Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

Хочется вспомнить, что в такой же, по сути дела, «возмущенной траектории» падающего тела были зашифрованы до поры неведомые науке Нептун, Плутон, спутник Летящей звезды Барнарда... И вот теория тяготения выступила в роли рентгена Земли!

Под конец разговоров о маятнике — несколько слов про великолепное пророчество, которое недавно было сделано с помощью этого нехитрого прибора. Речь идет об интереснейшей и жизненно важной задаче, стоящей перед человечеством, — о грядущей судьбе ледника Антарктиды. Вопросы ставятся такие. Что происходит сейчас с этой гигантской ледяной глыбой, нависшей над Южным полюсом земного шара? Тает она или, наоборот, намерзает? И как это сказывается на уровне Мирового океана?

Если масса антарктического ледника увеличивается, океан будет постепенно мелеть, уровень его — понижаться, оставляя за высохшей прибрежной полосой бесчисленные морские порты. Уменьшение же ледника вызовет, наоборот, повышение уровня океана — прибрежным городам и портам станет грозить затопление. Пусть процесс этот долог, исчисляется столетиями — все равно его надо разгадать, чтобы вовремя предотвратить угрозу.

И вот в Антарктиду явились геофизики. Во многих точках ледового материка провели тончайшие гравиметрические измерения: раскачивали маятники и измеряли ускорение силы тяжести. А спустя некоторое время, обработав и обсудив полученные результаты, пришли к выводу: антарктический лед тает. Медленно- медленно уменьшается масса ледника. Значит, климат Земли едва заметно теплеет и океан мало-помалу поднимается.

Это кажется колдовством: пришел в ледяную пустыню человек, покачал маятник — и предсказал будущее не только этой пустыни, этого материка, но и всей планеты!

А логика рассуждений вот какая.

Прежде всего геофизики выяснили, что все материки как бы «плавают» в земной коре. Увеличивается масса материка — и он погружается глубже. Уменьшается масса — он всплывает, поднимается из земных недр. Этой проблеме было посвящено обширное и очень трудное исследование. После горячих споров ученые согласились с выводом, о котором я сказал.

Далее вообразим, что материки не меняют с течением времени своего веса — минуют века и тысячелетия, а их масса остается одинаковой. Тогда они не испытывают никакой «качки». Во всяком случае, вертикальных движений (погружений или всплытий) нет. И для такого нарочно упрощенного гипотетического случая удается очень точно вычислить теоретическое значение ускорения силы тяжести в любом месте поверхности любого материка. Это и было сделано. Для разных точек «неподвижно плавающей» Антарктиды путем чисто кабинетных расчетов нашли значения g.

Следующий шаг — экспериментальные измерения g. Тут-то и получили слово маятники. Они сказали, каковы действительные значения ускорения силы тяжести на Антарктическом материке.

Затем последовало сравнение теории с опытом. И всюду в Антарктиде действительные значения оказались чуть-чуть больше, чем теоретические. Больше! Что это могло означать?

Раз больше значение g, значит, сильнее, чем «должно быть», поле тяжести. А поле тяжести увеличивается с приближением к центру масс Земли — так велит ньютоновский закон всемирного тяготения. Выходит, Антарктический материк погружен в земную кору глубже, чем если бы он был неподвижен — ведь именно для неподвижного материка были вычислены теоретические значения g. Вывод: Антарктида не неподвижна. Она движется. А как — вверх или вниз, всплывает или тонет?

Всплывает.

Если бы Антарктида погружалась, она стремилась бы к уровню равновесия сверху и пребывала бы выше этого уровня, то есть дальше от центра Земли. Тогда поле тяжести на поверхности материка и, соответственно, значение g оказались бы меньше, чем на уровне равновесия. Но истинное значение g вышло больше теоретического, вычисленного для уровня равновесия. Следовательно, Антарктида стремится к этому уровню снизу, находясь ниже его (ближе к центру Земли). Это и значит, что она всплывает. Ну, а всплывает то, что становится легче. Лед тает, масса его уменьшается. Так всплывает баржа, с которой разгружают арбузы.

Вот она, логика колдовского пророчества, исполненного с помощью маятника!

Пора отдать должное царице мира. Так один ученый назвал энергию. Но предварительно маленькое отступление.

В физике полным-полно сугубо научных терминов, в которых новичок слышит не более чем барабанный бой. Какой-нибудь «импеданц» или «лагранжиан» ничего не говорят нашим обывательским сердцам.

С термином «энергия» дело обстоит иначе. Каждый лирик отлично знает, что это такое. Любой филолог со снисходительной улыбкой объяснит вам, что энергия — это работоспособность, активность, подвижность и т. д. Верно, конечно. Смысл этого слова в общечеловеческом понимании широк и емок.

Однако для физика энергия — нечто иное. Нечто более тонкое и абстрактное. Вдумчивый физик (когда речь идет о физике) не станет с лету придумывать синонимы этому слову, потому что их не так-то просто подобрать. Он никогда не поставит знака равенства между энергией и подвижностью или активностью, ибо иной раз неподвижное может в физическом понимании обладать большей энергией, чем движущееся.

Кроме того, тут существенно вот что. Активный человек, когда у него портится настроение, становится пассивным и вялым. Куда пропадает его «энергия»? Он ее кому-то «отдает»? Нет, его «энергия» просто проходит, исчезает.

В физике же энергия не исчезает. Она неуничтожима. Если уж давать физическое определение энергии, то, пожалуй, именно это свойство надо признать основным.

Так поступил, в частности, современный американский физик-теоретик и блестящий лектор Ричард Фейнман.

В «Фейнмановских лекциях» [4] Под таким заголовком у нас издается многотомный курс общей физики, читанный Фейнманом в одном из американских институтов (изд. «Мир», 1965—1967 гг.). рассказ об энергии начинается с прямо-таки детского популяризаторского анекдота.

Шестилетний Монтигомо — Ястребиный Коготь имеет 28 игрушечных кубиков. И это число имеет свойство сохраняться, что бы ни вытворял с кубиками неутомимый хозяин. Вдруг пропадает один кубик. Но опытная мама (ее роль уподобляется Фейнманом роли физика) по выпуклости ковра находит потерянное под ковром. В другом случае поиски кубиков сложнее. Мама выполняет целое исследование. В конце концов она замечает, что в баке стиральной машины уровень мыльной воды выше обычного. Измерив превышение уровня, мама- физик вычисляет лишний объем воды, который, как выясняется, в целое число раз больше объема кубика. Вывод — в непрозрачной мыльной воде утонуло это самое число кубиков. Их-то и недоставало до полного счета. Был еще случай, когда кубиков объявилось не 28, а 30. Два лишних! Откуда они взялись, мама-физик узнает, восстановив недавнюю историю событий. Оказывается, к Монтигомо приходил в гости приятель Кожаный Чулок со своими кубиками и два позабыл.