Таким образом, если мы пытаемся определить для результата математического сложения хотя бы некоторые опорные ориентиры, которые бы позволили нам судить о всем спектре его применимости к материальной действительности, то и для центрального пункта исследуемой нами формулы нужно найти такие же маркирующие точки, которые давали бы возможность распространить все получаемые выводы на то, что окружает нас.
Человеческое познание – это ведь вовсе не отвлеченная от реальной действительности умственная гимнастика. Для сугубых материалистов его цель состоит в практическом овладении объективной реальностью. Для тех, кто не верит в материю, можно сказать и по-другому: созданный по слову Божию, человек постепенно перенимает эстафету творения у своего Создателя. И в том и в другом варианте человек познает окружающий его мир для того, чтобы выполнить какую-то высшую возложенную на него (самой ли природой, нашим ли Господом?) миссию. Словом, какую позицию мы ни займем, вывод будет один. А значит, перед лицом этой истины даже самые непреодолимые идеологические различия в конечном счете оказываются не столь уж и глубокими.
Все это говорит о том, что и составившее предмет нашего изучения действие в свою очередь должно хоть как-то проецироваться на реальные физические процессы, протекающие в природе. В противном случае само уравнение как бы повисает в воздухе, а возложенная на нас миссия так и остается неисполненной.
Между тем, если в операции сложения видеть не абстрактный символ, но специфическое выражение строго определенных материальных процессов, мы обязаны считаться с тем, что они неизбежно будут вызывать какие-то деформации в окружающей нас действительности. Это и понятно, ведь в мире объективной реальности взаимосвязано все. Когда-то говорили так: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Мыслилось, что любое событие, происходящее в какой-то одной точке нашего мира, так или иначе отзывается сразу во всей Вселенной. Правда, такой взгляд представлялся абсолютным только в той системе мироздания, которая описывалась известными законами Ньютона. Позднее эйнштейновский постулат невозможности движения со скоростью, превышающей скорость света, наложит определенные ограничения на подобные представления. Действительно, для того, чтобы одновременно отозваться сразу во всей вселенной, материальное «эхо» любого физического действия должно распространяться с бесконечной скоростью на бесконечные расстояния. Но и после внесенных Эйнштейном ограничений всеобщая связь явлений все же останется господствующей идеей. Между тем подобная связь означает собой, что любые процессы, влекут за собой изменения не только в том, что непосредственно вовлечено в них, но и во всем их окружении. Оборотная сторона этого тезиса гласит: если в окружающем мире не меняется абсолютно ничего , никакого сложения попросту нет. В действительности есть лишь некая фикция, голая виртуальность и не более. Мы же говорим о прямо противоположном всему виртуальному – о физической реальности.
Но что за физические процессы могут быть представлены исследуемой нами операцией сложения?
Самый первый и, может быть, самый простой вариант решения, который напрашивается здесь – это простой механический перенос одного из слагаемых на место другого. Вот и присмотримся к нему. При этом абстрагируемся на время от всех индивидуальных особенностей наших «слагаемых» и представим на их месте просто некие бесформенные массы. Вообразим, что именно их и предстоит совместить в некоторой условной точке пространства. Этот интуитивно понятный процесс, на первый взгляд, не вызывает никаких вопросов, и мы, как правило, вообще не задумываемся над тем, что здесь могут скрываться какие-то подводные камни. А между тем они есть.
Вглядимся пристальней.
Если слагаемые находятся в разных точках пространства, то абсолютное соответствие тому результату, который предсказывает математика, может быть достигнуто лишь при соблюдении строго определенных условий. Как минимум, двух: если, во-первых, такой перенос выполняется без каких бы то ни было энергетических затрат, или, другими словами, без совершения какой бы то ни было работы, во-вторых, если само пространство, разделяющее эти точки, строго однородно. При этом даже неважно, какое именно расстояние разделяет слагаемые, неопределенно малое или неопределенно большое.
Между тем реальное стечение именно этих-то условий и вызывает сомнение. Во всяком случае можно со всей определенностью утверждать, что первое из них в принципе невыполнимо, ибо в мире физической реальности никакой перенос никакого материального тела не может быть выполнен без совершения определенной работы, без каких бы то ни было энергетических затрат.
Уже одно только это обстоятельство наводит на размышления: может ли работа, совершаемая над физическим телом, не повлечь за собой никакой деформации его внутренней структуры, иными словами, никакого изменения его «качества»?
Мы говорили о сложении парно – и непарнокопытных; между тем всякий фермер знает, что любое перемещение скота влечет за собой неизбежные потери живого веса. Их еще можно сокращать до какого-то разумного предела, но решительно невозможно свести к нулю. Если этот житейский пример ничего нам не говорит, то можно обратиться к другому, граничащему с чем-то анекдотическим, – когда именно таким образом понятому сложению подвергаются все те же египетские пирамиды и неоднократно же упоминавшиеся нами пароходы. Ясно, что в этом случае деформации качества наших слагаемых должны были бы носить куда более катастрофический характер, ибо сегодня имеющиеся в нашем распоряжении технические средства не в состоянии выполнить такое без причинения серьезного ущерба этим сооружениям.
Если не убеждает и эта бредовая, но вместе с тем красноречивая иллюстрация, то можно обратиться к самому общему решению. То есть к тому, когда наличествуют лишь аморфные массы и ничего более, и вот именно им и нужно сообщить какое-то ускорение.
Мы уже говорили о том, что известные положения теории относительности (эйнштейновский принцип эквивалентности массы и энергии) предполагают принципиальную возможность конвертирования в энергию определенной части массы движущейся системы. Таким образом, если сообщение ускорения материальному объекту совершается за счет его собственного массово-энергетического потенциала, то необратимое изменение его массовых характеристик неизбежно. Самый простой и, может быть, самый наглядный случай – это когда в топке двигателя сжигается некий запас угля (дров, керосина, чего угодно). Между тем топливо – это ведь тоже элемент общей структуры движущегося объекта, поэтому с его расходованием – иногда радикально – изменяются не одни только массовые характеристики. Изменяется сама структура объекта, но ведь внутренняя структура – это один из ключевых элементов его «качества». Поэтому уже само перемещение его в пространстве под влиянием каких-то приложенных к нему сил обязано повлиять на его качественную определенность.
Правда, там, где скорости движения незначительны, то есть существенно отличаются от скорости света, дефект масс должен быть микроскопическим. Но это не меняет решительно ничего. Мы ведь добиваемся полной математической строгости, а математическая строгость – вещь не относительная, но абсолютная. Вспомним классические примеры, оставившие заметный след в истории математики, такие, как квадратура круга, трисекция угла или удвоение куба. Геометрическими построениями, которые обязаны выполняться лишь циркулем и линейкой, на самом деле можно обеспечить любую заранее заданную степень приближения к идеальному решению. Невозможно лишь одно – достижение самого идеала. Однако геометрия, как мы знаем, не принимает никакого приближенного решения, она признает только абсолютное, но абсолютное – это давно уже доказано – совершенно невозможно. Вот так и здесь, сколь бы микроскопическими ни были вызываемые простым перемещением в пространстве деформации, игнорировать их категорически недопустимо.
Но выше мы упомянули о том, что энергетическим «донором» того ускорения, которое должно придаваться материальному телу, может служить и какой-то внешний объект. В этом случае вполне допустимо предполагать, что перемещаемый нами предмет может остаться тождественным самому себе. (Если, конечно, на время забыть о том обстоятельстве, что само ускорение, сколь бы незначительным оно ни было, способно служить причиной каких-то деформаций внутренней структуры того тела, которому оно сообщается.) Однако абсолютная точность результата не достигается и в этом случае, ибо определенные изменения массово-энергетических характеристик претерпевает некая более широкая система, которая и сообщает объекту необходимое ускорение.
Все эти столь разные примеры говорят об одном и том же: «слагаемые» объекты по завершении действия не могут остаться тождественными самим себе. Сама операция «сложения» любых физических реалий обязана сказаться на их качественной определенности, и деформация «качества», сколь бы микроскопичной она ни была, является составной частью конечного результата.
Выше приводя пример из пушкинской сказки о царе Салтане («не мышонок, не лягушка, а неведома зверушка»), мы заметили о том, что этот результат в такой же мере количествен, как и любые другие итоги «сложения». Это следовало уже из того, что всякое «качество» обладает своим и только своим «количеством», и любое новое «качество» – это всегда какое-то новое «количество». Просто здесь аномалии, вызванные внутренней деформацией качества, вернее сказать, обусловленные интригой сказки, как и положено в сказке, оказались выраженными куда более рельефно. Сейчас мы убеждаемся в этом. Одновременно же мы (в который раз) убеждаемся и в том, что никакое «количество» абсолютно неразделимо с «качеством». Обе эти категории представляют собой отнюдь не автономные друг от друга начала, но разные стороны одного и того же.
Впрочем, здесь можно сделать и другое наблюдение. Рассматриваемый на приводимых примерах аспект математического действия закономерно вплетается в общий контекст физических законов сохранения. Заметим, что их всеобщность и обязательность таковы, что они вполне могут рассматриваться и как философские. Впрочем, многими исследователями они и принимаются в качестве таковых. Но если в силу действия этих законов в нашем мире бесследно не может исчезнуть ничто, то любые деформации, происходящие в системе «энергетический донор – движущееся тело» обязаны в полной мере компенсироваться какими-то изменениями в более широкой системе. Поэтому там, где «два плюс два» дают что-то отличное от «четырех», мы обязаны искать «недостающее» где-то вовне. Словом, в итоговый результат нашего сложения обязано войти абсолютно все, включая и те компенсирующие деформации, которые происходят в дальнем окружении слагаемых нами вещей. Мы уже приводили высказывание, когда-то звучавшее как аксиома: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Возвращаясь к этому красивому образу, можно сказать, что мы обязаны искать все изменения, происходящие в окружающем нас звездном мире, ибо только полная их сумма способна дать точный результат того действия, в итоге которого сплетается венок.
Таким образом, вне этого восходящего к самым широким обобщениям контекста осознать подлинное существо анализируемого нами «сложения» невозможно.
Но мы рассмотрели только первое из двух приведенных выше условий. Между тем второе, в свою очередь, наводит на серьезные размышления.
Мы сказали, что здесь предполагается строго однородное пространство. Можно, конечно, предположить, что оно и на самом деле именно такое. Интуитивное представление о таком однородном пространстве долгое время господствовало в сознании ученых, но только Ньютон впервые дал ему строгое определение. При этом Ньютон вынужден был различать абсолютное и относительное пространство.
Согласно его определению абсолютное – это какое-то особое начало, которое существует совершенно независимо от самого вещества Вселенной. Оно есть что-то вроде пустого «вместилища» всех составляющих ее материальных объектов, явлений и процессов. Абсолютное пространство совершенно неподвижно, непрерывно, однородно (то есть одинаково во всех своих точках) и изотропно (другими словами, одинаково по всем направлениям), проницаемо (другими словами, никак не воздействует на материю и само не подвергается никаким ее воздействиям) и бесконечно. Оно обладает только тремя измерениями.
Однако сложность состоит в том, что абсолютное пространство вследствие полной неразличимости всех своих составных частей принципиально ненаблюдаемо, а значит, и непознаваемо человеком. Оно не поддается даже простому измерению. Но если так, то, говоря философским языком, оно вообще не обладает никаким «количеством». А вот это уже вещь в высшей степени сомнительная: начало, не обладающее «количеством», – не только философский, но и физический нонсенс. Кроме того, здесь напрашивается и другой вопрос. Ведь если какое-то явление в принципе ненаблюдаемо нами, встают сильные сомнения в самом его существовании. Ведь в этом случае мы не в состоянии ни доказать, ни опровергнуть его наличие. Но если мы ни при каких обстоятельствах не можем доказать его наличие, почему нужно верить в его существование? Ведь даже вера в Бога, в значительной мере опирается на различного рода знамения, чудеса, наконец, на зафиксированное евангелистами земное служение Его Сына. Словом, на вещи, которые в той или иной системе менталитета могут рассматриваться как определенная доказательная база. Если бы не существовало всего этого, то, возможно, не существовало бы и самого феномена религиозной веры.
Может быть, именно поэтому сам Ньютон был вынужден отличать от абсолютного пространства относительное, которое сводится к протяженности и взаиморасположению материальных тел. Только оно поддается дифференциации, только оно поддается количественному измерению, только с его частями можно совершать какие-то математические действия. Следовательно, и предметом науки может быть только относительное пространство.
Если не считать Лейбница, который во многом вообще не принимал Ньютоновскую картину мира, и Канта, о взглядах которого на пространство здесь уже говорилось, серьезной критике ньютоновские представления были подвергнуты только Махом, австрийским физиком (1838-1916), оставившем глубокий след в развитии общих представлений о мире. В 1871 году он указал на то, что наши представления о пространстве, времени и движении мы получаем только через взаимодействие вещей друг с другом. Во всех наших представлениях об этих материях выражается глубочайшая и всеобщая их взаимосвязь и взаимозависимость. Понятия же абсолютного пространства и времени – это пустые метафизические понятия, «понятия-чудовища». Критика Махом классических понятий времени, пространства и движения стала очень важной в гносеологическом плане для Эйнштейна. Его анализ основополагающих понятий механики сыграл значительную роль в том направлении общего развития физики, которое вело к появлению теории относительности. Сам Эйнштейн в некрологе в 1916 году оценил Маха как предтечу теории относительности. Его «Механика» признавалась им как революционный труд.
Так что для решения каких-то практических задач мы обязаны обращаться вовсе не к абсолютному, но к относительному пространству. А вот оно даже по Ньютону вовсе не обязано быть строго однородным во всех своих областях, ведь уже для того, чтобы быть познаваемым, оно должно быть неодинаковым в разных своих точках.
В эйнштейновской же картине мира пространство тем более неоднородно, в зависимости от степени концентрации масс оно может быть значительно деформировано. Но если так, то любое перемещение – это всегда перемещение из области одних деформаций пространства в область каких-то других.
Есть ли у нас полная уверенность в том, что при таком перемещении с самим объектом не происходит решительно ничего? Категорически утверждать, как кажется, невозможно, здесь допустимо только строить гипотезы. А значит, и абсолютное соответствие предсказываемому «чистой» математикой результату, в свою очередь, может быть лишь гипотетическим .
Впрочем, вывод, который напрашивается здесь, состоит вовсе не в разрешении проблем пространства. Предмет нашего исследования вовсе не оно, методология научного познания – вот что рассматриваем мы здесь. Между тем наблюдение, которое сейчас делаем мы, имеет именно методологическую ценность. Оказывается та непритязательная математическая операция, о существе которой мы никогда не задумываемся, на деле требует глубокого осознания. Но главное состоит в том, что она оказывается в принципе непостижимой вне каких-то общих идей, касающихся устройства всего нашего мира, того большого Космоса, ничтожной частью которого является вся наша солнечная система. Мы явственно видим, что вне фундаментального контекста физических законов сохранения, вне тех или иных концепций мирового пространства не может быть осознано даже самое простенькое действие, которое усваивается нами еще в начальной школе. Таким образом, вывод гласит о том, что никакой результат познавательной деятельности не может быть понят до конца сам по себе, в отрыве от других. Полное постижение всеготого, что открывается нам, пусть это будет даже самая банальная истина, вроде той, которая исследуется здесь, достигается только в единой системе общих представлений о мире.
Между тем общие идеи, как правило, выходят за пределы «юрисдикции» любых частных научных дисциплин. Иными словами, если мы ограничиваем свое любопытство исключительно их контекстом, мы в конечном счете оказываемся не в состоянии понять до конца даже «подведомственные» им истины. Так что, нравится нам это или нет, только овладение «мета-контекстом» любого факта способно пролить на них свет. Без этого мы обречены скользить лишь по самой поверхности явлений. Подобное же скольжение – это еще не наука, даже если оно сертифицировано ученой степенью.
Впрочем, и мы затронули пока еще только самую поверхность явлений. Операция «сложения» не может быть ограничена одним только перемещением в пространстве. Ведь в математике мы рассматриваем сумму как некоторое новое единое синтетическое образование.
Уже упоминавшийся нами Иммануил Кант говорил, что науку интересуют в первую очередь синтетические суждения. Он отличал их от аналитических, то есть от таких, существо которых может быть «расчислено», или, как говорят на философском жаргоне, «дедуцировано» в ходе исследования каких-то общих начальных положений. На этом жаргоне «дедукция» – это и вывод каких-то конкретных следствий из общих теоретических посылок и просто синоним строгого безупречного «вычисления» всех тех результатов, которые вытекают из наблюдаемых нами фактов. Кстати, сам Шерлок Холмс понимает свой метод именно во втором, а отнюдь не в первом значении, ибо в действительности его метод куда ближе к индукции, поскольку к синтетическому результату он всякий раз восходит, суммируя анализ отдельных разрозненных фактов. Наука занимается только неизведанным, между тем вовсе не аналитические суждения содержат в себе главный интерес для нее. Конечно, и здесь кроется много еще неизвестного для науки, но в сущности все это неизвестное относится к такому роду, что его вычисление можно поручить и ученикам. Любое же синтетическое суждение (может быть, самым простейшим его примером как раз и является математическое сложение) всегда обнаруживает в себе принципиальную новизну, нечто такое, что ранее не содержалось ни в одном из слагаемых.
Это очень важный пункт, который никак не должен пройти мимо нашего внимания. Ведь если и в самом деле ни одно из «слагаемых» не содержало в себе того, что обнаруживается в результате, то ясно, что все новое может быть привнесено только самим действием объединения, самим синтезом. А следовательно, именно здесь должна скрываться самая глубокая тайна эвристики, именно на этом пункте должна сосредоточиваться творческая мысль подлинного исследователя.
Известно, что именно таким – выполненным в виде мысленного эксперимента – объединением был установлен один из важнейших законов механического движения. Здравый смысл, обыденное сознание, обывательская интуиция (можно называть это как угодно) подсказывали: тяжелое тело обязано падать быстрее, чем легкое. Но вот это поверхностное представление было подвергнуто строгому логическому анализу. Предположим, – сказал Галилей, – что тяжелые тела и в самом деле падают быстрее, чем легкие. Тогда, присоединив к какому-нибудь тяжелому телу более легкое, мы должны были бы замедлить его движение. Но суммарная масса объединенных в единую связку тяжелого и легкого тел больше, чем масса одного только тяжелого. А значит, как единое образование связке они обязаны падать быстрее, чем одно тяжелое. Но целостная система не может падать одновременно и быстрее и медленнее одного (тяжелого) ее элемента. Поэтому вывод, вытекающий из этого знаменитого мысленного эксперимента, однозначно гласил: скорость падения всех тел строго одинакова и не зависит от их собственного веса.
Таким образом, вопрос о том, «что такое плюс?», как оказывается, носит отнюдь не риторический характер, именно поэтому к тайне сложения на протяжении всей истории познания обращались лучшие умы человечества.
Если искать некий общий физический аналог этого математического объединяющего действия, нужно прежде всего обратиться именно к процессам синтеза.
Вот один из них – синтез атомных ядер.
Мы знаем, что сегодня массы ядер можно измерить с очень высокой точностью при помощи масс-спектрометра. При этом оказывается, что полная масса атомного ядра всегда меньше суммы масс всех составляющих его нуклонов. Этот результат, получивший в теории название «дефекта массы», объясняется на основе установленной Эйнштейном эквивалентности массы и энергии. Численно этот «дефект» равен разности между суммой масс всех нуклонов, содержащихся в ядре атома, и массой самого ядра. Дело в том, что в ядрах различных атомов частицы «упакованы» по-разному, их связывают количественно разные силы. Сегодня установлено, что силы притяжения, или, другими словами, энергия связи, которая удерживает вместе входящие в состав ядра протоны и нейтроны, очень интенсивны на расстояниях порядка 10–13 см и чрезвычайно быстро ослабевают с увеличением дистанции. Установлено также, что при переходе от одного элемента Периодической системы Менделеева к другому энергия связи меняется, поэтому для отделения одной частицы от остальных требуется различные усилия.
Превращение одних элементов в другие путем деления тяжелых ядер или соединения легких в более тяжелые приводят к изменению энергии связи. При этих процессах масса получившихся ядер снова оказывается меньше исходных элементов. Ядра наиболее тяжелых атомов, которые стоят в конце Периодической системы, менее устойчивы, чем ядра элементов, расположенных в ее середине. Поэтому их удается расщепить, в результате чего образуются элементы с меньшими атомными весами. В свою очередь, ядра атомов, расположенных на противоположном полюсе системы элементов, выигрывают в устойчивости при их слиянии в более тяжелые. В том и в другом случае, то есть и при делении тяжелых, и при синтезе легких выделяется огромное количество энергии. Так, например, исследования показали, что «дефекту массы», равному 1 атомной единице массы (1/12 части массы изотопа углерода с массовым числом 12), отвечает энергия связи ядра, равная 931, 5037 МэВ.
Но, повторим, силы, которые связывают атомное ядро, действуют лишь на очень незначительных расстояниях. Между тем, кроме них, положительно заряженные протоны создают электростатические силы отталкивания. Радиус действия электростатических сил гораздо больше, чем у ядерных, поэтому они начинают преобладать, когда ядра удалены друг от друга.
В нормальных условиях кинетическая энергия ядер легких атомов слишком мала для того, чтобы, преодолев электростатическое отталкивание, они могли сблизиться и вступить в ядерную реакцию. Однако отталкивание можно преодолеть «грубой» силой, например сталкивая ядра, обладающие высокой относительной скоростью. Дж. Кокрофт и Э. Уолтон использовали этот принцип в своих экспериментах, проводившихся в 1932 в Кавендишской лаборатории (Кембридж, Великобритания). Облучая литиевую мишень ускоренными в электрическом поле протонами, они наблюдали взаимодействие протонов с ядрами лития. С тех пор изучено большое число подобных реакций.
Человеческое познание – это ведь вовсе не отвлеченная от реальной действительности умственная гимнастика. Для сугубых материалистов его цель состоит в практическом овладении объективной реальностью. Для тех, кто не верит в материю, можно сказать и по-другому: созданный по слову Божию, человек постепенно перенимает эстафету творения у своего Создателя. И в том и в другом варианте человек познает окружающий его мир для того, чтобы выполнить какую-то высшую возложенную на него (самой ли природой, нашим ли Господом?) миссию. Словом, какую позицию мы ни займем, вывод будет один. А значит, перед лицом этой истины даже самые непреодолимые идеологические различия в конечном счете оказываются не столь уж и глубокими.
Все это говорит о том, что и составившее предмет нашего изучения действие в свою очередь должно хоть как-то проецироваться на реальные физические процессы, протекающие в природе. В противном случае само уравнение как бы повисает в воздухе, а возложенная на нас миссия так и остается неисполненной.
Между тем, если в операции сложения видеть не абстрактный символ, но специфическое выражение строго определенных материальных процессов, мы обязаны считаться с тем, что они неизбежно будут вызывать какие-то деформации в окружающей нас действительности. Это и понятно, ведь в мире объективной реальности взаимосвязано все. Когда-то говорили так: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Мыслилось, что любое событие, происходящее в какой-то одной точке нашего мира, так или иначе отзывается сразу во всей Вселенной. Правда, такой взгляд представлялся абсолютным только в той системе мироздания, которая описывалась известными законами Ньютона. Позднее эйнштейновский постулат невозможности движения со скоростью, превышающей скорость света, наложит определенные ограничения на подобные представления. Действительно, для того, чтобы одновременно отозваться сразу во всей вселенной, материальное «эхо» любого физического действия должно распространяться с бесконечной скоростью на бесконечные расстояния. Но и после внесенных Эйнштейном ограничений всеобщая связь явлений все же останется господствующей идеей. Между тем подобная связь означает собой, что любые процессы, влекут за собой изменения не только в том, что непосредственно вовлечено в них, но и во всем их окружении. Оборотная сторона этого тезиса гласит: если в окружающем мире не меняется абсолютно ничего , никакого сложения попросту нет. В действительности есть лишь некая фикция, голая виртуальность и не более. Мы же говорим о прямо противоположном всему виртуальному – о физической реальности.
Но что за физические процессы могут быть представлены исследуемой нами операцией сложения?
Самый первый и, может быть, самый простой вариант решения, который напрашивается здесь – это простой механический перенос одного из слагаемых на место другого. Вот и присмотримся к нему. При этом абстрагируемся на время от всех индивидуальных особенностей наших «слагаемых» и представим на их месте просто некие бесформенные массы. Вообразим, что именно их и предстоит совместить в некоторой условной точке пространства. Этот интуитивно понятный процесс, на первый взгляд, не вызывает никаких вопросов, и мы, как правило, вообще не задумываемся над тем, что здесь могут скрываться какие-то подводные камни. А между тем они есть.
Вглядимся пристальней.
Если слагаемые находятся в разных точках пространства, то абсолютное соответствие тому результату, который предсказывает математика, может быть достигнуто лишь при соблюдении строго определенных условий. Как минимум, двух: если, во-первых, такой перенос выполняется без каких бы то ни было энергетических затрат, или, другими словами, без совершения какой бы то ни было работы, во-вторых, если само пространство, разделяющее эти точки, строго однородно. При этом даже неважно, какое именно расстояние разделяет слагаемые, неопределенно малое или неопределенно большое.
Между тем реальное стечение именно этих-то условий и вызывает сомнение. Во всяком случае можно со всей определенностью утверждать, что первое из них в принципе невыполнимо, ибо в мире физической реальности никакой перенос никакого материального тела не может быть выполнен без совершения определенной работы, без каких бы то ни было энергетических затрат.
Уже одно только это обстоятельство наводит на размышления: может ли работа, совершаемая над физическим телом, не повлечь за собой никакой деформации его внутренней структуры, иными словами, никакого изменения его «качества»?
Мы говорили о сложении парно – и непарнокопытных; между тем всякий фермер знает, что любое перемещение скота влечет за собой неизбежные потери живого веса. Их еще можно сокращать до какого-то разумного предела, но решительно невозможно свести к нулю. Если этот житейский пример ничего нам не говорит, то можно обратиться к другому, граничащему с чем-то анекдотическим, – когда именно таким образом понятому сложению подвергаются все те же египетские пирамиды и неоднократно же упоминавшиеся нами пароходы. Ясно, что в этом случае деформации качества наших слагаемых должны были бы носить куда более катастрофический характер, ибо сегодня имеющиеся в нашем распоряжении технические средства не в состоянии выполнить такое без причинения серьезного ущерба этим сооружениям.
Если не убеждает и эта бредовая, но вместе с тем красноречивая иллюстрация, то можно обратиться к самому общему решению. То есть к тому, когда наличествуют лишь аморфные массы и ничего более, и вот именно им и нужно сообщить какое-то ускорение.
Мы уже говорили о том, что известные положения теории относительности (эйнштейновский принцип эквивалентности массы и энергии) предполагают принципиальную возможность конвертирования в энергию определенной части массы движущейся системы. Таким образом, если сообщение ускорения материальному объекту совершается за счет его собственного массово-энергетического потенциала, то необратимое изменение его массовых характеристик неизбежно. Самый простой и, может быть, самый наглядный случай – это когда в топке двигателя сжигается некий запас угля (дров, керосина, чего угодно). Между тем топливо – это ведь тоже элемент общей структуры движущегося объекта, поэтому с его расходованием – иногда радикально – изменяются не одни только массовые характеристики. Изменяется сама структура объекта, но ведь внутренняя структура – это один из ключевых элементов его «качества». Поэтому уже само перемещение его в пространстве под влиянием каких-то приложенных к нему сил обязано повлиять на его качественную определенность.
Правда, там, где скорости движения незначительны, то есть существенно отличаются от скорости света, дефект масс должен быть микроскопическим. Но это не меняет решительно ничего. Мы ведь добиваемся полной математической строгости, а математическая строгость – вещь не относительная, но абсолютная. Вспомним классические примеры, оставившие заметный след в истории математики, такие, как квадратура круга, трисекция угла или удвоение куба. Геометрическими построениями, которые обязаны выполняться лишь циркулем и линейкой, на самом деле можно обеспечить любую заранее заданную степень приближения к идеальному решению. Невозможно лишь одно – достижение самого идеала. Однако геометрия, как мы знаем, не принимает никакого приближенного решения, она признает только абсолютное, но абсолютное – это давно уже доказано – совершенно невозможно. Вот так и здесь, сколь бы микроскопическими ни были вызываемые простым перемещением в пространстве деформации, игнорировать их категорически недопустимо.
Но выше мы упомянули о том, что энергетическим «донором» того ускорения, которое должно придаваться материальному телу, может служить и какой-то внешний объект. В этом случае вполне допустимо предполагать, что перемещаемый нами предмет может остаться тождественным самому себе. (Если, конечно, на время забыть о том обстоятельстве, что само ускорение, сколь бы незначительным оно ни было, способно служить причиной каких-то деформаций внутренней структуры того тела, которому оно сообщается.) Однако абсолютная точность результата не достигается и в этом случае, ибо определенные изменения массово-энергетических характеристик претерпевает некая более широкая система, которая и сообщает объекту необходимое ускорение.
Все эти столь разные примеры говорят об одном и том же: «слагаемые» объекты по завершении действия не могут остаться тождественными самим себе. Сама операция «сложения» любых физических реалий обязана сказаться на их качественной определенности, и деформация «качества», сколь бы микроскопичной она ни была, является составной частью конечного результата.
Выше приводя пример из пушкинской сказки о царе Салтане («не мышонок, не лягушка, а неведома зверушка»), мы заметили о том, что этот результат в такой же мере количествен, как и любые другие итоги «сложения». Это следовало уже из того, что всякое «качество» обладает своим и только своим «количеством», и любое новое «качество» – это всегда какое-то новое «количество». Просто здесь аномалии, вызванные внутренней деформацией качества, вернее сказать, обусловленные интригой сказки, как и положено в сказке, оказались выраженными куда более рельефно. Сейчас мы убеждаемся в этом. Одновременно же мы (в который раз) убеждаемся и в том, что никакое «количество» абсолютно неразделимо с «качеством». Обе эти категории представляют собой отнюдь не автономные друг от друга начала, но разные стороны одного и того же.
Впрочем, здесь можно сделать и другое наблюдение. Рассматриваемый на приводимых примерах аспект математического действия закономерно вплетается в общий контекст физических законов сохранения. Заметим, что их всеобщность и обязательность таковы, что они вполне могут рассматриваться и как философские. Впрочем, многими исследователями они и принимаются в качестве таковых. Но если в силу действия этих законов в нашем мире бесследно не может исчезнуть ничто, то любые деформации, происходящие в системе «энергетический донор – движущееся тело» обязаны в полной мере компенсироваться какими-то изменениями в более широкой системе. Поэтому там, где «два плюс два» дают что-то отличное от «четырех», мы обязаны искать «недостающее» где-то вовне. Словом, в итоговый результат нашего сложения обязано войти абсолютно все, включая и те компенсирующие деформации, которые происходят в дальнем окружении слагаемых нами вещей. Мы уже приводили высказывание, когда-то звучавшее как аксиома: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Возвращаясь к этому красивому образу, можно сказать, что мы обязаны искать все изменения, происходящие в окружающем нас звездном мире, ибо только полная их сумма способна дать точный результат того действия, в итоге которого сплетается венок.
Таким образом, вне этого восходящего к самым широким обобщениям контекста осознать подлинное существо анализируемого нами «сложения» невозможно.
Но мы рассмотрели только первое из двух приведенных выше условий. Между тем второе, в свою очередь, наводит на серьезные размышления.
Мы сказали, что здесь предполагается строго однородное пространство. Можно, конечно, предположить, что оно и на самом деле именно такое. Интуитивное представление о таком однородном пространстве долгое время господствовало в сознании ученых, но только Ньютон впервые дал ему строгое определение. При этом Ньютон вынужден был различать абсолютное и относительное пространство.
Согласно его определению абсолютное – это какое-то особое начало, которое существует совершенно независимо от самого вещества Вселенной. Оно есть что-то вроде пустого «вместилища» всех составляющих ее материальных объектов, явлений и процессов. Абсолютное пространство совершенно неподвижно, непрерывно, однородно (то есть одинаково во всех своих точках) и изотропно (другими словами, одинаково по всем направлениям), проницаемо (другими словами, никак не воздействует на материю и само не подвергается никаким ее воздействиям) и бесконечно. Оно обладает только тремя измерениями.
Однако сложность состоит в том, что абсолютное пространство вследствие полной неразличимости всех своих составных частей принципиально ненаблюдаемо, а значит, и непознаваемо человеком. Оно не поддается даже простому измерению. Но если так, то, говоря философским языком, оно вообще не обладает никаким «количеством». А вот это уже вещь в высшей степени сомнительная: начало, не обладающее «количеством», – не только философский, но и физический нонсенс. Кроме того, здесь напрашивается и другой вопрос. Ведь если какое-то явление в принципе ненаблюдаемо нами, встают сильные сомнения в самом его существовании. Ведь в этом случае мы не в состоянии ни доказать, ни опровергнуть его наличие. Но если мы ни при каких обстоятельствах не можем доказать его наличие, почему нужно верить в его существование? Ведь даже вера в Бога, в значительной мере опирается на различного рода знамения, чудеса, наконец, на зафиксированное евангелистами земное служение Его Сына. Словом, на вещи, которые в той или иной системе менталитета могут рассматриваться как определенная доказательная база. Если бы не существовало всего этого, то, возможно, не существовало бы и самого феномена религиозной веры.
Может быть, именно поэтому сам Ньютон был вынужден отличать от абсолютного пространства относительное, которое сводится к протяженности и взаиморасположению материальных тел. Только оно поддается дифференциации, только оно поддается количественному измерению, только с его частями можно совершать какие-то математические действия. Следовательно, и предметом науки может быть только относительное пространство.
Если не считать Лейбница, который во многом вообще не принимал Ньютоновскую картину мира, и Канта, о взглядах которого на пространство здесь уже говорилось, серьезной критике ньютоновские представления были подвергнуты только Махом, австрийским физиком (1838-1916), оставившем глубокий след в развитии общих представлений о мире. В 1871 году он указал на то, что наши представления о пространстве, времени и движении мы получаем только через взаимодействие вещей друг с другом. Во всех наших представлениях об этих материях выражается глубочайшая и всеобщая их взаимосвязь и взаимозависимость. Понятия же абсолютного пространства и времени – это пустые метафизические понятия, «понятия-чудовища». Критика Махом классических понятий времени, пространства и движения стала очень важной в гносеологическом плане для Эйнштейна. Его анализ основополагающих понятий механики сыграл значительную роль в том направлении общего развития физики, которое вело к появлению теории относительности. Сам Эйнштейн в некрологе в 1916 году оценил Маха как предтечу теории относительности. Его «Механика» признавалась им как революционный труд.
Так что для решения каких-то практических задач мы обязаны обращаться вовсе не к абсолютному, но к относительному пространству. А вот оно даже по Ньютону вовсе не обязано быть строго однородным во всех своих областях, ведь уже для того, чтобы быть познаваемым, оно должно быть неодинаковым в разных своих точках.
В эйнштейновской же картине мира пространство тем более неоднородно, в зависимости от степени концентрации масс оно может быть значительно деформировано. Но если так, то любое перемещение – это всегда перемещение из области одних деформаций пространства в область каких-то других.
Есть ли у нас полная уверенность в том, что при таком перемещении с самим объектом не происходит решительно ничего? Категорически утверждать, как кажется, невозможно, здесь допустимо только строить гипотезы. А значит, и абсолютное соответствие предсказываемому «чистой» математикой результату, в свою очередь, может быть лишь гипотетическим .
Впрочем, вывод, который напрашивается здесь, состоит вовсе не в разрешении проблем пространства. Предмет нашего исследования вовсе не оно, методология научного познания – вот что рассматриваем мы здесь. Между тем наблюдение, которое сейчас делаем мы, имеет именно методологическую ценность. Оказывается та непритязательная математическая операция, о существе которой мы никогда не задумываемся, на деле требует глубокого осознания. Но главное состоит в том, что она оказывается в принципе непостижимой вне каких-то общих идей, касающихся устройства всего нашего мира, того большого Космоса, ничтожной частью которого является вся наша солнечная система. Мы явственно видим, что вне фундаментального контекста физических законов сохранения, вне тех или иных концепций мирового пространства не может быть осознано даже самое простенькое действие, которое усваивается нами еще в начальной школе. Таким образом, вывод гласит о том, что никакой результат познавательной деятельности не может быть понят до конца сам по себе, в отрыве от других. Полное постижение всеготого, что открывается нам, пусть это будет даже самая банальная истина, вроде той, которая исследуется здесь, достигается только в единой системе общих представлений о мире.
Между тем общие идеи, как правило, выходят за пределы «юрисдикции» любых частных научных дисциплин. Иными словами, если мы ограничиваем свое любопытство исключительно их контекстом, мы в конечном счете оказываемся не в состоянии понять до конца даже «подведомственные» им истины. Так что, нравится нам это или нет, только овладение «мета-контекстом» любого факта способно пролить на них свет. Без этого мы обречены скользить лишь по самой поверхности явлений. Подобное же скольжение – это еще не наука, даже если оно сертифицировано ученой степенью.
Впрочем, и мы затронули пока еще только самую поверхность явлений. Операция «сложения» не может быть ограничена одним только перемещением в пространстве. Ведь в математике мы рассматриваем сумму как некоторое новое единое синтетическое образование.
Уже упоминавшийся нами Иммануил Кант говорил, что науку интересуют в первую очередь синтетические суждения. Он отличал их от аналитических, то есть от таких, существо которых может быть «расчислено», или, как говорят на философском жаргоне, «дедуцировано» в ходе исследования каких-то общих начальных положений. На этом жаргоне «дедукция» – это и вывод каких-то конкретных следствий из общих теоретических посылок и просто синоним строгого безупречного «вычисления» всех тех результатов, которые вытекают из наблюдаемых нами фактов. Кстати, сам Шерлок Холмс понимает свой метод именно во втором, а отнюдь не в первом значении, ибо в действительности его метод куда ближе к индукции, поскольку к синтетическому результату он всякий раз восходит, суммируя анализ отдельных разрозненных фактов. Наука занимается только неизведанным, между тем вовсе не аналитические суждения содержат в себе главный интерес для нее. Конечно, и здесь кроется много еще неизвестного для науки, но в сущности все это неизвестное относится к такому роду, что его вычисление можно поручить и ученикам. Любое же синтетическое суждение (может быть, самым простейшим его примером как раз и является математическое сложение) всегда обнаруживает в себе принципиальную новизну, нечто такое, что ранее не содержалось ни в одном из слагаемых.
Это очень важный пункт, который никак не должен пройти мимо нашего внимания. Ведь если и в самом деле ни одно из «слагаемых» не содержало в себе того, что обнаруживается в результате, то ясно, что все новое может быть привнесено только самим действием объединения, самим синтезом. А следовательно, именно здесь должна скрываться самая глубокая тайна эвристики, именно на этом пункте должна сосредоточиваться творческая мысль подлинного исследователя.
Известно, что именно таким – выполненным в виде мысленного эксперимента – объединением был установлен один из важнейших законов механического движения. Здравый смысл, обыденное сознание, обывательская интуиция (можно называть это как угодно) подсказывали: тяжелое тело обязано падать быстрее, чем легкое. Но вот это поверхностное представление было подвергнуто строгому логическому анализу. Предположим, – сказал Галилей, – что тяжелые тела и в самом деле падают быстрее, чем легкие. Тогда, присоединив к какому-нибудь тяжелому телу более легкое, мы должны были бы замедлить его движение. Но суммарная масса объединенных в единую связку тяжелого и легкого тел больше, чем масса одного только тяжелого. А значит, как единое образование связке они обязаны падать быстрее, чем одно тяжелое. Но целостная система не может падать одновременно и быстрее и медленнее одного (тяжелого) ее элемента. Поэтому вывод, вытекающий из этого знаменитого мысленного эксперимента, однозначно гласил: скорость падения всех тел строго одинакова и не зависит от их собственного веса.
Таким образом, вопрос о том, «что такое плюс?», как оказывается, носит отнюдь не риторический характер, именно поэтому к тайне сложения на протяжении всей истории познания обращались лучшие умы человечества.
Если искать некий общий физический аналог этого математического объединяющего действия, нужно прежде всего обратиться именно к процессам синтеза.
Вот один из них – синтез атомных ядер.
Мы знаем, что сегодня массы ядер можно измерить с очень высокой точностью при помощи масс-спектрометра. При этом оказывается, что полная масса атомного ядра всегда меньше суммы масс всех составляющих его нуклонов. Этот результат, получивший в теории название «дефекта массы», объясняется на основе установленной Эйнштейном эквивалентности массы и энергии. Численно этот «дефект» равен разности между суммой масс всех нуклонов, содержащихся в ядре атома, и массой самого ядра. Дело в том, что в ядрах различных атомов частицы «упакованы» по-разному, их связывают количественно разные силы. Сегодня установлено, что силы притяжения, или, другими словами, энергия связи, которая удерживает вместе входящие в состав ядра протоны и нейтроны, очень интенсивны на расстояниях порядка 10–13 см и чрезвычайно быстро ослабевают с увеличением дистанции. Установлено также, что при переходе от одного элемента Периодической системы Менделеева к другому энергия связи меняется, поэтому для отделения одной частицы от остальных требуется различные усилия.
Превращение одних элементов в другие путем деления тяжелых ядер или соединения легких в более тяжелые приводят к изменению энергии связи. При этих процессах масса получившихся ядер снова оказывается меньше исходных элементов. Ядра наиболее тяжелых атомов, которые стоят в конце Периодической системы, менее устойчивы, чем ядра элементов, расположенных в ее середине. Поэтому их удается расщепить, в результате чего образуются элементы с меньшими атомными весами. В свою очередь, ядра атомов, расположенных на противоположном полюсе системы элементов, выигрывают в устойчивости при их слиянии в более тяжелые. В том и в другом случае, то есть и при делении тяжелых, и при синтезе легких выделяется огромное количество энергии. Так, например, исследования показали, что «дефекту массы», равному 1 атомной единице массы (1/12 части массы изотопа углерода с массовым числом 12), отвечает энергия связи ядра, равная 931, 5037 МэВ.
Но, повторим, силы, которые связывают атомное ядро, действуют лишь на очень незначительных расстояниях. Между тем, кроме них, положительно заряженные протоны создают электростатические силы отталкивания. Радиус действия электростатических сил гораздо больше, чем у ядерных, поэтому они начинают преобладать, когда ядра удалены друг от друга.
В нормальных условиях кинетическая энергия ядер легких атомов слишком мала для того, чтобы, преодолев электростатическое отталкивание, они могли сблизиться и вступить в ядерную реакцию. Однако отталкивание можно преодолеть «грубой» силой, например сталкивая ядра, обладающие высокой относительной скоростью. Дж. Кокрофт и Э. Уолтон использовали этот принцип в своих экспериментах, проводившихся в 1932 в Кавендишской лаборатории (Кембридж, Великобритания). Облучая литиевую мишень ускоренными в электрическом поле протонами, они наблюдали взаимодействие протонов с ядрами лития. С тех пор изучено большое число подобных реакций.