5. Они идут в атаку!

Оставляя в стороне вопрос о бесконечности вселенной, богословы предпринимают прямую атаку на закон сохранения. На этот раз речь идет уже не о «вере» материалистов в этот закон; богословы стараются доказать, что он не только не является абсолютным, но просто-напросто нарушается чуть ли не на каждом шагу.

С этой целью прежде всего используются некоторые теоретические построения, называемые моделями вселенной.

Познание и модель

Чтобы точно рассчитать, например, движение спутника Земли, надо знать, как распределяются массы вещества в недрах пашей планеты. Не имея возможности учесть этого распределения, мы на первых порах принимаем Землю за однородное тело, то есть целиком состоящее из одного и того же вещества. Рассчитав движение спутников в рамках этой приближенной модели, мы получаем возможность учесть в дальнейшем более тонкие эффекты и по фактическим отклонениям движения спутников от вычисленных нами орбит судить о внутреннем строении земного шара.

Построение приближенных моделей тех или иных явлений служит инструментом научного исследования, оно помогает нам в познании окружающего мира. Однако модель не может быть построена как угодно, по произволу ученого, она должна отвечать некоторым определенным условиям.

Прежде всего, модель должна покоиться на реальных фактах. Нельзя, например, строить модель Земли исходя, в первом приближении, из того, что наша планета имеет форму, допустим, куба или пирамиды, ибо результаты, которые мы получим, применяя такую модель, заведомо окажутся не соответствующими действительности. Но и этого мало. Выводы, полученные с помощью модели, должны обязательно проверяться или на опыте, или путем сравнения с реальностью.

Какими бы абстрактными ни казались нам математические конструкции, они всегда, хотя бы в некоторой степени, отражают какие-то реальные отношения, существующие в природе. Достаточно вспомнить на первый взгляд поразительные, а на самом деле вполне закономерные случаи, когда развитые чисто логическим путем отвлеченные математические теории впоследствии неожиданно находили себе прямые практические приложения. Так случилось с неэвклидовыми геометриями, нашедшими применение в теории относительности, с математической логикой, ставшей теоретической основой современной кибернетики.

Но никогда не следует забывать, что любая модель есть всего-навсего математическое построение, не больше. Между тем математическая абстракция способна завести нас весьма далеко, особенно в тех случаях, когда наши исходные положения ложны.

В знаменитой книге Хаусдорфа «Теория множеств» автор в подстрочном примечании приводит необычную теорему: «Если дважды два — пять, то существуют ведьмы». Тем самым автор подчеркивает, что ложные посылки могут привести к «доказательству» любой чепухи.

Математика — могучий инструмент научного исследования, но им надо пользоваться умело. Замечательный ученый академик А. Н. Крылов часто говорил, что математика — это мельница, которой все равно, что молоть. Эту мельницу надо умело «загружать», а получаемой «продукцией» пользоваться осмотрительно. И во всяком случае, ни при каких условиях нельзя отождествлять само явление с его моделью, нельзя приписывать природе все те свойства, которыми обладает модель. Ведь модель — это не само явление, а только более или менее точная его копия, не сама природа, а лишь инструмент ее познания.

«Идеальная потребность математика весьма далека от того, чтобы быть принудительным законом для реального мира»^[1] — подчеркивал Ф. Энгельс в «Анти-Дюринге».

Все эти требования, справедливые в отношении всякой модели, становятся более серьезными, когда речь идет о моделях вселенной.

Модели вселенной

Еще в прошлом столетии многие физики и математики мечтали о том, чтобы описать вселенную «одной математической формулой». Разумеется, подобным надеждам не суждено сбыться: ни одна математическая конструкция, какой бы совершенной она ни была, не способна отразить вселенную во всем ее бесконечном многообразии.

Тем не менее попытки построения моделей вселенной продолжаются и в наше время. Более того, моделирование вселенной является одним из модных направлений в современной буржуазной науке. В этом не было бы еще ничего плохого, если бы авторами большинства построений подобного рода не являлись ученые, придерживающиеся откровенно идеалистических точек зрения. Нельзя сказать, чтобы при разработке моделей вселенной эти ученые совершенно игнорировали известные науке факты, однако в своих исследованиях они в большинстве случаев заботятся не столько об экспериментальном обосновании и проверке своих теорий, сколько об их внутренней непротиворечивости.

В основу моделей кладутся так называемые «принципы», которые принимаются за исходные истины. Построение же теории осуществляется путем их дальнейшего развития, с помощью чисто логических рассуждений. С того момента, когда исходные положения сформулированы, вся остальная теория должна удовлетворять одному-единственному требованию: им не противоречить.

Так, например, в одной из моделей вселенной ее авторы исходят из того, что вселенная должна быть однородной и обладать одинаковыми свойствами и одинаковым «поведением» в любых направлениях. Если даже относить подобную модель не ко всей вселенной в целом, а только к нашей Метагалактике, то и в этом случае бросается в глаза ее явный схематизм и упрощенность. Требование однородности пространства предполагает равномерное распределение вещества во вселенной, в то время как в реальном мире имеются «сгустки» вещества — звезды, группирующиеся в галактики, которые, в свою очередь, группируются в скопления.

Это очевидное расхождение между моделью и реальной действительностью свидетельствует о том, что данная модель не может служить точной картиной мира.

В зарубежной космологии, науке о строении вселенной, существует тенденция рассматривать теоретические модели как окончательное решение проблемы. При этом свойства упрощенных моделей приписываются природе, а сами модели принимаются за изображение всей реальной вселенной в целом.

Моделирование вселенной является той областью знания, где особенно хорошо можно видеть, каким образом современные идеализм и религия паразитируют на сложных вопросах науки. Все совершается по довольно простому плану: придумать искусственную модель, навязать ее природе, а потом, ссылаясь на нее же, доказывать существование бога, конечность пространства, ограниченность существования во времени и т. п. Операциям такого рода в большинстве случаев способствуют многие буржуазные ученые, авторы моделей.

Особенно благодарную пищу для атак на материализм дают те модели вселенной, которые исходят из постулатов, введенных авторами без особой заботы о том, насколько эти постулаты соответствуют природе.

В качестве такого постулата известный астроном Милн, автор книги «Христианская идея бога», в своей теории выдвигает, например, утверждение о равномерном распределении галактик в пространстве. Вместе с тем он совершенно голословно отвергает общую теорию относительности. Милна мало интересует, соответствуют ли его постулаты объективной реальности. Обращаясь к своим критикам, он заявил, что согласен выслушивать только те замечания, которые относятся к чисто математической стороне его теории.

В работах Бонди и Голда, а также Хойла в основу положен так называемый «совершенный космологический принцип». Этот принцип состоит в требовании неизменяемости картины мира. Другими словами, утверждается, что, в какую бы эпоху мы ни созерцали картину мира, она всегда и везде должна выглядеть в общих чертах одинаково.

Совмещая этот произвольный постулат с данными астрономических наблюдений, авторы указанных моделей приходят к выводу, что в природе происходит непрерывное возобновление материи: в каждом кубическом дециметре пространства в течение миллиарда лет рождается из ничего одни атом водорода.

Другими словами, это означает, что в каждом кубе со стороной в 160 километров ежесекундно происходит возникновение одного водородного атома. При этом «нужно отчетливо понимать, — подчеркивает Бонди, — что рассматриваемое творение есть формирование вещества не из излучения, а из ничего».

В другой космологической модели, развиваемой Иорданом, получается, что масса вселенной непрерывно возрастает за счет творения нового вещества в форме «сверхновых» звезд. По расчетам Иордана, ежегодно в каждой галактике рождается из ничего одна звезда.

Что это, как не попытки отрицания закона сохранения материи и движения?

Разумеется, подобные выводы ничего не стоят, ибо они получены в результате применения произвольных исходных посылок, то есть тем самым методом, который высмеял Хаусдорф в своей «теореме» о ведьмах. И тем не менее подобные спекуляции дают возможность защитникам идеализма и религии использовать модели вселенной в качестве оружия против материализма.

Ценность теоретических моделей вселенной состоит в том, что, несмотря на всю свою условность и схематичность и даже несмотря на идеализм их авторов, они все же дают возможность осветить некоторые стороны окружающего нас мира, прояснить некоторые отношения и зависимости. Но и только. Ни одна из них не может претендовать на роль точного «слепка» вселенной. Об этом говорит хотя бы тот факт, что с одинаковым успехом могут быть построены логически непротиворечивые модели, обладающие прямо противоположными свойствами. Так, например, оказалось возможным построение модели мира, который возникает из ничего и в котором в дальнейшем выполняется закон сохранения материи и движения, в то время как у Бонди, наоборот, вселенная существует вечно, но в ней постоянно происходит творение материи. Уже сама возможность равноправного существования столь противоречивых моделей наглядно свидетельствует об их условной ценности.

Лучшим доказательством того, что моделирование является лишь разведкой, так сказать, глубоким зондированием вселенной, является отношение к подобным теориям их собственных авторов.

Несколько лет назад в Москве происходил Всемирный съезд астрономов, на котором в числе других делегатов присутствовал и Бонди. В одном из докладов, представленных советскими учеными, излагалась точка зрения, прямо противоречащая построениям Бонди. Тем не менее он не только не вступил с ней в спор, но весьма заинтересовался и в дальнейшем продолжал поддерживать переписку с советским автором, с большим вниманием и сочувствием следя за развитием его теории.

Вторая линия атак на закон сохранения материи непосредственно связана со знаменитым принципом эквивалентности массы и энергии, сформулированным в свое время Альбертом Эйнштейном и легшим затем в основу современной атомной физики.

Материя и энергия

Согласно этому принципу полное количество энергии, содержащейся в некотором количестве материи, равно произведению массы этой материи на квадрат скорости света. Математически принцип эквивалентности может быть выражен простой математической формулой:

Е = mс², где Е — энергия, m — масса и с — скорость света в пустоте.

Пользуясь этой формулой, можно подсчитать, что полное количество энергии, содержащейся в одном килограмме любого вещества, составляет огромную величину, равную 25 миллиардам киловатт-часов.

В топках современной тепловой электростанции ежедневно сжигаются тысячи тонн каменного угля. Но если бы удалось выделить полную энергию, заключенную всего лишь в одном килограмме топлива, это заменило бы непрерывную работу Куйбышевской ГЭС на протяжении примерно 17 месяцев.

Автомашина «Волга» расходует на каждые 100 километров пути около 12 литров бензина. В то же время полная энергия, заключенная в одном литре этого топлива, могла бы безостановочно двигать «Волгу» в течение… 50 тысяч лет!

Куда «исчезает» масса?

Но формула Эйнштейна свидетельствует не только о колоссальных запасах энергии, содержащейся в веществе. Из этой формулы следует, что энергия «весит». В самом деле, если полная энергия тела пропорциональна его массе, то, очевидно, расход энергии должен быть связан с уменьшением массы. Подсчеты показывают, что каждая калория энергии соответствует массе 0,000000000000046 грамма. Это означает, что если тонна воды остывает от 100 градусов С до 0 градусов С, то ее масса уменьшается на 0,0000047 миллиграмма. Солнце ежесекундно излучает поток энергии, равный 88: 1024 калорий. Этому соответствует ежесекундная потеря нашим дневным светилом свыше 4 000 000 тонн массы.

Аналогичное явление наблюдается и при химических реакциях, протекающих с выделением тепла. Например, при соединении 2 граммов водорода и 16 граммов кислорода, в результате которого образуется вода, выделяется 68 000 калорий энергии. Благодаря этому масса воды оказывается меньше суммы масс вступающих в реакцию веществ на три миллиардных доли грамма. Подобный же дефект массы имеет место и при ядерных взаимодействиях. В обычной жизни мы привыкли к тому, что в результате сложения всегда получается величина, равная сумме слагаемых. Но вот происходит ядерная реакция. Ядро атома водорода — протон, объединяясь с ядром атома лития, образует два ядра атомов гелия, как говорят физики, две альфа-частицы. Масса протона составляет 1,00812, масса ядра лития — 7,01822, а альфа-частицы — 4,00390. Сложив два первых числа, мы получим 8,02634. Между тем общая масса двух альфа-частиц составляет только 8,00780. Таким образом, налицо дефект массы, равный 0,01854 массовой единицы, что соответствует выделению определенного количества энергии. Кстати сказать, именно это обстоятельство и открывает возможность использования энергии ядерного синтеза, то есть энергии, выделяющейся при слиянии легких ядер. Именно такую природу имеет энергия, выделяющаяся при термоядерных реакциях.

То же самое происходит и при делении атомных ядер тяжелых химических элементов, например урана. В этом случае общая масса осколков оказывается меньше массы разделившегося ядра. И на этот раз часть массы «исчезает», а взамен выделяется некоторое количество энергии.

Основываясь на этих фактах, религиозные теоретики утверждают, что материя превращается в энергию, а следовательно, исчезает, поскольку энергия не обладает ни массой, ни инерцией, ни каким-либо другим свойством, характерным для материи. А раз материя исчезает, значит, и закон сохранения не имеет места.

Однако в действительности подобный вывод основан на незаконном жонглировании физическими понятиями и терминами. Прежде всего, энергия — это свойство материи. С другой стороны, не может превратиться в энергию и масса, которая также является одним из свойств материи.

Но куда же в таком случае все-таки девается «исчезнувшая» масса?

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны познакомиться еще с одним важным выводом теории относительности, обнаружившей, что масса любого тела непосредственно зависит от состояния его движения. Оказалось, что с увеличением скорости масса тела растет. Чем выше скорость движущегося тела, тем больше его масса. Таким образом, необходимо различать массу покоя и массу движения, или, как ее называют физики, релятивистскую массу. Существуют объекты, у которых масса покоя вовсе отсутствует, например фотоны или нейтрино. Эти частицы всегда мчатся со скоростью света.

А теперь вернемся к реакции объединения ядер атомов лития и водорода, в результате которой образуются альфа-частицы. Как мы уже говорили, суммарная масса продуктов этой реакции меньше общей массы вступающих в нее частиц. Но все дело в том, что при таком подсчете принимается во внимание масса покоя ядер атомов гелия. Между тем образующиеся альфа-частицы движутся со скоростью 20 400 километров в секунду, и, следовательно, их действительная масса, в данном случае релятивистская масса, несколько больше. Подсчет показывает, что соответствующее указанной скорости увеличение массы каждой альфа-частицы составляет 0,00927 единицы. Теперь читатель может легко проверить, что с учетом релятивистского эффекта дефект массы полностью устраняется.

Таким образом, закона сохранения массы покоя не существует, а имеет место более общий закон сохранения релятивистской массы, который выполняется при любых взаимодействиях.

А что же происходит с энергией, выделяющейся в соответствии с формулой Эйнштейна?

Ведь она не может существовать сама по себе; как мы знаем, энергия должна иметь своего материального носителя. Так, энергия, выделяющаяся при делении ядра урана, представляет собой не что иное, как энергию движения разлетающихся осколков. Именно эта энергия и превращается в тепло в современных ядерных реакторах, а затем приводит в действие силовые установки.

Что же касается реакции ядерного синтеза, то она связана с переходом некоторой части вещества в различного рода излучения, которые также представляют собой одну из форм существования материи и частицы которых — кванты или фотоны — обладают релятивистской массой. При этом внутренняя энергия вступающих в реакцию ядер переходит в энергию движения возникающих материальных образований.

Но как же понимать в таком случае формулу Эйнштейна, как объяснить тот факт, что в ней поставлен знак равенства между энергией и массой?

В физике все математические формулы выражают только количественные отношения между реальными величинами, и ничего больше.

Точно так же обстоит дело и с равенством в формуле Эйнштейна. Оно говорит лишь о том, что в данном материальном процессе происходит переход энергии из одного состояния в другое. Это значит, что знак равенства в соотношении эквивалентности следует понимать как знак количественного, а вовсе не качественного тождества.

Таким образом, несмотря на закон Эйнштейна и существование дефекта массы, никакого исчезновения массы, а тем более материи или превращения их в энергию не происходит. Попытки атаковать закон сохранения с этой стороны также оказываются несостоятельными.

1. К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, стр. 51. ↑