4. Еще раз о бесконечности вселенной

/ / / 4. Еще раз о бесконечности вселенной

Как мы уже видели, защитники религиозного мировоззрения пытаются утверждать, будто бы всеобщий характер закона сохранения материи и движения является вопросом веры, а не знания.

С другой стороны, мы убедились в том, что наука и религия покоятся на совершенно различных основаниях и что не существует решительно ничего общего между уверенностью ученого в справедливости научных данных и слепой верой в религиозные истины. Но возможно ли прямое доказательство тех или иных научных положений, когда речь идет о всей вселенной?

Прежде всего постараемся выяснить, что представляет собой «вся вселенная», или, как иногда говорят, «вселенная в целом». Пожалуй, одним из самых главных ее свойств является бесконечность, и бесконечность не только в пространстве и во времени, но и в целом ряде других отношений.

Вселенная — процесс

Вселенная — это прежде всего процесс. Непрерывное движение, непрестанные переходы материи из одного состояния в другое — вот его характерные свойства. Но главная особенность вселенной — это бесконечное разнообразие — разнообразие форм движения, видов материи, взаимосвязей и даже свойств конкретных объектов. Это обстоятельство подчеркивал В. И. Ленин, отмечая, что «электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна…»[1]

Таким образом, в самом общем смысле бесконечность вселенной следует понимать как невозможность полного исчерпания ее в каком бы то ни было существенном отношении.

Вполне естественно, что возникают трудности при ее изучении, и в особенности при познании тех закономерностей, которые носят всеобщий характер. Это в первую очередь относится к закону сохранения материи и движения.

Всеобщий закон природы

Однако наряду с общим законом сохранения материи и движения известен целый ряд частных законов сохранения, справедливых для различных замкнутых физических систем, то есть систем, полностью изолированных от внешних условий: от внешних сил, внешних влияний, от какого-либо обмена с внешней средой. Справедливость таких частных законов доказывается с абсолютной строгостью не только теоретическими рассуждениями, но и множеством прямых наблюдений и опытов. Действие этих законов обнаруживается буквально на каждом шагу. Многие, вероятно, обращали внимание на то, что когда человек спрыгивает с лодки на берег, то лодка обязательно отплывает на некоторое расстояние в противоположную сторону. Это как раз и есть проявление одного из законов сохранения — закона сохранения центра масс. Этот закон говорит о том, что в замкнутой механической системе, то есть в системе, где действуют одни лишь внутренние силы, положение центра масс в пространстве должно оставаться неизменным. Закон сохранения центра масс лежит, например, в основе реактивного движения. Когда из сопла ракетного двигателя выбрасывается струя раскаленных газов, вместе с ней уносится и часть массы космического корабля. Тем самым центр массы системы «ракета — газы» при каждом выбросе несколько смещается в сторону улетающих газов.

Но согласно закону сохранения центр масс должен оставаться неподвижным. Это условие окажется выполненным только в том случае, если сама ракета переместится на некоторое расстояние в противоположном направлении. В этом и заключается физический смысл реактивного эффекта, позволяющий ракетному двигателю развивать тягу и сообщать космическому кораблю ускорение в условиях безвоздушного космического пространства.

Одним из проявлений этого закона является хорошо всем известный закон равенства действия и противодействия, известный также под названием третьего закона Ньютона.

А вот еще один закон сохранения, с проявлением которого нам приходится встречаться в жизни довольно часто: «Запас вращения замкнутой системы есть величина постоянная». Вы вращаете грузик, закрепленный на конце веревки. Запас вращения этой системы равен произведению массы грузика на скорость его движения и на длину веревки.

Какие следствия вытекают из закона сохранения запаса вращения? Если изменилась одна из трех перечисленных выше величин, то и другие должны «автоматически» измениться таким образом, чтобы их произведение продолжало оставаться тем же самым. Так, если в нашем примере укоротить веревку, вращение грузика сейчас же ускорится.

Подобных примеров можно было бы привести множество.

Ну а как быть в тех случаях, когда наша система не замкнута, когда на нее действуют какие-либо внешние силы?

Ответ довольно прост: надо включить все эти силы в состав нашей системы, и тогда новая, расширенная подобным способом система окажется замкнутой.

Рассмотрим такой пример: Земля и ее искусственный спутник. Эту систему, вообще говоря, нельзя считать замкнутой, так как на движение спутника оказывает заметное влияние притяжение Луны.

Но если рассмотреть расширенную систему «Земля — искусственный спутник — Луна», то в интересующем нас смысле она уже будет замкнутой и, следовательно, для нее окажутся справедливыми все соответствующие законы сохранения…

Но вот снова проявили себя какие-либо силы, внешние теперь уже по отношению к нашей расширенной системе. Тогда придется произвести новое расширение, подключить в нашу систему и их.

Так, в приведенном нами примере теперь придется рассматривать не только Землю с ее спутниками, но всю солнечную систему: Солнце и девять больших планет.

Подобную операцию мы можем повторять много раз подряд. От солнечной системы мы перейдем к Галактике, затем к местной системе галактик, потом к Метагалактике и так далее без конца.

Возникает законный вопрос: не может ли случиться, что, шагая по ступенькам этой бесконечной лестницы, мы в конце концов обнаружим, что закон сохранения материи и движения, справедливый для очередной ступеньки, не имеет места для всей нашей «лестницы» в целом, то есть для бесконечной вселенной.

В обычных науках, изучающих конкретные объекты, мы привыкли иметь дело с непосредственным доказательством тех или иных положений. Эксперимент, наблюдение, наконец, прямое вычисление, прямой математический подсчет либо доказывают справедливость интересующего нас утверждения, либо, наоборот, убеждают нас в его несостоятельности. Совсем иное дело, когда речь идет о всей бесконечной вселенной в целом.

Нас интересует вопрос о всеобщности закона сохранения материи и движения. Однако не приходится ожидать, что эту проблему удастся разрешить элементарным способом и получить доказательства, подобные тем, которыми мы располагаем, к примеру, в геометрии, когда утверждаем, что в прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. На этот раз только всестороннее изучение всего опыта естествознания, только самое тщательное сопоставление и анализ всех известных фактов могут привести нас к истине.

К каким же выводам мы приходим, следуя таким путем? Современная наука располагает важными доводами, убедительно свидетельствующими в пользу того, что закон сохранения занимает особое место в ряду известных нам законов природы и что этот закон действительно является всеобщим. Познакомимся с некоторыми из этих соображений.

Хорошо известно, что большинство законов природы носит ограниченный характер. Каждый из них обладает определенными границами применимости, за пределами которых он либо уже не оказывает существенного влияния на характер течения явлений, либо вообще не имеет места. Так, законы классической механики, управляющие движением тел в обычных условиях, оказались неприменимыми ни к микрочастицам, ни к движению любых объектов со скоростями, близкими к скорости света. Даже такой закон, как закон всемирного тяготения, как мы уже знаем, не играет сколько-нибудь существенной роли внутри атомного ядра, где характер взаимодействия частиц определяется совсем другими силами. Такое положение дел в известной степени напоминает юридические законы, действующие на территории какого-либо государства и теряющие свою силу за его пределами. Однако закон сохранения — заметное исключение из этого правила.

Прежде всего, мы не знаем ни одного такого случая, когда закон сохранения материи и движения в его наиболее общем виде нарушался бы, будь то микромир или бескрайний космос.

Кроме того, у закона сохранения есть еще одна особенность, которая существенно отличает его от всех других законов природы. Какую бы область явлений мы ни взяли, мы всегда и везде столкнемся с той или иной конкретной формой проявления этого закона. Закон сохранения вещества, закон сохранения энергии, закон сохранения центра масс, закон сохранения запаса вращения, закон сохранения электрического заряда — вот далеко не полный перечень известных современной науке законов сохранения, действующих в тех или иных конкретных условиях. Это убедительно свидетельствует о том, что сохранение является не просто одной из рядовых закономерностей, действующих в природе, а неотъемлемым свойством материи. Это дает нам вполне достаточные основания для утверждения о всеобщности закона сохранения и справедливости его по отношению ко всей бесконечной вселенной.

В пользу такого заключения свидетельствует еще один весьма знаменательный факт. Наукой установлено, что весьма большое число различных закономерностей может быть теоретически выведено на основе знания закона сохранения. Так, например, законы движения планет вокруг Солнца, известные под названием законов Кеплера, могут быть получены чисто математическим путем из основных законов механики и закона сохранения энергии.

В физике закон сохранения служит могучим орудием научного исследования, позволяющим разобраться в самых сложных явлениях. Его применение никогда не подводило ученых и позволило осуществить ряд блестящих научных предвидений.

Вот один из наиболее ярких примеров. Около 30 лет тому назад, изучая процессы радиоактивного распада, физики установили, что нейтрон может самопроизвольно распадаться на протон и электрон. Однако при этом обнаружилось явное несоответствие с законом сохранения энергии. В ряде случаев общей энергии продуктов реакции недоставало по сравнению с теоретическими подсчетами.

Куда же могла она исчезать?

Этим вопросом заинтересовался известный швейцарский физик Вольфганг Паули. Предположение о возможном «бесследном» исчезновении энергии было отброшено сразу. Закон сохранения энергии, рассуждал ученый, не может не выполняться. Значит, энергию, которая кажется нам исчезнувшей, в действительности уносит с собой какой-то материальный носитель — неизвестная еще частица. Таинственная частица неуловима, ее никак не удается обнаружить? Что же из этого? Это лишь означает, что она чрезвычайно мала и не должна иметь электрического заряда. И хотя новую частицу долгое время не удавалось обнаружить, вера физиков в справедливость закона сохранения была столь велика, что они ни на минуту не сомневались в ее существовании.

Дальнейшие исследования в области радиоактивного распада подтвердили предположение Паули. В настоящее время эта частица, нейтрино, получила вполне законную «прописку» в таблице элементарных частиц: факт ее существования подтвержден экспериментом.

Есть веские основания предполагать, что вообще все основные законы природы могут быть выведены из закона сохранения. Все это, вместе взятое, прямо свидетельствует об универсальном характере закона сохранения материи и движения.

Следовательно, когда материалистическая наука утверждает, что вселенная бесконечна во времени, и связывает подобную точку зрения с законом сохранения материи и движения, она основывает свои выводы не на вере, а на совершенно реальных, фактических основаниях.

  1. В. И. Ленин. Соч., т. 14, стр. 249.