Татьяна Добрусина - Сверхновая американская фантастика, 1994 № 05

Когда американский физик Роберт Хачингс Годарт (1882–1945 гг.) пытался запустить в атмосферу маленькие ракеты на спиртовом топливе, желая достичь Луны, он подвергся резкой критике в передовой статье в «The New York Times». В этой статье, ставшей знаменитой, говорилось, как глупо со стороны Годар да не знать того, что хорошо известно каждому старшекласснику: движение невозможно, если не от чего отталкиваться.

Автор статьи признавал огромное значение сил трения, но, увы, он, очевидно, не был знаком с законом сохранения движения, то есть с третьим законом Ньютона.

Принцип ракеты, заключающийся в том, что одну часть системы необходимо заставить двигаться в одном направлении, чтобы другая могла двигаться в противоположном, казался тогда неэкономичным. Космический корабль должен иметь на борту огромное количество горючего, чтобы лететь, и казалось естественным подумать о каких-то иных способах.

Возможно ли каким-либо образом обратить угловое движение в простое движение? Что произойдет, если попытаться заставить колесо вращаться в космическом корабле и преобразовать это вращательное движение в движение космического корабля по прямой. Использование вращения колеса в космическом корабле казалось гораздо эффективнее, чем трата многих тонн бьющего струей горючего.

В 1960-х годах джентльмен по фамилии Дин (я не знаю его полного имени) претендовал на изобретение схемы, в которой угловое движение преобразовывалось, по крайней мере частично, в обычное движение. Если бы ему удалось привести его колесную конструкцию во вращательное движение, она бы, при правильной ориентации, стала двигаться вверх. Ему удалось доказать это с помощью весов. Вес системы уменьшался при вращении колеса, так как она имела тенденцию подниматься вверх. В некотором смысле это мог быть эффект антигравитации, который бы выводил космические корабли в открытый космос более эффективно, чем принцип ракеты.

Это явление привлекло внимание писателей, работающих в области научного вымысла, в том числе и известного редактора журнала «Analog» У. Кэмпбела Дж., который увлекался областью пограничных исследований и, в частности, «конструкцией Дина». Он поверил в нее и всячески способствовал публикации материала.

В вопросах науки я жесткий консерватор, и для меня преобразование углового движения в обычное примерно то же самое, что поиски лампы Аладдина в мусорном ящике. Я не могу поверить, что «конструкция Дина» представляет интерес, и в этом меня поддерживают многие писатели-фантасты, имеющие научную подготовку.

Но ничто не могло остановить Кэмпбела. Он был уверен, что ученые склонны усложнять научные направления до такой степени, что становятся слепы ко всему, что нарушает их укоренившиеся предрассудки.

Конечно, нельзя сказать, что Джон был совсем неправ. Известно, что ученые иногда отказываются принять нечто на их взгляд бесполезное, несмотря на всю очевидность, только потому, что это не соответствует их представлениям.

И все же остерегайтесь заблуждений. Ученые иногда ослеплены предрассудками к новому и бесполезному, не чувствуя, что исследования на границе наук могут быть истинными, хотя бы потому, что они это отрицают. В большинстве случаев, когда уважаемые ученые отвергают что-то, как нарушение законов природы, это действительно является нарушением и к этому относятся нетерпимо.

Фактически из «конструкции Дина» ничего не получилось.

Теперь мы подошли к проблеме трения и движения. Представьте себе бильярдный шар на поверхности стола, к которому прикоснулись кием так осторожно, что он едва сдвинулся с места. Тем не менее вы придали ему небольшое движение. Бильярдный шар сможет продвинуться только на несколько дюймов, замедляя свое движение и остановится в результате сил трения. Что же происходит с движением в этом случае?

Правильный ответ на этот вопрос можно дать, зная природу нагревания. В XVII веке нагревание воспринимали, как тончайшие флюиды (подобным образом мы представляем себе электрический ток). Различные предметы содержат различное количество флюидов, которые могут переходить из одного места в другое, подобно любым флюидам.

В 1798 году, Бенджемин Томпсон, граф Румфорд (1753–1814 гг.) — тори выслали его из Соединенных Штатов — сверлил пистолет для нужд выборов в Баварии. Он заметил, что во время этого процесса выделяется большое количество тепла. Пистолет и сверлильный инструмент имели изначально комнатную температуру. Тепла, выделившегося во время сверления, было достаточно для закипания воды, и чем дольше продолжалось сверление, тем больше кипела вода.

Румфорду стало ясно, что теплота выделяется в результате сверления, и он предположил, что трение сверла о металл пистолета приводит крошечные частицы обоих в быстрое движение и теплота является выражением этого движения.

В то время выводы Румфорда не были приняты во внимание, но через несколько лет все изменилось. В последующие десять лет британский химик Джон Далтон (1766–1844 гг.) выдвинул убедительную атомную теорию и химики признали, что материя состоит из мельчайших атомов.

Именно атомы приходят в движение в результате трения, а движение атомов может быть представлено, как теплота.

В 1840-х годах английский ученый Джеймс Прескот Джоуль (1818–1889 гг.), глубоко изучил явление теплоты (к этой теме я вернусь в следующем месяце), и предложения Румфорда стали казаться все более и более разумными.

В 1860-х годах британский физик Джеймс Кларк Максвелл (1831–1879 гг.) и австрийский физик Людвиг Больцман (1844–1906 гг.), независимо друг от друга описали математически движение атомов внутри вещества и показали, что понятие случайного движения атомов, как выражение теплоты («кинетическая теория»), было совершенно оправдано.

Это объясняет влияние трения на движение. Когда предмет движется по поверхности, нулевое трение невозможно. Всегда существуют неровности на поверхности предмета и поверхности, по которой он движется. Они задевают друг за друга и делают усилия, чтобы преодолеть их. Каждое такое задевание уменьшает скорость движущегося объекта и таким образом уменьшает движение.

Это происходит очень быстро, если кирпич скользит по грубому деревянному полу, и очень медленно, если отполированный металлический предмет скользит по льду. Тем не менее, в конце концов, скорость и движение упадут до нуля.

Но движение не исчезнет. Оно перейдет в атомы, составляющие поверхность движущегося тела и поверхности, по которой оно движется.

Законы сохранения переходного движения и углового движения фундаментальны. Но существует другой закон, который большинство людей считают даже более значительным и, пожалуй, самым основным законом природы. Это закон сохранения энергии, который ставит лампу Аладдина окончательно вне закона. Я вернусь к этой теме в следующем месяце.