Священник Тимофей - Православное мировоззрение и современное естествознание

Еще более наглядным примером разумного устроения законов природы служат поразительные аналогии между математическими выражениями разных законов. К примеру, закон всемирного тяготения и закон электрического взаимодействия описываются совершенно аналогичными формулами: сила пропорциональна неким присущим самим телам характеристикам взаимодействия (массе или заряду соответственно) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Но природа гравитационного и электрического взаимодействия разная! Не бывает в природе отрицательных масс или взаимного отталкивания между массами, как это происходит в электростатике. Однако математическое выражение (т.е. сама идея, познаваемая нашим разумом) остается одинаковым в обоих случаях.

Другое интересное свойство массы должно натолкнуть нас на мысль о разумном создании – это полное тождество так называемой гравитационной и инертной массы. Масса тела может быть определена двояко: по второму закону Ньютона – как отношение силы к ускорению, или же как мера гравитационного взаимодействия тел – по закону всемирного тяготения. Совершенно ниоткуда не следует, что мера инертности тела при воздействии на него любой (не обязательно гравитационной!) силы должна в точности равняться «гравитационному заряду» этого же тела. В двух формулах Ньютона под массою понимаются совершенно разные характеристики тела, которые тем не менее в точности равны между собою. Не свидетельствует ли это о разумном Начале, связывающем оба закона природы?

Вселенная состоит повсюду из одних и тех же атомов, элементарных частиц, поведение которых описывается одними и теми же законами на протяжении всего времени наблюдений.

В основном эти законы суть законы сохранения. Вам известны законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда, которые выполняются в макро– и микромире. Есть законы сохранения некоторых особых характеристик элементарных частиц. Есть законы сохранения, соблюдаемые только в макромире при обычных условиях, например, сохранение массы или количества вещества.

С другой стороны, поведение элементарных частиц вовсе не похоже на что-либо известное нам из обыденной жизни. Сталкиваются две частицы – в результате рождаются новые. Осколков или «пыли» не бывает. Столкновения не разрушительны, а созидательны. Взаимодействия элементарных частиц в сущности своей обратимы. Электрон с позитроном, к примеру, могут аннигилировать, породив два фотона, но и фотон в свою очередь может «породить» электрон-позитронную пару.

При этом все реакции протекают по законам сохранения энергии, импульса, электрического заряда и некоторых других характеристик, которые не рассматриваются в средней школе. Законы сохранения по сути дела и обеспечивают обратимость всех процессов и взаимодействий.

В отличие от микромира в макромире действуют не только законы сохранения. Имеют место и законы разрушения и уничтожения некоторых качественных характеристик материи. Более понятно ту же мысль можно выразить так: в макромире самопроизвольно идут необратимыепроцессы, т.е. такие, которые протекают только в одну сторону. И первый из таких законов мы обнаруживаем на уровне ядерных реакций.

Как известно, ядро любого атома состоит из соединенных протонов и нейтронов. Соединяются эти частицы в ядрах атомов особым взаимодействием, получившим название «сильного». Это не гравитационное и не электрическое, а совершенно особое притяжение. Оно сильнее электрического (кулоновского) отталкивания на малых расстояниях, но очень быстро ослабевает с ростом расстояния между нуклонами в ядре. Легкие ядра «не прочь» захватить к себе лишний нуклон, если он окажется достаточно близко к ядру (в плазме при температурах порядка десятков миллионов градусов или при бомбардировке ядер в ускорителях). При этом «захвате» выделяется большая энергия «сильного» взаимодействия, подобно тому, как при падении камня на землю, только гораздо больше.

Соответственно, для того, чтобы «разорвать» легкое ядро на нуклоны, необходимо затратить большую энергию. Энергия, необходимая для отрыва одного нуклона, может быть посчитана и нанесена на график зависимости ее от заряда ядра (рис. 1). Этот график имеется в школьном учебнике физики. Для легких элементов мы видим нарастание энергии отрыва нуклона от ядра с ростом его заряда.

Для тяжелых же элементов, ядра которых содержат сотни нуклонов, ситуация иная. Расстояния между нуклонами в таком ядре значительно больше, чем в легком, а суммарное электростатическое расталкивание большого количества протонов – тем более. Это приводит к одновременному ослаблению «сильного» притяжения и увеличению сил отталкивания. Поэтому тяжелые ядра становятся неустойчивыми, и после урана – все элементы радиоактивны и не встречаются в природе. Для разрушения такого ядра энергия не требуется, напротив, она выделяется при радиоактивности и делении тяжелых ядер. Эта энергия весьма значительна. Она имеет порядок нескольких миллионов электрон-вольт на каждый нуклон ядра. Энергия химической связи примерно в миллион раз меньше порядка единиц электрон-вольт на атом. Энергия ядерной связи выделяется при распаде ядер на атомных станциях и в атомной бомбе, а также в водородной бомбе – при синтезе ядер изотопов водорода в гелий. Такая же реакция протекает в звездах, обеспечивая их излучение.

Все эти сведения сообщает нам школьный учебник физики (11 класс). Но вывода из этих рассуждений и из этого графика не делается. А вывод таков, что существует наиболее стабильное состояние атомного ядра – в середине таблицы Менделеева. Такие ядра расколоть труднее всего – нужно затратить наибольшую энергию. Отсюда же следует, что при высоких температурах, когда идут термоядерные реакции, все легкие элементы могут синтезироваться только до средних: водород переходит в гелий, гелий – при уже большей начальной температуре и с меньшим выделением энергии – перейдет в углерод и т.д. Для каждой следующей реакции нужно повышать начальную температуру, а энергии будет выделяться все меньше. Такой процесс неизбежно должен прекратиться. Тяжелым же ядрам еще проще без всякого дополнительного подвода энергии распадаться до средних ядер.

Возникает вопрос: почему еще не все легкие элементы в звездах исчерпаны, ядерные реакции еще идут, причем самые первые – выгорает водородное ядерное горючее? Другой вопрос: откуда в природе появились тяжелые элементы и почему они еще до сих пор существуют несмотря на постоянный распад?