Глава 4. Что такое «плюс»?

Глава 4. Что такое «плюс»?

А в самом деле, что такое «плюс»?

Можно, конечно, видеть в нем абстрактный символ чисто математической операции, которая вообще не имеет никакого аналога в окружающем нас материальном мире. Уж если сам математический объект, над которым совершаются все математические действия, может быть совершенно отвлеченным от всякой физической реальности, то почему бы и этим действиям не иметь подобную же природу?

Никаких возражений против такого подхода нет, и в сфере «чистой» математики так, наверное, и должно обстоять дело. Но ведь мы исследуем отнюдь не «чистое», не замутненное никакой вещественностью математическое правило, а его применимость именно к нашему миру, в котором мы живем, к миру вполне «осязаемой» физической реальности. Оглянемся назад на пройденный нами путь. Мы задавались вопросом о том, «два чего и два чего»? Мы ставили своей задачей уяснить, «что» именно «будет» в результате сложения? Мы исследовали, справедливо или нет приравнивать друг другу одноименные «доли» или, иными словами, одноименные формы проявления тех или иных «качеств»? Словом, на всем протяжении анализа нас интересовала вовсе не абстрактно-логическая чистота некоторой трансцендентной сущности, но именно реальное физическое содержание этого математического уравнения. Поэтому и сам анализ выполнялся нами как последовательное восхождение ко все большей и большей конкретности. А если так, то и вопрос о том, «что такое плюс?» в рассматриваемом нами контексте вполне закономерен.

Таким образом, если мы пытаемся определить для результата математического сложения хотя бы некоторые опорные ориентиры, которые бы позволили нам судить о всем спектре его применимости к материальной действительности, то и для центрального пункта исследуемой нами формулы нужно найти такие же маркирующие точки, которые давали бы возможность распространить все получаемые выводы на то, что окружает нас.

Человеческое познание – это ведь вовсе не отвлеченная от реальной действительности умственная гимнастика. Для сугубых материалистов его цель состоит в практическом овладении объективной реальностью. Для тех, кто не верит в материю, можно сказать и по-другому: созданный по слову Божию, человек постепенно перенимает эстафету творения у своего Создателя. И в том и в другом варианте человек познает окружающий его мир для того, чтобы выполнить какую-то высшую возложенную на него (самой ли природой, нашим ли Господом?) миссию. Словом, какую позицию мы ни займем, вывод будет один. А значит, перед лицом этой истины даже самые непреодолимые идеологические различия в конечном счете оказываются не столь уж и глубокими.

Все это говорит о том, что и составившее предмет нашего изучения действие в свою очередь должно хоть как-то проецироваться на реальные физические процессы, протекающие в природе. В противном случае само уравнение как бы повисает в воздухе, а возложенная на нас миссия так и остается неисполненной.

Между тем, если в операции сложения видеть не абстрактный символ, но специфическое выражение строго определенных материальных процессов, мы обязаны считаться с тем, что они неизбежно будут вызывать какие-то деформации в окружающей нас действительности. Это и понятно, ведь в мире объективной реальности взаимосвязано все. Когда-то говорили так: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Мыслилось, что любое событие, происходящее в какой-то одной точке нашего мира, так или иначе отзывается сразу во всей Вселенной. Правда, такой взгляд представлялся абсолютным только в той системе мироздания, которая описывалась известными законами Ньютона. Позднее эйнштейновский постулат невозможности движения со скоростью, превышающей скорость света, наложит определенные ограничения на подобные представления. Действительно, для того, чтобы одновременно отозваться сразу во всей вселенной, материальное «эхо» любого физического действия должно распространяться с бесконечной скоростью на бесконечные расстояния. Но и после внесенных Эйнштейном ограничений всеобщая связь явлений все же останется господствующей идеей. Между тем подобная связь означает собой, что любые процессы, влекут за собой изменения не только в том, что непосредственно вовлечено в них, но и во всем их окружении. Оборотная сторона этого тезиса гласит: если в окружающем мире не меняется абсолютно ничего , никакого сложения попросту нет. В действительности есть лишь некая фикция, голая виртуальность и не более. Мы же говорим о прямо противоположном всему виртуальному – о физической реальности.

Но что за физические процессы могут быть представлены исследуемой нами операцией сложения?

Самый первый и, может быть, самый простой вариант решения, который напрашивается здесь – это простой механический перенос одного из слагаемых на место другого. Вот и присмотримся к нему. При этом абстрагируемся на время от всех индивидуальных особенностей наших «слагаемых» и представим на их месте просто некие бесформенные массы. Вообразим, что именно их и предстоит совместить в некоторой условной точке пространства. Этот интуитивно понятный процесс, на первый взгляд, не вызывает никаких вопросов, и мы, как правило, вообще не задумываемся над тем, что здесь могут скрываться какие-то подводные камни. А между тем они есть.

Вглядимся пристальней.

Если слагаемые находятся в разных точках пространства, то абсолютное соответствие тому результату, который предсказывает математика, может быть достигнуто лишь при соблюдении строго определенных условий. Как минимум, двух: если, во-первых, такой перенос выполняется без каких бы то ни было энергетических затрат, или, другими словами, без совершения какой бы то ни было работы, во-вторых, если само пространство, разделяющее эти точки, строго однородно. При этом даже неважно, какое именно расстояние разделяет слагаемые, неопределенно малое или неопределенно большое.

Между тем реальное стечение именно этих-то условий и вызывает сомнение. Во всяком случае можно со всей определенностью утверждать, что первое из них в принципе невыполнимо, ибо в мире физической реальности никакой перенос никакого материального тела не может быть выполнен без совершения определенной работы, без каких бы то ни было энергетических затрат.

Уже одно только это обстоятельство наводит на размышления: может ли работа, совершаемая над физическим телом, не повлечь за собой никакой деформации его внутренней структуры, иными словами, никакого изменения его «качества»?

Мы говорили о сложении парно – и непарнокопытных; между тем всякий фермер знает, что любое перемещение скота влечет за собой неизбежные потери живого веса. Их еще можно сокращать до какого-то разумного предела, но решительно невозможно свести к нулю. Если этот житейский пример ничего нам не говорит, то можно обратиться к другому, граничащему с чем-то анекдотическим, – когда именно таким образом понятому сложению подвергаются все те же египетские пирамиды и неоднократно же упоминавшиеся нами пароходы. Ясно, что в этом случае деформации качества наших слагаемых должны были бы носить куда более катастрофический характер, ибо сегодня имеющиеся в нашем распоряжении технические средства не в состоянии выполнить такое без причинения серьезного ущерба этим сооружениям.

Если не убеждает и эта бредовая, но вместе с тем красноречивая иллюстрация, то можно обратиться к самому общему решению. То есть к тому, когда наличествуют лишь аморфные массы и ничего более, и вот именно им и нужно сообщить какое-то ускорение.

Мы уже говорили о том, что известные положения теории относительности (эйнштейновский принцип эквивалентности массы и энергии) предполагают принципиальную возможность конвертирования в энергию определенной части массы движущейся системы. Таким образом, если сообщение ускорения материальному объекту совершается за счет его собственного массово-энергетического потенциала, то необратимое изменение его массовых характеристик неизбежно. Самый простой и, может быть, самый наглядный случай – это когда в топке двигателя сжигается некий запас угля (дров, керосина, чего угодно). Между тем топливо – это ведь тоже элемент общей структуры движущегося объекта, поэтому с его расходованием – иногда радикально – изменяются не одни только массовые характеристики. Изменяется сама структура объекта, но ведь внутренняя структура – это один из ключевых элементов его «качества». Поэтому уже само перемещение его в пространстве под влиянием каких-то приложенных к нему сил обязано повлиять на его качественную определенность.

Правда, там, где скорости движения незначительны, то есть существенно отличаются от скорости света, дефект масс должен быть микроскопическим. Но это не меняет решительно ничего. Мы ведь добиваемся полной математической строгости, а математическая строгость – вещь не относительная, но абсолютная. Вспомним классические примеры, оставившие заметный след в истории математики, такие, как квадратура круга, трисекция угла или удвоение куба. Геометрическими построениями, которые обязаны выполняться лишь циркулем и линейкой, на самом деле можно обеспечить любую заранее заданную степень приближения к идеальному решению. Невозможно лишь одно – достижение самого идеала. Однако геометрия, как мы знаем, не принимает никакого приближенного решения, она признает только абсолютное, но абсолютное – это давно уже доказано – совершенно невозможно. Вот так и здесь, сколь бы микроскопическими ни были вызываемые простым перемещением в пространстве деформации, игнорировать их категорически недопустимо.

Но выше мы упомянули о том, что энергетическим «донором» того ускорения, которое должно придаваться материальному телу, может служить и какой-то внешний объект. В этом случае вполне допустимо предполагать, что перемещаемый нами предмет может остаться тождественным самому себе. (Если, конечно, на время забыть о том обстоятельстве, что само ускорение, сколь бы незначительным оно ни было, способно служить причиной каких-то деформаций внутренней структуры того тела, которому оно сообщается.) Однако абсолютная точность результата не достигается и в этом случае, ибо определенные изменения массово-энергетических характеристик претерпевает некая более широкая система, которая и сообщает объекту необходимое ускорение.

Все эти столь разные примеры говорят об одном и том же: «слагаемые» объекты по завершении действия не могут остаться тождественными самим себе. Сама операция «сложения» любых физических реалий обязана сказаться на их качественной определенности, и деформация «качества», сколь бы микроскопичной она ни была, является составной частью конечного результата.

Выше приводя пример из пушкинской сказки о царе Салтане («не мышонок, не лягушка, а неведома зверушка»), мы заметили о том, что этот результат в такой же мере количествен, как и любые другие итоги «сложения». Это следовало уже из того, что всякое «качество» обладает своим и только своим «количеством», и любое новое «качество» – это всегда какое-то новое «количество». Просто здесь аномалии, вызванные внутренней деформацией качества, вернее сказать, обусловленные интригой сказки, как и положено в сказке, оказались выраженными куда более рельефно. Сейчас мы убеждаемся в этом. Одновременно же мы (в который раз) убеждаемся и в том, что никакое «количество» абсолютно неразделимо с «качеством». Обе эти категории представляют собой отнюдь не автономные друг от друга начала, но разные стороны одного и того же.

Впрочем, здесь можно сделать и другое наблюдение. Рассматриваемый на приводимых примерах аспект математического действия закономерно вплетается в общий контекст физических законов сохранения. Заметим, что их всеобщность и обязательность таковы, что они вполне могут рассматриваться и как философские. Впрочем, многими исследователями они и принимаются в качестве таковых. Но если в силу действия этих законов в нашем мире бесследно не может исчезнуть ничто, то любые деформации, происходящие в системе «энергетический донор – движущееся тело» обязаны в полной мере компенсироваться какими-то изменениями в более широкой системе. Поэтому там, где «два плюс два» дают что-то отличное от «четырех», мы обязаны искать «недостающее» где-то вовне. Словом, в итоговый результат нашего сложения обязано войти абсолютно все, включая и те компенсирующие деформации, которые происходят в дальнем окружении слагаемых нами вещей. Мы уже приводили высказывание, когда-то звучавшее как аксиома: «Срывая цветок, ты тревожишь звезду». Возвращаясь к этому красивому образу, можно сказать, что мы обязаны искать все изменения, происходящие в окружающем нас звездном мире, ибо только полная их сумма способна дать точный результат того действия, в итоге которого сплетается венок.

Таким образом, вне этого восходящего к самым широким обобщениям контекста осознать подлинное существо анализируемого нами «сложения» невозможно.

Но мы рассмотрели только первое из двух приведенных выше условий. Между тем второе, в свою очередь, наводит на серьезные размышления.

Мы сказали, что здесь предполагается строго однородное пространство. Можно, конечно, предположить, что оно и на самом деле именно такое. Интуитивное представление о таком однородном пространстве долгое время господствовало в сознании ученых, но только Ньютон впервые дал ему строгое определение. При этом Ньютон вынужден был различать абсолютное и относительное пространство.

Согласно его определению абсолютное – это какое-то особое начало, которое существует совершенно независимо от самого вещества Вселенной. Оно есть что-то вроде пустого «вместилища» всех составляющих ее материальных объектов, явлений и процессов. Абсолютное пространство совершенно неподвижно, непрерывно, однородно (то есть одинаково во всех своих точках) и изотропно (другими словами, одинаково по всем направлениям), проницаемо (другими словами, никак не воздействует на материю и само не подвергается никаким ее воздействиям) и бесконечно. Оно обладает только тремя измерениями.

Однако сложность состоит в том, что абсолютное пространство вследствие полной неразличимости всех своих составных частей принципиально ненаблюдаемо, а значит, и непознаваемо человеком. Оно не поддается даже простому измерению. Но если так, то, говоря философским языком, оно вообще не обладает никаким «количеством». А вот это уже вещь в высшей степени сомнительная: начало, не обладающее «количеством», – не только философский, но и физический нонсенс. Кроме того, здесь напрашивается и другой вопрос. Ведь если какое-то явление в принципе ненаблюдаемо нами, встают сильные сомнения в самом его существовании. Ведь в этом случае мы не в состоянии ни доказать, ни опровергнуть его наличие. Но если мы ни при каких обстоятельствах не можем доказать его наличие, почему нужно верить в его существование? Ведь даже вера в Бога, в значительной мере опирается на различного рода знамения, чудеса, наконец, на зафиксированное евангелистами земное служение Его Сына. Словом, на вещи, которые в той или иной системе менталитета могут рассматриваться как определенная доказательная база. Если бы не существовало всего этого, то, возможно, не существовало бы и самого феномена религиозной веры.

Может быть, именно поэтому сам Ньютон был вынужден отличать от абсолютного пространства относительное, которое сводится к протяженности и взаиморасположению материальных тел. Только оно поддается дифференциации, только оно поддается количественному измерению, только с его частями можно совершать какие-то математические действия. Следовательно, и предметом науки может быть только относительное пространство.

Если не считать Лейбница, который во многом вообще не принимал Ньютоновскую картину мира, и Канта, о взглядах которого на пространство здесь уже говорилось, серьезной критике ньютоновские представления были подвергнуты только Махом, австрийским физиком (1838-1916), оставившем глубокий след в развитии общих представлений о мире. В 1871 году он указал на то, что наши представления о пространстве, времени и движении мы получаем только через взаимодействие вещей друг с другом. Во всех наших представлениях об этих материях выражается глубочайшая и всеобщая их взаимосвязь и взаимозависимость. Понятия же абсолютного пространства и времени – это пустые метафизические понятия, «понятия-чудовища». Критика Махом классических понятий времени, пространства и движения стала очень важной в гносеологическом плане для Эйнштейна. Его анализ основополагающих понятий механики сыграл значительную роль в том направлении общего развития физики, которое вело к появлению теории относительности. Сам Эйнштейн в некрологе в 1916 году оценил Маха как предтечу теории относительности. Его «Механика» признавалась им как революционный труд.

Так что для решения каких-то практических задач мы обязаны обращаться вовсе не к абсолютному, но к относительному пространству. А вот оно даже по Ньютону вовсе не обязано быть строго однородным во всех своих областях, ведь уже для того, чтобы быть познаваемым, оно должно быть неодинаковым в разных своих точках.

В эйнштейновской же картине мира пространство тем более неоднородно, в зависимости от степени концентрации масс оно может быть значительно деформировано. Но если так, то любое перемещение – это всегда перемещение из области одних деформаций пространства в область каких-то других.

Есть ли у нас полная уверенность в том, что при таком перемещении с самим объектом не происходит решительно ничего? Категорически утверждать, как кажется, невозможно, здесь допустимо только строить гипотезы. А значит, и абсолютное соответствие предсказываемому «чистой» математикой результату, в свою очередь, может быть лишь гипотетическим .

Впрочем, вывод, который напрашивается здесь, состоит вовсе не в разрешении проблем пространства. Предмет нашего исследования вовсе не оно, методология научного познания – вот что рассматриваем мы здесь. Между тем наблюдение, которое сейчас делаем мы, имеет именно методологическую ценность. Оказывается та непритязательная математическая операция, о существе которой мы никогда не задумываемся, на деле требует глубокого осознания. Но главное состоит в том, что она оказывается в принципе непостижимой вне каких-то общих идей, касающихся устройства всего нашего мира, того большого Космоса, ничтожной частью которого является вся наша солнечная система. Мы явственно видим, что вне фундаментального контекста физических законов сохранения, вне тех или иных концепций мирового пространства не может быть осознано даже самое простенькое действие, которое усваивается нами еще в начальной школе. Таким образом, вывод гласит о том, что никакой результат познавательной деятельности не может быть понят до конца сам по себе, в отрыве от других. Полное постижение всеготого, что открывается нам, пусть это будет даже самая банальная истина, вроде той, которая исследуется здесь, достигается только в единой системе общих представлений о мире.

Между тем общие идеи, как правило, выходят за пределы «юрисдикции» любых частных научных дисциплин. Иными словами, если мы ограничиваем свое любопытство исключительно их контекстом, мы в конечном счете оказываемся не в состоянии понять до конца даже «подведомственные» им истины. Так что, нравится нам это или нет, только овладение «мета-контекстом» любого факта способно пролить на них свет. Без этого мы обречены скользить лишь по самой поверхности явлений. Подобное же скольжение – это еще не наука, даже если оно сертифицировано ученой степенью.

Впрочем, и мы затронули пока еще только самую поверхность явлений. Операция «сложения» не может быть ограничена одним только перемещением в пространстве. Ведь в математике мы рассматриваем сумму как некоторое новое единое синтетическое образование.

Уже упоминавшийся нами Иммануил Кант говорил, что науку интересуют в первую очередь синтетические суждения. Он отличал их от аналитических, то есть от таких, существо которых может быть «расчислено», или, как говорят на философском жаргоне, «дедуцировано» в ходе исследования каких-то общих начальных положений. На этом жаргоне «дедукция» – это и вывод каких-то конкретных следствий из общих теоретических посылок и просто синоним строгого безупречного «вычисления» всех тех результатов, которые вытекают из наблюдаемых нами фактов. Кстати, сам Шерлок Холмс понимает свой метод именно во втором, а отнюдь не в первом значении, ибо в действительности его метод куда ближе к индукции, поскольку к синтетическому результату он всякий раз восходит, суммируя анализ отдельных разрозненных фактов. Наука занимается только неизведанным, между тем вовсе не аналитические суждения содержат в себе главный интерес для нее. Конечно, и здесь кроется много еще неизвестного для науки, но в сущности все это неизвестное относится к такому роду, что его вычисление можно поручить и ученикам. Любое же синтетическое суждение (может быть, самым простейшим его примером как раз и является математическое сложение) всегда обнаруживает в себе принципиальную новизну, нечто такое, что ранее не содержалось ни в одном из слагаемых.

Это очень важный пункт, который никак не должен пройти мимо нашего внимания. Ведь если и в самом деле ни одно из «слагаемых» не содержало в себе того, что обнаруживается в результате, то ясно, что все новое может быть привнесено только самим действием объединения, самим синтезом. А следовательно, именно здесь должна скрываться самая глубокая тайна эвристики, именно на этом пункте должна сосредоточиваться творческая мысль подлинного исследователя.

Известно, что именно таким – выполненным в виде мысленного эксперимента – объединением был установлен один из важнейших законов механического движения. Здравый смысл, обыденное сознание, обывательская интуиция (можно называть это как угодно) подсказывали: тяжелое тело обязано падать быстрее, чем легкое. Но вот это поверхностное представление было подвергнуто строгому логическому анализу. Предположим, – сказал Галилей, – что тяжелые тела и в самом деле падают быстрее, чем легкие. Тогда, присоединив к какому-нибудь тяжелому телу более легкое, мы должны были бы замедлить его движение. Но суммарная масса объединенных в единую связку тяжелого и легкого тел больше, чем масса одного только тяжелого. А значит, как единое образование связке они обязаны падать быстрее, чем одно тяжелое. Но целостная система не может падать одновременно и быстрее и медленнее одного (тяжелого) ее элемента. Поэтому вывод, вытекающий из этого знаменитого мысленного эксперимента, однозначно гласил: скорость падения всех тел строго одинакова и не зависит от их собственного веса.

Таким образом, вопрос о том, «что такое плюс?», как оказывается, носит отнюдь не риторический характер, именно поэтому к тайне сложения на протяжении всей истории познания обращались лучшие умы человечества.

Если искать некий общий физический аналог этого математического объединяющего действия, нужно прежде всего обратиться именно к процессам синтеза.

Вот один из них – синтез атомных ядер.

Мы знаем, что сегодня массы ядер можно измерить с очень высокой точностью при помощи масс-спектрометра. При этом оказывается, что полная масса атомного ядра всегда меньше суммы масс всех составляющих его нуклонов. Этот результат, получивший в теории название «дефекта массы», объясняется на основе установленной Эйнштейном эквивалентности массы и энергии. Численно этот «дефект» равен разности между суммой масс всех нуклонов, содержащихся в ядре атома, и массой самого ядра. Дело в том, что в ядрах различных атомов частицы «упакованы» по-разному, их связывают количественно разные силы. Сегодня установлено, что силы притяжения, или, другими словами, энергия связи, которая удерживает вместе входящие в состав ядра протоны и нейтроны, очень интенсивны на расстояниях порядка 10–13 см и чрезвычайно быстро ослабевают с увеличением дистанции. Установлено также, что при переходе от одного элемента Периодической системы Менделеева к другому энергия связи меняется, поэтому для отделения одной частицы от остальных требуется различные усилия.

Превращение одних элементов в другие путем деления тяжелых ядер или соединения легких в более тяжелые приводят к изменению энергии связи. При этих процессах масса получившихся ядер снова оказывается меньше исходных элементов. Ядра наиболее тяжелых атомов, которые стоят в конце Периодической системы, менее устойчивы, чем ядра элементов, расположенных в ее середине. Поэтому их удается расщепить, в результате чего образуются элементы с меньшими атомными весами. В свою очередь, ядра атомов, расположенных на противоположном полюсе системы элементов, выигрывают в устойчивости при их слиянии в более тяжелые. В том и в другом случае, то есть и при делении тяжелых, и при синтезе легких выделяется огромное количество энергии. Так, например, исследования показали, что «дефекту массы», равному 1 атомной единице массы (1/12 части массы изотопа углерода с массовым числом 12), отвечает энергия связи ядра, равная 931, 5037 МэВ.

Но, повторим, силы, которые связывают атомное ядро, действуют лишь на очень незначительных расстояниях. Между тем, кроме них, положительно заряженные протоны создают электростатические силы отталкивания. Радиус действия электростатических сил гораздо больше, чем у ядерных, поэтому они начинают преобладать, когда ядра удалены друг от друга.

В нормальных условиях кинетическая энергия ядер легких атомов слишком мала для того, чтобы, преодолев электростатическое отталкивание, они могли сблизиться и вступить в ядерную реакцию. Однако отталкивание можно преодолеть «грубой» силой, например сталкивая ядра, обладающие высокой относительной скоростью. Дж. Кокрофт и Э. Уолтон использовали этот принцип в своих экспериментах, проводившихся в 1932 в Кавендишской лаборатории (Кембридж, Великобритания). Облучая литиевую мишень ускоренными в электрическом поле протонами, они наблюдали взаимодействие протонов с ядрами лития. С тех пор изучено большое число подобных реакций.

Приведем реакции с участием наиболее легких ядер – протона (p), дейтрона (d) и тритона (t), соответствующих изотопам водорода протию 1 H, дейтерию 2 H и тритию 3 H, – а также «легкого» изотопа гелия 3 He и двух изотопов лития 6 Li и 7 Li:

d + d – 3 He + n + 3, 25 МэВ

d + d – t + p + 4, 0 МэВ

t + d – 4 He + n + 17, 6 МэВ

3 He + d – 4 He + p + 18, 3 МэВ

6 Li + d – 24 He + 22, 4 МэВ

7 Li + p – 24 He + g + 17, 3 МэВ

Здесь n – нейтрон, g – гамма-квант. Энергия, выделяющаяся в каждой реакции, дана в миллионах электрон-вольт (МэВ). При кинетической энергии 1 МэВ скорость протона составляет 14 500 км/с.

«Недостающую» здесь массу, которая соответствует энергии связи атомного ядра (то есть «дефект массы»), можно определить из известного соотношения между энергией и массой, найденного Эйнштейном: w = mc2 .

Вообще говоря, взаимосвязь энергии с инерциальной массой впервые была открыта английским физиком Дж.Дж.Томсоном (1856–1944) еще за четверть века до Эйнштейна, в 1881 году. Им было установлено, что масса движущегося заряженного шара возрастает на величину, пропорциональную энергии электростатического поля. Однако коэффициент пропорциональности, полученный исследователем, составил 4/3 квадрата скорости света. Позднее, в 1900 году французский ученый Жюль Анри Пуанкаре (1854–1912) пришел к выводу, что для сохранения принципа равенства действия противодействию необходимо предположить существование у электромагнитного поля некоторой плотности массы, которая в с2 раз меньше плотности энергии поля. В 1904 году австрийский физик Ф.Газенёрль (1874–1915) показал, что электромагнитное излучение, заключенное в замкнутой полости с отражающими стенками, увеличивает массу системы на величину, равную произведению энергии излучения на 8/3с2 . Лишь в 1905 молодой Эйнштейн строго вывел сегодня известное всем соотношение e =mc2 для частного случая испускания телом плоских волн в двух противоположных направлениях. Этот же закон он предложил распространить на все виды энергии. Так что в действительности фундаментальный вывод о связи между энергией и массой не был внезапным наитием какого-то одного гения, но венчал долголетние усилия многих ученых.

И вот благодаря их поиску сегодня обнаруживается, что в результат, казалось бы, частного сложения совершенно незначительных, даже исчезающе малых, величин вовлекаются какие-то могущественные таинственные силы природы, и действие именно этих сил, которые мы отчасти сумели подчинить себе за прошедшие десятилетия, изменило облик всей нашей цивилизации. Мы вновь и вновь убеждаемся, что истина подобна линии горизонта: чем более широкие просторы открываются перед нами, тем дальше отодвигается она. Нам становится ясно, что результат простого математического действия далеко не однозначен и «два плюс два» оказываются равными «четырем» только в какой-то более широкой системе явлений, нежели непосредственное взаимодействие исходных слагаемых. Вне контекста самых фундаментальных физических законов этот результат, как оказывается, вообще не может быть осмыслен.

Схожую картину, заставляющую нас обращаться к куда более широкой действительности, нежели подлежащие непосредственному сложению величины, наблюдается и в химическом синтезе.

Так, например, в химии различают эндо – и экзотермические реакции. Эндотермическая (от греческого endon – внутри и therme – тепло) – это химическая реакция, при которой реагирующая система поглощает тепло из окружающей среды. В свою очередь, экзотермическая (от греч. exo – вне, снаружи и therme – тепло) представляет реакцию (например, горение), при которой, напротив, тепло выделяется из реагирующей системы в окружающую среду.

Существо этих реакций может быть понято из первого начала термодинамики. Первое начало, как известно, по существу выражает закон сохранения энергии. Поэтому для системы, окруженной замкнутой границей, через которую не происходит переноса вещества, справедливо соотношение:

U2 – U1 = Q – W,

где U1 и U2 – энергии системы в состояниях 1 и 2; Q – теплота, полученная от внешних источников; W – работа, совершенная системой над внешними телами в процессе, посредством которого система переходит из состояния 1 в состояние 2.

Если процесс – химическая реакция, то обычно ее проводят в таких условиях, чтобы можно было отделить энергию химического превращения от энергии, связанной с одновременными изменениями температуры или давления. Поэтому энергию (теплоту) химической реакции обычно определяют в условиях, в которых продукты находятся при тех же температуре и давлении, что и реагенты. Энергия химической реакции тогда определяется теплотой Q, полученной от окружающей cреды или переданной ей. Измерение Q может быть проведено с помощью калориметра подходящего типа или проведения в сосуде химической реакции, теплота которой известна.

Как показывает приведенное нами уравнение, внутренняя энергия реагирующей системы определяется не только количеством высвобожденной или поглощенной теплоты. Она также зависит от того, сколько энергии система затрачивает или приобретает посредством произведенной работы. При этом работа может совершаться как самой системой, так и над системой. (Кстати, о работе, которая производится самой системой, имеет вполне достаточное представление любой, кому доводилось разбавлять спирт до привычной русскому национальному вкусу концентрации: та теплая гадость, которая получается сразу после смешения – это именно ее результат.) Понятно, что термодинамика процессов в этих случаях будет существенно отличаться, и в первую очередь – знаком величин.

Даже там, где единая реакция распадается на несколько различных стадий, общая энергетика химического процесса обязана сойтись до «последней калории». Этот вывод был сделан Германом Ивановичем Гессом (1802–1850), российским химиком, одним из основоположников термохимии, в 1840 году на основе экспериментальных фактов еще до классических опытов Джоуля, которые продемонстрировали эквивалентность теплоты и других форм энергии. Г.И.Гесс доказал, что теплота химической реакции, протекающей через несколько последовательных стадий, равна алгебраической сумме теплот отдельных промежуточных реакций. Закон Гесса, как отметил Герман Л.Ф.Гельмгольц (1821–1894), великий немецкий ученый, который впервые в 1847 математически обосновал закон сохранения энергии и показал его всеобщий характер, служит прямым экспериментальным подтверждением применимости закона сохранения энергии к энергетике химических реакций.

Словом, и в рядовом химическом синтезе мы замечаем, что в этом мире взаимосвязано все. Ничто не может существовать само по себе, и если наше исследование ограничивается исключительно тем, что происходит за стеклом пробирки, мы рискуем упустить из виду едва ли не самое главное. Перед нами раскроется лишь то, что лежит на самой поверхности, подлинное же содержание предмета ускользнет, оставив нам лишь одну иллюзию знания. Поэтому абсолютно невозможно достичь полного понимания существа изучаемого нами без обращения к каким-то общим представлениям о строении материи, без учета полной суммы тех сложных взаимодействий, в которые их вплетает всеобщая связь и взаимозависимость явлений. Другими словами, и здесь мы наблюдаем, что подлинное существо самой операции сложения никогда не сводится лишь к непосредственному контакту слагаемых; своеобразное «эхо» этого сложения отдается и в большой отдаленности от них. Отсюда и сам итог – это не просто механический результат контакта, но и полная сумма всех его раскатов. Только с их учетом «два плюс два» и в самом деле оказывается равным «четырем».

Впрочем, все эти «высонаучные» истины наглядно проявляются и в повседневной обыденной жизни, что говорится, в «кухонных» примерах. Так, например, любая домохозяйка знает, что нельзя к сильно изношенной вещи пришивать заплату, вырезанную из новой ткани: вместо того, чтобы заделать прореху, вещь будет окончательно испорчена. Точно так же нельзя вставлять в швейную машину разные по толщине и эластичности нити, ибо сформированный ими шов сможет испортить любую, даже выкроенную по самым модным и престижным лекалам модель. Любой повар, колдующий у плиты, знает, что никакая приправа отнюдь не механически слагается с тем, что уже замешено в кастрюле. Один и тот же ингредиент, добавляемый в одном и том же количестве, может и придать дополнительную пикантность, и бесповоротно испортить вкус приготовляемого блюда. Таким образом, окончательный результат любого – кулинарного ли, портновского, какого угодно другого – «сложения» может быть понят до конца только при тщательном учете тонкой метафизики всех тех взаимодействий, которые вызывает к жизни этот процесс. Поэтому талант любого мастера сродни таланту научного исследователя, ибо и у кухонной плиты, и у швейной машинки необходимо мыслить куда более широкими категориями, нежели формальная номенклатура вовлекаемых в единый процесс материалов.

Говорят, что секрет старинных скрипок рождавшихся искусством таких волшебников звука, как Амати, Гварнери, Страдивари, таился в составе лака, которым они покрывались. Именно он составлял их главный секрет, именно он придавал звуку ту колдовскую выразительность, которая и делала сами скрипки подлинными шедеврами музыкального искусства. Можно долго гадать, что именно одухотворяло эти бессмертные инструменты, какой именно нюанс «сложения» так по сию пору и остается неуловимым для нас, – вооруженная самым современным инструментарием химия ответа не дает. Но одно несомненно: великие мастера умели мыслить куда шире, чем все окружавшие их ремесленники, именно поэтому им и открывалось то, что так и осталось недоступным их собратьям по цеху.

Можно от простой механики, физики, химии восходить и к более высоким уровням строения вещества, но и там мы обнаружим все то же. В результате любого осуществляемого нами синтеза необратимым образом изменяются сами слагаемые. Иначе говоря, по завершении того объединяющего действия, которое может быть описано математической операцией сложения, они оказываются уже совсем не теми, чем были до нее. Но все следствия производимой операции не ограничиваются одним только этим: в конечном счете происходящие изменения затронут самое широкое окружение вещей, вовлекаемых нами в какой-то процесс. Необратимо изменяется гораздо более широкая реальность. В свою очередь, это означает, что и раскрыть подлинное содержание, и расчислить действительно полный результат сложения можно только в том случае, когда будут учтены все – как внутренние, так и внешние, перемены.

Пусть нас не убаюкивает то обстоятельство, что все эти изменения могут носить настолько микроскопический характер, что ими можно пренебречь. Пренебрегать в исследовании нельзя вообще ничем, здесь уже говорилось о том, что науку интересует только абсолютный результат. Что же касается его микроскопичности, то что в начале двадцатого века могло быть незначительней атомного ядра? Но ведь именно его исчезающе малые размеры, как оказалось, таили в себе те силы, которые перевернули весь наш мир.

Мы тронули законы сохранения. Но ведь и кроме них существуют влияния, которые сказываются на результатах всех совершаемых нами действий. Поэтому в конечном счете на всех уровнях строения вещества мы рано или поздно обнаружим, что затверженные в детстве истины далеко не столь однозначны и бесспорны, как это когда-то казалось нам. Но вместе с тем мы обнаружим и другое: ограничиться одним только этим наблюдением, значит, не увидеть самого главного во всем том, что окружает нас. А именно того, что все явления этого мира тесно взаимосвязаны между собой, и никакие изменения, происходящие с ними, не могут быть до конца осознаны там, где анализ ограничивается покровом только их собственной вещественной оболочки. Словом, даже самые банальные вещи, мимо которых мы часто проходим, не останавливаясь и не задерживая взгляда, на самом деле скрывают в себе многое из такого, что способно заставить нас пересмотреть привычные представления о мире.

Неспособность выйти в более широкий контекст – категорически несовместима с методологически выдержанным научным исследованием. Собственно, наука – это в сущности и есть постоянное движение куда-то «вширь» и «вглубь». Там, где это движение останавливается, миру является лишь «труп истины», бессмертная же душа ее ускользает от нас, ибо сама истина, как мы уже имели возможность увидеть, – это вовсе не застывшее умосостояние ученого сообщества, но бесконечный развивающийся по спирали «отрицания отрицаний» процесс.

Обратимся под конец к совершенно иному, значительно более сложному, чем те, которые описываются физическими или химическими формулами, классу явлений.

В 1906 году в Англии был спущен на воду новый корабль, имя которого стало нарицательным, дав название новому классу боевых судов. «Дредноут» стал воплощением высшей военно-морской мощи первой морской державы мира. Он учел не только все достижения передовой кораблестроительной мысли, но и все уроки крупнейшего по тем временам Цусимского сражения, в котором погибла русская эскадра.

Новый линкор превосходил по своей мощи все, что плавало по морям в те годы. Так, например, если «типовой» эскадренный броненосец того времени вооружался четырьмя двенадцатидюймовыми орудиями, расположенными в двух бронированных башнях, то «Дредноут» обладал десятью. Правда, с учетом того, что на одни борт могли стрелять только восемь, общее его превосходство по артиллерии не превышало двух крат. Если лучшие броненосцы того времени могли развить скорость 18–19 узлов, то турбины «Дредноута» сообщали ему 21 узел. Между тем скорость – это тоже оружие, ибо превосходство в ней означало, что он легко мог уклониться от боя с превосходящей его соединенной эскадрой боевых кораблей и, напротив, навязать бой любому, кто не обладал преимуществом над ним. Кроме того, значительно большее водоизмещение нового линкора позволило поставить на нем гораздо более мощную и развитую, чем та, которой защищались жизненно важные центры броненосцев того времени, броню. Словом, это был синтез всего самого передового, что только могла обеспечить и промышленность самой могущественной империи, и кораблестроительная наука. В результате образовавшаяся здесь сумма качеств сформировала собой нечто неслыханное.

Понятно, что все флоты того времени бросились в погоню за Англией, и после 1906 года военно-морская мощь держав, претендующих на то, чтобы и их голос учитывался при разделе мира, стала исчисляться уже только количеством дредноутов.

Цусимское сражение отделяет от первой мировой войны менее 10 лет. Но и за эти неполные десять лет военно-морской флот сумел пережить еще одну революцию, ибо появился новый класс суперлинкоров (типа «Королева Елизавета»), который превосходил «Дредноут» в такой же степени, как тот эскадренные броненосцы времен Цусимы. Корабли такого же класса появились и на вооружении основного противника Великобритании – Германии.

Но вот что поразительно. Результат сложения самых высоких боевых качеств обнаружил, что их концентрация в кораблях такого класса делает флоты не только более могущественными, но и более уязвимыми. Ударная сила флота резко возросла, но и состав его сократился в несколько раз. А значит, контролировать мировой океан стало невообразимо сложнее, чем раньше. Действительно, потеря одного двух кораблей додредноутного типа еще не делала погоды, и та же Англия (если, конечно, не считать морального ущерба) легко пережила гибель старых крейсеров, практически расстрелянных, ибо это был неравный бой, немцами у города Коронель, что расположен на чилийском побережье Южной Америки, 1 ноября 1914 года. Гибель же одного современного линкора становилась эквивалентной гибели целой эскадры, она сразу пробивала заметную брешь в боевых порядках целого флота. Посылка двух линейных крейсеров через Атлантический океан, чтобы отомстить в еще более неравном бою (сражением гигантов с карликами назовут его современники) «Шарнхорсту» и «Гнейзенау» за поражение у Коронеля, обставлялась глубокой тайной не только для того, чтобы не дать тем возможность уклониться от столкновения, но и потому, что нужно было скрыть ту брешь, которая образовалась в оборонительных построениях военно-морских сил Британии.

И вот первый результат такого сложения мощи: суперсовременные линейные корабли «Гранд Флита» практически всю войну простояли у причальной стенки под защитой вспомогательных сил, препятствовавших проникновению на рейды германских подводных лодок. Но вот что удивительно: линкоры «Флота открытого моря», все это время стояли в точно такой же позиции по другую сторону Ла-манша. Ни одна из великих держав не рисковала подвергнуть случайностям морского боя свои ударные силы. Лишь один раз линейные корабли двух крупнейших флотов мира сошлись в открытом бою у Ютландского полуострова. Но и там, когда германские линкоры вдруг были встречены успевшей развернуться английской эскадрой, они тотчас же отвернули и вышли из-под огня. К слову сказать, и британцы не рискнули преследовать отступающий немецкий флот, опасаясь за свои линкоры. Менее часа за всю мировую войну продолжалось боевое столкновение линкоров, строительство которых стоило фантастических расходов. Ни один из этих левиафанов не был уничтожен артиллерией своего визави.

Позднее, в годы уже второй мировой войны в Японии, обладавшей двумя самыми огромными линейными кораблями, построенными за всю историю флота, появится даже поговорка о трех никому не нужные вещах: египетских пирамидах, Великой китайской стене и линкоре «Ямато» (имя одного из них). Эта пословица вполне могла бы родиться и в годы первой мировой, ибо именно такими бессмысленно омертвившими в себе огромное количество человеческого труда и представали бронированные чудовища.

Однако и в политике, точно так же, как в механике, физике, химии, тоже есть скрытый от поверхностного взгляда дилетантов более широкий контекст явлений, здесь так же действуют какие-то свои законы политического сохранения. И вот в контексте их действия история утверждает, что линейный флот Британии выполнил-таки свое предназначение, несмотря даже на формальное поражение в Ютландском бою. Ведь он не просто все годы войны стоял на швартовых, но нависал смертельной угрозой военно-морской блокады над Германией в то самое время, когда сухопутные армии великих держав истекали кровью на континенте, когда один дополнительный батальон мог решить исход великих сражений. Известно ведь, что один линейный корабль стоил вооружения нескольких пехотных дивизий. Как знать, может быть, именно тех, которых так и не хватило Германии для военного разгрома Антанты.

Поэтому и здесь результат сложения военно-морской мощи отдаленным эхом отозвался в истории по меньшей мере трех десятилетий. И этот результат уже не может быть расчислен без точного учета и капитуляции Германии, и Веймарской системы, и последующих судорожных попыток третьего рейха отомстить за пережитый позор насильственного разоружения.