Александр Дьюдни - Планиверсум. Виртуальный контакт с двухмерным миром

Приложение состоит из шести частей, каждая из которых дает читателю дополнительное представление о физике, химии, планетарных науках, биологии, астрономии и технике. Отбирая наблюдения и теоретические рассуждения, которые в итоге вошли в эту главу, я не только учитывал их объемы и легкость для восприятия — в первую очередь я хотел, чтобы любознательные читатели смогли найти объяснение некоторым ардийским феноменам. Например, читатели могли обратить внимание, что при обсуждении ардийской биологии мы не объяснили, каким образом питательные вещества и храбх проникают сквозь ткани. На этот и многие другие вопросы будут даны ответы в разделе «Биология».

Двухмерные атомы — это самый яркий пример того, насколько необходима хорошо продуманная научная теория. Если существование таких атомов в принципе невозможно, то вся наша двухмерная вселенная рассыпается в прах! Но на самом деле можно создать модель двухмерного атома водорода, основываясь на пуницланской квантовой теории.

В нашей вселенной есть четыре основных квантовых числа (по крайней мере, столько было известно в 1981 году), которые описывают состояние атома. В Планиверсуме таких чисел три:

n — главное квантовое число;

l — квантовое число орбитального углового момента;

m s — спиновое квантовое число.

Как и в нашей квантовой теории, в пуницланской теории атомы и двухмерные частицы могут обладать энергией, шаг изменения которой кратен некоторому фундаментальному значению, которое называется «квантом». Например, главное квантовое число определяет общую энергию атома и может принимать значения n = 0,1,2,3… и так далее. Аналогично, орбитальное квантовое число, которое определяет орбитальный момент импульса, также может принимать значения l = 0,1, 2, 3… Однако спиновое квантовое число гораздо проще. Оно может иметь лишь два значения: m s= +1 или m s= 1, в зависимости от того, направлен ли собственный момент импульса по или против часовой стрелки.

Взяв за основу эту базовую информацию и решив двухмерное уравнение Шредингера, Пол Рейзер, физик из Глочестера, штат Массачусетс, получил приведенную ниже схему плотности электронного облака для двухмерного атома водорода. Затененные области показывают вероятность того, что здесь может находиться электрон; чем гуще закрашена область, тем выше вероятность, а чем она бледнее, тем вероятность ниже. В белых областях электрон не окажется никогда. У данного атома главное квантовое число n = 3, а квантовое число орбитального углового момента l = 1. В самом центре атома расположено крошечное ядро.

Каждый атом или частица в Планиверсуме вращается или по или против часовой стрелки. В нашей вселенной мы можем преобразовать один атом в другой, просто поверну» его на 180 градусов. Но проделать эту же операцию с двухмерными атомами невозможно. Это будут два различных типа атомов, и мы можем лишь догадываться о том, какие последствия вытекают из этого обстоятельства.

Еще одно любопытное различие между нашей все ленной и Планиверсумом заключается в том, что в двухмерном мире полностью отсутствует сила магнитного притяжения. Хотя на Арде существуют магниты, они не отталкиваются и не притягиваются друг к другу. Взаимодействуют они только с электронами. Многие земные физики, в том числе покойный Ричард Лапидус из Стивенсовского университета в Хобокене, Нью-Джерси, и Яков Штейн из Иерусалима, изучили проявления такого электромагнитного поля и получили подходящие варианты уравнений Максвелла. К примеру, если допустить, что в Планиверсуме существуют электромагнитные волны, то представление их в таком виде, как показано на рисунке, выглядит совершенно корректным и совпадает с описаниями пуницланских ученых.

Мы можем представить себе электромагнитные волны в Планиверсуме как последовательность электрических полей, которые движутся, скажем, слева направо. На каждое электрическое поле накладывается магнитное поле. В каждой конкретной точке напряженность электрического поля достигает пикового значения, а затем затухает и меняет направление своего вектора на противоположное. Электрические поля с векторами напряженности, направленными вверх, сопровождаются магнитными полями типа O, а электрические поля с векторами напряженности, направленными вниз, сопровождаются магнитными полями типа X. Естественно, напряженность магнитных полей колеблется вместе с напряженностью электрических.

В двухмерном вакууме такая электромагнитная волна будет распространяться со скоростью света. При удалении от источника волны станут затухать точно так же, как затухает сила притяжения.

Мы знаем, что в двухмерном мире гравитация ведет себя не совсем так, как в нашем. Как уже объяснялось в разделе «Рассеивание энергии», сила притяжения в Планиверсуме ослабляется обратно пропорционально расстоянию от источника гравитации, тогда как в нашем мире она ослабляется с коэффициентом 1/d 2. Другими словами, в Планиверсуме сила притяжения гораздо медленнее уменьшается с расстоянием, чем в нашей вселенной.

У этого правила есть одно странное следствие, и заключается оно в том, что космический корабль никогда не сможет вырваться из гравитационного поля двухмерной планеты. На Земле космическому кораблю достаточно развить определенную скорость, которая называется второй космической скоростью, чтобы преодолеть гравитационное притяжение нашей планеты. Как только эта скорость будет достигнута, корабль сможет выключить двигатели и двигаться по инерции дальше в космос. На Арде второй космической скорости не существует. Как бы быстро ни летел космический корабль и как бы далеко ни удалился он от Арде, как только он выключит двигатели, то сразу же начнет замедляться, остановится и начнет падать обратно.

Эта особенность двухмерной гравитации объясняет, почему при исследовании космоса пуницлане никогда не пытались удалиться от Арде. Все это время они ограничивались орбитальными полетами. Но если им удастся приблизиться к планете Нагас, они могут достичь точки, в которой притяжение Нагаса окажется сильнее, чем притяжение Арде.

Хотя я совершил ужасную ошибку, подбросив физику Тба Шрин идею теории относительности, сам я понятия не имею, что за теорию она в итоге может открыть. Как ни странно, если верить нашей теории относительности, то в Планиверсуме вообще не может быть гравитации! На этот факт любезно указал астрофизик Ричард Готт из Принстонского университета. Связано это с тем, что согласно теории Эйнштейна, тензор энергии импульса и Риманов тензор кривизны в Планиверсуме будут иметь одно и тоже количество компонент; то есть можно сказать, что для гравитации там просто не останется места.