Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Положение, в котором находится современная физика, следует считать ужасным. Я бы подытожил его такими словами: вне ядра мы, видимо, знаем все; внутри него справедлива квантовая механика, нарушений ее принципов там не найдено. Что такое емасса нулытг Массы, которые мы приводили, эте массы иомояг~1илня частиц. Если у частицы масса нуль, то зто значит, что она не смеет покоиться. Фотон никогда не стоит на месте, скорость его равна всегда 300 000 км!сек.
Мы с нами еще разберемся в теории относительности и попытаемся глубже вникнуть в смысл понятия массы. Итак, мы встретились с целым строем частиц, которые все вместе, по-видпмому, являются очень фунднлтентальной частью вещества. К счастью, эти частицы не все отличаются по своему взаимодействию друг от друга. Вттднето, есть только четыре типа взаимодействий между инни.
Перечислим их в порядке убывающей силы: ядерные силы, электрические вэаимодейстнпя, )1-распадное взаимодействие и тяготение. Фотон взаимодействует со всеми заряженными частицами с силой, характеризуемой некоторым постоянным числом 1з137, Детальный закон этой связи известен — это квантовая электродинамика. Тяготение взаимоденствует со всякой энергией, но чрезвычайно слабо, куда слабее, чем электричество. И этот закон известен.
Потом идут так называемые слабые распады: р-распад, из-эа которого нейтрон распадается довольно медленно на протон, электрон и нейтрино. Тут закон выяснен лишь частично. А так называемое сильное взаимодействие (связь мезона с барионом) обладает по этой шкале силой, равной единице, а закон его совершенно темен, хоть я известны кое-какие правила, вроде того, что количестно барионов ни в одной реакции не меняется. Сцена, на которой действуют все наши знания,— это релятивистское пространство-время; не исключено, что с ним связано и тяготение. Мы не знаем, как началась Вселенная, и мы ни разу не ставили опытов с целью точной проверки наших представлений о пространстве-времени на малых расстояниях, мы только знаем, что вне атих расстояний наши воззрения безошибочны.
Можно было бы еще добавить, что правила игры — зто принципы квантовой механики; и к новым частицам они, насколько нам известно, нриложпмы не хуже, чем к старым. Поиски происхо'ндения ядерных сил приводят нас к новым частицам; но все зги открытия вызывают только замешательство. У нас нет полного понимания нх взаимных отношений, хотя в некоторых поразительных связях между ними мы уже убедились. Мы, видимо, постепенно приближаемся к пониманию мира заатомных частиц, но неизвестно, насколько далеко мы ушли по атому пути. 1'лаась Д' ФПЗИЕА И ДРУРИЕ ИАУКИ й 7.
Лведетьмв Физика — это самая фундаментальная из всех наук, самая всеобъемлющая; огромным было ее влияние на все развитие науки. Действительно, ведь нынешняя физика вполне равноценна давнишней натуральной философии, иа которой возникло большинство современных наук. Не зря физику вынуждены изучать студенты всевозможных специальностей; во множестве явлений она играет основную роль. В этой главе мы попытаемся рассказать, какого рода фундаментальные проблемы встают перед соседними науками. Жаль, что нам не придется по-настоящему заняться этими науками, их проблемами; мы не сможем прочувствовать всю их сложность, тонкость и красоту. Из-за нехватки места мы не коснемся также связи фиаики с техникой, с промышленностью, с общественной жизнью и военным искусством.
Даже на замечательной связи, объединяющейфизикус математикой, мы не задержимся. (Математика, с нашей точки зрения, не наука з том смысле, что она не относится к естественным наукам. Ведь мерило ее справедливости отнюдь не опыт.) Кстати, не все то, что не наука, уж обязательно плохо. Любовь, например, тоже не наука. Словом, когда какую-то вещь называют не наукой, зто не значит, что с нею что-то неладно: просто не наука опа, и все. й 1.
Введение й 2. Химия й 3. Бпологпя й 4. Астрономп й 5. Геология 8 6. Бспхслоггн й 7. С чего зсе пошло? ф л. Хылтся Химия испытывает на себе влияние физики, пожалуй, сильней, чем любая другая наука. Когда-то, в свои младенческие годы, когда химия почти целиком сводилась к тому, что мы сепчас называем неорганической химией (т. е. химии веществ, не связанных с живыми телами), когда кропотливым трудом химиков открывались многие химические элементы, нх связь друг с другом, изучались их соединения, анализировался состав почвы и минералов, в те годы химия сыграла важную роль в становлении физики.
Зтп науки взаимодействовали очень сильно: вся теория атомного строения вещества получила основательную поддержку в химическом эксперименте. Химическую теорию, т. е. теоршо самих реакций, подытожила периодическая система Менделеева. Она выявила немало удивительных связей мея'ду разными злементамп — стало ясно, что с чем и как соединяется; все эти правила составили неорганическую химию.
Сами они в свою очередь были в конечном счете объяснены квантовой механикой. Стало быть, на самом деле теоретическая химия — зто физика. Однако объяснение, даваемое квантовой механикой, — это все-таки объяснение в принципе. Мы уже говорили, что знание шахматных правил— это одно, а умение играть — совсем другое. Можно знать правила, а играть неважно. Точно так же очень и очень непросто точно предсказать, что произойдет в такой-то химической реакции. И все же в самых глубинах теоретической химии леязит квантовая механика. Есть к тому же ветвь физики и химии, и очень важная ветвь, к которой они обе приложили руки. Речь идет о применении статистики к тем случаям, когда действуют законы механики, т. е.
о статистической механике. В любой химической реакции действует много атомов, а двихсения их случайны и замысловаты. Если бы мы могли проанализировать каждое столкновение, подробно проследить движение каждой молекулы, то мы бы всегда зналп, что случится. Но нужно так много чисел, чтобы отметить путь всех молекул, что никакой емкости вычислительной машины и уж во всяком случае емкости мозга не хватит. Значит, важно научиться работать с такими сложными системами. Статистическая механика, кроме того, лежит в основе теории тепловых явлений, или термодинамика. В нагие время неорганическая химия как наука свелась в основном к физической и квантовой химии; первая изучает скорости реакций и прочие их детали (как попадает молекула в молекулу, какая из частей молекулы оторвется первой и т.
д.), а вторан помогает понимать происходящее на языке физических законов. Другая ветвь химии — органическая химия, химия веществ, связанных с жизненными процессами. Одно время думали, что подобные вещества столь необыкновенны, что их не изготовишь своими руками из неорганических веществ. Но это оказалось не так: органические вещества отличаются от неорганических 66 только большей сложностью расположения атомов. Органическая химия.
естественно, тесно связана с биологией, снабжающей ее веществами, и с промышленностью; далее, многое из физической химии и квантовой механики столь же приложимо к органическим соединениям, как и к неорганическим. Впрочем, главные задачи органической хил«ни вовсе не в этом, а в анализе и синтезе веществ, образуемых в биологических системах, в живых телах. Отскща можно постепенно перейти к биохимии и и самой биологии, т.
е. к молекулярной биологии. й «». Б««о.«огг«я Итак, мы пршплн к науке, которая занята изучением живого,— к биологии. Когда она делала свои первые шаги, биологи решали чисто описательные задачи; им нужно было выяснить, калил бывает живое, им приходилось, скажем, подсчитывать, сколько у блохи на ноге волосков, и т. д. Когда все это ~с большим интересом) было изучено. они обратились к механизму функционирования живого, сперва. естественно, очень груоо, в общих чертах, потому что в разных тонкостях разобраться было непросто.
Когда-то мен«ду биологией н физикой существовали интересные отношения: именно биология помогла физпке открыть закон сохранения»нергци; ведь Майер установил этот закон при изучении количоства тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом. Вслп вглядеться в биологию живых организмов, можно заметить множество чисто физических явлений: циркуляцию крови, давление и т.
п. Ваять, к примеру, нервы. Наступив на острый камешек, мы мгновенно узнаем об этом; что-то нам о том говорит, какая-то информация поднимается вверх по ноге. Как же это происходит? Изучая нервы, биологи пришли к выводу, что это очень нежные трубочки со сложными, очень тонкими стенками. Через этн стенки в клетку поступают ионы; получается нечто вроде конденсатора с положительными ионами снаружи и отрицательными внутри. У такой мемораны есть замечательное свойство: если в одном месте она «разрня«ается», т.
е. если в каком-то месте ионы пройдут насквозь, так что электрическое напряжение здесь упадет, то соседние ионы почувствуют это электрическое влияние; это так подействует на мембрану в соседнем месте, что она тоже пропустит сквозь себя ионы. В свою очередь это скажется на следующем месте и т. д.
Возникнет волна «проницаемости» мембраны; она побежит вдоль нервного волокна, если один конец его «возбудится» острым камнем. Выходит словно длинная цепочка костяшек домино, поставленных торчком; толкнешь крайнюю, опав следующую и т. д. Конечно, больше одного сообщения так не передашь, надо снова поднять все костяшки; и в нервной клетке тоже после этого идут процессы медленного накопления ионов и подготовки перва к новому импульсу, Так мы узнаем, что мы делаем (или по крайней мере где мы находимся). Электрические явления при прохождении нервного импульса, конечно, можно регистрировать электрическими приборами. Поскольку эти явления су«<есшвуют, то без физики электричества нельзя понять проводимость по нерву, Обратное явление происходит, когда откуда-то из мозга по нерву передастся сообщение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
