В океане энергии - страница 16

Итак, истинное поведение любой физической системы подчиняется закону сохранения количества движения, который требует, чтобы сумма количеств движения всех частей оставалась постоянной.

Не улетай, Земля, не улетай!

Представьте себе Землю, вращающуюся вокруг Солнца, и нет никакой силы притяжения. Просто Земля — это сложная система, и в процессе своего движения она постоянно испускает маленькие частички (назовем их гравитонами) в направлении, противоположном направлению на Солнце. Система, состоящая из земного шара и гравитонов, точнее, центр масс этой системы, движется прямолинейно и равномерно. Но гравитоны удаляются от Солнца, следовательно, для того чтобы сумма количеств движения оставалась неизменной, земной шар должен все время заворачивать к Солнцу, т. е. двигаться по круговой, точнее эллиптической, орбите. Все происходит, как в случае с разорвавшимся снарядом. Можно считать, что Земля — один осколок, а гравитоны — множество других. Вот видите, все находит объяснение без привлечения понятия силы. Для этого достаточно допустить существование крохотных частиц с неизвестными пока свойствами.

Конечно, объяснение движения Земли по орбите с помощью гравитонов порождает множество вопросов. Откуда берутся гравитоны? Куда они потом деваются? Почему Земля, непрерывно испускающая гравитоны, рано или поздно не истощит их запасы? Почему те же самые гравитоны не будут излучаться в отсутствие Солнца? На некоторые вопросы можно ответить, но на часть из них современная наука ответов пока не нашла.

Разберем до конца пример с растягиваемой ниткой. Когда концы нити входят во взаимодействие с руками, молекулы (точнее, атомные ядра молекул) пальцев взаимодействуют с молекулами нитки и обмениваются с ними количествами движения. Будем считать, что порции количеств движения от молекул пальцев к молекулам нити переносят некие частицы — кванты. Суть сейчас не в этом, а в том, что количества движения молекул нити изменяются. Эти изменения передаются от одних молекул нити к другим. Сумма количеств движения молекул нити изменяется и, если изменения достаточно велики, нить может разорваться.

Для нас разрыв нити представляется как разрушение чего-то непрерывного, разделение целого на составные части. На самом деле ничего подобного. Нить — это не целое, нить — это множество атомных ядер, расположенных друг от друга на расстояниях, в сотни тысяч раз превышающих их собственные размеры. Разрыв нити означает лишь То, что эти расстояния стали еще больше. Подобное может произойти в результате увеличения количества движения как отдельных ядер, так и всей их совокупности. Но что для этого обязательно требуется, вы теперь знаете: чтобы суммарное количество движения системы «человек плюс нитка» оставалось постоянным.

Отчего устал Атлант?

Трудно ли поднять штангу? Трудно, потому что она тяжелая — давит на руки с большой силой. Попробуем разобраться и в этом. Как свидетельствует древнегреческая мифология, Атлант, сын титана Япета и Климе-ны, родной брат Прометея, за попытку вместе с другими титанами захватить небо был осужден Зевсом держать на своих плечах небесный свод. Он порядком устал и поэтому охотно согласился на предложение Геракла заменить его ненадолго. Но отчего устал Атлант? Устают от работы, а, удерживая на плечах небо, Атлант никакой работы не совершал. Согласно классической механике работа совершается тогда, когда тело под действием силы проходит какой-то путь. А небесный свод оставался неподвижным.

Поднимая штангу массой, например, 200 кг на высоту около 2 м, штангист совершает работу 400 кгм (3922 Дж). Много это или мало? Видя, как напрягаются мускулы штангиста, мы, конечно, считаем, что много. Но, к примеру, поднимаясь по лестнице, т. е. поднимая свое тело на пятый этаж, вы совершаете работу 900 кгм. И никто не присваивает вам за это спортивных разрядов. Может быть, все дело в том, что по лестнице вы поднимаетесь медленно? Но и штангиста никто не торопит. Хотя вряд ли он согласится поднимать штангу медленнее, чем он это делает.

В чем же дело? Единое, как вам представляется, движение штангиста на самом деле состоит из сокращений и растяжений множества мелких мышц. Деформируясь, каждая мышца узнает о нагрузке и соответственно на нее реагирует. Чем дольше держать штангу на весу, тем больше будет мелких движений, тем больше совершенная мускулами работа, даже если штанга остается неподвижной. От этой-то работы и устал Атлант.