Сколь точны и незыблемы, сколь истинны известные нам законы природы? Это вопрос, над которым заставляет задуматься книга К. Домбровского «Остров неопытных физиков».
Живя в привычной, земной обстановке, мы не даем себе труда подумать над тем, что в других условиях, на других мирах не только жизнь, но и вообще любые формы существования материи могут быть совершенно иными, отличными от того, что мы наблюдаем на Земле.
В земных условиях мы встречаем три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Это и определяет тот круг явлений, которые прежде всего обращают на себя наше внимание.
Лишь в специальных установках мы получаем плазменное состояние вещества, которое в масштабах доступной нашему наблюдению Вселенной является наиболее распространенным. В плазме силы электромагнетизма иногда преобладают над силами молекулярной физики (трением) и силами давления и инерции, присущими обычной газовой динамике. Такое соотношение действующих сил неизбежно должно приводить к тому, что многие привычные нам явления в этих условиях должны протекать совершенно иначе.
Другой пример: в особых звездах — так называемых «белых карликах» — над всем должна господствовать огромная, трудно поддающаяся воображению сила тяжести. И наоборот, космонавт, летящий вокруг Земли, живет в необычной для нас обстановке невесомости.
В различных условиях меняются соотношения и взаимосвязь между силами природы, материя развивается хотя и по одинаковым общим законам природы, но самыми разнообразными путями. И то, что сейчас представляется нам безусловно правильным, может оказаться при более подробном исследовании ошибочным или быть лишь частным случаем более общей закономерности.
Еще сравнительно недавно было широко распространено представление о так называемом круговом развитии материи. Предполагалось, что из газово-пылевых туманностей образуются звезды с планетными системами вокруг них. На планетах возникает и развивается жизнь, затем звезды постепенно остывают, энергия излучения рассеивается в пространстве. Потом эта рассеянная энергия где-то и как-то концентрируется, остывшие звезды сталкиваются, взрываются, превращаются в газово-пылевую туманность, и все начинается сначала.
Сейчас можно с уверенностью сказать, что если подобный кругооборот материи и осуществляется, то он не является главенствующим и определяющим судьбы развития материи в масштабах Вселенной.
Вопрос о происхождении Земли, о строении Вселенной всегда интересовал и интересует человечество. И это совсем не праздное любопытство. Знание основных законов, управляющих мирозданием, имеет первостепенное значение для всей нашей жизни, для развития материальных условий существования человека.
В древности астрономию изучали, в частности, для определения сроков посева и жатвы. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения сыграло решающую роль в развитии мореплавания. Законы механики Ньютона позволяют точно определять местонахождение судна в море. Без них мы никогда не сумели бы изучить нашу планету так, как мы ее знаем сейчас.
Логические следствия из основных законов механики объединили в одно целое самые отвлеченные представления о строении солнечной планетной системы и чисто практическую деятельность людей.
По мере расширения наших знаний мы вновь и вновь обращаемся к поискам основных законов, управляющих миром.
Развитие в прошлом веке кинетической теории газов привело к созданию гипотезы (научного предположения) о тепловой смерти Вселенной. Для того чтобы яснее понять, о чем идет речь, представим себе простой опыт.
Возьмем два баллона с газом или, чтобы было еще нагляднее, два стакана с водой. Пусть в одном стакане вода холодная, а в другом горячая. Если смешать холодную и горячую воду, холодный и горячий газ, то смесь будет иметь некоторую промежуточную температуру. Она не будет ни холодной, ни горячей. Это очевидно. И разделить снова воду или газ на горячую и холодную половины, так, чтобы в одном сосуде была горячая вода или газ, а в другом холодная, невозможно.
Так же невозможно придумать самопроизвольный процесс, который обеспечил бы, например, в одной половине комнаты высокую температуру воздуха, а в другой — низкую. Здесь имеется в виду не нагревание комнаты горячей печью, а именно самопроизвольный процесс, при котором в замкнутом, изолированном объеме газа общее количество теплоты распределилось неравномерно но объему. Таких процессов в природе нет. Температура всегда выравнивается.