Фейнман - 01. Современная наука о природе. Законы механики (1055659), страница 15
Текст из файла (страница 15)
С чего все пошло? Как все стало таким, как оно есть? Если, например, все в биологии будет нами понято, возникнет естественный вопрос: как появились все существа на Земле? Этим занимается теория эволюции — важная часть биологии. В геологии нам хочется знать не только, как образуются горы, но и как вначале возникла сама Земля, солнечная система и т. д. Зто, естественно, приводит нас к желанию узнать, из какого рода материи складывалась тогда Вселенная. Как развились звезды? Каковта были начальные условия? Это — проблема астрономической истории.
Сепчас многое прояснилось в пронсхо;кдении звезд, элементов, пз которых мы состоим, и даже чуточку стало ясней происхождение самой Вселеннок. В настоящее время физика не изучает вопросы истории. Мы не задаем вопрос: «Вот законы физики, как они возникли?» Мы не считаем в настоящее время, что законы физики со временем как-то изменяются, что они прежде были иными, нежели ныне. Конечно, это не пгключгло, и если выяснится, что это и впрямь так, то исторические вопросы физики переплетутся с остальной историей Вселенной, и тогда физик будет обсуждать те же проблемы, что и астрономы, геологи и биологи. Наконец, существует физическая проблема, общая многим наукам, очень старая к тому же, но до сего времени не решенная.
Это ке проблема поиска новых элементарных частиц, нет, зто другой вопрос — вопрос давно, свыше ста лет назад, отставленный наукой в сторону. Ни один физик еще не смог математически безупречно проанализировать его, несмотря на его важность для сопредельных наук. Это — анализ циркуляции, или вихревой жидкости. Если проследить эволюцию звезды, то рано нли поздно мы подойдем к такому моменту, когда в звезде начинается конвекция; и с этого момента мы уже не знаем, что будет дальше. Через несколько миллионов лет происходит взрыв звезды, но причина этого для нас остается загадкой.
Мы не умеем анализировать погоду. Мы не знаем картины движений, которые долукны происходить внутри Земли. В простейшей форме задача такова: пропустим через очень длинную трубку ца болыпой скорости воду. Спрашивается: какое нужно давление, чтобы прогнать сквозь трубку данное количество воды? И никто, основываясь только на первичных законах и на свойствах самой воды, не умеет ответить на этот вопрос. Если вода течет неторопливо или когда сочится вязкая жижа вроде меда, то мы прекрасно все умеем. Ответ вы можете найти.
например, в любом вашем учебнике. А вот с настоящей, мокрой водой, брызжущей из шланга, справиться мы яе в силах. Это — центральная проблема, которую в один прекрасный день нам понадобится решить, а мы это не умеем. Поэт сказал однажды: «Весь мир в бокале винаэ. Мы, вероятно, никогда не поймем, какой смысл он в это вкладывал, ибо поэты пишут не для того, чтобы быть понятыми. Но бесспорно, что, внимательно взглянув в бокал вина, мы поистине откроем целый мир. В нем и физические явления (искрящаяся жидкость, испарение, меняющееся в зависимости от погоды и вашого дыхания, блеск стекла) и атомы (о которых нам говорит уже наше воображение). Стекло — это очищенная горная порода; в его составе кроются секреты возраста Вселенной и развития звезд.
А из какого удивтыельного набора реактивов состоит это вино! Как они возникли? Там есть закваска, ферменты, вытяжки и разные другие продукты. Ведь в вине скрывается большое обобщение: вся жизнь есть брожение. Изучая химию вина, нельзя не открыть, как это и сделал Луя Пастер, причины многих болезней. Сколько жизни в этом кларете, если он навязывает нашему сознанию свой дух, если мы должны быть столь осторов ны с ним~ Наш ограниченный ум для удобства делит этот бокал вина, этот мир на части: физику, биологию, геологию, астрономию, психологию и т.
д., но ведь природа на самом деле никакого деления не знает! Давайте же и мы сольем это воедино, не забывая все же, чтб мы увидели. Пусть этот бокал вина доставит напоследок еще одно наслаждение: выпить его и обо всем позабыть! Глаза 4 СОХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ 9 1. Что такое энергия? й 2. Потенциальная энергия тяго- тения 4 А 'атно тнамое энергняу Я 3. Кинетпческая энергия й 4. Прочие фориьэ энергии тг С этой главы, покончив с общим описанием природы вещей,мы начнем подробное изучение различных физических вопросов. Чтобы показать характер идей и тнп рассуятдений,которые могут применяться в теоретической физике,мы разберем один из основных законов физики— сохранение энергии. Существует факт, или, если угодно, завоз, управляющий всеми явлониями природы, всем, что было известно до сих пор.
Исключений нз этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе.
Само это утверждение весьма и весьма отвлеченно; это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления илн чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и опо останется прежним.
(Ну, все равно, как слон на черном шахматном поле; как бы ни разворачивались события на доске, какие бы ходы ни делались, слон все равно окажется на черном поле. Наш закон как раз такого типа.) И поскольку утверждение это отвлеченно, то мы выявим его смысл на некоторой аналогии. Познакомимся с мальчиком, этаким Монтнгомо Ястребиный 11оготь; у него есть большие кубики, которые даже он не может ни сломать, ни разделить на части. Все они одинаковы. Пускай их у него 28 пшук. Мама оставляет его утром дома наедине с этими кубиками.
Каждый вечер она подсчитывает, сколько у него кубиков, — она немного любопытна! — и открывает поразительную закономерность: чтб бы ее сыншпка нп вытворял с кубиками, их нсе равно оказывается 28! Та>с зто тянется довольно долго, и вдруг в один прекрасный день она насчитывает только 27 штук. После недолгих поисков кубик обнаруживают под ковром: ей приходится все обыскать, тобы убедиться в неизменности числа кубиков. В другой раз кубиков оказывается 26. Снова тщательное исследование показывает, что окно отворено; взглянув вниз, она видит два кубика в траве.
В третий раз подсчет дает 80 кубиков! Это приводит маму в полное замен>ательство, но потом она вспоминает, что в гости приходил соседский Кожаный Чулов, видимо, он захватил с собой свои кубики и позабыл их здесь. Она убирает лишние кубики, затворяет плотно окно, не пускает больп>е гостей в дом, н тогда, все опять идет как следует, пока однажды подсчет не дает 25 кубиков... Правда, в комнате имеется ящик для игрушек, маме хочется и в него заглянуть, но мальчик кричит: «Не открывай мой ящик>а н начинает рев; мама к ящику не допускается. Как же быть? Но мама любопытна и хитра, она придумывает выход! Она знает, что кубик весит 500 г; она взвешивает ящик, когда все 28 кубиков на полу, он весит 1 кг.
Когда в следук>щи>> раз она проверяет количество кубиков, оиа опять взвешивает ящик, вычитает 1 кг и делит на 500 г. Она открывает, что '>асио икеющикся>, Вес ящика — > са Постоянная (' .' )-- ", -= ..1 ' кУбиков !+ ббб с = величина. ( ) Но опять возникают отклонения и от этой формулы. Снова в реаультатс кропотливых изысканий выясняется, что при атом уровень воды в стиральной машине почему-то изменился. Дитя, оказывается, швыряет кубики в воду, а мать пе может их увидеть — вода мыльная; но она монсет узнать, сколько в воде кубиков, добавив в формулу новый член. Первоначальный уровень воды 40 см,, а каждый кубик подымает воду на ', см, так что новая формула такова: Число инеюи>икся> Вес ящика — 1 сг, ! кубиков /+ бо>> г + Уровень воды — 40 сгс Постоянная сл велкчниа. и с Мир представлений мамы постепенно расширяется, она накодит весь ряд членов, позволяющих рассчитывать, сколько кубиков находится там, куда она заглянуть не мозеет.
В итоге она открывает сложную формулу для количества, которое деленно быть рассчитано н которое всегда остается тем же самым, что бы ее дитя ни натворила. В чем же аналогия между этим примером и сохранением энергии? Самое существенное, от чего надлежит отвлечься в этой картинке,— зто чго кубиков не существует. Отбросьте в выражениях (4.1) и (4.2) первые члены и вы обнаружите, что считаете более плп менее отвлеченные количества. Аналогия же в следующом. Во-первых, при расчете энергии временами часть ее уходит пз системы, временами же какая-то энергия понвляется. т(тобы проверить сохранение энергии, мы должны быть уверены, что не забыли учесть ее убыль или прибыль.
Во-вторых, энергия имеет множество равных форм и для каждой из них есть своя формула: энергия тяготения, кинетическая энергия, тепловая энергия, упругая энергия, электроэнергия, химическая энергия, энергия излучения, ядерная энергия, энергия массы. Когда мы объединим формулы для вклада каждой из них, то их сумма не будет меняться, если не считать убыли энергии и ее притока. Важно понимать, что физике сегодннптнего дня неизвестно, что >нанос энергия. Мы не считаем, что энергия передается в виде маленьких пилюль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
