Уставы небес, 16 глав о науке и вере
Шрифт:
Великая научная идея редко внедряется путем постепенного убеждения и обращения своих противников, редко бывает, что "Савл становится Павлом". В действительности дело происходит так, что оппоненты постепенно вымирают, а растущее поколение с самого начала осваивается с новой идеей (М. Планк, Избранные труды, М., Наука, 1975, с. 594).
В то же время, за последнее столетие неоднократно предпринимались попытки отказаться от закона сохранения энергии или, по крайней мере, ослабить его формулировку (например, считая, что он выполняется лишь в среднем - предположение Бора, Крамерса и Слэтера, предшествующее окончательной формулировке квантовой механики). Каждый раз, однако, такие попытки не выдерживали экспериментальной проверки. Так, теория Бора-Крамерса-Слэтера оказалась опровергнутой опытами немецкого физика В. Боте, использовавшего специально разработанную им технику - метод совпадений - и подтвердившего сохранение энергии и импульса в индивидуальных микропроцессах. Впоследствии Н. Бор вернулся к гипотезе о несохранении энергии в микромире в связи с трудностями с объяснением закономерностей так называемого бета-распада (одного из типов радиоактивности), однако высказанная В. Паули гипотеза
При распространении закона сохранения энергии на Вселенную как целое возникают серьезные методологические трудности:
Закон сохранения энергии может иметь только одни смысл, а именно: существует некоторое свойство, присущее всем возможностям; но по детерминистской гипотезе существует лишь единственная возможность, а тогда закон теряет свой смысл. Напротив, при допущении индетерминистской гипотезы он имел бы смысл и тогда, когда бы мы пожелали придать ему абсолютное значение: он представился бы ограничением, наложенным на свободу. Но слово "свобода" напоминает мне, что я выхожу за пределы физико-математической области. Поэтому... закон Майера является формой достаточно гибкой, чтобы можно было вложить в нее почти все, что угодно (А.Пуанкаре, О науке, с.88).
Во избежание недоразумений подчеркнем, что абстрактное понятие полной энергии не имеет столь большой практической ценности, как это могло бы показаться на первый взгляд. Например, в тепловых процессах может быть использована лишь так называемая свободная энергия (полной утилизации тепловой энергии препятствует второе начало термодинамики, см. ниже главу 15). Знаменитая формула Эйнштейна E mc[2 ], устанавливающая эквивалентность массы и полной энергии, лишь соблазняет колоссальными недоступными запасами энергии, которые содержатся даже в малых количествах любого вещества. Использование большей части этой "энергии покоя" невозможно из-за другого закона сохранения - закона сохранения барионного заряда: если не рассматривать процессы с участием антивещества, то общее количество ядерных частиц - протонов и нейтронов - измениться не может. В процессах деления тяжелых ядер или синтеза легких высвобождается лишь энергия связи протонов и нейтронов друг с другом. Скажем, в цикле реакций синтеза ядра гелия из четырех ядер водорода, который является основным источником звездной энергии, в энергию превращается около 0,7% массы; впрочем, и это энерговыделение несопоставимо превосходит энергетический эффект химических реакций, например, горения. Полное превращение энергии массы (энергии покоя) в другие формы энергии (например, в энергию излучения) возможно лишь в двух ситуациях: при аннигиляции вещества и антивещества и при падении вещества в черную дыру. Предполагается, что именно процессы последнего типа ответственны за чудовищное энерговыделение ядер "активных" галактик и, возможно, квазаров (см., например, популярную книгу И.С. Шкловского, Проблемы современной астрофизики, М., Наука, 1988).
В современной физике законы сохранения связываются с некоторыми симметриями (свойствами инвариантности). Основа для такой связи устанавливается теоремой Э. Нетер классической механики и ее квантовым аналогом, принадлежащим Ю. Вигнеру (см. его относительно популярно написанную книгу "Этюды о симметрии"). Так, закон сохранения импульса оказывается следствием однородности пространства, закон сохранения момента импульса (момента количества движения) - изотропности пространства, а закон сохранения энергии - следствием однородности времени. В общей теории относительности Эйнштейна, где пространство и время неоднородны и искривлены (это искривление и есть гравитация, см. главу 11), ситуация с законами сохранения оказывается чрезвычайно сложной. В определенном смысле они обращаются в тождество, то есть сводятся к равенству 0 0 (говоря более формально, речь идет о так называемых тождествах Бианки тензорного анализа). В конечном счете, в общей теории относительности не удается ввести плотность энергии и импульса гравитационного поля в том же смысле, как, скажем, для электромагнитного поля (последнее характеризуется тензором энергии-импульса, а гравитационное поле - псевдотензором). Это послужило основой для попыток пересмотреть общую теорию относительности, заменив ее "полевой теорией гравитации" (в работах А.А. Логунова и его сотрудников); последующая дискуссия показала, однако, что для такого пересмотра все же нет ни теоретических, ни экспериментальных оснований. Мы не имеем возможности обсуждать здесь эти весьма специальные вопросы; важно лишь подчеркнуть, что формулировка закона сохранения энергии в присутствии гравитационного поля оказывается весьма нетривиальной задачей.
Другие нетривиальные проблемы связаны с законом сохранения энергии в квантовой физике. Этот закон является строгим в том смысле, что если сравнивать сумму энергий всех частиц до и после взаимодействия (то есть в бесконечном прошлом и бесконечном будущем), то она совпадет. Если же мы рассматриваем процесс, происходящий за конечное время, то энергия сохраняется в квантовой механике лишь с определенной точностью, которая тем меньше, чем короче этот процесс. Математическим выражением этого является принцип неопределенности энергия-время. Несмотря на его внешнее сходство с принципом неопределенности координата-импульс (невозможность определить скорость и координату частицы в один и тот же момент времени, см. главу 10), его физический смысл совершенно иной. Квантовая частица, строго говоря, просто не имеет определенного значения (и даже направления) скорости, так как движется по всем траекториям сразу. В то же время стабильная частица имеет определенное
Последнее время регулярно появляются сообщения о плохо воспроизводимых "парапсихологических" феноменах, по видимости нарушающих сохранение энергии (например, действующие модели вечных двигателей; в качестве авторитетов здесь привлекаются такие ученые, как Н. Тесла и Н. Козырев). При этом несохранение энергии трактуется как нелокальность или "связь с другими мирами", говорится о получении энергии из потока времени или из вакуума. Возможность получения энергии из параллельной Вселенной составляет "научную" основу научно-фантастического романа А. Азимова "Сами боги"; впрочем, на наш взгляд, самое интересное в этом произведении фантастики - это вполне реалистическое описание нравов и обычаев современного "физического сообщества". Вообще, "нет сказок лучше тех, которые сочиняет сама жизнь" одному из авторов как-то пришлось выступать в роли эксперта по Делу Об Извлечении Энергии Из Вакуума (и денег из вышестоящих организаций)... Для описания подобных эффектов, не сводимых к известным физическим взаимодействиям (речь об энергии, а не о деньгах), вводят свои "кванты" (микролептоны, виртуальные нейтрино) или физические поля (торсионные); делаются попытки спекулировать на упомянутых идейных трудностях общей теории относительности. Как подробно обсуждалось в гл.4, такие подходы вряд ли совместимы с духом современной физики. Ее математический аппарат, как и вся структура современной науки, вообще не приспособлены к описанию явлений, где, предположительно, решающую роль играет сознание и несправедливо основное предположение о возможности изучать объект независимо от субъекта. Впрочем, квантовая физика, вероятно, подошла уже к рубежу, за которым необходимо отказываться от этого предположения (см. главу 10) - но все-таки еще не перешла его. Таким образом, "квантовые" подходы к парапсихологии (которым отдал дань и такой известный физик, как лауреат Нобелевской премии Б. Джозефсон), на наш (субъективный!) взгляд кажутся преждевременными. Еще раз подчеркнем, что мы говорим здесь не о реальности самих явлений (особенно с учетом неоднозначности самого понятия реальности), а лишь об уместности "наукообразных" спекуляций на эту тему, да еще с явным коммерческим привкусом.
Тем не менее на психологическом уровне аналогии между "научным" и "ненаучным" пониманием энергии кажутся как раз уместными, глубокими и интересными. Если резюмировать естественнонаучный взгляд на "энергию", то это - нечто такое, что может переходить из одной формы в другую, не возникая и не уничтожаясь, и обеспечивает возможности некоторых процессов (движения тел, химических или ядерных реакций, излучения электромагнитных волн...). В этой связи кажется действительно оправданным (по крайней мере, на качественном уровне) говорить о психической энергии, о "пассионарности" по Л.Н. Гумилеву и т.д. как о чем-то, переходящем из одной формы в другую и обеспечивающим психические, социальные, этногенетические процессы.
Во всех живых организмах находится биохимическая энергия живого вещества биосферы, совсем не мистическая энергия, а обыкновенная, аналогичная электромагнитной, тепловой, гравитационной и механической... (Л.Н. Гумилев, Этносфера, с.26)
Конечно, о буквальном применении физики в психологии или социологии речь не идет. Так, в работах Вернадского, на которого часто ссылаются по этому поводу, говорится об отличии энергии живого от физической, химической и других "обычных" видов энергии. Начиная с Майера понятия энергии и силы в применении к живому (а тем более мыслящему) "веществу" далеко не сводятся к физическим. Однако в гуманитарных науках эти понятия еще более обобщаются:
Есть силы в собственном и точном смысле слова, сообщающие ускорения и производящие изменения характеристик действительности, но тем не менее не механические и даже не физические... Сила красоты существует нисколько не менее, нежели сила магнита или сила тяжести (П.А. Флоренский, Анализ пространственности и времени в художественно-изобразительных произведениях, с.49).
Здесь Флоренский имеет в виду вполне простую и понятную вещь: подобно тому как сила магнита или сила тяжести может вызывать или изменять движение физических тел, сила красоты способна вызывать или изменять движение (в широком смысле слова) человека или группы людей, или даже общества в целом. В этом же смысле можно говорить о "концентрации" энергии в слове:
Слово есть метод, метод концентрации. Собранную в один фокус историческую волю целого народа - в слове я имею в своем распоряжении, и дело - не в силе, а лишь в умении ее направить в нужную мне сторону. И вместе со словом, мной произнесенным, продвигается и вонзается в пространство моя сконцентрированная воля, сила моего сосредоточенного внимания... Слово - конденсатор воли, конденсатор внимания, конденсатор всей душевной жизни (П.А. Флоренский, У водоразделов мысли, с. 263).