100 великих парадоксов - Рудольф Константинович Баландин
Так мы приходим к реальной теории относительности. Суть её проста:
Свойства тел меняются в зависимости от принятого масштаба времени и пространства.
По этой причине один и тот же объект может быть твёрдым или пластичным, живым или неживым. Время не растягивается и не сжимается, оно не резиновое.
Каждое реальное тело имеет собственные хронометры, свои особенности существования. Многое (если не всё) зависит от среды и от того, в каком масштабе времени рассматривается объект. Надо только преодолеть наши обыденные представления, а также склонность выдавать геометрические преобразования за реальные процессы.
Анри Пуанкаре в лекции «Пространство и время» (1912) подчеркнул: «То, что недоступно измерению, не может быть и объектом науки. Но измеримое время по существу тоже относительно» (подобно пространству).
Он привёл пример: «Если бы все процессы в природе замедлились и если бы то же самое произошло с нашими часами, то мы бы ничего не заметили; это произошло бы при любом законе замедления, лишь бы оно было одним и тем же для всех решительно процессов и для всех часов. Таким образом, свойства времени – только свойства часов, подобно тому, как свойства пространства – только свойства измерительных приборов».
Пуанкаре был выдающимся математиком, физиком, астрономом, философом. Но его мысленный эксперимент, призванный доказать, будто время и пространство сводятся к свойствам измерительных приборов, некорректен. Имеются в виду абстрактные геометрические образы (то же относится к теории относительности Альберта Эйнштейна), вне материальной реальности.
Если вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца вдесятеро ускорится, во столько же раз сократятся сутки и продолжительность года, механические часы станут идти в десять раз быстрее и формально вроде бы ничего не изменилось…
Как бы не так! Помимо полной разбалансировки биологических часов, резко ускорится скорость ветра, течение рек, подмыв берегов, движения земной коры… Глобальная катастрофа! Как этого не заметить?
Кроме относительных мер длины или длительности, есть абсолютные показатели. К ним относится сила гравитации, взаимодействия масс. Если диаметр Земли увеличится вдесятеро, это будет соответствовать тысячекратному увеличению массы! И наша масса возрастёт в тысячу раз. Сила тяжести приплюснет нас к Земле.
Увеличение (уменьшение) линейных размеров ведёт к увеличению (уменьшению) объёма – в кубической пропорции. Из-за различий изменения площади поверхности и объёма (значит, и массы) пылинки тяжёлых веществ парят в воздухе. Химическая активность объектов возрастает при их дроблении благодаря увеличению суммарной поверхности частей (химические взаимодействия зависят от поверхностных свойств тел).
Сопоставлять объекты с позиций математики допустимо лишь в виде игры ума и без долгих размышлений.
Реальное пространство меняет свои свойства в зависимости от масштабов.
Поэтому, как мы уже выяснили, крупные небесные тела (звёзды, планеты) округлы: их форма определена силами тяготения. Астероиды, метеориты – угловаты: при небольшой массе форма небесного тела зависит от кристаллических сил, от внешних воздействий.
Мы привыкли, что время имеет, в отличие от пространства, одно лишь измерение – линию, направленную из прошлого в будущее. Казалось бы, в этом случае не должна проявляться диспропорция. Однако скорость и характер процессов заметно меняются от выбранных интервалов времени.
Можно безболезненно опустить палец в кипяток на долю секунды. Если интервал будет в 100 раз больше, получим ожог. Эффект двух опытов, отличающихся только длительностью, принципиально разный.
Струя воды от резкого удара раскалывается, как сосулька; большой массив льда течёт под собственной тяжестью. В масштабе миллионных долей секунды вода тверда, а газ, в зависимости от плотности, будет либо подобен жидкости, либо твёрдым. Прыгнуть плашмя в воду с высоты 2 м безопасно, а с высоты 20 метров…
Для нас частицы, живущие миллиардные доли секунды, по сути – мнимые объекты. Мы можем согласиться с их существованием (мнить их). Переводя эти образы в свои привычные масштабы, получаем нечто, лишь условно отражающее качества этих реальных объектов.
Молекула ДНК в краткий промежуток времени похожа на молекулы некоторых распространённых в земной коре сложных силикатов. Химическое их различие не принципиальное: у одних углеродная основа, у других кремнёвая. Поведение этой молекулы за чуть более долгий срок раскрывает её необычайность, обмен атомами с другими молекулами. Она – организатор сложнейших процессов в сложно организованной среде клетки.
Принято считать, что живые организмы Земли существуют на неживом субстрате. Из этого исходили многие мыслители. В.И. Вернадский исследовал Биосферу (слово с маленькой буквы; имеется в виду область современной жизни) как сложно организованную среду, в которой находится живое вещество. Назвать её организмом он не решался.
В масштабе геологического времени – многих тысяч и миллионов лет – Биосфера проявляет себя как глобальный организм. Каменная оболочка, как мы выяснили, только по недоразумению называется земной корой. Она больше напоминает кожный покров живого существа.
Если перейти к геологическим масштабам времени, мы увидим (мысленно): растут в подземных пустотах кристаллы, подобные травинкам, грибам, плесени, цветам. Центральные части многих гор выпирают из недр; они вырастают как бы изнутри. Наиболее беспокойные горные страны подобны штормовому морю: на несколько километров вздымаются каменные волны, а между ними зияют провалы.
Моря перекатываются по неспокойной, мерно или судорожно дышащей, колеблющейся поверхности Земли, переливаясь из одного понижения в другое или вовсе покидая пределы суши. Континенты и острова, как сошедшие с якоря баржи, пускаются в путь, сдвигаясь или расходясь, медленно разворачиваясь.
Мудрено разглядеть реки: слишком быстро перемещаются русла, накапливая осадки. Зато ледники выглядят, как горные потоки: с перекатами и ледопадами, быстрым течением у поверхности и на стремнине и замедленным по бортам и возле дна. А в наших привычных масштабах времени лёд – кристаллическая горная порода, не очень плотная и прочная.
Инертнее ведут себя более прочные кристаллические породы. Как отметили канадские геофизики Д. Джекобс, Р. Рассел и Д. Уилсон, такие термины, как «жёсткий» и «жидкий», имеют смысл только в том случае, если определяется интервал времени, в течение которого прикладывались напряжения: «Геологическое поведение Земли может быть различным при напряжениях, прикладываемых в течение различных интервалов времени».
Эффект масштаба (парадокс реальной теории относительности!) имеет принципиальное значение. Привычное выражение «каменная твердь», верно отражающее наш личный опыт, в геологических масштабах неприемлемо. Для протяжённости, измеряемой в тысячах и миллионах лет, следует говорить о «каменной хляби».
Скальные горные породы кажутся нам олицетворением прочности. Именно – кажутся, ибо такое мнение оправдано относительно наших привычных масштабов времени.
Согласно одной из геофизических классификаций, выделяются короткие напряжения, промежуточные и продолжительные. Короткие длятся не более 4 часов. По отношению к ним вещество земной коры ведёт себя как твёрдое упругое тело и раскалывается (ломается) при сильных нагрузках.
Промежуточные
