Страница:
Откуда мы знаем, что вместе они должны составить цельную картинку? Полной
уверенности нет, и это нас несколько беспокоит. Но то, что у многих кубиков
есть нечто общее, вселяет надежду. На всех нарисовано голубое небо, все
сделаны из дерева одного сорта. Все физические законы подчинены одним и тем
же законам сохранения (Р. Фейнман, Характер физических законов).
Исторически осознание закона сохранения энергии в столь общей форме
происходило очень трудно. Безусловно, не случайным является то
обстоятельство, что никто из "авторов" закона сохранения энергии не был
профессиональным физиком: Юлиус Роберт Майер (1814-1878) был врачом, Джемс
Прескотт Джоуль (1818-1889) - владельцем пивоваренного завода и
ученым-любителем, Герман Гельмгольц (1821-1894), внесший большой вклад в ряд
разделов физики, механики и математики, все-таки прежде всего был
физиологом. Майер пришел к этому закону (1841) исходя из чисто медицинских
наблюдений (над изменением цвета крови у людей в тропиках):
Производя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер
заметил, что "кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой
необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что попал на
артерию". Он сделал отсюда вывод, что "температурная разница между
собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в
количественном отношении с разницей в цвете обоих видов крови, т.е.
артериальной и венозной... Эта разница в цвете является выражением размера
потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме"
(П.С. Кудрявцев, Курс истории физики, М., Просвещение, 1982, с. 201).
В истории западной науки после Ньютона случай открытия закона физики
исходя из наблюдения над человеческим организмом является беспрецедентным.
Несмотря на то, что Майер сформулировал свои результаты во вполне
конструктивной для физиков того времени форме (в частности, он первым
определил из измерений теплоемкости газов механический эквивалент теплоты),
ему так и не удалось опубликовать свои результаты в физических журналах. Они
были обнародованы в немецком фармакологическом журнале и в брошюре, изданной
Майером за свой счет. Последующая жизнь Майера была очень тяжелой
(постоянная травля со стороны "научного сообщества", заключение в
сумасшедший дом, попытка самоубийства, после которой он остался на всю жизнь
хромым). Джоуль выполнил впоследствии (независимо от работ Майера)
систематические экспериментальные исследования, основываясь на открытом им
явлении нагревания проводников при пропускании электрического тока. Наконец,
Гельмгольц дал наиболее детальный и систематический вывод закона сохранения
энергии, рассмотрев, в частности, статические гравитационные, электрические
и магнитные поля. Однако даже его работа, написанная вполне традиционно для
физики и математики середины XIX в., была отвергнута физическими журналами и
вышла в 1847 г. отдельной брошюрой. Мы останавливаемся на этих подробностях,
чтобы подчеркнуть, что не только неуместное "философствование" (в духе,
скажем, средневековой инквизиции или "марксистских" идеологов советского
периода), но и принципиальное отрицание любых широких обобщений в науке
может быть тормозом в ее развитии и даже приводить к личным трагедиям (жизнь
Майера). Впрочем, к концу XIX века закон сохранения энергии был уже
общепризнанным, получив статус первого начала термодинамики. Открытие
энергии электромагнитного поля и эквивалентности масса-энергия в теории
относительности Эйнштейна окончательно укрепили физиков в мысли о
фундаментальном характере этого закона.
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 о существовании новой элементарной частицы -
нейтрино - спасла закон сохранения энергии. Детальная теория бета-распада,
разработанная на основании идеи Паули крупнейшим итальянским физиком Э.
Ферми и предполагающая строгое сохранение энергии в этом процессе, блестяще
подтверждена всей совокупностью имеющихся экспериментальных данных. Таким
образом, в настоящее время закон сохранения энергии рассматривается как один
из самых фундаментальных законов физики. Материалы поучительной дискуссии,
состоявшейся в 30-е годы по этому вопросу между выдающимися советскими
физиками-теоретиками М.П. Бронштейном и С.П. Шубиным (оба погибли в годы
сталинского террора), содержатся в сб.: С.П. Шубин, Избранные труды по
теоретической физике. Очерк жизни. Воспоминания. Статьи (Свердловск, Наука,
1991).
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 значение энергии, просто для измерения его требуется
достаточно большой промежуток времени. Нестабильная частица действительно не
имеет строго определенной энергии; разброс в значениях ее энергии обратно
пропорционален времени жизни этой частицы. Важно, однако, подчеркнуть, что
если мы рассматриваем процесс, происходящий в ограниченной области
пространства в ограниченный промежуток времени (в пределе - здесь и сейчас),
законы сохранения для такого процесса выполняться не будут. С этим связано
важнейшее для современной физики понятие виртуальных частиц. Пусть,
например, некая частица (для определенности, протон) родила из вакуума
другую частицу (для определенности, пи-мезон). Так как последняя обладает
массой, и, следовательно, энергией покоя, то такой процесс нарушает закон
сохранения энергии. Если этот пи-мезон будет поглощен другим протоном через
достаточно короткий промежуток времени (определяемый соотношением
неопределенности), то это нарушение допустимо и возможно. Такой процесс
лежит в основе мезонной теории ядерных сил, предложенной японским физиком Х.
Юкавой. Сейчас она заменена более изощренными схемами с участием кварков и
переносчиков взаимодействия между ними - глюонов, но общая идея Юкавы
остается совершенно правильной. При этом обмен массивными виртуальными
частицами может происходить лишь на малых расстояниях. Дальнодействующие же
силы - электромагнитные и гравитационные - с этой точки зрения могут
рассматриваться как обмен безмассовыми (движущимися со скоростью света)
частицами - соответственно, фотонами и гравитонами.
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).
На самом тривиальном уровне, аналогом закона сохранения энергии
применительно к человеку являются утверждения, что "из ничего и выйдет
ничего" и "за все нужно платить". Для более детального феноменологического
описания явлений, связанных с человеком, часто используется понятие кармы
(действия, "энергии [совокупных] действий живых существ", см. гл.3,6), в
некотором смысле обобщающее понятие энергии.
Закон кармы... есть закон сохранения моральной энергии (С.
Радхакришнан, Индийская философия).
Именно под власть кармы попадают все, пускающиеся в небезопасные
"оккультные" опыты, сопровождаемые "бесплатными" (в смысле физических
законов) чудесами. Разумеется, ни о какой формализации, количественном
"подсчете заслуг и грехов" речи все-таки быть не может - закон кармы гораздо
более сложен и по-разному проявляется на разных уровнях.
Понятие энергии в философии христианства в значительной степени
основано на учении Аристотеля, который обозначал им актуальность вещи в
отличие от ее потенциального бытия.
Энергия есть естественная сила, которою изъясняется каждая сущность.
Энергия есть естественная и первая вечно движущаяся сила разумной души, то
есть, вечно движущийся ее разум, естественным образом из нее изливающийся
(Иоанн Дамаскин, Точное изложение православной веры).
При этом "учители Церкви дословно говорят, что только небытие лишено
энергии" (Соборное определение 1351 г. против Варлаама и Акиндина). Григорий
Палама (см. гл.5) постулировал различие сущности и энергий Бога ("энергия
есть сам Бог, Бог же не есть его энергия"):
Впрочем славу и сияние даже в тварной природе никогда не назовешь
сущностью; как же тогда можно считать божественную славу сущностью Бога, -
Бога, Который, будучи неприобщаем, невидим, неосязаем, по сверхсущей силе
делается приобщаем, доступен, явен и в созерцании становится един дух (1
Кор.6:17) с чистыми сердцем (Гр. Палама, Триады, 2.3.66).
Приведем концентрированное изложение сути паламитских взглядов у А.Ф.
Лосева:
Энергия, рассуждали паламиты, не вносит в Божество никакого разделения,
или рассечения, ибо сущность остается сама по себе как бы носительницей этих
энергий. Переходя к твари и освящая ее, она сама отнюдь не становится
тварью, но продолжает быть неотделимой от Бога, т.е. самим Богом. Имя "Бог",
говорили они, должно быть прилагаемо не только к сущности Божией, но и к Его
энергиям. Всякая энергия и все энергии вместе суть сам Бог, хотя Бог и не
есть Его энергия, ни какая-нибудь одна, ни все взятые вместе. Получался у
исихастов, таким образом, целый ряд антиномий, и среди них, прежде всего,
антиномия существа и энергии, а затем антиномия энергии Божией и твари.
Существо - нераздельно, непознаваемо, нерасчленимо; энергии раздельны,
расчленяемы, сообщимы. Существо как таковое - не-энергийно, не проявляется,
не сообщается; существо как данное в своих энергиях энергийно, проявляется,
сообщается. Существо Божие есть Бог сам; энергия существа неотделима от
самого существа; след., энергия Божия есть сам Бог. Но, с другой стороны,
Бог сам в себе отличен от Своих энергий; и, значит, Бог не есть Его
энергия... Человек - тварь; след., он - не Бог по существу и не может стать
таковым. Но человеку сообщима энергия Божия, которая есть сам Бог.
Следовательно, человек есть бог - уже по причастию, стало быть, и по
благодати, а не по сущности, и - может, должен стать им, т.е. энергийно
стать, неотлично отождествиться с ним по смыслу, имея единственное отличие
от него - по сущности, по субстанции, по факту, по бытию (А. Ф. Лосев,
Очерки античного символизма и мифологии, М., Мысль, 1993, с. 866).
Проблема трансцендентности и имманентности Бога решается в православии
именно на основе положения об этом различии - энергии и сущности Бога. Хотя
учение Паламы было закреплено догматически, паламитские споры продолжались
еще долгое время и остались незавершенными после падения Византии; интерес к
ним сохраняется до сих пор (см. книгу "Синергия").
Положения, до некоторой степени аналогичные православному учению о
божественных энергиях, легко найти и в других традициях:
Как от костра, сложенного на земле и ограниченного костровищем,
рассеивается свет, так же и вся вселенная - это рассеянная энергия великого
Брахмана. И как различен - более или менее - свет, рассеиваясь дальше или
ближе от костра, - такие же различия есть в энергии безличного Брахмана.
Брахма, Вишну и Шива - это его основные энергии. Им подчиняются божества,
божествам подчиняются якши, якшам подчиняются люди скот, дикие птицы и
рептилии, а деревья и растения - это младшие из энергий (Вишну Пурана 1.22).
Энергия Бога есть его Воля; его сущность состоит в желании того, чтобы
мир был; ибо Бог-Отец-Благо есть не что иное, как существование всех вещей,
даже тогда, когда их еще нет (Герметический свод, Ключ, 19).
Впрочем, "детали" здесь чрезвычайно существенны: то или иное понимание
природы Божественных энергий напрямую влияет на духовную (молитвенную)
практику. Дальнейшее рассмотрение этих трудных и важных вопросов безусловно
выходит за рамки этой книги.
Во многим традициях энергия и сила символически связываются с женским
аспектом (см. обсуждение в книге Т. Шипфлингера "София-Мария. Целостный
образ творения", М., 1997). Эта тема нашла отражение и в художественной
литературе:
- А нет ли у тебя средство сделать Герду всесильной?
- Сильнее, чем она есть, я не могу ее сделать. Неужто ты сам не видишь,
как велика ее сила? Подумай, ведь ей служат и люди, и животные! (Г.Х.
Андерсен, Снежная королева)
- Наша, женская сила с виду вроде как слабее, меньше, чем у них, -
сказала тетушка Мох. - Зато она куда глубже. Она как бы вся из одних корней.
Как старый кустик черники. А сила волшебника похожа на высокую ель, самую
высокую в округе, мощную - да только во время бури самые высокие деревья как
раз и ломаются. А вот кустик черники сломать не так-то просто (У. Ле Гуин,
Техану).
В иудаизме Шехина - одно из имен Бога, выражающее его присутствие в
мире (неопалимая купина, огненный столп, облако на горе Синай, ковчег, храм
- после его разрушения Шехина удаляется в изгнание). В индуистской и
буддийской тантре праджня (мудрость) тесно связана с понятием энергии. Шакти
- творческая энергия божества, супруга (женская ипостась) бога Шивы -
включает аспекты мудрости, силы, гармонии и совершенства:
Шакти есть корень всего существующего. Именно из нее появляются
вселенные, и именно она поддерживает их; и в конце времени именно в нее
снова вольются все миры (Тантра-таттва).
То, что есть Абсолют (Ниргуна), безличный и выше всех атрибутов, есть
то же самое, что личный Бог, обладающий всеми атрибутами и божественными
качествами. И вместе с тем Абсолютный Брахман неразделен от Божественной
Энергии (Шакти). Термин "Брахман" относится к тому аспекту Божества, который
безличен и стоит выше всякой деятельности. Но когда мы начинаем думать о
Нем, как о созидающем, сохраняющем и разрушающем все явления, тогда мы
называем Его Личным Богом Божественной Матери или Кали. В действительности
нет различия между "Брахманом" или безличным Абсолютом и "Шакти" или
Божественной Матерью. Брахман и Шакти представляют собой одно и то же, как
огонь и его сжигающая сила. Как под словом огонь мы подразумеваем его
способность сжигать, так, говоря о горении, мы знаем, что говорим об огне.
Постигая одно, мы постигаем другое (Провозвестие Рамакришны).
Это не означает, что какая-то маленькая часть Бога отделяется от Него и
уверенности нет, и это нас несколько беспокоит. Но то, что у многих кубиков
есть нечто общее, вселяет надежду. На всех нарисовано голубое небо, все
сделаны из дерева одного сорта. Все физические законы подчинены одним и тем
же законам сохранения (Р. Фейнман, Характер физических законов).
Исторически осознание закона сохранения энергии в столь общей форме
происходило очень трудно. Безусловно, не случайным является то
обстоятельство, что никто из "авторов" закона сохранения энергии не был
профессиональным физиком: Юлиус Роберт Майер (1814-1878) был врачом, Джемс
Прескотт Джоуль (1818-1889) - владельцем пивоваренного завода и
ученым-любителем, Герман Гельмгольц (1821-1894), внесший большой вклад в ряд
разделов физики, механики и математики, все-таки прежде всего был
физиологом. Майер пришел к этому закону (1841) исходя из чисто медицинских
наблюдений (над изменением цвета крови у людей в тропиках):
Производя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер
заметил, что "кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой
необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что попал на
артерию". Он сделал отсюда вывод, что "температурная разница между
собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в
количественном отношении с разницей в цвете обоих видов крови, т.е.
артериальной и венозной... Эта разница в цвете является выражением размера
потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме"
(П.С. Кудрявцев, Курс истории физики, М., Просвещение, 1982, с. 201).
В истории западной науки после Ньютона случай открытия закона физики
исходя из наблюдения над человеческим организмом является беспрецедентным.
Несмотря на то, что Майер сформулировал свои результаты во вполне
конструктивной для физиков того времени форме (в частности, он первым
определил из измерений теплоемкости газов механический эквивалент теплоты),
ему так и не удалось опубликовать свои результаты в физических журналах. Они
были обнародованы в немецком фармакологическом журнале и в брошюре, изданной
Майером за свой счет. Последующая жизнь Майера была очень тяжелой
(постоянная травля со стороны "научного сообщества", заключение в
сумасшедший дом, попытка самоубийства, после которой он остался на всю жизнь
хромым). Джоуль выполнил впоследствии (независимо от работ Майера)
систематические экспериментальные исследования, основываясь на открытом им
явлении нагревания проводников при пропускании электрического тока. Наконец,
Гельмгольц дал наиболее детальный и систематический вывод закона сохранения
энергии, рассмотрев, в частности, статические гравитационные, электрические
и магнитные поля. Однако даже его работа, написанная вполне традиционно для
физики и математики середины XIX в., была отвергнута физическими журналами и
вышла в 1847 г. отдельной брошюрой. Мы останавливаемся на этих подробностях,
чтобы подчеркнуть, что не только неуместное "философствование" (в духе,
скажем, средневековой инквизиции или "марксистских" идеологов советского
периода), но и принципиальное отрицание любых широких обобщений в науке
может быть тормозом в ее развитии и даже приводить к личным трагедиям (жизнь
Майера). Впрочем, к концу XIX века закон сохранения энергии был уже
общепризнанным, получив статус первого начала термодинамики. Открытие
энергии электромагнитного поля и эквивалентности масса-энергия в теории
относительности Эйнштейна окончательно укрепили физиков в мысли о
фундаментальном характере этого закона.
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 о существовании новой элементарной частицы -
нейтрино - спасла закон сохранения энергии. Детальная теория бета-распада,
разработанная на основании идеи Паули крупнейшим итальянским физиком Э.
Ферми и предполагающая строгое сохранение энергии в этом процессе, блестяще
подтверждена всей совокупностью имеющихся экспериментальных данных. Таким
образом, в настоящее время закон сохранения энергии рассматривается как один
из самых фундаментальных законов физики. Материалы поучительной дискуссии,
состоявшейся в 30-е годы по этому вопросу между выдающимися советскими
физиками-теоретиками М.П. Бронштейном и С.П. Шубиным (оба погибли в годы
сталинского террора), содержатся в сб.: С.П. Шубин, Избранные труды по
теоретической физике. Очерк жизни. Воспоминания. Статьи (Свердловск, Наука,
1991).
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 значение энергии, просто для измерения его требуется
достаточно большой промежуток времени. Нестабильная частица действительно не
имеет строго определенной энергии; разброс в значениях ее энергии обратно
пропорционален времени жизни этой частицы. Важно, однако, подчеркнуть, что
если мы рассматриваем процесс, происходящий в ограниченной области
пространства в ограниченный промежуток времени (в пределе - здесь и сейчас),
законы сохранения для такого процесса выполняться не будут. С этим связано
важнейшее для современной физики понятие виртуальных частиц. Пусть,
например, некая частица (для определенности, протон) родила из вакуума
другую частицу (для определенности, пи-мезон). Так как последняя обладает
массой, и, следовательно, энергией покоя, то такой процесс нарушает закон
сохранения энергии. Если этот пи-мезон будет поглощен другим протоном через
достаточно короткий промежуток времени (определяемый соотношением
неопределенности), то это нарушение допустимо и возможно. Такой процесс
лежит в основе мезонной теории ядерных сил, предложенной японским физиком Х.
Юкавой. Сейчас она заменена более изощренными схемами с участием кварков и
переносчиков взаимодействия между ними - глюонов, но общая идея Юкавы
остается совершенно правильной. При этом обмен массивными виртуальными
частицами может происходить лишь на малых расстояниях. Дальнодействующие же
силы - электромагнитные и гравитационные - с этой точки зрения могут
рассматриваться как обмен безмассовыми (движущимися со скоростью света)
частицами - соответственно, фотонами и гравитонами.
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).
На самом тривиальном уровне, аналогом закона сохранения энергии
применительно к человеку являются утверждения, что "из ничего и выйдет
ничего" и "за все нужно платить". Для более детального феноменологического
описания явлений, связанных с человеком, часто используется понятие кармы
(действия, "энергии [совокупных] действий живых существ", см. гл.3,6), в
некотором смысле обобщающее понятие энергии.
Закон кармы... есть закон сохранения моральной энергии (С.
Радхакришнан, Индийская философия).
Именно под власть кармы попадают все, пускающиеся в небезопасные
"оккультные" опыты, сопровождаемые "бесплатными" (в смысле физических
законов) чудесами. Разумеется, ни о какой формализации, количественном
"подсчете заслуг и грехов" речи все-таки быть не может - закон кармы гораздо
более сложен и по-разному проявляется на разных уровнях.
Понятие энергии в философии христианства в значительной степени
основано на учении Аристотеля, который обозначал им актуальность вещи в
отличие от ее потенциального бытия.
Энергия есть естественная сила, которою изъясняется каждая сущность.
Энергия есть естественная и первая вечно движущаяся сила разумной души, то
есть, вечно движущийся ее разум, естественным образом из нее изливающийся
(Иоанн Дамаскин, Точное изложение православной веры).
При этом "учители Церкви дословно говорят, что только небытие лишено
энергии" (Соборное определение 1351 г. против Варлаама и Акиндина). Григорий
Палама (см. гл.5) постулировал различие сущности и энергий Бога ("энергия
есть сам Бог, Бог же не есть его энергия"):
Впрочем славу и сияние даже в тварной природе никогда не назовешь
сущностью; как же тогда можно считать божественную славу сущностью Бога, -
Бога, Который, будучи неприобщаем, невидим, неосязаем, по сверхсущей силе
делается приобщаем, доступен, явен и в созерцании становится един дух (1
Кор.6:17) с чистыми сердцем (Гр. Палама, Триады, 2.3.66).
Приведем концентрированное изложение сути паламитских взглядов у А.Ф.
Лосева:
Энергия, рассуждали паламиты, не вносит в Божество никакого разделения,
или рассечения, ибо сущность остается сама по себе как бы носительницей этих
энергий. Переходя к твари и освящая ее, она сама отнюдь не становится
тварью, но продолжает быть неотделимой от Бога, т.е. самим Богом. Имя "Бог",
говорили они, должно быть прилагаемо не только к сущности Божией, но и к Его
энергиям. Всякая энергия и все энергии вместе суть сам Бог, хотя Бог и не
есть Его энергия, ни какая-нибудь одна, ни все взятые вместе. Получался у
исихастов, таким образом, целый ряд антиномий, и среди них, прежде всего,
антиномия существа и энергии, а затем антиномия энергии Божией и твари.
Существо - нераздельно, непознаваемо, нерасчленимо; энергии раздельны,
расчленяемы, сообщимы. Существо как таковое - не-энергийно, не проявляется,
не сообщается; существо как данное в своих энергиях энергийно, проявляется,
сообщается. Существо Божие есть Бог сам; энергия существа неотделима от
самого существа; след., энергия Божия есть сам Бог. Но, с другой стороны,
Бог сам в себе отличен от Своих энергий; и, значит, Бог не есть Его
энергия... Человек - тварь; след., он - не Бог по существу и не может стать
таковым. Но человеку сообщима энергия Божия, которая есть сам Бог.
Следовательно, человек есть бог - уже по причастию, стало быть, и по
благодати, а не по сущности, и - может, должен стать им, т.е. энергийно
стать, неотлично отождествиться с ним по смыслу, имея единственное отличие
от него - по сущности, по субстанции, по факту, по бытию (А. Ф. Лосев,
Очерки античного символизма и мифологии, М., Мысль, 1993, с. 866).
Проблема трансцендентности и имманентности Бога решается в православии
именно на основе положения об этом различии - энергии и сущности Бога. Хотя
учение Паламы было закреплено догматически, паламитские споры продолжались
еще долгое время и остались незавершенными после падения Византии; интерес к
ним сохраняется до сих пор (см. книгу "Синергия").
Положения, до некоторой степени аналогичные православному учению о
божественных энергиях, легко найти и в других традициях:
Как от костра, сложенного на земле и ограниченного костровищем,
рассеивается свет, так же и вся вселенная - это рассеянная энергия великого
Брахмана. И как различен - более или менее - свет, рассеиваясь дальше или
ближе от костра, - такие же различия есть в энергии безличного Брахмана.
Брахма, Вишну и Шива - это его основные энергии. Им подчиняются божества,
божествам подчиняются якши, якшам подчиняются люди скот, дикие птицы и
рептилии, а деревья и растения - это младшие из энергий (Вишну Пурана 1.22).
Энергия Бога есть его Воля; его сущность состоит в желании того, чтобы
мир был; ибо Бог-Отец-Благо есть не что иное, как существование всех вещей,
даже тогда, когда их еще нет (Герметический свод, Ключ, 19).
Впрочем, "детали" здесь чрезвычайно существенны: то или иное понимание
природы Божественных энергий напрямую влияет на духовную (молитвенную)
практику. Дальнейшее рассмотрение этих трудных и важных вопросов безусловно
выходит за рамки этой книги.
Во многим традициях энергия и сила символически связываются с женским
аспектом (см. обсуждение в книге Т. Шипфлингера "София-Мария. Целостный
образ творения", М., 1997). Эта тема нашла отражение и в художественной
литературе:
- А нет ли у тебя средство сделать Герду всесильной?
- Сильнее, чем она есть, я не могу ее сделать. Неужто ты сам не видишь,
как велика ее сила? Подумай, ведь ей служат и люди, и животные! (Г.Х.
Андерсен, Снежная королева)
- Наша, женская сила с виду вроде как слабее, меньше, чем у них, -
сказала тетушка Мох. - Зато она куда глубже. Она как бы вся из одних корней.
Как старый кустик черники. А сила волшебника похожа на высокую ель, самую
высокую в округе, мощную - да только во время бури самые высокие деревья как
раз и ломаются. А вот кустик черники сломать не так-то просто (У. Ле Гуин,
Техану).
В иудаизме Шехина - одно из имен Бога, выражающее его присутствие в
мире (неопалимая купина, огненный столп, облако на горе Синай, ковчег, храм
- после его разрушения Шехина удаляется в изгнание). В индуистской и
буддийской тантре праджня (мудрость) тесно связана с понятием энергии. Шакти
- творческая энергия божества, супруга (женская ипостась) бога Шивы -
включает аспекты мудрости, силы, гармонии и совершенства:
Шакти есть корень всего существующего. Именно из нее появляются
вселенные, и именно она поддерживает их; и в конце времени именно в нее
снова вольются все миры (Тантра-таттва).
То, что есть Абсолют (Ниргуна), безличный и выше всех атрибутов, есть
то же самое, что личный Бог, обладающий всеми атрибутами и божественными
качествами. И вместе с тем Абсолютный Брахман неразделен от Божественной
Энергии (Шакти). Термин "Брахман" относится к тому аспекту Божества, который
безличен и стоит выше всякой деятельности. Но когда мы начинаем думать о
Нем, как о созидающем, сохраняющем и разрушающем все явления, тогда мы
называем Его Личным Богом Божественной Матери или Кали. В действительности
нет различия между "Брахманом" или безличным Абсолютом и "Шакти" или
Божественной Матерью. Брахман и Шакти представляют собой одно и то же, как
огонь и его сжигающая сила. Как под словом огонь мы подразумеваем его
способность сжигать, так, говоря о горении, мы знаем, что говорим об огне.
Постигая одно, мы постигаем другое (Провозвестие Рамакришны).
Это не означает, что какая-то маленькая часть Бога отделяется от Него и