Глеб Анфилов - Бегство от удивлений

В этой книжке поясняется что такое

ДВИЖЕНИЕ,

МЕХАНИКА,

ТЯГОТЕНИЕ,

ПРИЧИННОСТЬ,

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ,

ПРОСТРАНСТВО,

ВРЕМЯ,

ВСЕЛЕННАЯ

Рисунки Б. Лаврова

Анфилов Г. Б.

А73 Бегство от удивлений. Книга для юных любителей физики с философским складом ума. Рис. Б. Лаврова. Второе издание. М., «Дет. лит.», 1974.

288 с.

Книга рассказывает о рождении и развитии механики как науки, искавшей и ищущей ответы на самые простые и глубокие вопросы об устройстве природы.

Приглашение к бегству

Двадцатый век — это эпоха бегства от чуда

В возрасте пяти или шести лет Альберт Эйнштейн испытал чудо, которое запомнилось ему на всю жизнь. Это чудо подарил ему его отец. Это был компас.

Маленький Эйнштейн рассматривал, как пляшет намагниченная стрелка. И размышлял. И не мог разгадать загадку: почему стрелка все время направлена на север? «То, что стрелка вела себя так определенно, — писал Эйнштейн в старости, — никак не подходило к тому роду явлений, которые могли найти место в моем неосознанном мире понятий (действие через прикосновение). Я помню еще и сейчас — или мне кажется, что я помню, — что этот случай произвел на меня глубокое и длительное впечатление».

Так пришло первое удивление. Эйнштейн вспоминал о нем как о начале сознательного взгляда на мир.

В зрелые годы удивлений стало много. Эйнштейн черпал их в привычном и внешне ничуть не странном. Он часто говорил об этом. И огорчался, что «человек так не реагирует на то, что видит с малых лет. Ему не кажется удивительным падение тел, ветер и дождь, он не удивляется Луне и тому, что она не падает...»

Самого же Эйнштейна умение удивляться непонятности мира не покинуло до последних дней. И это не было умильно-пассивным созерцанием тайны или мистическим трепетом перед чудом. Эйнштейн не дорожил удивлениями. Он уходил, убегал от них, постигая их причины.

Вот почему развитие умственного мира ученого, по словам Эйнштейна, «представляет в известном смысле преодоление чувства удивления, непрерывное бегство от удивительного, от чуда».

В этой книжке мы тоже обратим внимание на замаскированные чудеса, еще более «обыкновенные», чем компас. Главным образом — на падающий камень. И попытаемся пройти дорогой, которую проложили некогда Галилео Галилей и Исаак Ньютон, по которой «бежал от удивлений» Альберт Эйнштейн.

Книжка эта — без претензий на строгую научность, со скромными потугами на развлекательность (местами). Кое-где будет рассказано о предметах сложных; там читателю придется проявить усидчивость.

Но сперва читать будет легко: на первых порах речь пойдет о вещах, которые должны быть знакомы по урокам физики. Тот, кто умудрен в школьной механике и увенчан лаврами пятерок, может проглядеть всю первую часть бегло, со снисходительным чувством понимания сути дела, и даже, пожалуй, совсем опустить ее. Только пусть он имеет в виду, что там говорится об удивительных странностях падения, которые в рамках классической физики объяснения, увы, не находят. Весь последующий рассказ — разветвленный, изобилующий отступлениями, иногда нелегкий для быстрого чтения, — будет посвящен чудесам падающего камня и, в связи с этим, специальной и общей теории относительности. А в самом конце вас ждет небольшая экскурсия в дали Вселенной, в проблемы ее истории и будущего.

Таким образом, глубокие знатоки школьной физики, видимо, сразу приступят ко второй части.

Ну, а не знатоки, читатели, лишенные избытка самоуверенности и обладающие не столько физическим и математическим складом ума, сколько философским, склонным, скорее, к желанию понять проблемы в общих чертах, нежели в деталях, — словом, те, кто не стремится стать профессионалом-физиком, а просто хочет расширить свой кругозор, хочет понять главное в природе и во многом верит науке на слово (на их стороне симпатии автора, и как раз для них, в основном, написана эта книжка), — я надеюсь, начнут читать с начала.

Очень хочется, чтобы именно они дочитали ее до конца.

Часть первая УДИВЛЕНИЕ ПАДЕНИЮ

Глава 1. КАМЕНЬ И ПУШИНКА

Тяжесть и опасность падения — это первое, что осознает человек, освободившись от младенческих пеленок. Первый шаг, первый прыжок — и он убеждается: предстоит прожить жизнь в мире, где всегда что-то тянется к земле и падает. Освоиться с таким положением вещей помогают синяки, шишки, разбитые тарелки — словом, опыт, копящийся с юных лет. И в конце концов человек, умудренный житейским опытом, начинает думать, что он многое постиг и знает.

А так ли это?

Проверьте-ка себя — хотя бы на том же явлении падения.

Вот вопрос. Почему камень падает?

Отвечают по-разному:

Потому, что он тяжелый.

Потому, что его притягивает Земля.

Первый ответ восходит к глубочайшей старине. Наши предки, веря своим учителям, древним мудрецам, считали, что разным телам присущи два противоположных свойства — тяжесть и легкость. И что всему на свете назначено свое «естественное» место: тяжелому — внизу, легкому — вверху. Вот и стремятся книзу камни, а дым, наоборот, поднимается. Но что такое «низ» и почему он для камня «естественнее», чем «верх», древние мудрецы не сказали.

Прошли века, и «низ» перемешался с «верхом». Очень просто: Земля оказалась шаром. Небо Австралии для нас — внизу. Но австралийские сосульки не падают на Луну, когда она оказывается «под Австралией».

Что касается свойства «легкости», то его, как выяснили, не оказалось в природе. Все тела наделены тяжестью, хоть и в разной степени. Дым поднимается не потому, что он легок, а потому, что он увлекается теплым воздухом, который менее тяжел, чем окружающий холодный воздух. Так в воде всплывает пробка.

Как видите, с первым вариантом ответа связано немало недоразумений и заблуждений.

Второй вариант значительно моложе. Ему не более четырехсот лет. В XVI веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер с величайшей осторожностью высказал привычную для нашего времени мысль: «Не камень стремится к Земле, а, скорее, Земля его влечет к себе». В этих словах была четко провозглашена идея земного тяготения. Предположение о таинственной силе, которая исходит от нашей планеты, пронизывает пустоту, «хватает» камень и тащит его книзу. Как будто ясно.

Но чуть-чуть поразмыслите, и в этом традиционном, школьном объяснении вы найдете повод для удивления. В самом деле, почему же земное тяготение может влиять на камень через пустоту, на расстоянии? Как Земля «хватает» камень, не «дотрагиваясь» до него? Ведь то самое «действие без прикосновения», которому поразился юный Эйнштейн, разглядывавший компас, на падающем камне еще заметнее и нагляднее. Между Землей и камнем не видно никаких нитей, никаких пружин — и тем не менее происходит падение.

Разве это не чудо?

Нетерпеливым читателям, верно, хочется спросить: а в самом деле, почему это так? Почему Земля через пустоту тянет к себе камни и все остальные тела?

Получить ответ сейчас — значит, сразу, без особых усилий, «убежать от удивления». Но столь поспешное бегство не удастся. Простой с виду вопрос на деле оборачивается труднейшей и сложнейшей научной проблемой.

Чтобы понять причины чуда, нужно сперва изучить его подробности, точно разузнать, как оно происходит. Без ответа на вопрос «как» не узнаешь и почему именно так, а не иначе устроена и действует природа.

Уход от всеобъемлющего почему может показаться уступкой, жертвой незнанию. Но в действительности наоборот — именно здесь шаг вперед. Это доказано всей историей науки.

Итак, не почему это так, а прежде всего как это так?

Сначала — как падают тела?

Вот задача.

Некий чудак, глазея с моста в реку, уронил кепку, решил догнать ее в воздухе и для этого сам нарочно упал с моста. Удался ли ему замысел? Сопротивление воздуха не учитывать.

Вариант задачи. Что быстрее свалится со стола — дверной ключ или спичка? Какая из двух сосулек, вместе оторвавшихся от карниза, скорее достигнет тротуара — большая или маленькая?

Второй (более острый) вариант. Что раньше упадет на землю, сорвавшись одновременно с одинаковой высоты (при условии отсутствия помех) —тополиная пушинка или пушечное ядро?

Все эти варианты составили маленькую анкету, которую я предложил людям вполне культурным — пятерым школьникам-восьмиклассникам и трем взрослым, журналистам. Получился легонький тест на физический кругозор.

Трое из опрошенных (в их числе два школьника) ответили правильно. Остальные же, те, кто начисто забыл школьную физику, уверенно заявили: чудак догонит кепку, большая сосулька обгонит маленькую, так же как ядро — пушинку. Потому что, говорили они, тяжелое должно падать быстрее легкого, так как сильнее притягивается Землей.