Тайны пространства и времени

Возникает вопрос: откуда эти огромные массы воды берутся и куда они затем исчезают? Специалисты утверждают, например, что в период муссонных дождей в Индии выпадает колоссальное количество осадков. Но когда этот период заканчивается, вода необъяснимо быстро исчезает и все высыхает! Возможно, какая-то ее часть пополняет запасы подземных вод или сливается в океан, но это вряд ли может объяснить процесс столь быстрого, практически полного высыхания!

Обратимся к физике. Одним из величайших достижений этой науки в XX веке явилось открытие А. Эйнштейном так называемого принципа эквивалентности массы и энергии. В соответствии с этим принципом, полное количество энергии, содержащейся в некоторой массе вещества, равно произведению величины этой массы на квадрат скорости света.

Но если общая энергия какого-либо объекта пропорциональна его массе, то из этого следует, что расход энергии должен быть связан с уменьшением массы этого объекта. Как показывают расчеты, при остывании одной тонны воды от 100 градусов до 0 градусов Цельсия ее масса действительно уменьшается на 0,0000047 миллиграмма… С другой стороны, любой расход энергии должен быть связан с уменьшением массы. Подсчеты показывают, что каждая калория энергии соответствует массе 0,000000000000046 грамма. В частности, Солнце ежесекундно излучает энергию, равную 88*10²¹ калорий. Этому соответствует ежесекундная потеря массы, равная примерно 4 000 000 тонн!

Аналогичные явления наблюдаются и при химических реакциях, которые протекают с выделением тепла. Так, при соединении 2 граммов водорода с 16 граммами кислорода, в результате чего образуется вода, выделяется 68 тысяч калорий энергии. Благодаря этому масса образовавшейся воды оказывается меньше суммы масс вступающих в реакцию веществ на три миллиардные доли грамма.

Подобный же «дефект массы» возникает и при термоядерных реакциях, то есть при реакциях синтеза более тяжелых элементов из более легких. Полная масса частиц, вступивших в такую реакцию, оказывается меньше суммы масс частиц, которые в результате этой реакции образуются. И чем такой «дефект массы» больше, тем большая, согласно формуле Эйнштейна, энергия выделится.

Так, например, при слиянии протона (ядра атома водорода) с ядром атома лития образуются два ядра атомов гелия (две альфа-частицы). Масса протона составляет 1,00812 массовых единиц, а ядра лития – 7,01822 единицы. Что же касается альфа-частицы, то она обладает массой, равной 4,00390. Итак, суммарная масса протона и ядра лития составляет 8,02634, а двух альфа-частиц – только 8,00780. Таким образом, налицо дефект массы, равный 0,01854 массовых единиц, что соответствует выделению определенного количества энергии.

Аналогичные явления происходят и при делении ядер атомов тяжелых химических элементов, например урана. В этом случае общая масса «осколков» оказывается меньше, чем масса исходного ядра. И на этот раз часть массы «исчезает», а взамен выделяется некоторое количество энергии – кинетической энергии разлетающихся осколков деления и различных излучений и полей.

В свое время Артур Эддингтон высказал предположение, что при подобных реакциях масса превращается в энергию. Если бы это утверждение было справедливо, то можно было бы ожидать, что при определенных условиях возможен и обратный процесс – то есть превращение энергии в массу.

Однако в обычных условиях – как считает большинство современных физиков – формулу Эйнштейна следует интерпретировать несколько иначе, не как физическое равенство, а как «закон эквивалентности»: «материя из одного состояния, которое характеризуется определенными массой и энергией, переходит в другое состояние с другими массой и энергией». Что в принципе не исключает как перехода в состояние с меньшей массой и большей энергией, так и перехода в состояние с большей массой и меньшей энергией. Таким образом, с точки зрения теории относительности, в природе возможны процессы, при которых энергия уменьшается, а масса возрастает, то есть происходит как бы превращение энергии в массу!

Как мы уже неоднократно подчеркивали, одним из главных выводов революции в физике, совершившейся на рубеже XIX и XX столетий, явился вывод о том, что любая научная теория имеет определенные «границы применения», и что на явления, лежащие за этими границами, выводы и ограничения соответствующей теории могут и не распространяться!

В частности, совершенно необычный характер, с точки зрения некоторых фундаментальных физических теорий, в том числе и теории относительности, могут приобретать явления и процессы, происходящие в физическом вакууме, который, согласно распространенным в современной физике представлениям, составляет основу всего существующего – хотя в известном смысле «скрытую», но все-таки основу! Как говорил известный эстонский философ академик Г.И. Наан: «Вакуум – есть все, и все – есть вакуум». Аналогичной точки зрения придерживался и известный советский физик-теоретик Я.И. Померанчук: «Вся физика – это физика вакуума…»