В океане энергии - страница 14

Второй мир — это мир больших вещей: пятаков, зайцев, автомобилей. Мы наивно полагаем, что знаем об этих вещах многое, но на самом деле не можем даже разобраться, тот это пятак или другой. Важнее всего то, что величины, с помощью которых описывается поведение больших вещей,— это, как правило, средние величины. Например, скорость автомобиля — средняя скорость поступательного движения всех его молекул. Что самое замечательное? Скорость автомобиля — это мысленная величина; из всех частиц, составляющих автомобиль, нет ни одной, скорость которой в точности равнялась бы скорости автомобиля. То же самое справедливо для давления, температуры и других термодинамических величин. Вся классическая физика — это система соотношений между мысленными величинами. Ну а современная квантовая физика?

ГЛАВА 2

Движение

Каковы они, кванты?

Сейчас нам хочется обсудить одно часто бытующее мнение. Мнение о том, что к квантовой физике следует прибегать лишь при переходе в микромир — мир молекул, атомов и электронов, где все очень маленькое, а поведение больших вещей можно описывать, ограничиваясь законами классической физики.

На наш взгляд, это совершенно неправильно. Вы уже имели случай убедиться, что такой «большой» закон термодинамики, как уравнение Клапейрона, по существу, представляет собой просто другую форму записи соотношения неопределенностей Гейзенберга — соотношения чисто квантового. Будучи рассмотренным как следствие соотношения неопределенностей, уравнение Клапейрона сразу теряет свою таинственность, а сказанное остается справедливым независимо от того, рассматриваем мы одну молекулу или несколько кубических метров газа.

При допущении непрерывной делимости энергии, как это делается в классической физике, энтропия теряет смысл, а значит, рушится вся термодинамика. Нечто подобное произошло в конце XIX века. Не существует отдельно классической и отдельно квантовой физики. Существует единая физика, которая описывает мир исходя из основополагающих представлений о конечной делимости, конечной скорости света, законе сохранения энергии и других исходных положений.

Осталось ответить на последний вопрос из числа поставленных в этой главе. Почему постоянная Планка представляет собой такое неудобочитаемое число? Да только потому, что, задавая единицу измерения энергии, человек выбрал один килограмм, т. е. массу, которую он легко может поднять, ощущая при этом, что делает дело, и один метр, т. е. расстояние, несколько большее его шага. С тем же успехом за единицу расстояния можно было бы принять, например, длину прыжка оленя, а за единицу массы — массу одной хвоинки, которую тащит муравей. Ясно, что при этом изменились бы значения всех физических постоянных.

О силах

Возьмите концы нитки и потяните в разные стороны, дернули посильнее — нитка разорвалась. Что послужило причиной разрыва нити? Нитка плотно прилегает к пальцам, вы тянете ее с силой, и она, в свою очередь, тоже с силой (сила реакции) врезается в пальцы (если нитка достаточно крепкая, пальцы можно поранить, но этого мы от вас не требуем), сама нитка натягивается все сильнее и наконец разрывается.

Теперь немножко пофантазируйте. Представьте себе, что вы проделываете все то же самое, но смотрите на происходящее через микроскоп, увеличивающий в сотни миллиардов раз. Нитка, как и все, что нас окружает, состоит из молекул. Те, в свою очередь, состоят из атомов. Атомы состоят из ядер и электронов. Радиус атомного ядра, по современным представлениям, имеет порядок 10~13 см. Расстояния между атомными ядрами при самой плотной их упаковке не бывают меньше Ю-8 см.

Вдумайтесь в эти цифры. Расстояние между двумя соседними ядрами в 100 тыс. раз превышает радиусы ядер. Если бы радиус ядра был равен 1 см, то расстояние между двумя соседними ядрами оказалось бы равным 1 км. Человек, обладающий самым острым зрением, не смог бы увидеть два ядра одновременно.

Какую картину вы увидели бы в микроскоп? Нитка представилась бы вам как множество крохотных частичек — ядер (электроны, по современным представлениям, вообще не имеют размеров), отстоящих друг от друга на гигантских по сравнению с их собственными размерами расстояниях. Так же выглядела бы и рука, вернее, та часть руки, которая, по нашему мнению, соприкасается с ниткой. Что самое интересное во всем этом? Ни одно из ядер, составляющих нитку, не только не соприкасается ни с одним из ядер, составляющих руку, но и не приближается к ним на расстояние, меньшее Ю-8 см, т. е. на расстояние, в 100 тыс. раз превышающее размеры самих ядер. Так как же передается сила от руки к нитке, если она действительно передается? Снова пресловутое дальнодействие? Перед тем как ответить на этот вопрос, отвлечемся немного в сторону.