Татьяна Добрусина - Сверхновая американская фантастика, 1994 № 05

Представьте себе объект, находящийся в полном покое с движением равным нулю. Вдруг он взрывается, и части его летят во всех направлениях. Каждая часть имеет движение не равное нулю, но если движения всех частей суммировать век-торно, то окажется, что сумма движения равна нулю.

Сохраняется не количество движения каждой части системы, а количество движения самой системы.

Когда мы говорим о сохранении любого вещества, мы должны иметь в виду «закрытую систему», такую, где вещество не проникает внутрь извне и не вытекает наружу.

Давайте представим бильярдные шары, двигающиеся по безграничной поверхности, сталкивающиеся и отскакивающие, а затем представим эту же поверхность, как закрытую систему, и не будем принимать во внимание трение.

Но бильярдный стол — это предмет, имеющий бортик. Представим себе бильярдный шар, ударяющихся прямо о бортик стола и, отскочивши, двигающийся по своему следу с той же скоростью, которую он имел до столкновения. В этом случае (+mv) превращается в (-mv) и, казалось бы, количество движения не сохраняется.

Но это не так, потому что бильярдный стол сам является частью системы, и когда бильярдный шар ударяется о бортик и отскакивает, стол так же отскакивает в противоположном направлении. Более того, бильярдный стол прикреплен (силой трения и, возможно, чем-то еще) к Земле, то есть отскакивает целая планета.

Так как Земля имеет массу в тысячи триллионов раз больше, чем бильярдный шар, планета вращается со скоростью в тысячи триллионов раз меньшей, чем бильярдный шар — и эта скорость практически неизмерима, но она существует. Люди об этом обычно не задумываются. Нам не приходит в голову, что Земля реагирует на движение бильярдных шаров.

Возможно, что первой мыслью того, кто об этом услышит (я постоянно об этом думаю), будет мысль о том, что если множество бильярдных шаров отскочат в одном направлении, движение Земли в космосе будет постепенно подвергаться воздействию.

Бильярдный шар ударяется о край стола и отскакивает. После этого мы останавливаем его рукой, скажем так. Это мгновенно изменяет его движение, и движение Земли так же изменяется. Бильярдный шар может претерпевать все виды движения, столкновений и отскоков, и Земля будет неотвратимо следовать за ним. Наконец бильярдный шар, который изначально был неподвижен, опять станет неподвижным и приобретет изначальное нулевое движение. То же самое произойдет и с Землей.

Сюда же можно отнести движение пушечных ядер, взрывы атомных бомб, сход снежных лавин, нарастание и таяние полярных льдов и тому подобное. В целом, движение Земли в течение долгого времени не может измениться, несмотря на разнообразные влияния внутри Земли, то есть ее движение продолжается с волшебным постоянством, испытывая при этом толчки и влияния извне.

Закон Уоллиса о сохранении количества движения был первым из величайших законов сохранения, и в течение почти трех с половиной веков напряженных исследований не было замечено ни одного исключения.

Законы сохранения, несомненно, являются просто обобщениями, которые имеют собственную сущность. Всегда остается вероятность того, что при определенных неожиданных обстоятельствах, они могут быть нарушены. Тем не менее подобные обстоятельства еще никогда не были замечены в связи с законом сохранения движения, и вы не встретите ни одного ученого, рискнувшего поверить, что закон сохранения движения может быть нарушен.

Подобный закон сохранения движения существует относительно предметов, которые вращаются, а не двигаются по прямой. Вращающиеся объекты демонстрируют «закон сохранения момента углового движения».

Угловое движение также векторная величина и может существовать в других противоположных направлениях, по часовой стрелке и против. Два предмета, вращающиеся в противоположных направлениях, могут зацепиться, и вращение полностью остановится. Опять же, предмет с нулевым угловым движением при взрыве может распасться на кусочки, каждый из которых будет вращаться, но все угловые моменты, если их приплюсовать, будут равны нулю.

Простое и угловое движение настолько похожи в некоторых параметрах, что уместно подумать о превращении одного в другое. Оказывается, это невозможно. Эти два явления существуют независимо друг от друга.

Может показаться, что это не так. По крайней мере, если лошадь тянет повозку и сообщает ей движение, колеса начинают вращаться так, что тяга создает угловое движение. Так же быстрое вращение мотора автомобиля вызывает вращение колес, которые, в свою очередь, заставляют машину двигаться по прямой с большой скоростью.

Это, тем не менее, результат сил трения. Лошадь, тянущая повозку, толкает ее против движения Земли, которая производит равное движение в противоположном направлении. Вращение колес означает, что угловое движение Земли эквивалентно изменилось в противоположном направлении.

Все будет происходить совершенно иначе, если не будет трения. Представьте себе неподвижную машину на совершенно гладкой поверхности льда. Вы включите мотор, колеса начнут вращаться, но машина не сдвинется с места. Это невозможно, если нет трения. Точно так же и лошадь не сдвинет повозку, если ее копыта будут бесполезно скользить по льду.

В таком случае, возможно ли движение при полном отсутствии трения?

Конечно, да. Объект, находящийся в открытом космосе, при взрыве разлетается на части, двигающиеся во всех направлениях и вращающиеся также во всех направлениях. Сумма движения после взрыва, тем не менее, будет той же, что и до взрыва; и это так же верно для углового движения.

Но, предположим, у вас нет желания лететь во всех направлениях сразу, а вы имеете летательный аппарат, который должен двигаться в космосе в определенном направлении, и вы хотите, чтобы он стартовал, находясь в неподвижном состоянии. В этом случае, как считает Ньютон, есть только один путь: заставить часть механизма двигаться в одном направлении, чтобы оставшаяся часть двигалась в противоположном желаемом направлении. Только так можно добиться, чтобы механизм сохранял движение.

Вообразите себя в больших санях, находящихся на скользкой льдине, и у вас в санях есть груда кирпичей. Если вы бросите кирпич в направлении противоположном тому, в котором вы бы хотели двигаться, сани в тот же момент двинутся в желаемом направлении. При отсутствии трения скорость саней будет неограниченной. Если вы будете продолжать бросать кирпичи в том же направлении, сани будут набирать скорость с каждым броском и, в конце концов, начнут двигаться очень быстро. То же самое происходит в космосе. Горючее, сгорая в космическом корабле, выделяет раскаленный газ, который под давлением бьет струей в одном направлении, заставляя космический корабль двигаться в противоположном.