Терри Пратчетт - Наука плоского мира IV: Судный день

Возможно, современные законы физики обладают неповторимостью и уникальностью, а возможно, их место вполне мог занять другой набор утверждений, но законах в целом можно сказать кое-что еще. А также об их исключениях и особенно об их преодолении. Этот слово вовсе не означает, что законы нарушаются. Мы хотим лишь сказать, что законы могут утратить свое значение из-за изменившегося контекста аэробус, к примеру, преодолевает гравитацию, используя воздушные потоки позади крыльев.

В качестве примера мы возьмем закон Ома, потому что он выглядит простым.

По отношению к электричеству материя в сущности делится на два вида изоляторы и проводники. Если она является проводником, то к ней применим закон Ома: сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Таким образом при фиксированном сопротивлении для получения большей силы тока требуется большее напряжение. Однако сопротивление может меняться, и именно эта возможность лежит в основе некоторых природных явлений молния, к примеру, превращает изолирующий атмосферный газ в проводящий ионизированный канал для электрического удара или шаровую молнию, которая по сути сворачивается в поверхность шара. Как аномалии, эти явления непроизвольно привлекают к себе интерес. Еще мы можем выделывать разные фокусы, используя проводники с переменным сопротивлением от термоэлектронных ламп 1920-х до (на данный момент) полупроводников типа транзисторов. Этот фокус лежит в основе компьютерной индустрия.

Открытие сверхпроводящих то есть лишенных сопротивления сплавов вблизи абсолютного нуля стало довольно интересной аномалией, которая по мере появления сплавов, не проявляющих электрического сопротивления при все более высоких температурах, обещает открыть перед нами совершенно новую энергетическую технологию. Интерес представляет все, что не вписывается в картину закона Ома: ведьмы, космические корабли.

Закон Ома тесно связан с историями о распределении электрической энергии. Описывая эти проблемы вместе с их решениями, мы можем продемонстрировать, как закон, «предоставленный самому себе», но действующий в ином контексте, может принципиально поменять ситуацию. Теперь мы можем перейти от точки зрения Фейнмана о том, что закон определяет как контекст, так и сущность природного явления к более прогрессивным взглядам.

Распределение электроэнергии между домашними хозяйствами осложняется сопротивлением кабелей, из-за которого значительная ее часть рассеивается линиями электропередачи в виде тепла. Из закона Ома следует, что, увеличив напряжение и понизив силу тока, мы сможем передать точно такое же количество энергии с меньшими потерями. Однако в дома потребителей будет поступать высоковольтное электричество, и любой несчастный случай обернется трагедией.

Хитрость в том, чтобы использовать переменный ток, колеблющийся с частотой 50–60 раз в секунду. Напряжение переменного тока можно изменить с помощью трансформатора, поэтому для передачи энергии можно использовать высокое напряжение, а перед подачей в дома снижать его до менее смертоносного уровня. Теперь мы могли бы использовать постоянный ток и преобразовать его напряжение с помощью современной электроники, но во времена создания системы энергораспределения этот вариант был недоступен. К настоящему моменту мы вложили столько средств в систему переменного тока, что отказаться от них пусть даже и в пользу более удачной идеи будет непросто. Описанный трюк обходит проблему сопротивления, а, следовательно, и потерю энергии, связанную с законом Ома. Даже сейчас потери в протяженных линиях электропередачи могут доходить до одной трети, но это все же намного лучше, чем 70 %-ные потери в системах низковольтного постоянного тока 1920-х. Меняя параметры, переходя к переменному току низкой силы и высокого напряжения, мы можем в какой-то степени изменить правила игры.

Слишком многие физики, по-видимому, придерживаются образа мышления, в соответствии с которым физика составляют всю окружающую нас действительность просто потому, что имеет дело с фундаментальной структурой материи. В книге «Характер физических законов» Фейнман пишет:

Одни и те же разновидности атомов можно обнаружить как в живых, так и в неживых существах (sic); лягушки состоят из того же «теста», что и камни, разница лишь в их структуре. А значит, наши задачи упрощаются; у нас нет ничего, кроме атомов, одинаковых и вездесущих.

В той же книге он отмечает:

Самое выдающееся допущение, которое оказало наибольшее влияние на развитие биологии, пожалуй, состоит в том, что все, что делают животные, делают и атомы, а явления, наблюдаемые в биологическим мире, являются результатом физических и химических процессов, и ничего «из ряда вон».

Мы, как и Фейнман, не верим в существование чего-то «из ряда вон», некой elan vital («жизненной силы»), поддерживающей жизнь. Нет, все намного проще. Хотя на заре жизни способности организмов были весьма ограниченны и, по словам Фейнмана, просто «делали то же, что и атомы», они эволюционировали и приобретали новые качества, как, например, клеточное деление. Они научились передавать свои особенности по наследству, обзавелись глазами и нервной системой, необходимой для их использования. Они превзошли физико-химические системы точно так же, как мы превзошли закон всемирного тяготения. Организмы изобретают новые трюки и находят применение новым контекстам. Птицы, к примеру, могут летать, оставаясь тяжелее воздуха.

Мы не хотим сказать, что поведение птиц противоречит «фундаментальным» законам физики, которые относятся к составляющей их материи. Такое суждение было бы очень похоже на ошибку Декарта, который постулировал раздельную природу разума и материи. В действительности полет никоим образом не противоречит физическим законам. В противном случае птицы бы не смогли летать. Так же, как и аэробусы. Мы хотим сказать, что такие явления, как полет, не являются естественными следствиями фундаментальных законов. Молекулы летать не могут, но птицам состоящим их молекул это под силу. Молекула может летать, став частью птицы. Контекст заметно меняет дело. Чтобы поднять организмы на новый уровень, избавив их от древних недостатков и наделив новыми преимуществами, жизнь обзавелась разнообразными сложными системами, каждая из которых возникла в результате естественного отбора.

Тесто, из которого сделаны лягушки, немного отличается от теста, из которого сделаны камни. Возможно, их атомы почти одинаковы, однако разница в структуре, говоря словами Фейнмана, полностью меняет то поведение, которое мы ожидаем от лягушки. Точно так же отличается и атомные структуры, из которых состоит человек, пингвин или пакет со стиральным порошком. Чтобы понять, как устроены птицы, лягушки или стиральный порошок, недостаточно знать об атомах или субатомных частицах, который входят в их состав. Важна структура, которую образуют эти атомы. На самом деле составляющая материя может быть довольно разной, но если их структура отражает сходные функции, то в итоге получатся по существу те же самые птицы, лягушки и стиральные порошки.