Наука и удивительное - страница 2
При написании такой небольшой книги, как эта, автор вынужден делать отбор и опускать многие существенные факты. При этом отборе он руководствовался своими представлениями о существенности тех или иных областей науки; большую роль играла также ограниченность его собственных знаний. Один пробел требует специальных пояснений. Теория относительности Эйнштейна не включена в книгу и лишь бегло упоминается в ней. Конечно, автор прекрасно понимает, что теория относительности — это одно из крупнейших достижений физики и всей науки вообще. Она настолько революционизировала наши представления о Пространстве и времени, что без Эйнштейна невозможно было бы количественное, строгое рассмотрение пространства и времени. Однако идеи Эйнштейна играют решающую роль в количественной формулировке многих научных проблем, тогда как в нашей книге особое место уделено качественной картине мира в том виде, в котором ее рисует наука. Для этого теория относительности не абсолютно необходима, и поэтому мы оставили ее в стороне.
Автору помогли очень многие коллеги, читавшие ранние варианты рукописи и предложившие изменения и добавления. Особенно автор обязан своим коллегам: ученым Давиду Хаукинсу, Мервину Хайну, Филипу Моррисону, Алексу Ричу и Кириллу Смиту. Очень помогла ему книга «Физика», изданная Комитетом содействия изучению физики (D. С. Heath & Со., 1960). Особую благодарность автор приносит двум лицам, не принадлежащим к миру ученых, — Кингмэну Брюстеру и Энн Моррисон, которые сыграли роль подопытных морских свинок в ранних стадиях работы над книгой и оказывали постоянную моральную поддержку.
Особую благодарность надо принести Джону X. Дэрстону за внимательный просмотр рукописи и внесенные в нее усовершенствования и Полю Ларкину за иллюстрации, а также Бэкингемской школе, которая своим приглашением прочесть лекции вызвала к жизни эту книгу.
Женева, Швейцария
Виктор Ф. Вайскопф
1 марта 1962 г.
ГЛАВА I
НАШЕ МЕСТО В ПРОСТРАНСТВЕ
Расстояния до Луны, Солнца и планет
Как велик мир? Каковы размеры предметов в этом мире? Мы имеем непосредственное представление только о размере тех предметов, с которыми встречаемся в повседневной жизни. Наименьшая длина, которую воспринимают наши глаза, — это толщина, или диаметр, волоса, примерно равный одной десятой миллиметра[1]. Рост человека, грубо говоря, равен двум метрам, это несколько превышает десять тысяч диаметров волоса. Другие предметы вокруг нас: мебель, инструменты, автомобили, дома — имеют размеры того же порядка, как и наше тело, в противном случае было бы трудно иметь с ними дело.
Глядя в окно на ландшафт, мы видим предметы больших размеров, находящиеся на больших расстояниях, например горы и равнины. Мы можем измерить расстояния до них, считая шаги, которые нужно сделать, чтобы достичь их, иначе говоря, прямо сравнивая эти расстояния с размерами своего тела. Мы находим, что предметы, которые мы еще можем увидеть на расстоянии — горы, холмы и леса, отстоят от нас только на несколько километров, не более чем на 100 км, даже если речь идет об огромных Скалистых горах.
На этом кончается наше непосредственное восприятие расстояния. Было бы слишком трудно измерить размеры какого-либо континента, не говоря уже о размерах Земли, считая шаги. Поэтому надо применять непрямые методы, чтобы получить представление о размерах и расстояниях, превышающих, скажем, 100 км. Один из таких способов состоит в измерении расстояний с помощью скорости. Если я еду из одного пункта в другой с заданной скоростью, скажем 100 км/час, и знаю время, которое заняла поездка, то я могу получить представление о расстоянии между ними. Современные средства передвижения облегчают эту задачу. Самолету требуется около 10 мин, чтобы пролететь 100 км; расстояние от западного до восточного побережья США он покроет примерно за 500 мин. Следовательно, ширина Америки приблизительно равна 5000 км. Тому же самолету потребовалось бы примерно в 10 раз больше времени, чтобы облететь вокруг Земли; значит, ее окружность составляет около 50 000 км. На самом деле она составляет 40 000