потерь в низковольтной сети постоянного тока 1920-х годов. Изменив параметры и перейдя к слабому переменному току высокого напряжения, мы смогли до некоторой степени изменить правила.
Многие физики, похоже, полагают, будто физика и есть вся реальность, просто потому, что она имеет дело с глубинной структурой материи. В «Характере физических законов» Фейнман пишет: «Оказывается, и живая, и неживая природа образуется из атомов одинакового типа. Лягушки сделаны из того же материала, что и камни, но только материал по-разному использован. Все это упрощает нашу задачу. У нас есть атомы и ничего больше, а атомы однотипны, и однотипны повсюду». И далее: «Самой плодотворной мыслью, сильнее всего стимулирующей прогресс в биологии, является, по-видимому, предположение о том, что все, что делают животные, делают атомы, что в живой природе все результат каких-то физических и химических процессов, а сверх этого ничего нет» [45].
Как и Фейнман, мы считаем, что действительно не существует ничего «сверх этого», никакой так называемой élan vital – движущей силы жизни. Нет, всё гораздо проще. Если в самом начале развития жизни организмы были ограничены в возможностях действиями собственных же атомов, как полагает Фейнман, то по мере эволюции они обретали всё новые свойства, например, деление клеток. Они заполучили работающую систему наследственности, изобрели глаза и нервную систему. И вышли за рамки физико-химической системы, точно так же как мы выходим за пределы действия закона гравитации. Используя новую обстановку, организм учится новым трюкам. Задумайтесь на секунду о птичках, которые летают, будучи тяжелее воздуха.
Мы не утверждаем, что полёт птиц несовместим с так называемыми фундаментальными физическими законами функционирования материи, из которой и состоят птицы. Это бы слишком напоминало ошибку Декарта, утверждавшего, что разум и материя есть две различные вещи. Напротив, их полёт целиком и полностью обусловлен законами физики. Сила тяжести, действующая на атомы птичьего тела, нейтрализуется подъёмной силой, генерируемой крыльями, движущимися в воздухе. В противном случае птицы не могли бы летать. Как, кстати, и самолёты. Нет, мы имеем в виду другое: полёт – это то, что невозможно естественным образом вывести из фундаментальных законов. Молекулы летать не умеют, а состоящие из молекул птицы летают за милую душу. А вместе ними и молекулы. Разница лишь в окружающей среде. Жизнь приготовила длинный список сложных систем, каждая из которых является результатом естественного отбора, приведшего организм от изначальной слабости к конечной силе.
Материал, из которого состоит лягушка, не совсем тот же, как тот, из которого состоит камень. Атомы, может, и такие же, только скомпонованы по-другому, если использовать терминологию Фейнмана, что кардинальным образом изменило возможности лягушки. Аналогичным образом по-разному скомпонованы атомы человека, пингвина и пакета стирального порошка. Чтобы понять птицу, лягушку или стиральный порошок, недостаточно знать о лежащих в их основе атомах или субатомных частицах. Надо знать, как именно они образуют материю. На самом деле вещество может быть разным, но если оно компонуется для выполнения схожих функций, то в итоге мы получаем вполне себе удачных птиц, лягушек или стиральные порошки.
Фокус не в материале, а в порядке его расположения. Атомы, расположенные по-разному, имеют различные же свойства: атом в куске горной породы, любой из миллионов кристаллической решётки, является неотъемлемой частью её совокупности. Атом в организме живого существа – часть очень сложной сети, меняющей атомы и молекулы как перчатки. Более того, эта изменяющаяся система не является типичным поведением материи, подчиняющейся фундаментальным законам, несмотря на то, что она с ними и согласуется. Она появилась в результате отбора многими поколениями, потому и работает. И то, что она делает, причём безо всяких дополнений в фейнмановском смысле, способствует жизнедеятельности организма, частью которого является. Она может быть даже частью вируса, разрушающего организм, но всё равно вовлечена в процесс, составляющий жизнь.
