Сравниваем периодическую физическую с периодической химической. Видим различие, но не упускаем и сходства.
Этажи физических тел аналогичны химическим рядам. Каждый этаж как бы строка таблицы, но в химии — четкое сходство по вертикали, здесь же гораздо больше сходства по горизонтали — в пределах этажа. Все звезды похожи на звезды, отнюдь не на галактики и не на атомы.
Тем не менее сходство есть и вертикальное, и зависит оно от игры сил. На данной таблице добавлен раздел «силы». Во времена Менделеева такого не было и не могло быть, тогда ничего не знали о силах, действующих внутри атома. Атом назывался и считался неделимым.
На каждом этаже есть силы скрепляющие — плюс-силы и силы разрушающие — минус-силы, внешние и внутренние. Этаж начинается, когда плюс-силы превосходят минус-силы. Где-то в середине этажа, а иногда и в самом начале преобладание плюс-силы достигает максимума — «железной» сердцевины (на ядерном этаже оно приходится на ядро железа), затем положительный баланс убывает, прочность уменьшается, следует группа полуустойчивых, легко разрушающихся тел и в заключение — развал: откалывание, раскалывание на две части или же рассыпание.
Так на каждом этаже. Правила эти диктуются логикой: этаж не сложится, если плюс-силы не победят; этаж не кончится, если не возьмут верх минус-силы. В результате на каждом этаже есть группы растущих тел, максимально прочных, слабеющих, полуустойчивых и разваливающихся.
Однако кривые роста и ослабления на разных этажах различные. Форма их изображена в последнем столбце схематически. Подробные же графики будут даны в последующих таблицах.
Крайние группы — растущие и слабеющие — на всех этажах являются источником энергии. У растущих энергия выделяется при укрупнении, у слабеющих — при развале. Будь этаж изолирован, в конце концов вся энергия стекалась бы в сердцевину. Но изолированности в природе нет. Энергия и утекает в смежные этажи, и притекает оттуда.
Анализ устойчивости на примере планет Солнечной системы, открытых и неоткрытых.
По вертикали отложены расстояния от Солнца, по горизонтали — скорости.
Здесь в качестве плюс-силы, удерживающей планету, выступает тяготение. Сила эта убывает пропорционально квадрату расстояния от Солнца.
Минус-сила — инерция собственного движения на орбите. Кроме того, как другая минус-сила действует и само тяготение, оно же стремится обрушить планету на Солнце.
Условие устойчивости: скорость на орбите должна быть меньше скорости убегания (для Земли — 42 км/с) и больше скорости падения на Солнце (для Земли — 2,8 км/с). Диапазон для нашей планеты достаточно широкий: скорость ее надежно укладывается в середку — она близка к 30 км/с.
Но для других планет условия устойчивости гораздо жестче. Чем дальше от Солнца, тем труднее остаться в системе. Это очень существенно для гипотетических трансплутонов и для комет.
Однако сказанное относится только к постоянным спутникам Солнца. Случайные, временные, забредшие из космических далей тела могут оказаться на любом расстоянии, если только не действует добавочная причина, намек на которую всплывает на следующей таблице.
Обозревается борьба сил на двух этажах — звездном и галактическом.
По горизонтали отложена масса, по вертикали — скорость убегания, она же характеристика энергии связи, она же скорость, при которой происходит распад планеты: для Земли знаменитые 11,2 км/с.
Шкала логарифмическая. Наклонные линии — линии равной плотности. С первого взгляда видно, что у небесных тел — планет и звезд — плотность примерно одинаковая. Примерно одинаковая, но другая плотность у звездных систем — скоплений и галактик.
На графике сила тяготения действует сверху вниз, она стремится уплотнить тела. Уплотнению планет и звезд сопротивляются оболочки атомов. Только когда они разрушены, образуются сверхплотные белые карлики и сверхсверхсверхплотные пульсары.
Тяготение стремится уплотнить и галактики. Но что же сопротивляется? И что разрушается, когда образуются квазары или «ядрышки» в самом центре ядер галактик?
Черная линия под графиком — уровень черных дыр. Как видно, наша метагалактика достаточно близка к ней.
Прямое продолжение предыдущей таблицы «Масса — гравитация». К галактическому и звездному этажам здесь добавлены слева этажи микромира — молекулярный, атомный и др. По вертикали отложена энергия связи; для сравнения космических объектов с микромиром она приведена к единому измерителю — скорости. По горизонтали отложены массы, но масштаб здесь не выдерживается, иначе ямы превратились бы в неразборчивые щели, а яма атомная вообще почти совпала бы с ядерной. Разница была бы в тысячные доли. Ведь атом — это ядро плюс электроны, а электроны в тысячи раз легче ядра. Находясь на краю ямы, тело обладает запасом потенциальной энергии, свалившись — отдает ее. Чем глубже яма, тем больше отдается.
Обратите внимание на форму ям. Звездная — похожа на галактическую, ядерная — на молекулярную. Не говорит ли это о сходстве плюс-сил, действующих здесь? В звездном-то мире и в галактическом плюс-силы наверняка одинаковые — гравитация. А что сходного в ядрах и молекулах?
Самая глубокая из ям — фотонная. При падении частиц в нее отдается вся энергия вещества — 100% — в сто или в сотни раз больше, чем в ядерных реакциях. На таблице она названа не ямой, а трубой, поскольку на дне ее ничего не задерживается. Этакая вытяжная труба для любых запасов энергии, для угля любого цвета, черного, белого, голубого...
Иллюстрируются рассуждения, приводящие к гипотетическим моделям фотона и электрона.
1. Дан электрон. Он заряжен отрицательно. Он распространяет вокруг себя зону электрического напряжения. Не спрашиваем, что такое поле. Это нечто, расплывающееся со скоростью света.
2. Даны два электрона. Зоны их напряжения накладываются друг на друга. Между ними образуется некий горб напряжения, который тоже стремится растечься и увлекает за собой электроны — расталкивает их.
3. Электрон движется. Перед ним образуется зона возрастающего напряжения, позади оно спадает. Естественно, от повышенного к недостаточному идет силовой поток. Идет по изобарам, они же силовые линии. Именно так по изобарам дует ветер в циклонах и антициклонах.
Итак, круговое движение вокруг движущегося электрона. Но это же объяснение магнетизма постоянного тока!
4. Электрон качается. На месте гребня напряжения впадина, и наоборот. Но каждый гребень как бы микроэлектрончик. Оторвавшись от родителей, он бежит вперед... со скоростью света. Так переменный ток рождает электромагнитные волны.
5. Одинарное, но очень сильное колебание электрона, например удар при столкновении. В пространство унесся один-единственный гребень. В передней части его повышенное напряжение, позади — пониженное. Впереди микроэлектрончик, за ним микропозитрончик. Они движутся подобно пловцу, отгребающему воду от головы к ногам. Эта парочка и есть фотон. Сам он летит со скоростью света, а волна напряжения, уходящая в тыл, естественно, движется быстрее на 57%.
6. Если масса фотона очень велика — больше двух электронных (естественно, не электрон рождает такую «громадину»), встретив препятствие, атом например, она может расколоться на две частицы: из гребня образуется электрон, из впадины — позитрон. Лишняя масса сбрасывается, возникают еще фотоны помельче.
7. Почему же электрон так разборчив, строго соблюдает определенную массу покоя? Возможно, тут играет роль правило де Бройля, предложенное для атомных орбит. Орбита устойчива, если в ней укладывается целое число волн. Электрон — колечко, где волна сама себе попадает в резонанс.
8. Вакуум. Нечто очень твердое, очень упругое, очень растяжимое, этакий пружинный матрац.
Таблицы в этой книге составлялись так, чтобы по ним можно было бы проследить логику рассуждения.
На таблице 1, открывающей книгу, парад физических тел. Сразу бросается в глаза этажность, и возникает вопрос: чем она объясняется?
На таблице 2 показаны причины этажности: перечислены плюс-силы и минус-силы, нарастание и падение прочности на каждом этаже. Надо их изобразить.
На таблице 3 на примере Солнечной системы изображена зона устойчивости, возникающая в борьбе сил, строящих и разрушающих.
На таблице 4 видна борьба сил и полосы устойчивости на двух этажах — звездном и галактическом, на тех, где гравитация играет важную роль.
На таблице 5 к предыдущей присоединены этажи, где гравитация существенной роли не играет. Оказывается, все устойчивые тела располагаются в энергетических ямах, на самом дне или на склонах.
Здесь же, на таблице 7, к ямам добавлены высоты — зеркальное отражение ям. Но описание этой таблицы дано в тексте. А в конце текста возникает новый вопрос — проблема управления временем. И свойства времени будут показаны на очередной таблице 8.
Свойства времени описаны в тексте. На таблице даны числовые данные, позволяющие сравнивать и оценивать различные характеристики. В первом столбце — сроки существования. Здесь неожиданностей не оказалось: крупное существует дольше. Исключение: атомные частицы и атомы — они долговечнее галактик. Можем только радоваться: мы живем в мире, построенном из надежного материала.
Тела состоят из элементарных частей — «этажных кирпичей», процессы — из элементарных движений, действий, изменений — событий. Длительность одного события (темп) показана в средней графе (частота обратно пропорциональна темпу). Длины событий различны у разных тел и у разных животных. Если у человека принять за событие шаг, на нашу долю придется миллиарда два событий в жизни. Если у мухи считать единичным событием взмах крыла, окажется, что и в ее мушиной жизни около миллиарда событий. Сумма событий в сроке показана в правой графе. Видно, что рекордсмены по сумме событий опять-таки в микромире — атомы и частицы; звезды превосходят людей на один-два порядка, галактики же неожиданно оказались совершенными младенцами. Удивительно, но объяснимо. Мы живем на осколке, летящем кувырком после Большого взрыва. И если тот взрыв был первоначалом разлета (в чем нет уверенности, возможно, мы живем в очередном колебании расширения-сжатия), значит, вся история человечества — миг в первом вздохе Вселенной.